Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 22, N° 2, 2002, 3 - 10 J

PROCESOS DE INTERCAMBIO TÉRMICO ENEL CRISOL DEL HORNO ALTO

A. BabichI, H. W. Gudenau', L. García', A. Formoso" y A. Cores'1. RWHT Aachen, Institute für Eisenhüttenkunde, Inizestrafie 1,52056 Aachen, Germany

babich@iehk.rwth-aachen.de2. Centro de Investigaciones Metalúrgicas, Avda. 51, 23611, Ciudad de La Habana, Cuba

cime@enet.cu3. Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas, Avda. Gregario del Amo, 8,

28040 Madrid aformoso@cenim.csic.es

Resumen

En el crisol del horno alto (HA) ocurre con más intensidad el intercambio térmico y determina la calidad del metal (arrabio), laproductividad del hornoy los parámetros de operación. Las energías térmica y química necesarias para el proceso del HA segeneran en el raceway (cavidad enfrente a las toberas). Este trabajo trata de los avances en la teoría del intercambio térmico enel crisol del HA que opera con parámetros de viento combinado. Se estudian los procesos de calentamiento de los productos dela fusión en el raceway y del baño líquido en el crisol y el efecto de la inyección de carbón pulverizado (ICP) en el intercambiotérmico en la zona oxidante. Un aumento en la productividad del horno requiere un aporte calórico complementario para elcalentamiento del arrabio y de la escoria, y por tanto una elevación de la temperatura de llama. La ICP aumenta la radiación en elraceway, y esto permite operar con una temperatura de llama más baja. Estas conclusiones teóricas se confirman por cálculospara dos hornos altos en Ucrania y España, y por análisis estadístico de la operación de la mayoría de los hornos altos de paísesde la Unión Europea. En un horno de Alemania se ha investigado, usando la técnica láser, el efecto de la ICP y de otrosparámetros del viento combinado, sobre el raceway

Palabras clave: Horno alto. Intercambio térmico. Raceway. Radiación. Inyección de carbón pulverizado. Técnicas de láser.

Abstract

Heat exchange occurs most intensively in the hearth of the blast fumace (BF) and determines metal quality, furnace productivityand operating parameters. The heat and chemical energy needed for the BF process is generated in the raceways. This paper isdedicated to the advancement of the heat exchange theory in the hearth of a BF operating with combined blast. The heatingprocesses of products of melting in the raceway and in the liquid bath of the hearth and the effect of pulverized coal injection(PCI) on heat exchange in the oxidizing zone and its extension are studied. An increase in furnace productivity requiresadditional heat power for the heating of pig iron and slag and therefore a rise in flame temperature. PClincreases radiation in theraceways, thus permitting BF operation with a lower flame temperature. These theoretical conclusions are confirmed by calculationsfor two BFs in the Ukraine and Spain and by statistical analysis of the operation of the majority of BFs in EU countries. At oneBFiB Germany the effect ofPCI and other combined blast parameters on the raceway extension was investigated using the lasertechnique.

Keywords: Blast furnace. Heat exchange. Raceway. Radiation. Pulverized coal injection. Laser technique

L Introducción

Todos los procesos básicos de la operación del hornoo (calentamiento de la carga, descomposición de los

.dratos y carbonatos, reducción del mineral, fusión delzrrahio y escoria) ocurren debido al intercambio térmico entre

materiales que descienden y los gases que ascienden.El intercambio térmico ocurre más intensamente en el cri-1 y este proceso determina la calidad del metal y los

amimetros de operación. La zona del raceway (cavidad en-te de las toberas) desempeña un papel muy específico,

aunque su volumen total representa sólo un 1 % del volu-men interior del HA. En el raceway se genera una gran partedel calor y la energía química necesaria para el proceso defabricación del arrabio. La productividad del horno se deter-mina no solo por la capacidad de la zona cohesiva para serpermeable al el gas reductor sino también por las caracterís-ticas y la extensión del raceway.

La teoría de intercambio térmico, formulada por. Kitaev [1]Y desarrollada por Yaroshenko, Michard, Rist y otros in-vestigadores [2-5] está universalmente reconocida. En la

4 A. Babich y col. /Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales

década de los 90 se han realizado numerosas investigacio-nes sobre la transferencia de calor en el HA, incluyendoprocesos con inyección de combustibles auxiliares, y se handesarrollado los modelos matemáticos correspondientes [6-14].

En el presente trabajo se realiza un intento para un desa-rrollo posterior de la teoría de intercambio térmico aplicada alos procesos que tienen lugar en la parte más baja del HA,operando con parámetros de viento combinados. Se realizaun estudio de los procesos de calentamiento de los produc-tos líquidos de la fusión en el crisol y la influencia de lainyección de carbón pulverizado (ICP) sobre el intercambiotérmico en el raceway. La técnica láser se emplea para medirla extensión del raceway.

2. Influencia de la temperatura de llama sobre la eficienciade operación del horno alto

Uno de los principales principios tecnológicos de laoperación del horno.alto con viento combinado es mantenerla temperatura de llama con un valor constante. Para mantenerla conformidad con este principio, se conocen las tasas decompensación para los parámetros del viento. A continuaciónserá analizada la exactitud de la tesis.

2.1 Ecuaciones de Kitaev

El análisis de las ecuaciones de Kitaev [5], que caracterizanel intercambio térmico en la parte inferior del horno, permiteel planteamiento de la siguiente ecuación para evaluar latemperatura de los productos líquidos de la fusión:

Q¡-o,c, +ard + I,b¡x¡j-l (1)

donde,tpm - temperatura de los productos de la fusión líquidos, °C;Wg, W m - equivalentes de agua de los flujos de gases y

materiales, respectivamente, J/(grado.kg);tf - temperatura de llama, °C;tg - temperatura de gas en la zona de reserva térmica, °C;Llt- diferencia de temperaturas entre el gas y los materiales

de carga en la zona de reserva térmica, °C;q- calor de fusión de arrabio, J/kg arrabio;Qs - calor de fusión de la escoria, J/kg escoria;G

s- volumen de escoria, kg/kg arrabio

a - coeficiente para el efecto térmico de la reacción de reduc-ción directa del hierro, considerando el contenido por-centual de hierro en el arrabio sin considerar las adicio-nes metálicas, J/kg arrabio;

rd - grado de reducción directa (-);b, - calor absorbido en las reacciones de reducción de Si,Mn y otros elementos, x 102 J/kg elemento;

X¡ - contenido en el arrabio de elementos que se reducen porvía directa, %.

Los procesos de fusión y de reducción directa no estánincluidos en el valor del equivalente acuoso de la carga,debido a que estos procesos se tienen en cuenta por untérmino separado de la ecuación (1). Por tanto, la relaciónentre los equivalentes en agua de los materiales de la carga ydel gas en las zonas baja y alta del horno es la misma, siendoaproximadamente igual a 0,8 [Ref.2].

La temperatura del gas en la zona de reserva térmica, deacuerdo a los datos señalados, es de 850-1000 "C. Ladiferencia entre la temperatura de los gases y de los materialesen esta zona es mínima, siendo de 10-30 "C [2].

2.2 Parámetros que influyen en la temperatura de llama

Según la ecuación (1), la temperatura de los productoslíquidos podría parecer linealmente dependiente de latemperatura de llama. Sin embargo, las características delproceso que determinan el valor de la temperatura de llama,pueden afectar a otros parámetros de la ecuación (1). Portanto, para estimar la influencia de la temperatura de llamasobre el calentamiento de los productos líquidos, esnecesario analizar las razones de su variación.

. La temperatura del viento influye sólo en el calorque seintroduce en el crisol, esto es, su cambio afecta sólo a latemperatura de llama. La temperatura de los productos defusión en este caso es linealmente dependiente con elcambio de la temperatura de llama.

El enriquecimiento del viento con oxígeno produce unaelevación en la temperatura de llama y una disminuciónen el flujo de gas. El grado de reducción directa permaneceaproximadamente constante.

. La inyección de hidrocarburos, como aditivos, causa unadisminución en la temperatura de llama, una caída en elgrado de reducción directa y una disminución en el flujode gas y, como resultado, un aumento en la relación entrelos equivalentes en agua de los materiales de carga y delgas (W IW). El efecto de la temperatura de llama sobrern gel calentamiento de los productos de fusión, de acuerdocon la ecuación (1), se compensa por el cambio de estosparámetros. El efecto total de los combustibles inyectadossobre la temperatura de los productos de fusión, sedetermina por la relación cuantitativa de los cambios en latemperatura de llama, grado de reducción directa yequivalentes de agua.De lo anterior se deduce que al cambiar las condiciones

tecnológicas, manteniendo la temperatura de llama constante,no se asegura el mantenimiento de una temperaturaestablecida en el arrabio.

En el trabajo de la referencia [15] se introduce el conceptode temperatura de llama necesaria, el cual para los nuevos

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valores de los parámetros del proceso, garantiza conservaren el nivel inicial la temperatura de los productos líquidos dela fusión. Este valor se puede determinar mediante laecuación:

donde,tft' t1'2- temperatura de llama en el estado inicial y en el nuevo

régimen tecnológico, respectivamente, °C,KI, K, - tasa de consumo de coque en el estado inicial y en

el nuevo régimen, kg/kg arrabio,VI' V2 - flujo de gas en toberas en la condición inicial y en el

nuevo régimen, mvkg coque,W m2' Wml - calor específico medio de la carga en la condición

del nuevo régimen o inicial referido a la unidad devolumen, J/(kg.grado).

El análisis de la ecuación (2) muestra que la temperaturade llama necesaria puede disminuir o aumentar, comparadacon el estado inicial. Sin embargo, todos los parámetros arribamencionados, además de la teoría de intercambio térmico deKitaev, suponen que la transferencia de calor ocurre porconvección. Esta aproximación es aceptable en el análisisdel intercambio térmico del HA desde el tragante hastatoberas, pero en los raceways y crisol la radiación juega unpapel principal para determinar el calentamiento del metal yla escoria. La investigación del intercambio térmico en losraceways y en la parte baja del crisol, se puede realizar usandola ley de Stefan-Boltzman.

2.2.1 Temperatura de llama y productividad

La dependencia entre la temperatura de llama necesaria yla productividad del horno alto se estudia a continuación.Para calentar los productos de fusión con un aumento en laproductividad del horno, se debe aportar una energía térmicaadicional a los productos:

donde,..iN - energía térmica adicional, J/kg.sLlP - aumento de la productividad del HA, kg/sCj, Cs - calores específicos del arrabio y la escoria, respecti-

vamente, J/(kg.grad);Llt¡- sobrecalentamiento de los productos líquidos en el

raceway y crisol, "C.

Esta energía térmica adicional se puede suministrar au-mentando la temperatura de llama:

5

N = o P {(TD4- (Tpnl},

t. N = [LlO' F{Tf4 -T~)+ 40' FT¡]t. Tf

Lltf

(4)

(5)

donde,(J- coeficiente de transferencia de calor por radiación, W I

(m2.K4);F - superficie del intercambio térmico, m2.

LlT¡ - incremento en la temperatura de llama, °KT¡ - temperatura de llama, °KTpm - temperatura de los productos líquidos de la fusión, °K

Por otra parte de la ecuación (4) se deduce, que es posibleintensificar el intercambio térmico no solo elevando la tempe-ratura de llama sino también aumentando el coeficiente deradiación, por ejemplo, como resultado de la radiación porcarburación del carbón pulverizado inyectado.

Si el coeficiente teórico de irradiación no varía, un aumentoen la temperatura de llama permite una elevación proporcio-nal en la productividad del horno. De las expresiones (3) y(5), con la simplificación correspondiente a ?ó - O,se deduce:

(6)

El cambio en la temperatura de llama requerido paraconseguir un aumento en la productividad, ha sido calculadopara los hornos altos de Azovstal, en Ucrania, usando la eco(6). Los valores de oF fueron calculados usando la eco (4)sobre la base de los datos de operación. Los valoresobtenidos dependen débilmente de la productividad,confirmando las condiciones estables del intercambio decalor en estos hornos. Los resultados de estos cálculosmuestran que el aumento necesario en la temperatura de llamadeberá ser de 0,17 °C/ta.día (tonelada de arrabio/día) para loshornos altos de Azovstal (Fig. 1).

Con estos mismos datos experimentales de operación, sehan obtenido las ecuaciones lineales y cuadráticas de regre-sión, entre los parámetros estudiados. Puesto que el coefi-ciente de correlación para la ecuación cuadrática no difiereconsiderablemente del de la ecuación lineal, solo la últimaserá presentada para simplicidad del análisis:

Tf=0,381 P+ 1115, R=O,72;

donde,P - productividad del horno, tldía;R - coeficiente de correlación.

6 A. Babicb y col./Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales

La diferencia entre los datos teóricos y experimentales,obtenidos por medio del tratamiento estadístico de losparámetros de operación (curvas 1 y 2 de la figura 1,respectivamente), se deben principalmente a:

No toda la masa del arrabio y escoria pasa a través de losraceways, por tanto se necesita un sobrecalentamientode los productos de la fusión para conseguir unatemperatura dada,

. Un aumento en las pérdidas de calor cuando la temperaturade llama se eleva

Las dimensiones del raceway son variables.

uo

i 1800 22!:::OO:::::-~2300;;;::;;:::---:2:-:400'="""---::2:-:500'='"::---:2,-J600L..,---:C27<,..JOO

Productivity , t /24 h

Fig. l. Dependencia de la temperatura de llama en la productividadpara el HA en Azovstal, Ucrania. 1. datos calculados; 2. datosexperimentales

En general, la figura 1 confirma que para conseguir unaalta productividad en la operación del horno alto se requiereuna temperatura de llama más elevada. La experiencia conhornos que operan en países de la Unión Europea y Ucraniaconfirma lo anterior. La productividad específica media delos hornos europeos, como se indica en la referencia [16],fue de 2,3 tlm3.24h con algunos hornos logrando 3,0-3,1 tim3.24h.

El valor medio de la temperatura de llama fue de 2170 °C, ya veces por encima de 2270 o C. La productividad específicade 10 hornos altos en Ucraniaen 1997 fue de 1,7-1,9 tlm324hy la temperatura de llama de 1950-2050 "C.

2.2.2 Temperatura de llama y altura de la zona inferior deintercambio térmico

Un cambio en la productividad y en la temperatura dellama conduce a un cambio en la altura de la zona inferior delintercambio térmico. Su valor se estima por la ecuación [2]:

(7)

siendo,

donde,1\- altura de la zona inferior de intercambio térmico, mp - carga volumétrica por unidad de área de la cuba, m31

m2.s;pb -densidad de carga, t/m';S - área de la cuba, m-;CI. - coeficiente de transferencia de calor, WIm3.grado;Cb - calor especifico de la carga, J/m3.grado;f -porosidad de la carga (fracción de huecos), m3/m3•

Para el analizar el efecto de un cambio en la temperaturade llama sobre la altura de la zona inferior del intercambiotérmico, las expresiones Cb (1- f) Y [(W mlWg) - 1] en la eco(7) se suponen constantes. Entonces,

HL__ 2 _

H L¡

P2 Tf2-Tpm Uc(Tf¡-Tpm)+(JTf¡- X X---i'-'-'----'-----T----'-!-P, Tf¡ - t: a , (Tf, - t: )+ (JT¡,

(8)

donde,Cl.c- coeficiente de intercambio térmico por convección, W I

m3.grado.

El efecto de la temperatura de llama y la productividaddel horno sobre la altura de la zona inferior de intercambiotérmico, ha sido estudiado utilizando información de laoperación del HA -1 de Azovstal, en diferentes condicionesde operación, y datos de operación de los hornos altos delos países de la UE [16,17].

La altura de la zona inferior de intercambio térmico (HL)

ha sido calculada para valores diferentes de productividad

P2T f~

P2T/,

y de temperatura de llama. La figura 2 muestra la dependenciaestadística de 1\ con la temperatura de llama. Del análisis delos datos obtenidos se observa, que con el aumento de latemperatura de llama se intensifica el intercambio térmico enla zona inferior del horno.

Se han realizado cálculos análogos para 54 hornos enpaíses de la UE sobre la base de datos de operación en1996. Se han usado datos " "dad específica (ti24h por 1 m3 de volumen ' productividad diariay el cambio relativo en la zona inferior de

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intercambio térmico, con objeto de permitir una comparaciónde los diferentes hornos. El valor absoluto de HL se mantieneen el intervalo de 1,8-3,3 m, y la relación H/HHA = 0,07-0,17(HHA- altura de trabajo del horno, m). El intervalo de cambioen la temperatura de llama fue de 2000-2300 °C,aproximadamente. El valor medio de la temperatura de llama(2150°C) corresponde al 100 % HL•

Mediante análisis estadístico se obtienen las siguientesecuaciones de regresión entre los parámetros estudiados,representadas en la figura 3:

donde,

A ~ = 14,3 + 37 P,p' R = 0,81 (9)~=351-0,115Tf' R=-0,374 (10)

ARL• variación relativa de la altura de la zona inferior deintercambio térmico, %;

P,p' - productividad específica del horno, t/m'. día.

El intervalo efectivo de estas ecuaciones corresponde aPSP= 1,6-3,2 t/m3.día y Tf= 2000-2300°C.

2.2

2 .O=----:-'~---'------L-----L-----J1900 1950 2000 2050 2100

Flome temperature. 0C

Fig. 2. Dependencia de la altura de la zona inferior de intercambiotérmico en la temperatura de llama para el HA en Azovstal.

2.6

2.4

2150

Las ecuaciones (9) y (10) Yla figura 3 confirman, que unaumento de la productividad del horno requiere de unaenergía térmica adicional para calentar el arrabio y la escoria,y para elevar el valor de HL (un 3,7 % porcada 0,1 t/m3.día).Un aumento de la temperatura de llama intensifica elintercambio térmico en el crisol y disminuye H. en una mediade 11,5 % por cada 100°C de temperatura de llama.

cproductivity. '1m3• 24 h

. Flame temperature, °C

Fig. 3. Efecto de la productividad (1) y la temperatura de llama (2)en la altura relativa dela zona inferior de intercambio térmico.

3. Influencia de la 1CP en el intercambio térmico en la zona

del Raceway

Se sabe de la experiencia de operación del HA que con laICP no se necesita mantener la temperatura de llama al valorinicial. La efectividad máxima en el empleo del CP se obtiene,como regla, con una cierta disminución en la temperatura dellama. Este hecho se explica por la intensificación del procesode reducción con la ICP, la disminución en el grado dereducción directa y, como resultado, la disminución de lasnecesidades térmicas para completar los procesos deformación del arrabio y la escoria en el crisol.

El análisis de la ecuación (2) muestra, que con la inyecciónde carbón, con una composición química similar a la del coque(antracita, carbones pobres), el cambio en la temperatura dellama necesaria se determina por la disminución en el gradode reducción directa rd; cuanto más disminuye el valor de rd,

tanto más baja será esta temperatura. Un 1 % de disminuciónen el valor rd'disminuye la temperatura de llama necesaria en15-25OC[18-20].

En la Ref. [20] se ha determinado que la subida de laradiación en el raceway es otro factor que influyefavorablemente en el intercambio de calor con la ICE En lascondiciones del raceway en el horno sin ICP,' el valor delgrado de negrura efectivo en la corriente radiante es Esg = 0,1.Debido a esto, Kitaev ha tenido en cuenta solo el mecanismode intercambio de calor por convección, ignorando laradiación en el raceway. Con la ICP la situación cambia. Latemperatura del coque en el raceway se mantiene en elintervalo de 1400-1500 °C; la temperatura de las partículas decarbón es casi la misma que la temperatura del gas de tobera.La superficie específica de las partículas de carbón esconsiderablemente mayor que la superficie de los trozos decoque en el raceway.

En la Ref. [20] se ha realizado una estimación del grado denegrura de la corriente del raceway con la ICP y se hademostrado que este valor se eleva en un 10 % por cada 100kgCP/ta. La superficie específica del CP es de 0,3 m2/kg.

y de esta forma para calentar el metal que pasa a travésdel raceway a una temperatura determinada en un horno queopera con ICP, es suficiente una temperatura de llama másbaja.

donde,E - grado de negrura efectiva del gas radiante determinado

g

por la presencia de gases triatómicos en el gas.E,g - grado de negrura efectiva de la corriente radiante.

De donde resulta, que la temperatura de llama se puededisminuir en 40-45 °C al inyectar 100 kgCP/ta. Por tanto, latemperatura de llama necesaria para la ICP disminuye comoresultado de la acción de dos factores: la disminución del

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grado de reducción directa rd y el aumento de la capacidadradiante de los productos de la combustión. La disminuciónde la temperatura de llama, que garantiza mantener unatemperatura constante del arrabio, es de 70-100 °C por cada100 kgCP/ta inyectados (con una disminución del valor de rd

de 2,0-2,5 %).Los resultados de las investigaciones teóricas se

confirman durante la incorporación, en 1997, de la tecnologíade operación con ICP del HA-B de ACERALIA, en Gijón,España. El procesamiento estadístico de los datos deproducción mensuales [21] muestra, que el crecimiento de latasa de ICP se acompaña con la disminución de la temperaturade llama en 85°C por cada 100 kgCP/ta inyectados (Fig. 4a).A pesar de una pequeña disminución en la temperatura delarrabio (Fig. 4b), los parámetros de operación del horno hansido altos, y la productividad aumentó en 865 t/24h (o en0,37 t/m3.24h) para una elevación en la tasa de CP de 100 kglta (Fig. 4c).

u 2220o

i 2190:J-E!Q) 2160e,Eel)-Q) 2130Ee 2100li:

1510u 1500o

:E%

a

••

•• b

~ 6500r--------------------,-----------,~::::= •>..~>-.;y

-6 R = 0.60e •a 5000~----~----~----~----~~~~

50 70 90 110 130 150

kg/t HM

C

PC rate,Fig. 4. Dependencia de los parámetros de operación en el consumode CP parael HA-E en Gijón,España.R: Coeficientede correlación.

4. Aplicación de una técnica de medida moderna en el nivelde toberas de un horno alto

Con la ICP son posibles reacciones secundarias degasificación del carbono en .el carbón, debido a la reducción

directa de los óxidos de hierro contenidos en el flujo de escoriadescendente.

El contenido de óxidos de hierro en la escoria que pasa através del raceway llega al 60 % [22]. Estas reacciones puedenintensificar el intercambio térmico en el raceway y aumentarel grado de combustión del CP. Para estimar el papel y elgrado de expansión de las reacciones arriba indicadas, esnecesario conocer la temperatura verdadera en el raceway ysu extensión.

La dimensión del raceway también afecta al calentamientode los productos de fusión en el crisol. Cuanto menor sea elvolumen del raceway, menos productos de fusión pasarán através del raceway, y se necesita una mayor temperatura dellama para aumentar la productividad del horno. Es imposibleconocer la cantidad de arrabio y de escoria que pasa a travésdel raceway. Esta es una de las razones para la diferenciaentre los datos teóricos y experimentales de la figura 1.

Estos ejemplos muestran que la modelización de losprocesos de intercambio térmico en el raceway y en el crisol,requiere de la medida experimental de la temperatura y lacomposición del gas, y del cambio de la extensión delraceway cuando se opera con parámetros de vientocombinados. Las medidas usando sondas [23-26] sonextremadamente difíciles debido a las altas temperaturas, altasvelocidades de flujo, y altas presiones. Los métodos ópticosde medida ofrecen por tanto ventajas. Se han usadopirómetros, cámaras de alta velocidad y endoscopios paralas medidas en el raceway [27-30].

En el HA-1 de Thyssen Krupp Stahl, en Schwelgern,Alemania, se ha usado una técnica nueva de láser, quemantiene un proceso de medida rápida, no-intrusiva, paradeterminar la extensión del raceway (Fig. 5) [Ref.31]. Se hanrealizado investigaciones usando un sensor del racewayestándar [32,33], el cual ha sido modificado en la UniversidadTecnológica de Aachen, Alemania.

El sistema láser se basa en el principio de medidaflashen el tiempo. La longitud de la zona de oxidación en ladirección del eje de toberas, se determina por la diferencia detiempo entre el envío de un impulso láser corto e intenso y larecepción de la señal reflejada desde el raceway. Las señalesreflejadas de los granos de coque se estiman usando el métodoestadístico y se excluyen. El tiempo máximo de impulso flashcorresponde a la extensión del raceway. Los laseres del tipode la gama UV se han elegido a causa de la alta intensidad dela radiación térmica en el raceway.

Durante el período de investigación, el HA -1 enShewelgern ha estado operando con una tasa media de CPde 160-180 kg/ta. La ICP se ha interrumpido brevementedurante la realización de las medidas. Este procedimiento noinfluye en la extensión del raceway. Este valor permanececonstante' durante algunas horas.

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1Dotatreotment

Dotoprocessor

Fig. 5. Técnica de láser para determinar la extensión del racewaypara el HA-l en Schwelgern, Alemania.

El análisis de los 'resultados obtenidos confirma losiguiente:

• los raceways adyacentes no se superponen. Ningúncambio de materiales ocurre en estas zonas. Sin embargo,la capa de materiales entre los raceways es obviamentepermeable a los gases. Por tanto, existe un efecto deradiación mutua,

• la extensión máxima del raceway en la dirección del eje detobera cuando el horno opera con ICP es solo de unos700 rnm. El análisis comparativo con otras investigacionesindica que la permeabilidad del gas en la parte superiordel HA también influye en la extensión del raceway y deesta forma en la productividad del horno,

• la extensión del raceway sin ICP es de 950 rnm. Esteresultado se ha obtenido con largos tiempos de operación(durante muchos días) solo con coque,

un aumento en la temperatura del viento conduce a unapequeña elevación en la profundidad del raceway. El efectode la humedad y del contenido de oxígeno en el viento, sobrelas condiciones del raceway no ha sido probado.

5. Conclusiones

Los resultados del trabajo realizado permiten establecerlas siguientes conclusiones:• El mantener la temperatura de llama a un valor constante

puede no conservar el aporte de calor requerido por elarrabio en las condiciones tecnológicas cambiantes.Como resultado, puede cambiar la temperatura estableci-da para el arrabió.

• La radiación juega el papel principal en el calentamientodel metal y la escoria en el raceway y del baño líquido delcrisol. En otras palabras, el calentamiento de los produc-tos líquidos está determinado por las condiciones de in-tercambio térmico por radiación.

• Se necesita un aumento de la temperatura del gas en lastoberas para mantener el calor requerido del metal y laescoria. La operación del HA con una temperatura dellama elevada intensifica el cambio de calor en la partebaja del horno y conduce a una disminución en su altura(HL). La disminución media del valor de HL para los hor-nos altos europeos es de 11,5 % por cada 100°C de tem-peratura de llama.

• La ICP eleva la radiación en el raceway, por tanto intensi-fica el intercambio térmico. Este fenómeno favorece laoperación efectiva del HA con ICP produciendo una com-pensación incompleta de la disminución de la temperatu-ra de llama. La disminución total para la temperatura dellama necesaria puede ser 70-100 DCpor 100 kgCP/ta.

• La extensión del raceway influye en la productividad delHA y en los procesos de intercambio térmico. Las inves-tigaciones en el HA-1, en Schwelgern, usando la técnicadel láser muestran que la profundidad del raceway dis-minuye de 950 a 700 mm con la ICP (160-180 kg/ta). Unaumento en la temperatura del viento eleva muy poco laextensión del raceway. Los efectos de los contenidos dehumedad y de oxígeno en el viento sobre la longitud delraceway no han sido probados.

Agradecimientos

Los autores desean expresar su agradecimiento al Prof. S.Yaroshevskii de la Universidad Tecnológica de Donetsk,Ucrania, por su valiosa ayuda, a ACERALIA CorporaciónSiderurgica, Gijón, España, por haber facilitado los datos deoperación del horno alto ya Thyssen Krupp Stahl AG, Ale-mania, por el aporte en los ensayos realizados en el HA-1 enSchwelgern. El apoyo financiero para este proyecto ha sidorealizado por la Unión Europea (ECSC 721O-AA/938).

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