seguridad industrial
REACCIONES LIBRES EN EAF
Existe el supuesto que el vapor de agua reaccionará con el monóxido de carbono en el espacio libre del EAF. Sin embargo, al
considerar la termodinámica, esto es poco probable. La reacción
de desplazamiento agua-gas (WGSR en inglés) es una reacción
crítica usada en la fabricación de amoníaco, metanol e hidrógeno. En un reactor, a bajas temperaturas (~450-600 ºF) y en
presencia de un catalizador, la reacción WGSR puede llevarse a
cabo de la siguiente manera:
CO + H2O gCO2 + H2
(1)
La reacción se moverá hacia la derecha solo bajo condiciones
muy controladas. Es una reacción exotérmica a bajas temperaturas; sin embargo, a medida que la temperatura se eleva, la
reacción se ralentiza5. A medida que la temperatura se eleva,
la reacción se detiene finalmente antes de llegar a su culminación y, de hecho, se invierte. La Figura 3 muestra la constante
de equilibrio6 (para un reactor sellado, con catalizador) como
función de la temperatura para el ajuste de un reactor. Básicamente esto indica que, en condiciones ideales, la fuerza de
accionamiento de la reacción disminuye rápidamente hasta que
invierte al alcanzar 1100º K. En el EAF, esta reacción progresaría
mucho más lentamente, de hacerlo, por las siguientes razones:
• Los reactivos (CO y H20) están diluidos en comparación
con un reactor
• No hay una mezcla forzada en el EAF, como en un reactor
• No hay un catalizador presente
Esto sugiere que es posible que el hidrógeno se forme o no se
forme a baja temperatura en el EAF a través de WGSR. Sin embargo, es claro que, como máximo, es posible que se reduzca
una pequeña fracción del agua. De hecho, si se reduce el agua,
es muy posible que el hidrógeno libre pueda reaccionar con
CO2 u oxígeno (si está presente) y recombinarse en agua.
18 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
140
120
Constante de equilibrio
Esto es relevante porque si se considera que detectar y medir la
presencia de un gas es una medida confiable para detectar las
fugas de agua, este gas debe estar presente y poder medirse en
todo momento como se muestra en el caso del vapor de agua
en la Figura 1.
El hidrógeno es un producto de las reacciones del horno, no se
agrega “naturalmente” al horno. El agua es una fuente de hidrógeno; sin embargo, es muy difícil disociar el agua en hidrógeno
y oxígeno. Para ello, se necesitan cantidades sustanciales de
energía y temperaturas extremadamente altas. La disociación
térmica del agua comienza más allá de los 3000 ºF (1649 ºC) y
es difícil llegar hasta su culminación. Por lo tanto, la disociación
térmica del agua no es una fuente significativa de gas hidrógeno
en el proceso del EAF.
Los quemadores de combustible oxigenado son otra fuente importante de agua. El vapor de agua constituye aproximadamente dos tercios de los productos de la combustión. Es posible
que la combustión del quemador no culmine en el horno. Por
ejemplo, una gran pieza de escoria que se encuentra directamente en la ruta de la llama del quemador puede ocasionar una
mezcla ineficiente de los constituyentes del gas, lo que genera
una combustión parcial. En este caso, los productos de la combustión son una mezcla de CO, CO2, H2 y H2O.
100
80
60
40
20
0 500 550 600 650 700
750 800 850 900 950 1000
Temperatura (K)
Figura 3
Esto sustenta, además, el hecho que el agua siempre está presente, mientras que el hidrógeno está presente en forma intermitente en el EAF. A partir de este análisis, puede verse que el
agua está presente en forma constante a lo largo de la colada y
su detección y medición puede servir como una medida confiable para la detección de fugas. Por otra parte, el hidrógeno está
presente solo de manera intermitente, impredecible y de forma
poco útil ya sea para la detección de fugas de agua o para la
optimización del proceso.
DIAGNÓSTICO POR LÁSER CONFIABLE PARA EAF
La espectroscopía sintonizable por absorción de láser de diodo
sintonizable (TDLAS en inglés) fue desarrollada en la década
de 1970. Se ha utilizado en muchas aplicaciones industriales
críticas y se la reconoce como una tecnología de medición de
gas probada y confiable. La tecnología ZoloSCAN ha estado en
funcionamiento durante casi 8 años en centrales eléctricas de
carbón. Actualmente, hay más de 60 instalaciones en todo el
mundo. Esto es de relevancia para el proceso de fabricación
de acero en EAF porque las calderas de carbón exhiben alta
opacidad y vibración de carácter similar. Por esta razón, a fines
de 2012, Zolo comenzó a examinar la posible aplicación del
proceso en EAF. En poco más de dos años, esta tecnología ha
demostrado su confiabilidad y velocidad de respuesta en las
acerías.
Numerosos trabajos10 han detallado el principio de TDLAS. En
resumen, un láser está diseñado en función de una forma de
onda única para cada molécula de gas, de manera tal que la
absorción medida puede relacionarse directamente con la concentración de las especies de gases por medio de la conocida
Ley de Beer-Lambert.
I/I0 = exp-[χPLS(T)φ(T,P)]
donde
I = intensidad de la luz transmitida (recibida)
I0 = intensidad inicial de la luz (intensidad previa a la
transmisión)
χ = presión parcial de las especies de interés