Hierro y Acero Edicion 76 | Page 8

8 Laminación Figura 1 fecha no se han encontrado estudios o reportes técnicos en planta Ternium sobre posibles fallas por desgaste en re- fractarios de skids. En la literatura científica varios autores han reportado estudios de hornos de recalentamiento enfocados en re- visar los perfiles térmicos, consumo de combustibles y la optimización energética. Skids en la zona de calentamiento, a) antes de colocar el refractario b) colocación de los skids al interior del horno con refractario. Como se observa en la Figura 1, los skids son arreglo de tuberías diseñados, estructuralmente para soportar el peso de las palanquillas y térmicamente (con refrigeración in- terna) para resistir condiciones de trabajo a altas tempera- turas. El horno cuenta con seis skids de carga y, sobre estos, seis skids de arrastre. Los skids son considerados un sumi- dero de calor, provocando pérdidas de calor en el balance térmico del interior del horno del 2 por ciento [4] , por lo que la cantidad de energía requerida para alcanzar la tem- peratura de trabajo podría no considerar estas pérdidas en el sistema, por no representar un incremento sustancial en el consumo de combustible. Sin embargo, los gastos de operación del horno de recalentamiento no son única- mente producto del consumo energético, también existen los gastos de mantenimiento preventivo, que tienen como objetivo principal mantener la operación del horno por lo menos 4 años, antes de realizar un mantenimiento mayor o paro total de las operaciones del horno. Un problema que ha sido poco estudiado por las empre- sas siderúrgicas son las fallas de los skids provocadas por la erosión y desgaste del refractario por el impacto de óxi- dos o cascarilla [5] . Aunque los principales daños en el re- fractario de las paredes en los hornos son causados por las condiciones anormales de operación, como temperaturas de sobrecalentamiento de flamas desalineadas, esfuerzos estructurales, fracturas del refractario por choque térmico, golpes provocados por la carga o sobrecarga en el horno, reacción química entre el refractario y la cascarilla de óxi- dos formados en la palanquilla, entre otros [6] . De las cau- sas antes mencionadas, en este trabajo se estudia la acción abrasiva del arrastre de óxidos por los gases calientes, que pueden alcanzar valores de velocidad de hasta 60 metros/ segundo en la salida del horno, lo que pudiera relacionar- se con una falla en el refractario de los skids [7] . Es impor- tante mencionar que si el refractario del skid falla, su parte metálica se ablandará por el efecto de la temperatura, au- nado a lo anterior, el peso de las palanquillas puede ven- cer la resistencia mecánica del skid, provocando fracturas estructurales en el patín de carga y deslizamiento. Hasta la Estos estudios generalmente se dividen en dos grandes grupos [8] , los primeros han abordado el tema de la combus- tión, la dinámica de fluidos y la transferencia de calor en forma acoplada [9] , los segundos, realizan estudios sin consi- derar la combustión y la dinámica de fluidos; solo simulan el campo térmico provocado por la radiación, [10] [11] . Pocos autores simulan la pérdida de calor a través de los Skids para obtener balances de calor al interior del horno [12] [13] , tal es el caso de Vinod and et al, que construyó una serie de mo- delos simétrico en 3D y cuya conclusión fue que el balance de calor al interior del horno es afectada en menos del 2% con la presencia de los skids [4] , por esta razón los investiga- dores pocas veces incluyen los patines en sus simulaciones. Por lo anterior, el presente trabajo presenta una simu- lación matemática que acopla los fenómenos de: a) com- bustión; b) transferencia de calor (radiación, convección y conducción), c) dinámica de fluidos y d) la inyección de partículas y su interacción con la turbulencia para estudiar la erosión del refractario al interior de un horno de reca- lentamiento y tratar de investigar el efecto que pudo haber tenido la erosión del refractario de los skids con una falla presentada años atrás en la planta Ternium Xoxtla. Descripción del horno de recalentamiento de la planta Ternium-Xoxtla El estudio está realizado en un horno tipo empujador con capacidad de producción de 120 ton/hr como se muestra en la figura 2, El horno de recalentamiento simu- lado está dividido en dos zonas: La zona uno o de calenta- miento, donde se presenta el mayor intercambio energéti- co debido a que los gases de combustión están en contacto por arriba y abajo de las palanquillas, las cuales se deslizan sobre los skids. En la zona de calentamiento inferior se tienen 4 que- madores en cada lado del horno (ocho quemadores en total) con una potencia individual de 11 Millones de BTU (British Thermal Unit). Otros 12 quemadores de 10 Mi- llones BTU, cada uno, están ubicados en la parte superior del horno. La zona dos o de compensación cuenta con 12 quemadores de 3 Millones BTU de potencia, ubicados en la parte superior del horno y 2 quemadores de punta y cola de 1.5 Millones BTU que no se toman en cuenta en el presente trabajo ya que no modifican las trayectorias de las partículas de óxido inyectadas al interior del horno. A par- tir de la Figura 2, puede observarse la posición de los que-