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Dentro de la manufactura del acero, existen diversos procesos y etapas intermedias para su obtención. Los documentos de esta sección describen algunos modelos de procesos de producción, así como ciertos aspectos de etapas y procesos intermedios dentro del proceso global de fabricación del acero.
23. Monografías sobre tecnología del acero
Los procesos siderúrgicos pueden partir de mineral o de chatarra. En el primer caso tienen lugar por tres vías.
En la vía primera, realizada en horno alto, el reductor es coque obtenido por destilación seca (pirólisis) de la hulla. En este horno, reducción y fusión proceden de manera prácticamente simultánea. El producto obtenido es el arrabio, fundición o hot metal, altamente carburado (4–5% C) y en estado líquido. Este arrabio se pasa a otros hornos (convertidores y hornos de solera) en los que se descarbura hasta convertirse en acero líquido. Es lo que se llama siderurgia integral.
En la segunda vía también se produce reducción y fusión del mineral, en un proceso bastante nuevo que recibe la denominación de fusión reductora o siderurgia del siglo XXI. Como elemento termógeno y reductor, se emplean carbones pobres no coquizables y, en consecuencia, de bajo precio. El producto obtenido es también una fundición altamente carburada y en estado líquido. Este producto líquido se trata de la misma forma que el obtenido en el horno alto citado en párrafo anterior. La mayoría de los procedimientos que realizan esta vía se encuentran todavía en estado de planta piloto, aunque ya hay instalaciones industriales que funcionan satisfactoriamente.
En la tercera vía, el reductor lo constituyen hidrocarburos, aunque hay algunos procesos que parten de carbones pobres. El producto obtenido es un sólido en forma de polvo, nódulos o briquetas. Su composición es la de un hierro casi puro, con bastante carbono y con estériles procedentes de la ganga del mineral de partida. Este material es lo que se denomina hierro esponja, pellets o prerreducidos. El proceso suele llamarse reducción directa, por lo que el producto obtenido también se conoce como hierro de reducción directa DRI.
Este conjunto de documentos presentados aquí son unas monografías muy completas sobre la industria y la tecnología del acero. Comprenden cuatro partes:
Acería eléctrica: procesos de la acería eléctrica y estudio de los distintos hornos eléctricos.
Metalurgia secundaria: recapitulación sobre los diferentes procesos existentes para metalurgia secundaria, sus aplicaciones, ventajas e inconvenientes.
Colada del acero: resumen de los procedimientos y métodos utilizados en la colada del acero
Imagen 10. Nave de hornos. Doc. 23 (Acería eléctrica), pág. 51.
Los documentos fueron preparados por José Luis Enríquez Berciano, Enrique Tremps Guerra, Daniel Fernández Segovia y Susana de Elío de Bengy (Universidad Politécnica de Madrid UPM, Madrid, España). Se encuentran alojados en el portal de Archivo Digital UPM, repositorio virtual que contiene la documentación científica y académica producida por esta institución española.
24. A Process Model for EAF Steelmaking
Imagen 11. Process Reactor Model concept. Doc. 24, pág. 437.
La parte más usual de la manufactura del acero EAF (Electric Arc Furnace, horno de arco eléctrico) hace uso de los sistemas de automatización del nivel dos.
La instrumentación de los hornos permite una medida cuantitativa dependiente del tiempo de las entradas de masa y energía. Estos datos pueden ser usados para el modelamiento en línea y no en línea del proceso de fusión. El desarrollo de tales modelamientos comenzó en 1974 y, en formas más simples, se volvieron estado del arte en las décadas siguientes. Los desarrollos del modelo han asumido varias direcciones:
Determinación del proceso global y el control de proceso.
Modelamiento CFD del sistema off-gas o la transferencia de calor dentro del horno.
Modelamiento de la fusión, de la química de la escoria y de la espuma de la escoria.
En la mayoría de los casos, los modelos resultantes son específicos para el EAF o inclusive una planta individual; emplean distintos modelos y aproximaciones para aplicaciones offline y online. Los detalles sobre los cálculos del modelo usando datos industriales reales son extraños en la literatura abierta; no obstante, los desarrollos de las últimas décadas y este documento tienen algunas características en común:
Se deducen y se resuelven las leyes de la conservación física de la materia, la energía y las especies.
El método numérico general establece y resuelve un conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales.
Los modelos requieren valores iniciales y datos para las variables de entrada dependientes del tiempo, tales como las entradas químicas y eléctricas, o cargas de masa.
A partir de estas características generales, se desarrolló una aproximación universal para el modelamiento de procesos metalúrgicos (Process Reactor Model). Este concepto se aplicó aquí para EAF.
Este documento fue preparado por Jens Weldenstorf y Karl-Heinz Spitzer (Institut für Metallurgie, Clausthal University of Technology, Clausthal-Zellerfeld, Alemania), y se encuentra en el website del Institut für Metallurgie.
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