Un horno de recalentamiento es una parte clave de un laminador de acero. Su función principal es calentar lingües, bombones o losas a la temperatura de laminación requerida y asegurar una temperatura suficientemente uniforme en toda la sección de laminación antes de entrar en el laminador.
El funcionamiento adecuado del horno afecta directamente a la calidad del acero, la productividad del laminador, el consumo de combustible y los costes operativos. Por tanto, comprender los principios básicos de combustión, transferencia de calor, presión del horno y control de temperatura es esencial para un funcionamiento estable del laminador.
Conocimientos básicos sobre hornos de recalentamiento
Energía, temperatura y presión
Varias unidades básicas se utilizan comúnmente en el funcionamiento de calderas de recalentamiento.
- 1 kcal ≈ 4.185 J
- 1 J ≈ 0,000239 kcal
- Temperatura absoluta: T = 273 + t, donde Tes la temperatura absoluta en Kelvin y t es la temperatura en °C.
- 1 mmH₂O ≈ 9,81 Pa
- 1 kg/cm² ≈ 98.100 Pa
- 1 mmHg ≈ 133,32 Pa
- 1 atmósfera estándar = 101.325 Pa
Para los cálculos de consumo de combustible, también se puede usar combustible estándar o carbón estándar como referencia. Un kilogramo de carbón estándar se asigna convencionalmente con un valor calorífico de aproximadamente 7.000 kcal.
Combustibles comunes para hornos de recalentamiento de acero
La elección del combustible depende de las condiciones de la planta, la disponibilidad, el diseño del horno y los requisitos operativos.
El gas natural es un combustible de alto valor calórico, con metano (CH₄) como componente principal. Puede proporcionar una alta temperatura de combustión y se utiliza ampliamente en hornos industriales modernos.
El gas del horno de coque (COG) es un subproducto de la producción de coque. Sus principales componentes combustibles incluyen hidrógeno y metano, lo que le otorga un valor calorífico considerablemente mayor que el gas de alto horno.
El gas de alto horno (BFG) es un subproducto de la fabricación de hierro en altos hornos. Contiene una proporción relativamente alta de nitrógeno y monóxido de carbono y tiene un valor calorífico relativamente bajo. La composición típica de BFG incluye aproximadamente entre un 25 y un 31% de CO, un 2 a un 3% de H₂, un 0,3–0,5% de CH₄ y un 55–58% de N₂.
La composición real del combustible y el valor calorífico pueden variar según las condiciones de la planta y los sistemas de tratamiento de gases, por lo que el funcionamiento del horno debe basarse en las propiedades reales del combustible disponibles en el lugar.
Tres etapas básicas de calentamiento
El proceso de calentamiento en un horno de acero por recalentamiento puede entenderse generalmente en tres etapas: precalentamiento, calentamiento y remojo.
1. Precalentamiento
Al principio del calentamiento, la velocidad de calentamiento debe controlarse para evitar un esfuerzo térmico excesivo, especialmente al procesar lingotes con tensión residual.
Los aceros de alto contenido en carbono y los aceros de alta aleación pueden requerir mayor atención a las velocidades de calentamiento. El objetivo de la etapa de precalentamiento es permitir que la temperatura del lingote aumente progresivamente, limitando las diferencias excesivas de temperatura entre la superficie y el núcleo.
2. Calefacción
Durante la fase de calentamiento, el horno suministra la mayor parte de la energía térmica requerida.
Dentro de los límites especificados por el horno y la calidad del acero, aumentar la diferencia de temperatura entre la atmósfera del horno y la superficie del lingote puede mejorar la transferencia de calor y acelerar el calentamiento. La transferencia de calor radiante es especialmente importante a altas temperaturas del horno.
Sin embargo, una intensidad de calentamiento excesiva puede producir una gran diferencia de temperatura entre la superficie del lingote y su centro. Por lo tanto, la temperatura del horno y el calor aportado deben adaptarse al tamaño del lingo, la calidad del acero y la velocidad de producción.
3. Remojo
El objetivo principal de la etapa de remojo es reducir la diferencia de temperatura a lo largo de la sección de billete.
En lugar de seguir aumentando la temperatura superficial, se permite que el calor conduzca desde la superficie hacia el centro del lingo. Por tanto, la temperatura del horno y el calor aportado deben reducirse adecuadamente manteniendo la temperatura requerida del lingo.
Un remojo adecuado ayuda a lograr una distribución de temperatura más uniforme y reduce el riesgo de sobrecalentamiento y quemaduras. El control de la atmósfera del horno también es importante durante esta etapa.
Problemas comunes de funcionamiento de hornos de recalentamiento
Temperatura excesiva de salida del horno
Una alta temperatura de salida de horno o de gases de combustión generalmente significa que se lleva más calor con los gases de escape, aumentando la pérdida de calor y reduciendo la eficiencia térmica.
Las causas más comunes incluyen:
- Combustión incompleta y llamas excesivamente largas
- Consumo excesivo de combustible
- Los lingotes permanecen en el horno más tiempo del necesario
- La entrada de calor no se ajusta a la tasa real de producción
Las acciones correctivas incluyen optimizar la relación aire-combustible y la condición de combustión, así como reducir la entrada de calor para igualar la tasa de producción en laminador.
Baja temperatura de salida del horno
La temperatura de salida del horno debe ser coherente con la tasa de producción. Si es demasiado baja, el calentamiento por lingotes puede volverse insuficiente y la productividad del horno puede verse afectada.
Las posibles causas incluyen una velocidad de producción excesiva en relación con la entrada de calor disponible en la caldera.
Si el horno no ha alcanzado su carga térmica máxima, el consumo de combustible puede aumentarse adecuadamente. Si el horno ya está funcionando a su máxima capacidad, puede ser necesario reducir la tasa de producción.
Baja temperatura de cabeza de lingote
La baja temperatura del extremo del lingote puede deberse a una presión insuficiente en la caldera, infiltración de aire por puertas laterales mal selladas o distribución desigual de la temperatura a lo largo de la anchura de la caldera.
Las posibles medidas correctivas incluyen mejorar el control de presión de la caldera, sellar las puertas de la caldera y ajustar la entrada de calor a lo largo de toda la anchura de la caldera.
Extremos del billete sobrecalentado
Los extremos de los lingotes pueden sobrecalentarse cuando la temperatura del horno cerca de las paredes laterales es excesiva o cuando los lingotes cortos exponen una mayor superficie a la atmósfera del horno.
El calentamiento excesivo por parte inferior también puede contribuir al sobrecalentamiento en los extremos del lingo.
Un ajuste adecuado del calentamiento por parte inferior y la entrada de calor alrededor de los billetes cortos pueden ayudar a controlar este problema.
Baja temperatura del fondo del lingote
La baja temperatura en la superficie inferior del lingote puede estar asociada con:
- Calefacción inferior insuficiente
- Una zona de remojo inadecuada
- Daños o pérdida de aislamiento alrededor de tuberías de protección
- Mal sellado de las puertas inferiores de la caldera
Estas condiciones deben comprobarse durante la inspección y el mantenimiento de la caldera.
Control de presión del horno
La presión en el horno es un parámetro operativo importante. Un mal control de la presión puede aumentar la infiltración de aire y el consumo de combustible, o interferir con la estabilidad de la combustión.
La dificultad para controlar la presión del horno puede deberse a depósitos excesivos de incrustación de óxido de hierro en el sistema de conductos, acumulación de agua, puntos de fuga en la chimenea o conducto, o un calado excesivo de la chimenea.
La solución adecuada depende de la causa real. El mantenimiento puede incluir eliminar incrustaciones acumuladas, eliminar la acumulación de agua, reparar puntos de fuga y ajustar el sistema de escape.
En algunos casos, una caldera modernizada con un consumo de combustible significativamente menor puede tener un sistema de escape con una capacidad excesiva en relación con las nuevas condiciones de funcionamiento. Así, se puede considerar una modificación adecuada del sistema de conductas para mejorar el control de presión.
Cómo mejorar la eficiencia energética de la calefacción de los hornos
Un principio clave para el funcionamiento eficiente del horno es evitar suministrar más calor del que requiere el proceso de producción.
Cuando la producción disminuye, la distribución del combustible entre las zonas del horno debe ajustarse en consecuencia en lugar de mantener la carga térmica utilizada a tasas normales de producción.
Un enfoque práctico es el método de calentamiento en punto fijo, en el que se selecciona una ubicación definida en el horno como punto de referencia para monitorizar la temperatura del lingote. En condiciones de producción estables, el lingote debe alcanzar una temperatura especificada en ese punto.
Si la temperatura del lingote ya es superior a la del objetivo en el punto de referencia, la entrada de calor puede ser excesiva. Si es más baja, la entrada de calor puede ser insuficiente.
El objetivo no es simplemente maximizar la temperatura del horno, sino proporcionar la cantidad necesaria de calor en la ubicación y tasa de producción adecuados.
Otro principio de funcionamiento útil es lo que puede describirse como calefacción controlada según la calidad del acero, el tamaño del lingo, la tasa de producción y los horarios de temperatura/carga térmica del horno. El funcionamiento estable y repetible del horno requiere coordinar estos parámetros en lugar de ajustarse de forma independiente.
Puesta en marcha de hornos y formación de operadores
El rendimiento de un horno de recalentamiento depende no solo de su diseño, sino también de su puesta en marcha, operación, mantenimiento y formación del operador.
Para un horno recién construido, la chimenea revestida de refractarios y las estructuras relacionadas requieren un secado y calentamiento adecuados antes de su funcionamiento normal. Esto elimina la humedad de los materiales refractarios y establece las condiciones térmicas necesarias para un tiraje y funcionamiento estables.
Durante la puesta en marcha y la operación, la presión del horno, la combustión, la distribución de temperatura, el consumo de combustible, la temperatura del lingote y la temperatura del escape deben monitorizarse sistemáticamente.
Servicios EPC de hornos y laminadores de recalentamiento del Grupo SME
Como contratista EPC para laminadores de acero, SME Group ofrece servicios que cubren todo el ciclo del proyecto, desde el diseño y adquisición de equipos para laminadores hasta la construcción, puesta en marcha, operaciones de prueba y gestión de la producción.
Nuestro servicio también puede incluir formación detallada para operadores locales y personal de mantenimiento. La formación se centra en la operación práctica de la caldera, control de temperatura y presión, gestión de combustión, coordinación de producción, mantenimiento de equipos y resolución de problemas.
El objetivo no es simplemente completar la instalación y entregar el equipo, sino ayudar al equipo local de operaciones a desarrollar los conocimientos y habilidades necesarios para un funcionamiento estable del horno de recalentamiento y un mantenimiento adecuado tras la entrega del proyecto.
Un horno de recalentamiento bien diseñado, combinado con una puesta en marcha adecuada, formación de operadores y gestión de producción, proporciona una base sólida para un funcionamiento eficiente y fiable de la laminación de acero.
Nota editorial
Este artículo está adaptado de materiales formativos originalmente preparados por SME Group para empleados de un proyecto anterior de laminación de acero. Los materiales originales fueron desarrollados para las condiciones y requisitos operativos específicos de ese proyecto y han sido editados y reorganizados aquí para referencia técnica general.
Si identifica alguna inexactitud, omisión o punto que requiera más aclaraciones, le invitamos a contactar con SME Group para discutir e intercambiar técnicamente.
