Aplicación de un modelo matemático para la simulación de la etapa de oxidación en la fabricación de aceros al cromo en hornos eléctrico de arco (EAF)

Abstract

El desarrollo del trabajo de tesis aportará una herramienta para efectuar simulaciones de la oxidación de los elementos de aleación en un baño fundido de acero al cromo durante la etapa de oxidación en horno eléctrico de arco (EAF) por soplado superior de oxígeno. Se podrá predecir y explicar el efecto de los elementos como Si y Cr (opcionalmente Mn) respecto a la oxidación del carbono, cuando el modelo sea probado con las condiciones del flujo de oxígeno puro. Se puede proyectar para mezcla aire/oxígeno o mezcla aire/argón y también se puede evaluar el efecto de la temperatura del baño fundido o la presión menor a la atmosférica. El desarrollo de un modelo de simulación para el presente trabajo se basa en las reacciones químicas de oxidación, sus relaciones de equilibrio químico regulado por la energía libre de Gibbs en función de la temperatura y los coeficientes de actividad (a su vez determinada por los coeficientes de iteración y la composición en masa). También se basa en los parámetros del proceso tales como el flujo de oxígeno (o las mezclas alternativas), y el balance de oxígeno. Mediante las técnicas de métodos numéricos como el de iteración se resolverán las ecuaciones del proceso para los valores especificados de las variables de entrada del proceso tales como: el flujo de oxígeno en el equilibrio y simular a través del tiempo la oxidación de los elementos que conforman el baño de acero líquido. El modelo matemático ha sido elaborado en un programa en lenguaje pseudológico del programa Pseint, el mismo que mediante un análisis de datos de planta efectuados en Excel, permitió corregir información y el desarrollo finalmente los algoritmos. Las simulaciones resultantes contrastadas con datos de Planta y los conceptos teóricos, permitirán predecir y explicar el proceso de oxidación durante la fabricación de aceros al cromo y proyectarse en procesos tales como Horno Eléctrico, LD, AOD, y en Procesos de Metalurgia Secundaria.

The development of the thesis work will provide a tool to perform simulations of the oxidation of the alloying elements in a molten chromium steel bath during the oxidation stage in an electric arc furnace (EAF) by superior oxygen blowing. The effect of elements such as Si and Cr (optionally Mn) with respect to carbon oxidation can be predicted and explained when the model is tested under conditions of pure oxygen flow. It can be projected for air / oxygen mixture or air / argon mixture and the effect of molten bath temperature or less than atmospheric pressure can also be evaluated. The development of a simulation model for the present work is based on chemical oxidation reactions, their chemical equilibrium relations regulated by Gibbs free energy as a function of temperature and activity coefficients (in turn determined by the coefficients iteration and mass composition) It is also based on process parameters such as oxygen flow (or alternative mixtures), and oxygen balance. Using the techniques of numerical methods such as iteration, the process equations will be solved for the specified values of the process input variables such as: the flow of oxygen at equilibrium and simulating through time the oxidation of the elements that make up the liquid steel bath. The mathematical model has been elaborated in a pseudo logical language program of the Pseint program, the same one that through an analysis of plant data carried out in Excel, allowed to correct information, and finally develop the algorithms. The resulting simulations contrasted with Plant data and theoretical concepts, will allow predicting and explaining the oxidation process during the manufacture of chrome steels and projecting in processes such as Electric Furnace, LD, AOD, and in Secondary Metallurgy Processes.