Alto Horno Balance de Masa y Energético

10.3.5 Alto Horno Balance de Masa y Energético Una mejor apreciación de la cantidad de materi al y la cantidad de energía necesaria para l a producción de metal caliente en el alto horno se puede obtener haciendo refer encia al balance de materiales en la Fig. 10,2 y el balance de energía en l a Tabla Tabla 10.. !stos balances son de un alto horno moderno, con un "olumen de trabajo de 2.## m $ %102,000 pies $& 'ue operan con una flujo de aire de (.)() *m$+min %2),000 scfm& y una temperatura de alto horno caliente de 10)( - % 1$$ -F&. /a presión de la parte superior es 20(,# a %$0 psig&, y el chorro de aire se enri'uece con o ígeno hasta aproimadamente el 22,3 de oígeno. /a tasa de producción de este horno es de aproimadamente #42) toneladas de metal caliente por día %.(1) toneladas netas de metal caliente por día&. /a energía neta introducida en el proceso de la combustión de co'ue y tobera con inyección de combustible para 5 y 6 2 y la energía sensible de soplado es de $,4) gigajulios por tonelada de metal caliente %aproimadamente $.2$0.000 7tu por tonelada neta de metal caliente&. 8e re'uiere esta energía para la reducción de los óidos de hierro y metaloides, el calor sensible del metal caliente, la escoria y el gas superior, la "apori9ación de la humedad de la carga, y la p:rdida de calor del horno. !n el proceso, el gas superior se produce con un contenido de calor 'uímico de ),1 gigajulios por tonelada de metal caliente %, millones de 7tu por tonelada neta de metal caliente&, 'ue se utili9a para calentar el aire de inyección antes de 'ue entre las toberas, y para otros usos eternos para el alto horno.

10.4 Operación del Horno 10.4.1 El soplado !l proceso inicial de un alto horno se llama soplado. 8e compone de "arios pasos 'ue incluyen el secado del re"estimiento, llenado del horno con un arreglo de alto co'ue especialmente dispuesto para el soplado a cargo, la ignición del co'ue, y el aumento gradual de la "elocidad del aire con "aciados frecuentes para asegurar la ele"ación de la temperatura de la solera. ;urante este período, la proporción de la carga a co'ue se ajusta de acuerdo con un programa predeterminado hasta 'ue se obtiene metal caliente de buena calidad y las operaciones normales se establecen.

10.4.1.1 Secado /os hornos reci:n construidos deben secarse cuidadosamente antes de 'ue se encienda el co'ue debido a la gran cantidad de agua contenida en el enjarre utili9ado para albas, si el agua de estas fuentes no se 'uita del horno antes de 'ue se ponga en funcionamiento, "a a absorber m>s calor 'ue el pre"isto para el soplado a cargo y e"itar> al hogar alcan9ar la temperatura deseada. !n tales casos, el metal y l a escoria 'ue entran en el hogar se podrían solidificar allí y sería imposible eliminarlos desde el horno. ual'uier m:todo puede ser utili9ado para secar un horno y las estufas. !l m:todo habitual para las estufas, donde el gas natural est> disponible, es poner un tubo de gas en la c>mara de combustión inferior y comen9ar con una pe'uemara de combustión. !l f uego de le bajo control en todo momento. =l aplicar este m:todo, el sistema de soplado caliente con"encional se utili 9a ecepto 'ue inicialmente la temperatura de soplado se lle"a a aproimadamente 20) -  % 00 - F& y el "olumen del aire se mantiene a un ni"el bajo de soplado. /a temperatura se aumenta lentamente durante "arios días a 2) -  %#00 - F& y se mantiene a esa temperatura durante unos pocos días adicionales. Toda la operación puede lle"arse a cabo en una semana.  =lgunos operadores instalan los codos y las tuberías en el interior de algunas de las toberas para dirigir el aire calentado hacia abajo a la chimenea. !s deseable durante la @ltima parte del período "erter "apor de baja presión en los bastones del hogar adem>s de placas del etalaje de enfriamiento para ayudar a secado. /a gran campana se cierra mientras se seca, y los sangradores del horno se ajustan para retener la mayor cantidad posible de calor. *o debe haber lectura de presión debe ser obser"able en el medidor de presión de eplosión durante el secado. !n las plantas de hornos simples donde el gas de alto horno no est> disponible, el m:todo 'ue acabamos de describir se debe modificar ya 'ue un combustible auiliar de gas natural o petróleo debe ser utili9ado para calentar las estufas. 8in embargo, para el bajo ni"el de calor re'uerido, esto se puede hacer en forma satisfactoria. 5tros m:todos de desecación se discuten a continuación.

10.4.1.1.1 Fego en el Hogar  Una alternati"a es el m:todo fuego de hogar. onsiste simplemente en un arreglo para 'uemar madera, co'ue o carbón construido en la solera del horno y controlado de manera similar a los otros m:todos con persianas toberas y sangradores. /a regulación de la temperatura del f uego es difícil y el reempla9o frecuente de combustible interrumpe el proceso. 8i se utili9a para sólo el secado, este m:todo es tan sencillo como se indica, pero podría ser aplicado como el inicio de un proceso de soplado en forma controlada o lenta. =lgunos operadores afirman 'ue una mejora del calentamiento se logra a tra":s de esta t:cnica. ;espu:s del secado, como se sectica es instalar un t ubo de gas a tra":s de la pi'uera y encender el gas por un pe'uen e'uipadas con persianas para regular la entrada de aire, y la temperatura de la parte superior del horno est> regulada como en los dos m:todos anteriores. /os peligros ob"ios de este m:todo impiden continuar el debate ya 'ue pueden ser considerados como obsoletos. !sta pr>ctica ha sido reempla9ada por el uso de 'uemadores insertados a tra":s de las toberas 'ue generan aire caliente de la combustión de gas natural. 10.4.1.1.3 #ornos #olandeses ;os, tres o m>s hornos o calentadores se construyen fuera del alto horno y los pr oductos de combustión de los hornos, adem>s del eceso de aire calentado se dirigen a tra":s de t uberías en la pi'uera y algunas aberturas de l as toberas. 5tras toberas y aberturas m>s frías est>n blo'ueadas y el e'uipo se regula mediante el ajuste de los sangradores del horno. =l igual 'ue en el secado de "iento caliente, la gran campana permanece cerrada. /os hornos holandeses se usan con co'ue, carbón o madera y re'uieren un e'uipo para mantenerlos encendidos, transportar el combustible y limpiar las ceni9as. !l control de temperatura es m>s difícil en este caso, pero se regulan de cierto modo y se mantienen por la intensidad del fuego del horno y el ajuste de l os purgadores del horno. 10.4.1.! $lenado  =l concluir la operación de secado, las campanas del horno y los sangradores se abren, sopletes se bajan, algunas toberas y enfriadores se eliminan, si es deseable, y la parafernalia de todo la sala de colada utili9ada en el proceso de secado se 'uitan. !n un tiempo relati"amente corto el interior del horno se habr> enfriado lo suficiente para permitir 'ue se entre en el hogar para preparar el llenado. !n el e"ento el fuego del hogar 'ue se utili9ó para el secado, todas las ceni9as y basuras se limpian. Una inspección del sistema de refrigeración del horno se hace ahora y se abre el agua. !s una pr>ctica habitual mantener una "igilancia constante sobre todos los miembros de enfriamiento a partir de este momento. !n l os casos en 'ue el re"estimiento del horno no es nue"o y el horno est> "acío, la inspección pre"ia ofrece una ecelente oportunidad para encontrar fugas de elementos de refrigeración. ual'uier placa considerada sospechosa o 'ue muestra un signo de humedad debe ser reempla9ada antes de iniciar el llenado. Cuchas horas de trabajo agotador y frustrante pueden e"itarse con la atención a estos detalles. ;e hecho, este che'ueo al detalle se aplica a todos los e'uipos mec>nicos, el:ctricos y físicos antes de iniciar el ll enado. or lo general, se prepara una lista de control, y cada artículo checado se reporta como recibido ya el artí culo es satisfactorio. 5tras preparaciones han precedido y algunas contin@an en este punto coincidente con el inicio de la operación de llenado. or

ejemplo, las cucharas de hierro se est>n calentando, papeleras con l os "alores propios se llenan de acuerdo al plan preestablecido, cucharones de ceni9a, si se usan, se est>n preparando para el ser"icio, las tuberías de gas de horno son inspeccionados y los respiraderos est>n abiertos o cerrados seg@n las instrucciones. /as líneas de pur ga de "apor se comprueban para asegurarse de 'ue el "apor estar> disponible cuando sea necesario y los corredores de hierro de colada y de escoria se preparan. /as acti"idades en la planta de emergencia y de los motores de soplado est>n en marcha con la m isma intensidad. Dui9>s las turbinas fueron abiertas para su inspección y numerosas tareas de mantenimiento pre"enti"o reali9adas. /as calderas est>n siendo calentadas, los turbo sopladores se calientan y se encienden, los m ecanismos de transmisión son checados y el agua es lle"ada a los condensadores, bombas son inspeccionados y puestas en operación, los horarios de soplado se publican y se "uel"en a confirmar con el personal de los altos hornos, la planta de tratamiento del agua para calderas se enciende y la casa de distribución y sub?estación se acti"an.  =lgunas de las acti"idades finales antes de la puesta en marcha de un alto horno se est>n instalando y el secado de los materiales de re"estimiento de los canales y corredores, los escoriadores y las puertas se acti"an y se asegura de 'ue las armas de barro y lan9as se monten correctamente para 'ue puedan ponerse en contacto con la muesca de hierro en forma correcta. !n algunos casos en los 'ue el alto horno debe estar en funcionamiento a muy alta presión, el horno se presuri9a con aire frío soplado antes de la puesta en marcha para determinar si hay fugas 'ue deban ser eliminados. 6ay muchas disposiciones diferentes para la colocación de la carga de puesta en marcha en el horno. !n la mayoría de los casos, consiste en co'ue y sólo una pe'uecilmente y lle"ar el calor hacia abajo en la chimenea. !l propósito de la piedra cali9a es combinar con la ceni9a de co'ue y formar una escoria fusible. ara aumentar el "olumen de escoria durante el período inicial de l a puesta en marcha, gra"a de sílice se a
/a fig. 10.$ muestra un r elleno de puesta en marcha 'ue se utili9ó en un nue"o, amplio alto horno con un "olumen de trabajo de 2.#00 m$ %#.##0 pies $&. !n este caso, la carga fue de 1003 de fundente sinteri9ado. !n consecuencia, como la relación del sinteri9ado a co'ue se incrementó hacia arriba del horno, la proporción de piedra cali9a a co'ue se redujo y la proporción de co'ue a la gra"a se incrementó ligeramente. !n el c>lculo de las cantidades relati"as de co'ue, la carga y el fundente, se pre": 'ue las primeros coladas de hierro contendr>n 2.) a .)3 de silicio. onsecuentemente, la cantidad de fundente b>sico debe planificarse con"enientemente para 'ue la escoria no sea demasiado calc>rea %"iscosa&. = medida 'ue el horno comien9a a mo"erse con normalidad y se aumenta la "elocidad del flujo de aire, el contenido de silicio del metal caliente bajar> y luego f lujo adicional debe ser proporcionado para 'ue la sílice permane9ca sin reducción en la escoria. Encendido 10.4.1.3 Aarios m:todos diferentes pueden ser utili9ados para encender el alto hornoB sin embargo, el m>s utili9ado en la actualidad es encender el co'ue con aire caliente soplado. !n este m:todo, un "olumen relati"amente bajo de soplo se utili9a primero a una temperatura comprendida entre ))0 -  y ()0 -  %1022 - F y 1202 - F& y en cuestión de minutos 'ue el co'ue de estas toberas se

encender>. ara utili9ar este m:todo, es necesario tener las estufas precalentadas. !n una planta de un solo horno o en una planta de horno m@ltiple donde todos los hornos est:n apagados, esto puede presentar un problema. Frecuentemente donde el gas de alto horno no est> disponible, el gas natural se utili9a para precalentar las estufas hasta 'ue el gas de alto horno se pueda utili9ar. 5tro m:todo, 'ue se utili9a con menor frecuencia, es colocar el material f>cilmente combustible frente a las toberas 'ue pueden ser encendidas con antorchas o barras incandescentes. !l tiro natural a tra":s del horno por lo general proporciona suficiente aire para ele"ar la temperatura del co'ue cerca de las toberas a la temperatura de combustión, y luego un flujo ligero de aire soplado se puede iniciar.  =ntes de 'ue el horno est: encendido, el sistema de gas est> aislado del horno por una ">l"ula de gafas, por lo general situada aguas abajo del sistema de limpie9a de gas. !l sistema de limpie9a de gas se purga de esta ">l"ula de gafas al horno con "apor de agua o alg@n tipo de gas inerte. ;urante las primeras etapas del soplado, los purgadores en la parte superior del horno se mantienen abiertos y un gas de purga se mantiene en el sistema de limpie9a de gas hasta la ">l"ula 'ue separa el sistema de limpie9a de gas desde el sistema principal de gas de la planta. /os sistemas de limpie9a de gas pueden "ariar de horno a horno, y, a "eces secciones específicas del sistema de limpie9a de gases est>n aislados unos de otros y se purgan por separado. !n la mayoría de casos, no hay ">l"ula de aislamiento entre el colector de pol"os y el horno y, en consecuencia, el colector de pol"os se purga con "apor 'ue se "entila a tra":s del tubo de descenso del alto horno y se descarga a tra":s de los purgadores del horno. uando la "elocidad del aire en el alto horno se ha aumentado lo suficiente para mantener un buen flujo de gas y constante, el medio de purga se cierra y los purgadores est>n cerrados. uando se obtiene una presión positi"a de gas hasta la ">l"ula de gafas de aislamiento, se abre y permite 'ue el gas fluya en el sistema principal de gas. recauciones importantes para e"itar una eplosión deben ser tomadas a lo largo de este período, y el >rea alrededor del hor no, el sistema de limpie9a de gases y las ">l"ulas deben ser monitori9ados para detectar posibles fugas de gas.  =l poner en marcha el alto horno, la tasa de aire es sólo una pe'ues adelante a medida 'ue aumenta la "elocidad del soplado. !n algunos casos, los cas'uillos se han colocado en el interior de las toberas para disminuir el di>metro de la abertura durante las primeras etapas del soplado. !stos son entonces eliminados cuando se utili9an las tasas de "iento mayores. =l principio, la tasa "iento se incrementa cada pocas horas para 'ue al fi nal de las primeras 2 horas sea de aproimadamente el 0?)03 del soplo total. ;espu:s de esto, se incrementa aproimadamente 2)3 por día hasta 'ue se alcan9a la tasa m>ima. uando se inicia la operación del horno, la muesca de hierro generalmente se deja abierta, y una parte del gas generado por la combustión del co'ue sale a tra":s de la pi'uera. =l principio, este gas debe ser encendido, pero como las tasas de air e aumentan, calienta al co'ue en el hogar y en @ltima instancia, se descarga a una temperatura lo suficientemente alta como para permanecer encendido /a pi'uera generalmente permanece abierta hasta 'ue la escoria comien9a a aparecer. !sto se indica por una disminución en el "olumen de gas y un hinchamiento o pulsación en la pi'uera. uando esto ocurre, la pistola de barro se gira a posición y el agujero est> conectado. Unas pocas horas despu:s de eso, el agujero se abre de nue"o para eliminar cual'uier escoria 'ue se haya formado. !n hornos con m>s de una muesca de hierro, por lo general un agujero diferente se abre con cada intento sucesi"o. ;entro de aproimadamente 2 a 2# horas despu:s de la puesta en marcha, ser> lan9ado el primer hi erro. !ste hierro ser> típicamente muy alto en contenido de silicio debido a la tasa de funcionamiento lento y la alta relación de sílice a óido de hierro en los materiales en la primera porción de la carga del horno. = medida 'ue aumenta la tasa de aire, y la carga en proporción al co'ue y se acerca al ni"el de operación normal, el contenido de silicio del metal disminuye. !n consecuencia, la relación de fundentes con respecto a los otros materiales se debe ajustar para proporcionar óido b>sico suficiente para 'ue fluya l a sílice no reducida 'ue se reporta a la escoria. !n general, durante el período de soplado, es recomendable mantener la proporción de carga a co'ue en un r ango 'ue produ9ca metal caliente a alta temperatura a aproimadamente 1)00 -  %24$2 - F& para asegurar 'ue alg@n problema impre"isto no causar> un enfriamiento. /a temperatura de aire caliente general no es ele"ada a la potencia m>ima de las estufas durante este período por'ue la mayoría de los operadores prefieren t ener una reser"a 'ue les permita introducir calor adicional en el hogar en caso de una emergencia. 10.4.! Operaciones de rtina ;espu:s 'ue se ha soplado un alto horno, se espera 'ue permane9ca en operación continua durante al menos cinco o seis a relati"amente lento y puede ser necesario eliminar la escoria del horno entre coladas. !n este caso, el horno puede sangrarse sólo seis "eces al día. 8in embargo, en la pr>ctica moderna del horno se hace un intento de establecer un horario de colada 'ue mantiene los agujeros roscados abiertos en eceso el #)3 del tiempo de funcionamiento, con el objeti"o de 'ue coincida estrechamente la tasa de remoción de hierro a la tasa de producción.  = cierto tiempo, despu:s de cada colada se drena la cubeta de manera 'ue la escoria y desechos puedan ser retirados de la artesa y corredores. !ntre coladas, el canal y los corredores se limpian y "uel"en a surgir con un material protector. Tapas y presas tambi:n se restablecen y se secan en preparación para la siguiente colada. !n los procesos de colada modernos el hierro se mantiene en el punto m>s bajo durante m >s de tres semanas, metal caliente de bajo silicio y materiales refractarios en las salas de colada modernas permiten este tipo de pr>cticas. !n algunos grandes altos hornos con m@ltiples orificios de colada, la colada del horno se puede hacer casi continua. !n tales casos, dos orificios de colada se utili 9an alternati"amente mientras la artesa en la tercera %y cuarta& se reconstruye o repara. !l taladro utili9ado para abrir el orificio de colada es de un tamas lento 'ue a'u:l en el 'ue se acumula en el hogar. = medida 'ue a"an9a la colada, la pi'uera se erosiona ligeramente de modo 'ue la "elocidad de colada siguiente, supera la "elocidad a la 'ue el metal caliente se acumula en el hogar. ;espu:s de alg@n tiempo, la pi'uera se repara con la pistola de barro, y se abre la próima pi'uera. on la pr>ctica de barra de remojo 'ue ha sido adoptado por muchos altos hornos en =m:rica del *orte, las pi'ueras de arcilla son de tal calidad 'ue se produce muy poca erosión. !sto permite al operador 'ue coincida m>s estrechamente la producción de hierro y la remoción, y por lo tanto operar m>s estrechamente en un estado estacionario. Una "elocidad de colada de 1.2) a 1. "eces la producción de hierro

instant>nea suele ser el óptimo. 10.4.3 Mestreo del Hierro !l muestreo del arrabio para el an>lisis 'uímico es una función importante en cada colada. /as muestras fueron tomadas pre"iamente del larguero principal m>s all> del escoriadero. or lo general, se toma la primera muestra cuando la primera cuchara se encuentra entre las tres cuartas partes y completamente lleno, y muestras adicionales se toman justo en el momento en 'ue cada cuchara posterior est> completamente llena. =hora se entiende 'ue se obtiene un an>lisis m>s preciso cuando las muestras se toman directamente de la cuchara de colada. /as muestras son corridas en el laboratorio para el an>lisis 'uímico de silicio, a9ufre, manganeso y fósforo de manera 'ue los resultados estar>n disponibles antes de 'ue el metal caliente se utilice en un proceso de fabricación de acero. 6oy en día la mayoría de las tiendas de fabricación de acero t endr>n otra muestra de la cuchara de tras"ase de utili9ar en el c>lculo de los re'uerimientos de oígeno para 'ue se produ9ca el calor. ;e la obser"ación de l a formación de chispas del metal lí'uido en el corredor, el contenido de silicio se puede calcular con bastante precisión, y de la obser"ación de una pie9a de ensayo 'ue se "ierte en el l ugar de colada, el contenido de a9ufre tambi:n puede ser estimado. !n las f>bricas donde las instalaciones de laboratorio no son capaces de proporcionar an>lisis r>pidos, estos m:todos para estimar el contenido de silicio y a9ufre pueden ser"ir como un an>lisis preliminar de la colada para la toma de decisiones relacionadas con la eliminación del metal caliente. !n la mayoría de las plantas, tambi:n se anali9a una muestra de la escoria en cada colada. !n algunas plantas mayores, la composición de la escoria se estima a partir de la obser"ación de una muestra de escoria, se solidifica en un molde de prueba, y las porciones de las muestras de escoria de cada colada se combinan para un an>lisis diario por el laboratorio 'uímico. !n las plantas de acero hoy la desulfuración eterna es com@n y como resultado de 'ue se tomen muestras de metal caliente en la cuchara de transferencia de acero despu:s de la desulfuración con el f in de proporcionar al operador del 75F un an>lisis m>s preciso del metal caliente 'ue se cargar>.