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10.3.5 Alto Horno Balance de Masa y Energético Una mejor apreciación de la cantidad de material y la cantidad de energía necesaria para la producción de metal caliente en el alto horno se puede obtener haciendo referencia al balance de materiales en la Fig. 10,2 y el balance de energía en la Tabla 10.9. Estos balances son de un alto horno moderno, con un volumen de trabajo de 2.889 m 3 (102,000 pies3) que operan con una flujo de aire de 6.565 Nm3/min (245,000 scfm) y una temperatura de alto horno caliente de 1056 °C (1933 °F). La presión de la parte superior es 206,8 kPa (30 psig), y el chorro de aire se enriquece con oxígeno hasta aproximadamente el 22,9% de oxígeno. La tasa de producción de este horno es de aproximadamente 8725 toneladas de metal caliente por día (9.615 toneladas netas de metal caliente por día). La energía neta introducida en el proceso de la combustión de coque y tobera con inyección de combustible para CO y H 2 y la energía sensible de soplado es de 3,75 gigajulios por tonelada de metal caliente (aproximadamente 3.230.000 Btu por tonelada neta de metal caliente). Se requiere esta energía para la reducción de los óxidos de hierro y metaloides, el calor sensible del metal caliente, la escoria y el gas superior, la vaporización de la humedad de la carga, y la pérdida de calor del horno. En el proceso, el gas superior se produce con un contenido de calor químico de 5,1 gigajulios por tonelada de metal caliente (4,4 millones de Btu por tonelada neta de metal caliente), que se utiliza para calentar el aire de inyección antes de que entre las toberas, y para otros usos externos para el alto horno.

10.4 Operación del Horno 10.4.1 El soplado El proceso inicial de un alto horno se llama soplado. Se compone de varios pasos que incluyen el secado del revestimiento, llenado del horno con un arreglo de alto coque especialmente dispuesto para el soplado a cargo, la ignición del coque, y el aumento gradual de la velocidad del aire con vaciados frecuentes para asegurar la elevación de la temperatura de la solera. Durante este período, la proporción de la carga a coque se ajusta de acuerdo con un programa predeterminado hasta que se obtiene metal caliente de buena calidad y las operaciones normales se establecen.

10.4.1.1 Secado Los hornos recién construidos deben secarse cuidadosamente antes de que se encienda el coque debido a la gran cantidad de agua contenida en el enjarre utilizado para albañilería y el agua absorbida por el ladrillo, debe ser extraída tanto como sea posible para evitar el choque térmico extremo. Existe amplia evidencia de que el soplo en un horno puede causar daños en el revestimiento, incluso cuando se ha secado correctamente. Además, si el agua de estas fuentes no se quita del horno antes de que se ponga en funcionamiento, va a absorber más calor que el previsto para el soplado a cargo y evitará al hogar alcanzar la temperatura deseada. En tales casos, el metal y la escoria que entran en el hogar se podrían solidificar allí y sería imposible eliminarlos desde el horno. Cualquier método puede ser utilizado para secar un horno y las estufas. El método habitual para las estufas, donde el gas natural está disponible, es poner un tubo de gas en la cámara de combustión inferior y comenzar con una pequeña llama y aumentar la entrada de gas durante varios días hasta que una pequeña cantidad de gas de alto horno pueda ser utilizado, el gas natural se mantiene como una luz piloto. Es deseable aumentar el calor lentamente durante al menos diez días a dos semanas en una nueva estufa antes de comenzar a llevar la unidad hasta la temperatura de funcionamiento. Estufas que han tenido servicio anterior se han calentado en 36-72 horas sin aparente dificultad. Otro método de secado o de calentamiento en el pasado era utilizar un fuego de madera construida en la parte inferior de la cámara de combustión. El fuego de leña requería atención constante hasta que las temperaturas de las paredes eran suficientes para asegurar la correcta combustión del gas de alto horno. Un método para el secado de un alto horno es el uso de aire caliente soplado. Es simple y el secado está bajo control en todo momento. Al aplicar este método, el sistema de soplado caliente convencional se utiliza excepto que inicialmente la temperatura de soplado se lleva a aproximadamente 205 ° C (400 ° F) y el volumen del aire se mantiene a un nivel bajo de soplado. La temperatura se aumenta lentamente durante varios días a 425 ° C (800 ° F) y se mantiene a esa temperatura durante unos pocos días adicionales. Toda la operación puede llevarse a cabo en una semana. Algunos 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. Es deseable durante la última parte del período verter vapor de baja presión en los bastones del hogar además de placas del etalaje de enfriamiento para ayudar a secado. La gran campana se cierra mientras se seca, y los sangradores del horno se ajustan para retener la mayor cantidad posible de calor. No debe haber lectura de presión debe ser observable en el medidor de presión de explosión durante el secado. En las plantas de hornos simples donde el gas de alto horno no está disponible, el método que acabamos de describir se debe modificar ya que un combustible auxiliar de gas natural o petróleo debe ser utilizado para calentar las estufas. Sin embargo, para el bajo nivel de calor requerido, esto se puede hacer en forma satisfactoria. Otros métodos de desecación se discuten a continuación.

10.4.1.1.1 Fuego en el Hogar Una alternativa es el método fuego de hogar. Consiste simplemente en un arreglo para quemar madera, coque o carbón construido en la solera del horno y controlado de manera similar a los otros métodos con persianas toberas y sangradores. La regulación de la temperatura del fuego es difícil y el reemplazo frecuente de combustible interrumpe el proceso. Si se utiliza para sólo el secado, este método es tan sencillo como se indica, pero podría ser aplicado como el inicio de un proceso de soplado en forma controlada o lenta. Algunos operadores afirman que una mejora del calentamiento se logra a través de esta técnica. Después del secado, como se señaló anteriormente, un espacio se carga de coque muy pesada, seguido por una carga de soplado regular. Un bajo soplado se mantiene entonces, y las temperaturas de solera y de las paredes se elevan lentamente antes de que las tasas de soplado se incrementen a tasas de soplado convencionales. Varios días pueden transcurrir antes de que el soplado de entrada se realice. En teoría, el esquema tiene mérito en que hay menos probabilidad de daño por choque térmico a los ladrillos con una tendencia reducida para el ladrillo para mantenerse; sin embargo, el proceso es lento y costoso. La vida de las campanas superiores se ha logrado a través del uso de métodos convencionales, y no hay evidencia alguna observada hasta la fecha que indique resultados superiores de técnicas con quemado lento, que puedan ser satisfactorias. 10.4.1.1.2 Gas Otro método es una llama de gas abierta en el interior del horno. Una práctica es instalar un tubo de gas a través de la piquera y encender el gas por un pequeño fuego de leña mantenido en todo momento. Las aberturas de las toberas están equipadas con persianas para regular la entrada de aire, y la temperatura de la parte superior del horno está regulada como en los dos métodos anteriores. Los peligros obvios de este método impiden continuar el debate ya que pueden ser considerados como obsoletos. Esta práctica ha sido reemplazada por el uso de quemadores insertados a través de las toberas que generan aire caliente de la combustión de gas natural. 10.4.1.1.3 hornos holandeses Dos, tres o más hornos o calentadores se construyen fuera del alto horno y los productos de combustión de los hornos, además del exceso de aire calentado se dirigen a través de tuberías en la piquera y algunas aberturas de las toberas. Otras toberas y aberturas más frías están bloqueadas y el equipo se regula mediante el ajuste de los sangradores del horno. Al igual que en el secado de viento caliente, la gran campana permanece cerrada. Los hornos holandeses se usan con coque, carbón o madera y requieren un equipo para mantenerlos encendidos, transportar el combustible y limpiar las cenizas. El control de temperatura es más difícil en este caso, pero se regulan de cierto modo y se mantienen por la intensidad del fuego del horno y el ajuste de los purgadores del horno. 10.4.1.2 Llenado Al 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 utilizada en el proceso de secado se quitan. En un tiempo relativamente corto el interior del horno se habrá enfriado lo suficiente para permitir que se entre en el hogar para preparar el llenado. En el evento el fuego del hogar que se utilizó para el secado, todas las cenizas y basuras se limpian. Una inspección del sistema de refrigeración del horno se hace ahora y se abre el agua. Es una práctica habitual mantener una vigilancia constante sobre todos los miembros de enfriamiento a partir de este momento. En los casos en que el revestimiento del horno no es nuevo y el horno está vacío, la inspección previa ofrece una excelente oportunidad para encontrar fugas de elementos de refrigeración. Cualquier placa considerada sospechosa o que muestra un signo de humedad debe ser reemplazada antes de iniciar el llenado. Muchas horas de trabajo agotador y frustrante pueden evitarse con la atención a estos detalles. De hecho, este chequeo al detalle se aplica a todos los equipos mecánicos, eléctricos y físicos antes de iniciar el llenado. Por lo general, se prepara una lista de control, y cada artículo checado se reporta como recibido ya el artículo es satisfactorio. Otras preparaciones han precedido y algunas continúan en este punto coincidente con el inicio de la operación de llenado. Por

ejemplo, las cucharas de hierro se están calentando, papeleras con los valores propios se llenan de acuerdo al plan preestablecido, cucharones de ceniza, si se usan, se están preparando para el servicio, las tuberías de gas de horno son inspeccionados y los respiraderos están abiertos o cerrados según las instrucciones. Las líneas de purga de vapor se comprueban para asegurarse de que el vapor estará disponible cuando sea necesario y los corredores de hierro de colada y de escoria se preparan. Las actividades en la planta de emergencia y de los motores de soplado están en marcha con la misma intensidad. Quizás las turbinas fueron abiertas para su inspección y numerosas tareas de mantenimiento preventivo realizadas. Las calderas están siendo calentadas, los turbo sopladores se calientan y se encienden, los mecanismos de transmisión son checados y el agua es llevada a los condensadores, bombas son inspeccionados y puestas en operación, los horarios de soplado se publican y se vuelven 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 activan. Algunas de las actividades finales antes de la puesta en marcha de un alto horno se están instalando y el secado de los materiales de revestimiento de los canales y corredores, los escoriadores y las puertas se activan y se asegura de que las armas de barro y lanzas se monten correctamente para que puedan ponerse en contacto con la muesca de hierro en forma correcta. En algunos casos en los que el alto horno debe estar en funcionamiento a muy alta presión, el horno se presuriza con aire frío soplado antes de la puesta en marcha para determinar si hay fugas que deban ser eliminados. Hay muchas disposiciones diferentes para la colocación de la carga de puesta en marcha en el horno. En la mayoría de los casos, consiste en coque y sólo una pequeña cantidad de fundente por debajo del manto. Por encima de la capa hay un aumento gradual de la carga en proporción al coque. Muy a menudo, apuntalamiento de madera (generalmente viejos durmientes de ferrocarril) se coloca en el hogar en los orificios de colada de modo que haya suficiente espacio abierto para que el gas salga. En algunos sopladores, escoria de alto horno y la piedra caliza se cargan con el coque en la región del etalaje. El propósito de la escoria es proporcionar un material que pueda fundirse fácilmente y llevar el calor hacia abajo en la chimenea. El propósito de la piedra caliza es combinar con la ceniza de coque y formar una escoria fusible. Para aumentar el volumen de escoria durante el período inicial de la puesta en marcha, grava de sílice se añade a veces.

La fig. 10.3 muestra un relleno de puesta en marcha que se utilizó en un nuevo, amplio alto horno con un volumen de trabajo de 2.800 m3 (98.880 pies3). En este caso, la carga fue de 100% de fundente sinterizado. En consecuencia, como la relación del sinterizado a coque se incrementó hacia arriba del horno, la proporción de piedra caliza a coque se redujo y la proporción de coque a la grava se incrementó ligeramente. En el cálculo de las cantidades relativas de coque, la carga y el fundente, se prevé que las primeros coladas de hierro contendrán 2.5 a 4.5% de silicio. Consecuentemente, la cantidad de fundente básico debe planificarse convenientemente para que la escoria no sea demasiado calcárea (viscosa). A medida que el horno comienza a moverse con normalidad y se aumenta la velocidad del flujo de aire, el contenido de silicio del metal caliente bajará y luego flujo adicional debe ser proporcionado para que la sílice permanezca sin reducción en la escoria. Encendido 10.4.1.3 Varios métodos diferentes pueden ser utilizados para encender el alto horno; sin embargo, el más utilizado en la actualidad es encender el coque con aire caliente soplado. En este método, un volumen relativamente bajo de soplo se utiliza primero a una temperatura comprendida entre 550 ° C y 650 ° C (1022 ° F y 1202 ° F) y en cuestión de minutos que el coque de estas toberas se

encenderá. Para utilizar este método, es necesario tener las estufas precalentadas. En una planta de un solo horno o en una planta de horno múltiple donde todos los hornos estén apagados, esto puede presentar un problema. Frecuentemente donde el gas de alto horno no está disponible, el gas natural se utiliza para precalentar las estufas hasta que el gas de alto horno se pueda utilizar. Otro método, que se utiliza con menor frecuencia, es colocar el material fácilmente combustible frente a las toberas que pueden ser encendidas con antorchas o barras incandescentes. El tiro natural a través del horno por lo general proporciona suficiente aire para elevar la temperatura del coque cerca de las toberas a la temperatura de combustión, y luego un flujo ligero de aire soplado se puede iniciar. Antes de que el horno esté encendido, el sistema de gas está aislado del horno por una válvula de gafas, por lo general situada aguas abajo del sistema de limpieza de gas. El sistema de limpieza de gas se purga de esta válvula de gafas al horno con vapor de agua o algún tipo de gas inerte. Durante 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 limpieza de gas hasta la válvula que separa el sistema de limpieza de gas desde el sistema principal de gas de la planta. Los sistemas de limpieza de gas pueden variar de horno a horno, y, a veces secciones específicas del sistema de limpieza de gases están aislados unos de otros y se purgan por separado. En la mayoría de casos, no hay válvula de aislamiento entre el colector de polvos y el horno y, en consecuencia, el colector de polvos se purga con vapor que se ventila a través del tubo de descenso del alto horno y se descarga a través de los purgadores del horno. Cuando la velocidad 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 están cerrados. Cuando se obtiene una presión positiva de gas hasta la válvula de gafas de aislamiento, se abre y permite que el gas fluya en el sistema principal de gas. Precauciones importantes para evitar una explosión deben ser tomadas a lo largo de este período, y el área alrededor del horno, el sistema de limpieza de gases y las válvulas deben ser monitorizados para detectar posibles fugas de gas. Al poner en marcha el alto horno, la tasa de aire es sólo una pequeña fracción de lo que es al estar en el funcionamiento normal. En consecuencia, es habitual abrir sólo algunas de las toberas de manera que la velocidad a través de cada tobera sea suficiente para llevar a bien la explosión en el horno y mantener los gases calientes de la canalización a lo largo de las paredes. Esto generalmente se logra mediante la conexión de las toberas que no se pueden utilizar con bolas de arcilla y se acomoda para poderse a abrir más adelante a medida que aumenta la velocidad del soplado. En algunos casos, los casquillos se han colocado en el interior de las toberas para disminuir el diámetro de la abertura durante las primeras etapas del soplado. Estos son entonces eliminados cuando se utilizan las tasas de viento mayores. Al principio, la tasa viento se incrementa cada pocas horas para que al final de las primeras 24 horas sea de aproximadamente el 40-50% del soplo total. Después de esto, se incrementa aproximadamente 25% por día hasta que se alcanza la tasa máxima. Cuando se inicia la operación del horno, la muesca de hierro generalmente se deja abierta, y una parte del gas generado por la combustión del coque sale a través de la piquera. Al principio, este gas debe ser encendido, pero como las tasas de aire aumentan, calienta al coque en el hogar y en última instancia, se descarga a una temperatura lo suficientemente alta como para permanecer encendido La piquera generalmente permanece abierta hasta que la escoria comienza a aparecer. Esto se indica por una disminución en el volumen de gas y un hinchamiento o pulsación en la piquera. Cuando esto ocurre, la pistola de barro se gira a posición y el agujero está conectado. Unas pocas horas después de eso, el agujero se abre de nuevo para eliminar cualquier escoria que se haya formado. En hornos con más de una muesca de hierro, por lo general un agujero diferente se abre con cada intento sucesivo. Dentro de aproximadamente 24 a 28 horas después de la puesta en marcha, será lanzado el primer hierro. Este hierro será típicamente muy alto en contenido de silicio debido a la tasa de funcionamiento lento y la alta relación de sílice a óxido de hierro en los materiales en la primera porción de la carga del horno. A medida que aumenta la tasa de aire, y la carga en proporción al coque y se acerca al nivel de operación normal, el contenido de silicio del metal disminuye. En consecuencia, la relación de fundentes con respecto a los otros materiales se debe ajustar para proporcionar óxido básico suficiente para que fluya la sílice no reducida que se reporta a la escoria. En general, durante el período de soplado, es recomendable mantener la proporción de carga a coque en un rango que produzca metal caliente a alta temperatura a aproximadamente 1500 ° C (2732 ° F) para asegurar que algún problema imprevisto no causará un enfriamiento. La temperatura de aire caliente general no es elevada a la potencia máxima de las estufas durante este período porque la mayoría de los operadores prefieren tener una reserva que les permita introducir calor adicional en el hogar en caso de una emergencia. 10.4.2 Operaciones de rutina Después que se ha soplado un alto horno, se espera que permanezca en operación continua durante al menos cinco o seis años con interrupciones cortas sólo para el mantenimiento o la reparación de algunos de los equipos que se someten a un desgaste extremo, o para la sustitución de daños en los dispositivos de enfriamiento. Una vez que la tasa de aire y la temperatura de soplado caliente han llegado a su nivel normal de operación, se establece un horario de fundición de rutina. Este programa depende en gran medida de la calidad física y la composición química de los materiales de carga que estén disponibles. Por ejemplo, si los materiales de carga son bajos en contenido de hierro y un alto contenido de ganga, la tasa de producción de metal caliente será relativamente lento y puede ser necesario eliminar la escoria del horno entre coladas. En este caso, el horno puede sangrarse sólo seis veces al día. Sin embargo, en la práctica moderna del horno se hace un intento de establecer un horario de colada que mantiene los agujeros roscados abiertos en exceso el 85% del tiempo de funcionamiento, con el objetivo de que coincida estrechamente la tasa de remoción de hierro a la tasa de producción. A cierto tiempo, después de cada colada se drena la cubeta de manera que la escoria y desechos puedan ser retirados de la artesa y corredores. Entre coladas, el canal y los corredores se limpian y vuelven a surgir con un material protector. Tapas y presas también se restablecen y se secan en preparación para la siguiente colada. En los procesos de colada modernos el hierro se mantiene en el punto más bajo durante más de tres semanas, metal caliente de bajo silicio y materiales refractarios en las salas de colada modernas permiten este tipo de prácticas. En algunos grandes altos hornos con múltiples orificios de colada, la colada del horno se puede hacer casi continua. En tales casos, dos orificios de colada se utilizan alternativamente mientras la artesa en la tercera (y cuarta) se reconstruye o repara. El taladro utilizado para abrir el orificio de colada es de un tamaño tal que fluye el metal caliente a través de ella a una velocidad ligeramente más lento que aquél en el que se acumula en el hogar. A medida que avanza la colada, la piquera se erosiona ligeramente de modo que la velocidad de colada siguiente, supera la velocidad a la que el metal caliente se acumula en el hogar. Después de algún tiempo, la piquera se repara con la pistola de barro, y se abre la próxima piquera. Con la práctica de barra de remojo que ha sido adoptado por muchos altos hornos en América del Norte, las piqueras de arcilla son de tal calidad que se produce muy poca erosión. Esto permite al operador que coincida más estrechamente la producción de hierro y la remoción, y por lo tanto operar más estrechamente en un estado estacionario. Una velocidad de colada de 1.25 a 1.4 veces la producción de hierro

instantánea suele ser el óptimo. 10.4.3 Muestreo del Hierro El muestreo del arrabio para el análisis químico es una función importante en cada colada. Las muestras fueron tomadas previamente del larguero principal más allá del escoriadero. Por 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 que cada cuchara posterior está completamente llena. Ahora se entiende que se obtiene un análisis más preciso cuando las muestras se toman directamente de la cuchara de colada. Las muestras son corridas en el laboratorio para el análisis químico de silicio, azufre, manganeso y fósforo de manera que los resultados estarán disponibles antes de que el metal caliente se utilice en un proceso de fabricación de acero. Hoy en día la mayoría de las tiendas de fabricación de acero tendrán otra muestra de la cuchara de trasvase de utilizar en el cálculo de los requerimientos de oxígeno para que se produzca el calor. De la observación de la formación de chispas del metal líquido en el corredor, el contenido de silicio se puede calcular con bastante precisión, y de la observación de una pieza de ensayo que se vierte en el lugar de colada, el contenido de azufre también puede ser estimado. En las fábricas donde las instalaciones de laboratorio no son capaces de proporcionar análisis rápidos, estos métodos para estimar el contenido de silicio y azufre pueden servir como un análisis preliminar de la colada para la toma de decisiones relacionadas con la eliminación del metal caliente. En la mayoría de las plantas, también se analiza una muestra de la escoria en cada colada. En algunas plantas mayores, la composición de la escoria se estima a partir de la observación 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 análisis diario por el laboratorio químico. En las plantas de acero hoy la desulfuración externa es común y como resultado de que se tomen muestras de metal caliente en la cuchara de transferencia de acero después de la desulfuración con el fin de proporcionar al operador del BOF un análisis más preciso del metal caliente que se cargará.