Análisis Térmico-Mecánico del Canal Principal de Arrabio del Alto Horno II de Siderar Planta San Nicolás

Abstract

El arrabio producido en el Alto Horno II de Siderar es extraído del mismo fluyendo inicialmente por los canales principales, donde se separa gran parte de la escoria. Posteriormente circula por los canales de arrabio y las punteras, volcándose en los basculantes que finalmente lo vierten en los vagones donde es transportado a su destino final. El canal principal está constituido por una carcasa de acero apoyada en una serie de vigas soportes, y revestida interiormente por varias capas de material refractario. El arrabio líquido y la escoria circulan por el canal a una temperatura aproximada de 1500oC, generando flujos térmicos elevados que son controlados por un sistema de ventilación forzada de ductos adosados a la carcasa del canal. Estas diferencias de temperatura entre los distintos materiales del canal generan tensiones térmicas que deben ser cuantificadas para poder asegurar la integridad de los materiales refractarios durante la operación y la seguridad estructural de la carcasa metálica. Debido a un fenómeno de oxidación, que se produce entre los 600 oC y 1000 oC aproximadamente, la camisa de trabajo de material refractario (Wear Lining) en contacto con el metal líquido se va desgastando en forma no uniforme a lo largo del canal. Esto genera un aumento de la temperatura en las distintas capas de materiales lo que origina a su vez, un aumento de la oxidación en las mismas y además un incremento de las tensiones en la carcasa con una disminución de la resistencia debido a la mayor temperatura. El desgaste que sufre la camisa de trabajo resulta mayor en el extremo del canal cercano al alto horno, donde el arrabio líquido ingresa con una turbulencia mayor. Las condiciones de operación del canal son variables. Por ejemplo, es común durante la operación el llenado del canal y una posterior interrupción del flujo de arrabio, el cuál comienza a enfriarse pudiendo alcanzar valores de temperatura cercanos a la de solidificación. Puede darse además, que ocurra un imprevisto corte en el sistema de refrigeración que ponga en riesgo la seguridad estructural del canal. Mediante el sistema de elementos finitos ABAQUS/CAE V6.6 se han estudiado las respuestas térmica y mecánica del canal ante las distintas condiciones de operación enumeradas, lo que permite estimar valores de vida útil de los distintos materiales, tiempos críticos de operación y niveles de seguridad estructural del canal.