Los fuertes desprendimientos de polvo (mostrados aquí), los prolongados tiempos de inactividad por mantenimiento y el estancamiento de los beneficios hicieron que una empresa siderúrgica buscara una solución mejor para su horno básico de oxígeno (BOF). Debido a las peligrosas condiciones y al riesgo de las pruebas físicas, la empresa buscó nuestros servicios de CFD para optimizar la aplicación.
Fabricación de acero: Los fundamentos
En el proceso de fabricación de acero, un horno de oxígeno básico refina el arrabio y la chatarra fundidos para convertirlos en acero. Este proceso suele constar de varias etapas, pero comienza con la entrada de la chatarra y el arrabio fundido en un alto horno. Este proceso genera una cantidad importante de cenizas, hollín y otros contaminantes, que entran en la torre de enfriamiento evaporativo de la BOF a través de un conducto. En la torre de enfriamiento evaporativo, el gas entra en el vértice de la torre, donde se enfría rápida y poderosamente mediante un rociador.
El polvo contaminado, arrastrado por el gas, cae entonces a la base de la torre donde se incinera. Sin embargo, si la disposición de la lanza de pulverización es defectuosa, como fue el caso de este cliente, se produce un grave amontonamiento de polvo. Esto significa que la pulverización que choca con el gas entrante, pero no se evapora, se pega a la pared y acumula polvo, como se muestra a continuación. La zona roja es el agua que no se ha evaporado y está pegada a las paredes acumulando polvo.
Si este proceso continúa sin detenerse a limpiar el polvo de las paredes de la torre, el rocío sigue acumulándose en el polvo pegado y recoge más y más polvo. Finalmente, la empresa se ve obligada a detener el proceso para realizar tareas de mantenimiento. Este tiempo de inactividad provoca problemas de salud de los trabajadores, pérdida de beneficios y prácticas empresariales insostenibles.
Optimización del proceso mediante CFD
Nuestra tarea consistía en diseñar una disposición óptima de las boquillas, de modo que la pulverización se encontrara con el gas a la entrada de la torre y se evaporara por completo, de modo que el polvo cayera al fondo de la torre, donde se incineraría adecuadamente. Tuvimos que hacer esto teniendo en cuenta la minimización de la humectación de las paredes y los dominios de tiempo y espacio reducidos.
En este proceso, los diseños convencionales de disposición de boquillas colocan seis inyectores en incrementos uniformes a lo largo de la pared circular de la torre de refrigeración justo cuando el gas entra en la torre. En lugar de seguir el pensamiento convencional, ya que esto estaba causando claramente graves problemas a nuestro cliente, queríamos respuestas a preguntas como ¿Cómo debemos colocar las toberas? ¿A qué profundidad deben insertarse para esta torre en particular? ¿Existe un ángulo óptimo de inyección y pulverización?
Para responder a estas preguntas, primero mallamos toda la torre, los conductos de entrada y salida y las lanzas de las boquillas. Esto permitió a nuestro software CFD realizar cálculos avanzados de mecánica de flujos en puntos pequeños y finitos de toda la aplicación. Así pudimos evaluar tanto lo que ocurría durante el proceso actual como el diseño de la disposición de las boquillas que optimizaría el proceso de la torre de enfriamiento por evaporación.
Cuando visualizamos la pluma de pulverización coloreada por los gradientes de temperatura, que se muestran a continuación, descubrimos que seis lanzas de boquilla situadas a intervalos cercanos directamente frente a la entrada de gas evaporaban eficazmente la pulverización y evitaban la humectación de las paredes. Además, esta disposición de las boquillas redujo significativamente la acumulación de polvo en toda la torre.
Retorno de la inversión y mejora continua
Gracias a los resultados, esta empresa se benefició de una reducción del tiempo de inactividad por mantenimiento, un mayor rendimiento y una mayor seguridad de los empleados. En entornos como éste, en los que las pruebas físicas son imposibles, nuestros servicios de CFD ofrecen una solución inigualable por otro software de modelado.
El horno de oxígeno básico es sólo una de las ubicaciones en las que el CFD resultó útil para este cliente. Teniendo en cuenta los entornos peligrosos de la mayoría de las plantas siderúrgicas, implementamos soluciones de pruebas y CFD para los clientes en una amplia gama de aplicaciones siderúrgicas y en todo el proceso de fabricación del acero.
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