Determinación de la viabilidad de los staves de acero para la refrigeración de la coraza de los hornos altos mediante la experimentación industrial y la modelización matemática de su comportamiento termomecánico

Resumen

Las paredes de los hornos altos modernos están refrigeradas para protegerlas de los líquidos y gases a elevada temperatura que se encuentran en su interior. Los staves son una de las tecnologías que se emplean actualmente. Como alternativa a los staves de cobre y de fundición, empleados tradicionalmente, comenzaron a realizarse en 2002 varias pruebas con staves de acero, con resultados dispares. Ello dio lugar a una cierta reticencia a la generalización de su uso. ArcelorMittal está interesada en la aplicación de staves de acero en dos circunstancias diferentes: • Reparaciones de emergencia: los staves de acero pueden fabricarse rápidamente en talleres locales a partir de slabs producidos en la misma factoría. Esto reduce significativamente el tiempo de suministro frente a staves de cobre o fundición (mínimo de seis meses) • Solución para campañas completas: se desea saber en qué condiciones los staves de acero pueden instalarse como transición entre los staves de fundición (incapaces de soportar la alta carga térmica presente en las zonas inferiores del horno alto) y los de cobre (sensibles al desgaste por el contacto con el material descendente). El stave de acero debería admitir una carga térmica superior a la de los staves de fundición, y a la vez soportar el desgaste mejor que los staves de cobre. El objeto de la presente Tesis Doctoral es determinar la viabilidad de los staves de acero, definiendo con qué diseño, en qué condiciones y en qué zonas del horno alto pueden instalarse. Metodológicamente la Tesis se basa en dos pilares fundamentales: 1. Experimentación industrial, analizando todos los datos recabados en pruebas con staves de acero en hornos altos, principalmente en España, pero también en Alemania, México, Rumanía y Bélgica. Con ello se llegan a determinar los posibles mecanismos de fallo (recarburación, agrietamiento, fusión del acero) y se comparan los resultados obtenidos en función del diseño de los staves y de la zona del horno donde se instalaron. 2. Modelización matemática del comportamiento termo-mecánico, comparando bajo idénticas condiciones de contorno distintos diseños de staves de acero y cobre. Esto permite comprender las diferencias en el comportamiento debidas a las distintas propiedades del material, así como las características del diseño que resultan más relevantes para minimizar no sólo las temperaturas resultantes, sino también las deformaciones residuales. La combinación de la información obtenida a través de estos dos pilares permitió alcanzar los objetivos inicialmente definidos: se identificaron claramente los parámetros de diseño más relevantes, se dieron reglas de diseño y se delimitaron las zonas en la que su instalación resulta viable a medio y largo plazo.