INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL · PROTOTIPO DE MEJORA EN EL SISTEMA DE CONTROL DE UN ALTO HORNO EN...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS

EXTRACTIVAS

“Prototipo de mejora en el sistema de control de un alto horno, en

la fundición de arrabio para la producción de acero.”

TESIS

Que para obtener el título profesional de Ingeniero Químico

Industrial.

PRESENTA:

Eduardo Ivan Becerra Camacho

DIRECTOR DE TESIS

M. en E. Armando Tonatiuh Avalos Bravo.

PROTOTIPO DE MEJORA EN EL SISTEMA DE CONTROL DE UN ALTO HORNO EN LA FUNDICION DE ARRABIO PARA LA PRODUCCION DE ACERO.

Eduardo Ivan Becerra Camacho. Página 2

RECONOCIMIENTOS

“INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL”

“ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUIMÍCA E INDUSTRIAS

EXTRACTIVAS”.

El Instituto Politécnico Nacional, mi segunda casa, ha sido

mi alma mater desde hace más de 4 años. En esta

Institución, me ha formado tanto como hombre y como

ingeniero, con ética en el ámbito cultural, deportivo y

académico-científico. El Instituto Politécnico Nacional ha

sido testigo y parte de Innumerables vivencias durante mi

estancia en él, serán inolvidables, donde he conocido a

grandes personas que se quedarán en mi mente por

siempre.

Soy politécnico por convicción y no por circunstancia.

A mi querida Escuela Superior de Ingeniería Química E

Industrias Extractivas porque me enseñó a través de sus

Autoridades y Maestros a crecer día con día y a trabajar por



alcanzar el éxito dentro del ámbito industrial. Al Ingeniero

Armando Tonatiuh Avalos Bravo por sus consejos, su

confianza y su valiosa ayuda durante el desarrollo de la

Tesis bajo su acertada orientación.



AGRADECIMIENTOS

Dedico esta tesis con profundo respeto y cariño a todos

los que llevo en mi corazón y los que me llevan en el suyo:

A DIOS

Gracias por permitirme la vida por darme el privilegio de

poderla disfrutar con todos mis seres queridos, además

gracias por estar siempre a mi lado.

A MI MADRE ,FAMILIA y AMIGOS.

¡Esta tesis el final de toda una etapa así que quiero

agradecerle a mi madre en especial por todo el apoyo y a

mi familia que estuvieron en todo este proceso y nunca me

abandonaron en nada gracias! ¡A todos mis amigos que

ESIQIE me regalo y compartimos tantos momentos

inolvidables!



INDICE.

CONTENIDO PÁG

RESUMEN…………………………………………………………………………….......8

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………...……..9

CAPÍTULO I PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ARRABIO

1.1-El arrabio y su proceso de producción…………….................................11

1.2.-Proceso de obtención del arrabio simplificado......................................15

1.3-El Acero en la construcción....................................................................25

1.4.-Hierro en la industria.............................................................................26

CAPÍTULO II CONCEPTOS BÁSICOS DE CONTROL AUTOMÁTICO DE

PROCESOS

2.1 Sistema de control de procesos……………………...…………………....31

2.2 Conceptos básicos……………..……………………………….…..……....44

2.2.1 Conceptos de control automatización.…………….…………………....45

2.2.2 Conceptos de instrumentación……………..……………….…..……....47

2.3 Instrumentación en la industria del arrabio.………………………………51

2.3.1 Medida de temperatura………………………….………..………………52

2.3.2 Termopares…………..………………..………………………..…………55



2.3.3 Medida de presión ………………………………..………………………57

2.4 Acciones de control…………….……………………..……………….……59

2.4.1 Control on-off…….…………………………………..……………….……60

CAPÍTULO III INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO DE

OBTENCIÓN DEL HIERRO

3.1 Alto horno……………………………………………………….……………61

3.2 Operación del alto horno…………………………………..….……………63

3.3 Análisis del control actual del alto horno………………………………....66

3.3.1 Los RTD´S……………………………………………………….…….…..74

3.3.2 El integrador de peso………………………………………….…….……75

3.3.3 El medidor de flujo……………….…………………………….……….…76

3.3.4 El variador de velocidad……………….…………………………..…......77

CAPÍTULO IV PROPUESTA DE MEJORA DEL SISTEMA DE CONTROL ACTUAL

DEL ALTO HORNO

4.1 Criterios de mejora del sistema del alto horno…………………………...79

4.1.1 Gas de alto horno y estufas para pre-calentamiento de

aire…………………………………………………………………………………80

4.1.2 El tiempo de residencia……………………….…………………………..81



4.1.3 La presión en el alto horno……………………………………………....80

4.2 Estrategia de control propuesta…………………………..………………..83

CAPÍTULO V COSTO DEL PROYECTO

5.1 Alternativas……………………………………………………………..…...89

Conclusiones………………………………………………………………………….…91

Recomendaciones……………………………………………………………...…….…93

Bibliografía…………………………………………………………………………….…95

Anexos……………………………………………………………………………..……..97



RESUMEN

El arrabio tiene una enorme importancia en la vida moderna. Podemos preguntarnos

lo siguiente: ¿Cómo se podrían construir todos los medios modernos de transportes

y los innumerables dispositivos mecánicos en que se utiliza el acero para su

construcción sin mencionar los tornillos, pernos y centenares de otras piezas

corrientes en el uso diario?

El arrabio es el primer proceso que se realiza para obtener Acero, los materiales

básicos empleados son Mineral de Hierro, Coque y Caliza. El coque se quema

como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono,

que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico.

Este trabajo es un prototipo que se centra en la parte de la fundición de arrabio para

producción de acero, específicamente en altos hornos, la cual es controlada por un

sistema de mediciones sistemáticas, son de radar, lanza de inflamación, sonda fija,

sonda radar, sonda en movimiento, estos son monitoreados por un software, el cual

nos ayudará a controlar las variables del horno y así entender la actual problemática

en el proceso y la necesidad de realizar una mejora en el sistema de control de altos

hornos.

Para poder entender mejor lo que es la instrumentación y control de un horno es

necesario adquirir ciertos conocimientos previos, los cuales son muy extensos, pero

se puede encontrar una breve semblanza de estos para poder entender mejor este

trabajo.

El problema principal de los altos hornos es la investigación y las actualizaciones

actuales se centran en mejorar la rentabilidad y la duración de la instalación, en este

caso se trata de hacer una mejora ya que algunas instalaciones se vuelven

obsoletas, también se tiene muy en cuenta el limitar el impacto ambiental del alto

horno.

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Por lo anteriormente mencionado se observa la necesidad de una mejora en el

sistema de control actual del alto horno, pero, para poder hacerlo, es necesario

conocer el funcionamiento del mismo, los instrumentos de medición y control con

los que cuenta, así como también saber con qué tipo de arquitectura de control

funciona.

INTRODUCCIÓN

El continuo crecimiento de la población y la tecnología ha tenido un avance

significativo en las últimas décadas, las industrias y empresas dedicadas a la

fundición de minerales como el hierro en altos hornos han sido víctimas de este

crecimiento consecutivo, exigiendo cada vez más una mejora de sus procesos y

productos.

A pesar de esto el arrabio es fundamental para obtener posteriormente el mineral

hierro, que con una mezcla de coque y caliza forman la base para la mezcla de

fundido para la producción de acero. Esto, ha tenido un crecimiento considerable y

continuo. Los altos hornos tienen una producción poco favorable para la elaboración

de mineral hierro de alta calidad, debido a las impurezas que ocasiona el método

de fundición. Los beneficios serán obtener una mejor calidad de fundición en un

menor tiempo, además de reducir los gastos y el impacto ambiental del mismo que

en estos tiempos es fundamental cumplir con esta parte ya que cumplir con normas

ambientales es imperativo.

En la década de los sesenta del siglo pasado se introdujo un importante avance en

la tecnología de altos hornos: la presurización de los hornos. Estrangulando el flujo

de gas de los respiraderos del horno es posible aumentar la presión del interior del

horno hasta 1,7 atmósferas o más. La técnica de presurización permite una mejor

combustión del coque y una mayor producción de hierro.



En muchos altos hornos puede lograrse un aumento de la producción de un 25%.

En instalaciones experimentales también se ha demostrado que la producción se

incrementa enriqueciendo el aire con oxígeno. Sin embargo, hay empresas que no

han implementado este tipo de diseño o sistema para incrementar su productividad.

Se consideró este problema porqué en la actualidad se demanda producción de

acero de alta calidad debido a sus aplicaciones, para resolver este problema

suplementará el uso de mejores materiales en una mezcla de la escoria

(combustible, chatarra, fundente) y mejorar la tecnología del alto horno.



CAPÍTULO I

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ARRABIO.



1.1- EL ARRABIO, SU PROCESO DE PRODUCCIÓN

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir material

de hierro para producir un metal para ser utilizado. Las primeras herramientas de

hierro descubiertas por los arqueólogos en Egipto son del año 3000 a.C., y se sabe

que incluso antes ya se utilizaba el hierro para adornar. Los griegos ya conocían por

los alrededores del año 1000 a.C. la técnica para endurecer las armas de hierro

mediante tratamiento térmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos, y todas las aleaciones del

hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C., se clasificarían actualmente como hierro

fraguado. Para producir estas aleaciones se calentaba una masa de mineral de

hierro y carbón vegetal en un horno con tirada forzada. Este tratamiento reducía el

mineral a una masa esponjosa de hierro metálico plena de unos residuos formada

por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se

retiraba mientras estaba incandescente y se picaba con martillos de gran peso para

expulsar los residuos, soldar y consolidar el hierro. En algunos casos esta técnica

de fabricación producía sin quererlo auténtico acero en vez de hierro fraguado. Los

artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro fraguado y

carbón vegetal en recipientes de arcilla durante algunos días, puesto que así el

hierro absorbía el suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.

Tras el siglo XIV se aumentaron las medidas de los hornos utilizados para la

fundición y se incrementó la tirada por forzar el paso de los gases de combustión.

En estos hornos el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a

hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases

que lo atravesaban. El producto de estos hornos se denominaba "arrabio", una



aleación que se funde a una temperatura más pequeña que el acero o el hierro

fraguado. El "arrabio" se refinaba tras fabricar el acero.

La producción moderna de acero utiliza hornos de grandes dimensiones que son

modelos perfeccionados de los que se utilizaban antiguamente. El inventor británico

Henry Bessemer fue el primero al utilizar el aire en el proceso de refinado del

"arrabio", el año 1855 desarrolló el horno o convertidor que trae su nombre.

PROPIEDADES DEL ARRABIO

Para que se denomine arrabio necesita tener las siguientes propiedades:

Debe contener una aleación que contenga lo siguiente: 1,7% a 6.67% de carbono

los productos básicos empleados en la producción de arrabio son hierro, coque y

caliza.

El Coque es un combustible que se obtiene a partir de la destilación destructiva, o

pirolisis, de determinados carbones minerales, como la hulla o carbones

bituminosos que poseen propiedades coquizantes; es decir capacidad de

transformarse en coque después de haber pasado por una fase plástica

Este proceso se hace a temperaturas muy altas en hornos cerrados y a la cual

añaden calcita para mejorar su combustión, que la aíslan del aire, y que sólo

contiene una pequeña fracción de las materias volátiles que forman parte de la

misma. Es producto de la descomposición térmica de carbones bituminosos en

ausencia de aire. Cuando la hulla se calienta desprende gases que son muy útiles

industrialmente; el sólido resultante es el carbón de coque, que es liviano y poroso

La coquización es el proceso de calentamiento en atmósfera inerte de los carbones

coquizables o cualquier otra sustancia que, de a lugar a un coque, como por ejemplo

la brea u otros materiales termoplásticos, se pasa por un estado fluido transitorio

durante un determinado intervalo de temperaturas que varía según el material que

https://www.ecured.cu/Hulla



se esté coquizando (en el caso de los carbones coquizables este intervalo puede

oscilar entre los 350 y 500 ºC).

Pasado el intervalo fluido (también denominado etapa plástica) se forma el

semicoque. Al seguir aumentando la temperatura sigue el desprendimiento de

gases hasta que finalmente se forma el coque. Durante la etapa fluida, o plástica,

se produce una total reorganización en la micro estructura del material. Así, mientras

que los carbonizados presentan una microestructura desordenada y, salvo raras

excepciones, no pueden ser grafitizados; los coques presentan una microestructura

más ordenada y pueden ser grafitizados si se someten a un proceso de grafitización.

El coque sustituyó al carbón vegetal como reductor y fuente de energía en los altos

hornos, facilitando el desarrollo de la industria siderúrgica, que dependía hasta

entonces de un recurso muy limitado como es la leña. Su empleo se popularizó para

la calefacción de hogares, pues su combustión no produce humo y es menos

contaminante. El carbón de coque es un combustible muy importante para la

fabricación del hierro y del acero.

PROPIEDADES DEL HIERRO.

El hierro puro tiene una dureza que oscila entre 4 y 5. Es blando, maleable y dúctil.

Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil magnetizarlo en caliente,

y a unos 790 °C desaparecen las propiedades magnéticas. Tiene un punto de fusión

de unos 1535 °C, un punto de ebullición de 2750 °C y una densidad relativa de 7,86.

Su masa atómica es 55,847.

Presenta diferentes formas estructurales dependiendo de la temperatura y presión

atmosférica:

Hierro-α: estable hasta los 911 °C. El sistema cristalino es una red cúbica centrada

en el cuerpo.



Hierro-γ: 911 °C - 1392 °C; presenta una red cúbica centrada en las caras.

Hierro-δ: 1392 °C - 1539 °C; vuelve a presentar una red cúbica centrada en el

cuerpo.

Hierro-ε: Puede estabilizarse a altas presiones, presenta estructura hexagonal

compacta.

ESTADO NATURAL DEL HIERRO

El hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades, en concreto al oeste

de Groenlandia, en México los principales lugares de extracción son Zacatecas,

Coahuila, Puebla y Jalisco. También se encuentra en los meteoritos, normalmente

aleado con níquel. En forma de compuestos químicos, está distribuido por todo el

mundo, y ocupa el cuarto lugar en abundancia entre los elementos de la corteza

terrestre; después del aluminio, es el más abundante de todos los metales.

Los principales minerales de hierro son las hematites. Otros minerales importantes

son la goetita, la magnetita, la siderita y el hierro del pantano (limonita). La pirita,

que es un sulfuro de hierro, no se procesa como mineral de hierro porque el azufre

es muy difícil de eliminar.

También existen pequeñas cantidades de hierro combinadas con aguas naturales y

en las plantas; además, es un componente de la sangre.

APLICACIONES Y PRODUCCIÓN

El hierro es el metal duro más usado, con el 95% en peso de la producción mundial

de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas

aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético.



El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando

éste como elemento matriz para alojar otros elementos elegantes tanto metálicos

como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera

que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1% de carbono; si

el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en

automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios. Las aleaciones

férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su

composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

1.2.-PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ARRABIO SIMPLIFICADO.

La mena principal usada en la producción de hierro y acero es la hematita (Fe2O3),

otras menas incluyen la magnetita (Fe3O4), la siderita (FeCO3) y la limonita (Fe2O3-

1.5H2O).

Figura 1 Diagrama de flujo de la obtención del arrabio.

EXTRACCION DEL MINERAL DEL HIERRO

TRANSPORTE DEL MINERAL DEL HIERRO

PREPARACION DEL MINERAL: LAVADO

QUEBRADO CRIBADO

AIRE

ALTO HORNO

ESCORIA

ARRABIO

EXPLOTACION DE COQUE

EXPLOTACION DE PIEDRA

CALIZA

TRANSPORTE DEL MINERAL DE COQUE

TRANSPORTE DEL MINERAL DE CALIZA

PREPARACION DEL MINERAL: REFINADO

CALENTADO

PREPARACION DEL MINERAL: LAVADO

QUEBRADO CRIBADO

http://es.wikipedia.org/wiki/Siderurgia

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_(metalurgia)



Las menas de hierro contienen de un 50 a un 70% de hierro, dependiendo de su

concentración; la hematita contiene casi 70% de hierro.

Además, hoy se usa ampliamente la chatarra como materia prima para la fabricación

de hierro y acero. Las otras materias primas que se necesitan para reducir el hierro

de sus menas, son el coque y la piedra caliza como lo mencionamos anteriormente.

El coque es un combustible de alto carbono, producido por el calentamiento de

carbón bituminoso en una atmósfera con bajo contenido de oxígeno durante varias

horas, seguido de una aspersión de agua en torres especiales de enfriamiento.

La coquificación del carbón mineral deja, como subproducto, gas de alto poder

calorífico, que es utilizado como combustible en los diversos procesos

subsiguientes. El coque desempeña dos funciones en el proceso de reducción:

1. Es un combustible que proporciona calor para la reacción química.

2. Produce monóxido de carbono (CO) para reducir las menas de hierro. La

piedra caliza es una roca que contiene altas proporciones de carbonato de

calcio (CaCO3).

Esta piedra caliza se usa en el proceso como un fundente que reacciona con las

impurezas presentes y las remueve del hierro fundido como escoria.

Para producir hierro, se alimenta por la parte superior de un alto horno una carga

con capas alternadas de coque, piedra caliza y mineral de menas de hierro. Un alto

horno es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del

mineral.



Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para

liberar el hierro. Está formado por un recipiente cilíndrico de acero forrado con un

material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas

refrigerantes.

El diámetro del recipiente cilíndrico es de 9 a 15 m (30 a 50 pies) disminuye hacia

arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una

cuarta parte de su altura total de 40 m (125 pies).

La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas

toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un

orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno.

Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la

escoria. La parte superior del horno, contiene respiraderos para los gases de escape

podríamos llamarlo un sistema de purga de gases y un par de tolvas redondas,

cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el

horno.

Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que

se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.

Desde la parte baja de la cámara se inyecta por toberas una corriente de gases y

aire precalentados a 900 °C a gran velocidad para realizar la combustión y la

reducción del hierro efectuándose la combustión completa del coque que adquiere

temperaturas máximas entre 1700 a 1800 °C.

Los gases calientes (CO, H2, CO2, H2O, N2, O2 y los combustibles) realizan la

combustión del coque conforme pasan hacia arriba, a través de la carga de

materiales.



El monóxido de carbono se suministra como un gas caliente, pero también se forma

adicionalmente por la combustión del coque ya que no es una combustión completa.

El gas CO tiene un efecto reductor sobre las menas de hierro; la reacción

simplificada se describe a continuación (usando la hematita como la mena original):

Fe 2O3 + CO2----------FeO + CO2… ecuación (1)

El bióxido de carbono CO2 reacciona con el coque para formar más monóxido de

carbono:

CO2 + C (coque) 2CO……….ecuación (2)

El cual realiza la reducción final de FeO a hierro:

FeO +CO Fe+CO2…. ecuación (3)

Figura 2 Partes de un alto horno.



El hierro fundido escurre hacia abajo, acumulándose en la base del alto horno. El

hierro fundido de primera fusión, o arrabio se vacía periódicamente en carros

cuchara o carros torpedo con los cuales se llenan lingoteras o bien se transportan

a mezcladoras calientes donde se almacenan y se mezclan con otras fundiciones

para

curarse posteriormente en algún proceso de obtención del acero (refinación de

arrabio) este mismo sería un proceso posterior al del arrabio.

Los lingotes se someten a una operación de enfriamiento para convertirse mediante

procesos metalúrgicos posteriores, en: hierro fundido de segunda fusión, hierro

dulce, hierro maleable o bien acero. Los altos hornos funcionan de forma continua.

La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado

número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15

minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos

horas, y el arrabio se sangra cinco veces al día. El papel que juega la piedra caliza

se resume en la siguiente ecuación.

Primero se reduce a cal (CaO) por calentamiento:

CaCO3 CaO + CO2…. Ecuación (4)

La piedra caliza se combina con la sílice (SiO2) presente en el mineral (la sílice no

se funde a la temperatura del horno) para formar silicato de calcio (CaSiO4), de

menor punto de fusión.



Si no se agregara la caliza, entonces se formaría silicato de hierro (Fe2SiO4), con lo

que se perdería el hierro metálico, allí está la importancia de la piedra caliza.

La cal se combina con impurezas tales como sílice (SiO2), azufre (S) y aluminio (Al2

O3) para formar silicatos de calcio y de aluminio, en reacciones que producen una

escoria fundida que flota encima del hierro y así poder retirarla de nuestros

procesos.

El arrabio o hierro de primera fusión no se puede utilizar directamente en la industria

por ser muy quebradizo debido a sus impurezas y poca resistencia contiene

excesivo

Carbón, de 2.2% a 4.5%, además de cantidades de silicio, magnesio, fósforo cuyos

contenidos son muy variables, así que se recomienda llevar a otro proceso para así

usarlo en la obtención del acero o lo que se quiera producir.

TRITURACIÓN Y MOLIENDA:

La trituración tiene por objeto reducir el tamaño de los minerales. Se hace en seco

en máquinas llamadas trituradoras, que pueden ser de mandíbulas o giratorias.

Fig.3. Ejemplo de una planta de trituración.



Figura. 4. Ejemplo de una molienda de hierro.

La molienda puede hacerse con materiales húmedos o secos. Se utilizan los

molinos rotatorios. La diferencia entre un proceso y otro está en el tamaño de los

materiales obtenidos en cada proceso: en la molienda se obtiene el mineral en

partículas más pequeñas que en la trituración.

CLASIFICACIÓN

Es la separación del material obtenido en los procesos anteriores por tamaños

similares. Se utilizan diversos instrumentos y procedimientos.

Criba: separan el material por tamaño, por una parte, los que pasan por una malla

y los que no pasan.

Tamiz: es una criba fina y se usa para obtener partículas muy pequeñas.



Figura.5 Criba y tamiz.

CONCENTRACIÓN

Es la operación de separar la mena de la ganga. Los procedimientos son:

Flotación: Se separan las partículas de materiales diferentes haciendo que las de

uno de ellos flote sobre un líquido y las demás estén sumergidas en él.

Separación magnética: Un material con propiedades magnéticas se puede separar

de la ganga aplicando al conjunto un campo magnético.

PROCESO DE PELETIZACIÓN DEL HIERRO

El proceso productivo se inicia con la extracción del mineral de hierro desde las

minas en el norte de nuestro país (III y IV regiones). Si el mineral posee bajo

contenido de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para

carga directa a Altos Hornos, requiriendo sólo tratamientos de molienda y

concentración.

Este es el caso de Mina El Romeral. Si, por el contrario, el contenido de impurezas

es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere

además de un proceso químico de peletización, donde se reducen

significativamente dichas impurezas.



Este es el caso de las minas los Colorados y el Algarrobo, en que el mineral se

transporta por vía férrea hacia la Planta de Pellet de Valle del Huasco.

Siguiente se observa este proceso en 2 etapas

Figura 6 Molienda.



Figura 7 Peletización y Endurecimiento Térmico.



1.3-EL ACERO EN LA CONSTRUCCION.

La industria de la construcción es el sector donde se pueden apreciar y demostrar

las múltiples propiedades del acero en todas sus formas y presentaciones. La

calidad del producto es el factor más importante para asegurar trabajos de gran

durabilidad, resistencia y economía.

Uno de los materiales más utilizados en la edificación de obras es el acero y dentro

de ellos el fierro. Este material es uno de los más importantes pues es en base a

fierros que se hace el esqueleto de una estructura, como zapatas, columnas, vigas,

dinteles, placas, viguetas, etcétera.

El Acero como material de construcción es muy utilizado debido a su rápida

colocación, y sus óptimas propiedades a Tracción. En los últimos años se ha

encarecido mucho el acero por lo que es un material no-económico y desde el punto

de vista medioambiental, su producción conlleva un alto gasto energético, pero al

ser un producto industrial su calidad es buena y su aplicación como armadura

para Hormigónes extendida en todo el mundo.

1.4.-ACERO EN LA INDUSTRIA

La producción de acero tuvo efectos de arrastre sobre otros sectores haciendo que

éstos también crecieran. Arrastró, por lo tanto, a la minería, a los transportes y a la

construcción de máquinas. Aumentó el número de trabajadores en las minas y en

las fábricas, impulsó la aparición de nuevas fábricas metalúrgicas, canales,

ferrocarriles, puertos y astilleros.

http://www.construmatica.com/construpedia/Acero

http://www.construmatica.com/construpedia/Tracci%C3%B3n

http://www.construmatica.com/construpedia/Hormig%C3%B3n



Se ha definido tradicionalmente la industria pesada como aquella dedicada

principalmente a la transformación de las materias primas de origen mineral, y en

especial de los metales. Por su importancia creciente, se estima también dentro de

este sector la industria de los materiales sintéticos.

El acero se usa para la fabricación de herramientas, utensilios, equipos mecánicos,

partes de electrodomésticos y maquinas industriales. El acero se consume en la

construcción de camiones y de maquinaria para la agricultura.

Las construcciones ferroviarias, ya sea de vías o material rodantes, consumen

grandes cantidades de acero. Se puede encontrar este elemento en la industria de

las armas, sobre todo en el armamento pesado, vehículos blindados y acorazados.

Los astilleros que construyen barcos petroleros, gasistas y buques cisternas son

grandes consumidores del acero.

Otra industria que recurre mucho al acero es la automotriz, ya que muchas partes

de los automóviles están compuestas por ese material, por ejemplo: el cigüeñal,

piñones, ejes de transmisión de caja de velocidades y brazos de articulación de la

dirección.

Así, las industrias de este sector abarcan desde todas las actividades siderúrgicas

(extracción de los minerales de hierro, fundición, laminación y transformación del

arrabio en acero), hasta su aplicación en las más diversas construcciones y

estructuras, tales como la construcción naval, automóvil, maquinaria, edificación,

entre otras muchas.

De este sector se alimentan las diversas industrias de transformación y conformado,

sea para elaborar productos acabados o para suministrar piezas y elementos

destinados a otras industrias.



Se debe su importancia no sólo al volumen, sino también a las numerosas industrias

subsidiarias proveedoras.

Así, esta industria requiere de otras que elaboren y suministren variados dispositivos

y maquinaria, tales como motores, máquinas herramienta, elementos eléctricos y

equipos electrónicos, etcetera. Además, en los lugares donde se asientan, estas

industrias conforman un tejido socioeconómico de primer nivel por la riqueza que

aportan.

Siderurgia: La actividad de la siderurgia comprende una larga serie de fases

productivas que van desde la obtención del acero hasta las diferentes líneas de

producción.

En el primer paso, hay dos procesos principales para obtener acero: la siderúrgica

integrada, que parte de la utilización del mineral ferroso y la semi-integrada, cuyas

materias primas principales son la chatarra ferrosa y las ferroaleaciones.

Las empresas semi-integradas: Son aquellas que producen acero a partir de

chatarra. Cuentan con instalaciones para dos de las etapas del proceso de

producción: reducción y acería y laminación; existen 19 empresas de este tipo en

México.

Altos Hornos de México, S.A. de C.V. (AHMSA) es la mayor siderúrgica integrada

del país. Sus oficinas corporativas se localizan en Monclova, Coahuila, en la región

centro del Estado de Coahuila, a 250 kilómetros de la frontera con Estados Unidos.

AHMSA opera una extensa cadena industrial desde la extracción de minerales de

fierro y carbón hasta la manufactura de aceros. Cuenta con dos plantas siderúrgicas

en la ciudad de Monclova, que cubren una extensión de 1,200 hectáreas.



Adicionalmente, en la región carbonífera de Coahuila, a 110 kilómetros de

Monclova, tiene minas propias de carbón metalúrgico, que es transportado por

ferrocarril a las siderúrgicas.

En el Municipio de Nava, junto a la frontera con Estados Unidos de América, operan

minas de carbón térmico, que generan alrededor de 7 millones de toneladas anuales

de energético destinado a las plantas locales de la Comisión Federal de Electricidad

(CFE).

Los principales yacimientos de fierro se localizan en la zona desértica de Coahuila

y el mineral concentrado se envía a Monclova a través de un ferro ducto de 295

kilómetros. Se tienen también minas de fierro en otros estados de la República.

Actualmente AHMSA opera a un ritmo superior a 3.5 millones de toneladas anuales

de acero líquido, y cuenta con una plantilla laboral de 19,000 personas, incluyendo

sus empresas subsidiarias mineras.

AHMSA es líder nacional en producción y comercialización de productos planos:

lámina rolada en caliente, placa, lámina rolada en frío, hojalata y lámina cromada.

Cuenta además con facilidades para perfiles estructurales.



CAPÍTULO II

CONCEPTOS BÁSICOS DE CONTROL

AUTOMÁTICO DE PROCESOS.



2.1-SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS

El propósito principal de este capítulo es demostrar la necesidad del control

automático de procesos y a su vez definir la nomenclatura básica para poder

implementar el control automático a los altos hornos y lograr así la mejora

previamente propuesta.

Los procesos son de naturaleza dinámica, en ellos siempre ocurren cambios y si no

se emprenden las acciones pertinentes, las variables importantes del proceso, es

decir, aquellas que se relacionan con la seguridad, la calidad del producto y los

índices de producción, no cumplirán con las condiciones de diseño.

En este capítulo se presenta una breve descripción de algunas arquitecturas de

sistemas de control, y algunos de sus componentes, se definen algunos de los

términos que se usan en el campo del control de procesos.

El objetivo del control automático de procesos es mantener en determinado valor de

operación las variables del proceso tales como: temperaturas, presiones, flujos y

compuestos.

En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener

constantes algunas magnitudes, tales como variables del proceso: la presión, el

caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad,

etcétera.

Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación

de estas variables en condiciones más idóneas que las que el propio operador

podría realizar.



El alto horno que es utilizado para la fundición del arrabio no es la excepción

hablando de avances en el control e instrumentación, pero para poder entender

mejor esto es necesario conocer cierta terminología.

En la figura 8. Se muestran los componentes básicos de un sistema de control, lo

que será descrito más a fondo en capítulos posteriores.

Figura 8 componentes básicos de un sistema de control.

SET POINT

CONTROLADOR

ELEMENTO FINAL DE CONTROL

PROCESOSENSOR

TRANSMISOR



SELECCIÓN DE PARÁMETROS REGULADORES DEL PROCESO

La regulación del estado térmico del alto horno en las zonas superiores da lugar a

notables retardos en el tiempo, debidos a la velocidad de descenso de los materiales

de la carga, según la altura del horno, y a la propia inercia de los procesos térmicos.

La regulación en las zonas superiores debe realizarse en combinación con las

acciones en las zonas inferiores, ya que éstas no están sometidas a retardos y los

efectos en su control son más inmediatos.

Todas las acciones reguladoras en la parte inferior del horno son efectivas para

controlar el calentamiento del crisol, salvo con aquellos combustibles auxiliares (gas

natural y fuel oil) que se inyectan con el viento.

Al analizar las características dinámicas del horno, en función de los combustibles

inyectados, se ha determinado que la influencia de estos, al variar sus caudales de

inyección, es compleja y su acción sobre el contenido de silicio del arrabio (Figura

9) se manifiesta de dos maneras. Inicialmente, éste tiende a disminuir y después

aumenta.

Experimentalmente, se ha comprobado que el efecto completo de regulación se

alcanza después de 12-18 h. El carácter complejo de los procesos transitorios al

variar los caudales de inyección de gas natural y fuel oil está relacionado, en

particular, con la disociación de grandes cantidades de hidrógeno.



a)

b)

Figura 9. Dinámica de la variación del contenido de silicio en el arrabio

mediante la regulación del estado térmico del crisol, a) Inyección de 1.000

m3/h de gas natural, b) Inyección de carbón pulverizado.

El flujo de carbón pulverizado (ICP) por toberas, de composición química similar a

la del coque, no provoca variaciones considerables ni en la composición ni en el

volumen de gases en las toberas.

Por tanto, la influencia de su tasa de inyección en el contenido de silicio en el arrabio

(Figura 9b) tiene lugar por un principio más simple.



La ecuación que expresa la variación del contenido de silicio en el arrabio, al variar

la tasa de inyección de carbón pulverizado (ICP) tiene la forma:

∆(𝑆𝑖) = 0.0085 ∆𝑆2(1 − 𝑒−(𝜏−0.5)/3.5) … … … (1)

dónde:

Si = Variación del contenido de silicio en el arrabio, en %.

S2 = Variación de la tasa ICP, en kg/t de arrabio.

r = tiempo, h.

El análisis de la fórmula [1] muestra que el efecto completo de la regulación para un

tiempo constante (T = 3,5 h) se alcanza prácticamente en unas 8-9 h. En este caso,

al inyectar CP, el contenido de silicio en el arrabio varía en una media de 0,085 %

por cada 10 kg CP/t de arrabio.

Las investigaciones han permitido elaborar y utilizar en los altos hornos de la planta

siderúrgica de Donetsk (Ucrania) un método de control térmico del crisol, mediante

la inyección de Carbón pulverizado En la figura 9 se incluye un ejemplo de control

del régimen térmico de fusión con utilización de carbón pulverizado.

En la figura 9a) se aprecia que cuando la relación aglomerado/coque (A/C) en la

carga del horno se reduce de 3,08 a 3,02 t/t, mediante la conveniente disminución

del consumo de aglomerado (principalmente sínter), la temperatura del arrabio es

de 1.450 °C, con un contenido de silicio del 0,45 %.

Tanto durante el período analizado como durante los días anteriores no se varían

otros parámetros del viento. Una hora después, se inicia la (inyección de carbón

pulverizado) “ICP” en una cantidad de 2,25 t/h hasta alcanzar un caudal de 4 t/h.



En estas condiciones, se mantiene la relación A/C en 3,02 t/t. Como resultado de la

ICP (inyección de carbón pulverizado), la temperatura del arrabio se eleva en 40-50

°C y el contenido de silicio en el arrabio, en 0,5 %.

En la figura 9b) se observa que, en el momento de la colada, que termina 17 h

después, la temperatura del arrabio alcanza los 1.530 °C con un contenido de silicio

del 1,52 %. En la colada siguiente, la temperatura del arrabio se mantiene en 1.530

°C y el contenido de silicio alcanza el 1,64 %.

Transcurridas 19 h, la relación aglomerado/coque aumenta a 3,23 t/t, mediante el

aumento de la correspondiente cantidad de aglomerado. Nota 6 Al mismo tiempo, se

deja de inyectar CP, cuyo caudal era de 5 t/h. A continuación, el horno opera durante

8 h sin ICP, y con una elevada relación A/C.

Como resultado de no inyectar CP y de disminuir la cantidad de coque en la relación

A/C, la temperatura del arrabio desciende a 1.460 °C y el contenido de silicio se

reduce a 0,8 %. Posteriormente, se restablece la ICP( inyección de carbón

pulverizado).



Figura. 10. — Control del régimen térmico del crisol con utilización de carbón

pulverizado (CP) y la relación aglomerado/coque (A/C). a) Primer período de

experimentación, b) Segundo período de experimentación.

Por tanto, la rápida respuesta de la ICP (inyección de carbón pulverizado) y el

carácter simple del proceso transitorio ofrece ventajas en el caso de que sea

necesario regular el estado térmico del crisol. La correspondencia en magnitud y

tiempo entre las variaciones de la tasa de ICP (inyección de carbón pulverizado) y



la relación de materiales en la carga garantiza el control óptimo del régimen térmico

de fusión.

Entre otras acciones de control en la zona baja del horno, hay que tener en cuenta

también el empleo de vapor de agua. La moderna tecnología de inyección de CP,

se debe acompañar con la inyección de vapor de agua en el viento para mantener

el nivel requerido en la temperatura adiabática de la llama.

FUNDAMENTOS Y SELECCIÓN DE LOS CRITERIOS PARA DETERMINAR EL

ESTADO TÉRMICO DEL ALTO HORNO

El estado térmico del horno alto está interrelacionado con procesos de intercambio

térmico y de masas, lo que dificulta la selección de parámetros que permitan su

caracterización de forma efectiva. En un alto horno en operación, el estado térmico

del horno se determina por el contenido de silicio en el arrabio.

Sin embargo, una vez que termina la colada, los resultados de los análisis químicos

se demoran considerablemente, lo cual dificulta el control del estado térmico del

horno. Además, el contenido de silicio en el arrabio no es un parámetro que

determine unilateralmente el estado térmico, ya que su magnitud también depende

de la basicidad de la escoria y de otra serie de factores.

En su conjunto, la composición química y la temperatura de los productos líquidos

de la fusión caracterizan bastante bien el estado térmico del crisol del horno; sin

embargo, hasta hace poco no existían medios adecuados para medir la temperatura

del arrabio en continuo.

Últimamente, en la industria de instrumentación y control, se han desarrollado

monitores fotopirométricos que, con una exactitud similar a la de los termopares,

garantizan la medida de las temperaturas del arrabio y de la escoria durante la



colada. Estos equipos están construidos tomando como base modificaciones en la

relación espectral e irradiación parcial de los fotodiodos, para que trabajen en un

limitado rango espectral de longitud de onda.

Dichos equipos son sistemas seguros y simples para el control automático de las

temperaturas del arrabio y de la escoria a medida que sean colados del horno.

En este caso, para la medida automática en continuo de la temperatura del arrabio

durante la colada, se ha utilizado un sensor fotopirométrico que controla la

temperatura de la superficie de los cuerpos calientes según el calor que irradian. El

margen de error en el registro de este equipo fue de 1,0-1,5 %.

Las informaciones sobre la temperatura y el contenido de silicio en el arrabio pueden

utilizarse en el SAD cuando entre los calentamientos físicos y químicos del arrabio

existe una relación fiable. El cálculo termodinámico de la reducción del silicio en el

horno alto, según la reacción en la que la sílice contenida en la escoria (Si02) se

reduce a silicio que se incorpora al arrabio [Si], expresada como:

Si02 + 2C = Si + 2CO, en presencia de arrabio, permite obtener la expresión

siguiente para determinar la temperatura del arrabio:

𝒯𝑎 =571.222

𝐾 − 80.451𝑙𝑔 (𝐶𝑎𝑂𝑆𝑖𝑂2

) − 19.551𝑙𝑔(𝑆𝑖)− 273 … … … . (2)

donde:

𝒯𝑎 =Temperatura del arrabio, °C.

K = Coeficiente, que depende de la presión parcial del CO en el crisol del horno

(para Pc o = 98 kPa, AT= 361,58).

[Si] = Contenido de silicio en el arrabio, %.



En la medida en que se ha perfeccionado la tecnología de operación del alto horno

(mejoras en la preparación de las materias primas, disminución del volumen de

escoria, optimización de su composición, aumentos de la presión del viento y de los

gases en el tragante, ICP, así como aumento del volumen útil de los hornos), se ha

observado una tendencia al aumento de la temperatura del arrabio.

Al variar la temperatura en la zona de toberas, se puede regular la cantidad de CO

que se forma a partir del SiO2 de las cenizas del combustible según SiO2 + 2C -> S

+ 2 CO e influir en la velocidad de reducción a SiO de la sílice contenida en la

escoria.

La limitación de la sublimación del SiO2 a SiO puede ser provocada por ciertos

factores, tales como:

- Disminución de la actividad del SiO2 como resultado del aumento tanto de la

basicidad de la carga como del contenido de MgO.

- Disminución de la presión parcial del SiO al disminuir la temperatura delante de

las toberas.

- Aumento de la presión parcial del CO debido al incremento de la presión en el

tragante.

- Incremento de la eficiencia del horno como resultado del aumento de la velocidad

de goteo de los productos líquidos de la fusión y disminución de su tiempo de

retención en la zona cohesiva.



- Inyección por toberas de CP, mineral de hierro y fundentes (especialmente

magnésicos).

Si se logra controlar el proceso del horno de tal forma que el silicio pase al arrabio

sólo a partir del SiO procedente de las cenizas del combustible que se quema en

toberas, entonces se podrá obtener arrabio con 0,1 % Si y temperatura de 1.500 °C.

DESARROLLO DE UN ALGORITMO DE CONTROL PARA EL RÉGIMEN

TÉRMICO DEL CRISOL

El control del estado térmico del crisol del alto horno se emplea como un parámetro

de respuesta rápida para regular la tasa de ICP, y también como criterio de calidad

del calentamiento del crisol, las desviaciones de la energía térmica del arrabio y de

sus componentes.

En la figura 11, se detalla el ordinograma que implementa el algoritmo de control

que comanda el SAD. Ha sido desarrollado en un microcomputador cuya plataforma

Hw está basada en un microprocesador análogo al 486 de Intel.

Este microcomputador posee un sistema operativo DOS 5.3 con una memoria RAM

de 16 Mb y un disco duro de 640 Mb; también contiene un amplio surtido de módulos

que enlazan distintos periféricos, tipo captadores comunicaciones vía Ethernet,

reguladores, etc., según se contempla en el diagrama de bloques de la figura 11.

Existe un módulo de adquisición de datos cuyo núcleo es un convertidor analógico-

digital para bus AT, que recibe las señales, tanto analógicas como digitales de

diferentes captadores y transductores, como la temperatura del arrabio durante la

colada.



Otro módulo de comunicaciones, en entorno Ethernet, garantiza las mismas (datos

y órdenes) entre este microcomputador y otros computadores de procesos tanto

remotos como centralizados (transmiten, por ejemplo, los resultados de los análisis

químicos del arrabio y de la escoria).

Otro módulo de conversión analógico-digital sirve para transmitir órdenes a los

actuadores. Existen, asimismo, módulos exteriores de ampliación de memoria (tanto

RAM como EPROM). El sistema trabaja de la forma siguiente. Se mide el caudal de

CP inyectado al horno. Durante el período de colada se interrumpe la ICP, y el

sistema pasa a la medición de temperaturas del arrabio.

SILICIO EN EL

ARRABIO, %

TEMPERATURA DEL

ARRABIO °C

ENERGIA , KJ/KG PROPORCION %

0.4 1.380 7.926 890 8.816 89.9 10.1

0.5 1.400 7.946 905 8.851 89.8 10.2

0.6 1.420 7.971 918 8.889 89.6 10.4

0.7 1.440 7.993 934 8.927 89.5 10.5

0.8 1.460 8.015 949 8.964 89.4 10.6

0.9 1.480 8.037 963 9.00 89.3 10.7

1.0 1.500 8.058 978 9.036 89.2 10.8

TABLA 1. Parámetros energéticos del estado térmico del crisol.



𝑆2

𝑆3

CaO/SiO2

(Mg)+ %

(S)+ %

(Si)+ %

T°, °C

RECOMENDACIONES

En el párrafo siguiente se presentan los cuatro componentes básicos de todo

sistema de control, estos son:

1. Sensor, que también se conoce como elemento primario.

2. Transmisor, el cual se conoce como elemento secundario.

3. Controlador, que es el “cerebro” del sistema de control.

4. Elemento final de control, frecuentemente se trata de una válvula de control,

aunque no siempre.

Figura 11. Diagrama de bloques de la plataforma Hw/Sw del SAD.

AMPLIACIONES DE

MEMORIA

MICROCOMPUTADOR BASE DE

DATOS

TEMPERATURA DEL

ARRABIO

COMPUTADOR

PRINCIPAL

OTROS

COMPUTADORES DE

PROCESO

DEPARTAMENTO DE

ANALISIS QUIMICOS

MODULO DE

ADQUISICION DE

DATOS

MODULO DE

COMUNICACIÓN

ETHERNET

MODULO DE

COMUNICACIOND/A

ORDENES A

ACTUADORES

ACTUADORES PANEL DE CONTROL



Otros elementos finales de control comúnmente utilizados son las bombas de

velocidad variable, los transportadores y los motores eléctricos. La importancia de

estos componentes estriba en que realizan las tres operaciones básicas que deben

estar presentes en todo sistema de control, estas operaciones son:

1. Medición (M): la medición de la variable que se controla se hace generalmente

mediante la combinación de sensor y transmisor.

2. Decisión (D): con base en la medición, el controlador decide que hacer para

mantener la variable en el valor que se desea.

3. Acción (A): como resultado de la decisión del controlador se debe efectuar una

acción en el sistema, generalmente ésta es realizada por el elemento final de

control.

Como se dijo, estas tres operaciones, M, D y A son obligatorias para todo sistema

de control.

En algunos sistemas, la toma de decisión es sencilla, mientras que en otros es más

compleja; por lo que al realizar el diseño de un sistema de control primero hay que

asegurarse que las acciones que se emprendan tengan su efecto en la variable

controlada, es decir, que la acción emprendida repercuta en el valor que se mide;

de lo contrario el sistema no controla y puede ocasionar más perjuicio que beneficio.

2.2 CONCEPTOS BÁSICOS

La automatización de procesos es una rama de la ingeniería que requiere un amplio

conocimiento en diversas áreas. Dada la extensión de los temas que se deben

conocer, es imposible poder explicarlos todos a fondo en este trabajo, pero a



continuación se explican algunos conceptos básicos para poder asimilar más

fácilmente el tema que trata el trabajo.

2.2.1 CONCEPTOS DE AUTOMATIZACIÓN.

Ahora es necesario definir algunos de los términos que se usan en el campo de la

automatización. El primer término es variable controlada, ésta es la variable que se

debe mantener o controlar dentro de algún valor deseado.

La variable controlada para el alto horno es la temperatura de entrada del proceso

T(t). El segundo término es punto de control (set-point), el valor que se desea tenga

la variable controlada.

La variable manipulada es la variable que se utiliza para mantener a la variable

controlada en el punto de control (punto de fijación o de régimen); en el alto horno

la variable manipulada es el flujo de vapor.

Finalmente, cualquier variable que ocasiona que la variable de control se desvíe del

punto de control se define como perturbación o trastorno; en la mayoría de los

procesos existe una cantidad de perturbaciones diferentes, por ejemplo, en el alto

horno las posibles perturbaciones son la temperatura de entrada en el proceso, T(t),

el flujo del proceso, q(t), la calidad de la energía del vapor, las condiciones

ambientales, la composición del mineral que se procesa, la contaminación, etcetera.

Aquí lo importante es comprender que, en la industria de procesos, estas

perturbaciones son la causa más común de que se requiera el control automático

de proceso; si no hubiera alteraciones prevalecerán las condiciones de operación

del diseño y no se necesitaría supervisar continuamente el proceso.



Los siguientes términos también son importantes.

Circuito: Una combinación de dos o más instrumentos o funciones de control que

mandan señales uno a otro con el propósito de medir y/o controlar las variables de

un proceso.

El circuito de control es fundamental para que esta comparación y subsiguiente

corrección sean posibles, que incluya una unidad de medida, una de control, un

elemento final de control y el propio proceso. Puede ser abierto o cerrado (Creus,

1999).

Circuito abierto o lazo abierto: se refiere a la situación en la cual se desconecta el

controlador del sistema, es decir, el controlador no realiza ninguna función relativa

a cómo mantener la variable controlada en el punto de control; otro ejemplo en el

que existe control de circuito abierto es cuando la acción (A) efectuada por el

controlador no afecta a la medición (M).

Control de circuito o lazo cerrado: se refiere a la situación en la cual se conecta el

controlador al proceso; el controlador compara el punto de control (la referencia)

con la variable controlada y determina la acción correctiva. Con la definición de

estos términos, el objetivo del control automático de procesos se puede establecer

como sigue:

El objetivo del sistema de control automático de proceso es utilizar la variable

manipulada para mantener a la variable controlada en el punto de control a pesar

de las perturbaciones.



Figura 12 circuito cerrado y circuito abierto.

2.2.2 CONCEPTOS DE INSTRUMENTACIÓN

Ya definidos los conceptos básicos de control ahora es necesario conocer

terminología básica de instrumentación. Los instrumentos de medición y de control

son relativamente complejos y su función puede comprenderse bien si están

incluidos dentro de una clasificación adecuada.

Pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas con

sus propias ventajas y limitaciones. Se considerarán dos clasificaciones básicas: la

primera relacionada con la función del instrumento y la segunda con la variable del

proceso. En este caso se tratará la clasificación en función del instrumento:

De acuerdo con la función del instrumento, obtenemos las formas siguientes:

Instrumentos ciegos: son aquellos que no tienen indicación visible de la variable.

Hay que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma, tales como

presostatos y termostatos (interruptores de presión y temperatura respectivamente)

que poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable, ya que



sólo ajustan el punto de disparo del interruptor o conmutador al cruzar el valor

seleccionado.

Son también instrumentos ciegos, los transmisores de caudal, presión, nivel y

temperatura sin indicación. Los instrumentos indicadores disponen de una pantalla

o display en la que puede leerse el valor de la variable.

Los instrumentos registradores: registran con trazo continuo o a puntos la variable,

y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del

gráfico.

También existen registradores digitales que guardan sus registros en una memoria

interna. Los elementos primarios están en contacto con la variable y utilizan o

absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una

indicación en respuesta a la variación de la variable controlada.

El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión,

fuerza, posición, medida eléctrica, etc. Por ejemplo: en los elementos primarios de

temperatura de bulbo y capilar, el efecto es la variación de presión del fluido que los

llena y en los de termopar se presenta una variación de fuerza electromotriz.

Transmisor: Es un dispositivo que detecta una variable de proceso a través del

medio de un sensor y tiene una salida cuyo valor de estado estacionario varia solo

con una función predeterminada de la variable de proceso. El sensor puede o no

ser integral con el transmisor.



Figura 13 Trasmisor de presión universal.

Los transmisores captan la variable de proceso a través del elemento primario y la

transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen 3 a 15 psi (libras por

pulgada cuadrada) o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua, de 0 a 10VCC

o de algún otro tipo.

La señal digital utilizada en algunos transmisores inteligentes es apta directamente

para ordenador. El elemento primario puede formar o no parte integral del

transmisor; el primer caso lo constituye un transmisor de temperatura de bulbo y

capilar y el segundo un transmisor de caudal con la placa orificio como elemento

primario.

Transductor: Término general para un dispositivo que recibe información en forma

de una o más cantidades físicas, modifica la información y/o su forma, si se requiere,

y produce una señal de salida resultante. Dependiendo de la aplicación, el

transductor puede ser un elemento primario, transmisor, relé, convertidor u otro

dispositivo.

Los transductores: reciben una señal de entrada en función de una o más

cantidades Físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida. Son



transductores, un elemento primario, un transmisor, un convertidor PP /I (presión de

proceso a intensidad), un convertidor PP / P (presión de proceso a señal neumática),

etcétera.

Los convertidores: son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (3-15

psi) o electrónica (4-20 mA c.c.) procedente de un instrumento y después de

modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar. Ejemplo: un

convertidor P/I (señal de entrada neumática a señal de salida electrónica), un

convertidor I/P (señal de entrada eléctrica a señal de salida neumática). Conviene

señalar que a veces se confunde convertidor con transductor.

Este último término es general y no debe aplicarse a un aparato que convierta una

señal de instrumentos. Los receptores reciben las señales procedentes de los

transmisores y las indican o registran. Los receptores envían otra señal de salida

normalizada a los valores ya indicados 3-15 psi en señal neumática, o 4-20 mA c.c.

en señal electrónica, que actúan sobre el elemento final de control.

Los controladores comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura) con

un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación. La

variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores locales o

bien indirectamente en forma de señal neumática, electrónica o digital procedente

de un transmisor.

El elemento final de control; recibe la señal del controlador y modifica el caudal del

fluido o agente de control. En el control neumático, el elemento suele ser una válvula

neumática o un servomotor neumático que efectúan su carrera completa de 3 a 15

psi (0,2-1 bar).



En el control electrónico la válvula o el servomotor anteriores son accionados a

través de un convertidor de intensidad a presión (I/P) o señal digital a presión que

convierte la señal electrónica de 4 a 20 mA C.C. o digital a neumática 3-15 psi.

En el control eléctrico el elemento suele ser una válvula motorizada que efectúa su

carrera completa accionada por un servomotor eléctrico.

2.3 INSTRUMENTACIÓN EN LA INDUSTRIA DEL ARRABIO

Se pudo ver previamente en este capítulo que la instrumentación y el control

automático son herramientas necesarias en cualquier proceso químico, ya que

minimiza el error humano, incluido el de elaboración del de arrabio, la industria del

arrabio ha ido creciendo con el paso de los años y ha sido cada vez más necesario

un control más eficiente, por lo tanto, se requiere de instrumentos más sofisticados

y mejor seleccionados.

El proceso de obtención del arrabio es largo y complejo, (previamente mencionado

en el capítulo 1), y a lo largo del mismo se utiliza una amplia gama de instrumentos

para la medición de las variables que intervienen en el proceso tales como la

temperatura, presión, flujo, nivel, peso, posición, velocidad, entre otras.

Para efectos de este trabajo solo se mencionan algunas variables dentro de este

capítulo ya que son algunas de las que intervienen específicamente en el

mejoramiento del rendimiento del alto horno, que es la parte del proceso en la que

se centra este trabajo.



2.3.1 MEDIDA DE TEMPERATURA

La medida de temperatura constituye una de las mediciones más comunes e

importantes que se efectúan en los procesos industriales.

Las limitaciones de medida del sistema quedan definidas en cada tipo de aplicación

por la precisión, por la velocidad de captación de la temperatura, por la distancia.

Entre el aparato de medida y el receptor, y por el tipo de instrumento indicador,

registrador, controlador necesarios; cabe mencionar que es necesaria una

comprensión clara de los métodos de medida con sus ventajas y desventajas

propias, para lograr una selección optima del sistema más adecuado.

Para mediciones de altas presiones se utiliza acero inoxidable altamente resistente,

mientras que para mediciones de presión con elevadas temperaturas se necesita

acero inoxidable refractario.

Para procesos químicos incluyendo medios muy agresivos en combinación con

separadores/manómetros con membrana para la medición de presión, o vainas para

medición de temperatura – se dispone de una amplia gama de materiales

químicamente resistentes. En estos casos, todas las partes mojadas se fabrican en

el material especial respectivo.

En manómetros relativos y manómetros de presión diferencial con membrana

elástica, las partes mojadas pueden ser fabricadas en materiales especiales muy

diversos.



Acero inoxidable N° 316L, 1.4571, 1.4404,

1.4435, 1.4541, 1.4542

Hastelloy B3 N° 2.4600

Dúplex 2205 N° 1.4462 Hastelloy C22 N° 2.4602

Hastelloy C4 N° 2.4610 Incoloy alloy 825 N° 2.4858

Hastelloy C276 N° 2.4819 Duratherm NiCo

Inconel alloy 600 N° 2.4816 Níquel N° 2.4066 / 2.4068

Monel alloy 400 N° 2.4360 Platíno Pt

Oro Au Titanio N° 3.7035

Tántalo Ta Cerámica wikaramic®

Circonio Zr Perfluor-alcoxialcano PFA

Politetrafluoretileno PTFE

Copolímero de etanol y etileno-cloro-

trifluoroetileno ECTFE (Halar®)

Tabla 3. Materiales con los que se fabrican los manómetros con tubo de

Burdon.

Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por

la temperatura entre los que figuran:

Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o

gases)

Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia)

Variación de resistencia de un semiconductor (termistores)

FEM creada en la unión de dos metales distintos (termopares)

Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetro de radiación)

Otros fenómenos utilizados en el laboratorio (velocidad del sonido en un gas,

resonancia de un cristal, etc.)



De este modo se emplean algunos de los instrumentos siguientes:

Son de radar para la medición del nivel de carga y de la velocidad de

descenso de la carga

Lanza de inflamación del gas en el tragante

Sonda fija por encima de la carga para la medición de la temperatura, de la

presión y para la toma de gas para analizar

Sonda radar en movimiento por encima de la carga para la medición de los

perfiles de carga, velocidad de descenso de la carga, temperatura, presión y

toma de gas para analizar.

Sonda en movimiento por encima de la carga para la medición de

temperatura, presión, repartición de la carga y toma de gas para analizar.

Sonda en movimiento horizontal en la carga para la medición de la

temperatura, presión, estratificación de materiales en la carga y toma de gas

para analizar.

Termómetro de vidrio, termómetro bimetálico, elementos primarios de bulbo

y capilar rellenos de líquido, gas o vapor, termopares, pirómetros de

radiación, termómetros de resistencia, termómetros ultrasónicos, de cristal

de cuarzo, etcétera.

Como se puede ver existen muchos instrumentos para la medición de la

temperatura, pero en este caso solo se podrán describir los termopares y los RTD´s

(detector resistivo de temperatura).



Figura 14 tubo Bourdon.

2.3.2 TERMOPARES

El termopar se basa en un efecto descubierto por Seebeck en 1821, de la circulación

de una corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas uniones

(unión de medida o caliente, y unión de referencia o fría), se mantienen a distinta

temperatura, como muestra a continuación.

El rango de medida lo da el material del cual este constituido el termopar. Su

principio de funcionamiento se basa en generar una Fem (Fuerza Electromotriz) con

base a una diferencia de materiales con diferentes temperaturas en las uniones.



Figura 15 termopar

Esta circulación de corriente obedece a 2 efectos termoeléctricos combinados, el

efecto Peltier, que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos

metales distintos, cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto

Thompson, que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente

circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de

temperaturas.

intervalo Limites de Error del Extensión cable límites de

Tipo de termopar error

medida Clase 1 Clase 2 Clase 3 Temperatura Premium Normal

Cromel-

Constant

an

tipo E

-

40a800°

C

-

40a900°

C

-

200a40°

C

±1.5°C a

±0.4%

±2.5°C a

±0.75%

±2.5°C a

±1.5%

-60

A

200°C

- ±1.5°C

A

±2%



Cobre-

Constant

an

tipo T

-

40a350°

C

-

40a350°

C

-

200a40°

C

±0.5°C

±0.4%

±1°C a

±0.75%

±1°C a

±1.5%

-60

A

95°C

±0.5°C

A

±0.5%

±1°C

A

±0.75%

Hierro

Constant

an

tipo J

-

40a750°

C

-

40a750°

C

±1.5°C a

±0.4%

±2.5°C a

±0.75%

- 0-200°C ±1°C

A

±0.75%

±2.5°C

A

±1.25%

Cromel-

Alumel

Tipo K

-

40a1000

°C

-

40a1200

°C

-

200a40°

C

±1.5°C a

±0.4%

±2.5°C a

±0.75%

±2.5°C a

±1.5%

0-200°C ±1°C

A

±0.75%

±2.5°C

A

±2.5%

Pt-Pt/Th

13% tipo

R

Pt-Pt/Rh

10% tipo

S

0a1600°

C

0a1600°

C

±1°C ±1.5°C a

±0.25%

- 25

A

200°C

- ±5°C

A

±6%

Pt-Rh

6%/ Pt-

Rh 30%

tipoB

600a170

0°C

- ±1.5°C a

±0.25%

±4°C a

±0.5%

25

A

200°C

- ±5°C

A

±6%

Tabla 4. Tipos de termopares.



2.3.3 MEDIDA DE PRESIÓN

La presión se define como la fuerza aplicada por unidad de superficie y puede

explicarse en unidades tales como: pascales, atmosferas, bar, kilogramo por

centímetro cuadrado, psi.

Psi Pulgada

columna

de agua

Pulgada

columna

Hg

Atmosfera Kg/cm2 cm

c.de

agua

mm c.

de Hg

Bar Pa

Psi 1 27.68 2.036 0.0680 0.0703 70.31 51.72 0.0689 6894.76

Pulgada

c. de a.

0.0361 1 0.0735 0.0024 0.0025 2.540 1.868 0.0024 249

Pulgada

columna

Hg

0.4912 13.6 1 0.0334 0.0345 34.53 25.4 0.0338 3386.39

atmosfera 14.7 406.79 29.92 1 1.033 1033 760 1.0132 1.0133x105

Kg/cm2 14.22 393.7 28.96 0.9678 1 1000 735.6 0.98 98066

cm c.de a 0.0142 0.3937 0.0289 0.00096 0.0010 1 0.7355 0.0009 98.06

mm c. de

Hg

0.0193 0.5353 0.0393 0.0013 0.0013 1.359 1 0.00133 133.322

Bar 14.5 401 29.53 0.987 1.02 1020 750 1 105

Pa 0.00014 0.0040 0.00029 0.987x10-5 0.102x10-

4

0.01 0.0075 105 1

Tabla 5 Unidades de presión y equivalencias.



2.3.4. MEDIDA DE FLUJO.

Existen dos tipos de medidores, los volumétricos que determinan el caudal en

volumen del fluido, bien sea directamente (desplazamiento), o indirectamente por

deducción o inferencia (presión diferencial, área variable, velocidad, fuerza, tensión

inducida, torbellino) y los de masa que determinan el caudal masa. Los medidores

volumétricos son usados para la medida general de caudal y se destinan los

medidores de caudal másico a aquellas aplicaciones en que la exactitud de la

medida es importante.

La medición de flujo o caudal se utiliza en la industria para dos cosas

fundamentales:

Contabilidad

Control de procesos

Desde el primer punto de vista, los medidores de flujo se utilizan para contabilizar

la transferencia de materia entre diversas partes del proceso, diferentes compañías,

o bien entre suministrador y usuario. Un ejemplo claro de esto es cuando se recarga

gasolina en un automóvil.

En cuanto a control de procesos, la medición de flujo es imprescindible para poder

realizar control automático, así como para optimizar rendimientos de las unidades

de producción aplicando balances de materia. Por esta causa los flujos deben

medirse y controlarse cuidadosamente.

Existen diversos tipos de medidores de flujo los cuales de los cuales algunos

son:



Medidores de área variable

Medidores de desplazamiento positivo

Medidores másicos y de presión diferencial

Medidores electromagnéticos

Medidores de turbina

2.4 ACCIONES DE CONTROL

En los controles automáticos industriales son muy comunes los seis tipos siguientes

propuestas de acción de control: de dos posiciones, proporcional, integral,

proporcional y derivativo, proporcional integral, integral proporcional y derivativo. Es

importante conocer las características básicas de las diversas acciones de control

para poder elegir la más adecuada según la aplicación.

2.4.1 CONTROL ON-OFF

En un sistema de control de dos posiciones, el elemento accionador tiene solamente

dos posiciones fijas, que en la mayoría de los casos son solamente conectado y

desconectado.

El control de dos posiciones on -off es relativamente simple y económico, y, por esa

razón, es ampliamente utilizado en sistemas de control tanto industriales como

domésticos.



3. CAPÍTULO III

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO

DE OBTENCIÓN DEL ARABIO.



3.1 ALTO HORNO

Un alto horno es un horno especial en el que tienen lugar la fusión de los minerales

de hierro, coque y caliza, la transformación química en un metal rico en hierro

llamado arrabio.

Está constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases mayores.

Mide de 20 a 30 metros de alto y de 4 a 9 metros de diámetro; su capacidad de

producción puede variar entre 500 y 1500 toneladas diarias.

PARTES DE UN ALTO HORNO

La cuba: Tiene forma troncocónica y constituye la parte superior del alto horno; por

la zona más estrecha y alta de la cuba (llamada tragante) se introduce la carga.

La carga la componen.

a) El mineral de hierro: magnetita, limonita, siderita o hematita.

b) Combustible: que generalmente es carbón de coque. Este carbón se obtiene

por destilación del carbón de hulla y tiene alto poder calorífico. El carbón de

coque, además de actuar como combustible provoca la reducción del mineral

de hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxígeno.

c) El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con

cuyo oxigeno se combina, transformándose, primero en monóxido de

carbono (CO) y luego en dióxido carbónico (CO2).



FeO + C → Fe + CO (reducción del mineral de hierro – FeO – en metal hierro con

CO)

FeO + CO → Fe + CO2 (reducción del mineral de hierro – FeO – en metal hierro

con CO2)

d) Fundente: Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina

químicamente con la ganga para formar escoria, que queda flotando sobre el

hierro líquido, por lo que se puede separar. Además, ayuda a disminuir el

punto de fusión de la mezcla. El mineral de hierro, el carbón de coque y los

materiales fundentes se mezclan y se tratan previamente, antes de

introducirlos en el alto horno.

El resultado es un material poroso llamado sinter. Las proporciones del sínter son:

a) Mineral de hierro...............2 Toneladas.

b). Carbón de coque..........1 Tonelada.

c) Fundente........................1/2 Tonelada

Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m

a 80 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como

asbesto o ladrillos refractarios.

El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un

punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte

inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por

donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque.



Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra

(o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro

agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos

para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en

forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza.

Una vez obtenido el acero líquido, se puede introducir en distintos tipos de coladura

para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de la que se

obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de

laminación y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se

obtienen lingotes. Esquema de funcionamiento de un alto horno, como se muestra

en la figura 10.

La instalación recibe este nombre por sus grandes dimensiones, ya que puede llegar

a tener una altura de 80 metros. Por la parte superior del horno se introduce el

material, el cual, a medida que va descendiendo y por efecto de las altas

temperaturas, se descompone en los distintos materiales que lo forman. En la parte

inferior del horno, por un lado, se recoge el arrabio y, por otro, la escoria, o material

de desecho, su capacidad de producción puede variar entre 500 y 1500 toneladas

diarias.

Se introducen por la parte más alta de la cuba. La mezcla arde con la ayuda de una

inyección de aire caliente (oxigeno), de forma que, a medida que baja, su

temperatura aumenta hasta que llega al etalaje:

Está separada de la cuba por la zona más ancha de esta última parte, llamada

vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la cuba. La temperatura

de la carga es muy alta (1500 °C) y es aquí donde el mineral de hierro comienza a

transformarse en hierro. La parte final del etalaje es más estrecha.

·

Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el metal

líquido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria se extrae la escoria,



que se aprovecha para hacer cementos y fertilizantes. Por un orificio practicado en

la parte baja del mismo, denominada piquera de arrabio sale el hierro líquido,

llamado arrabio, el cual se conduce hasta unos depósitos llamados cucharas.

Así pues, el producto final del alto horno se llama arrabio, también llamado hierro

colado o hierro de primera fusión.

En el etalaje (parte alta del horno entre la obra y el vientre

Figura 16. Ejemplificación del proceso de obtención del arrabio.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=2MJ_AgXK0kBxSM&tbnid=vF1VHZye-l2OgM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.siame.gov.co/siame/documentos/documentacion/mdl/HTML/16_LB_APDR.htm&ei=MIQ7Uv3XEcSS2QX-sYCgCg&bvm=bv.52434380,d.b2I&psig=AFQjCNGx4CY9Sp4PFPEfYD_G47EkzvpS-Q&ust=1379718549383755



3.2 OPERACIÓN DEL ALTO HORNO

Actualmente, el horno alto se regula casi exclusivamente por las acciones del

operador. El importante retardo que se produce desde la alteración de las variables

de proceso hasta la determinación de sus consecuencias en las corrientes de salida,

unido a la complejidad de las reacciones químicas que tienen lugar dentro del homo,

son factores que provocan que las acciones de control del operador sean muy

difíciles y con frecuencia conduzcan a una inestabilidad adicional.

Como consecuencia, el alto horno presenta una acusada tendencia a funcionar de

forma errática y lejos de una situación óptima desde el punto de vista económico.

Las estrategias de control habituales sólo permiten una predicción semi-empírica de

las calidades finales y una determinación no cuantitativa de la influencia de los

distintos parámetros de operación sobre las características finales del arrabio que

se desea controlar.

OPERACIÓN

El alto horno se ha dividido axialmente en las cinco zonas siguientes:

1. Zona superior o de precalentamiento. En esta zona tiene lugar el calentamiento

de las cargas y la evaporación del agua que se carga junto con el coque o el mineral.

2. Zona de reducción del óxido de hierro Fe203. En ella se produce la reducción de

la hematita a magnetita. Se caracteriza porque la temperatura varía entre 200 y 700

°C.

3. Zona cohesiva. Aquí la temperatura de los sólidos varía entre los 1.050 y 1.500

°C; sin embargo, la mejor forma de determinar esta zona es mediante el análisis de

los cambios de gradiente de presión y de temperatura de pared que tienen lugar.



4. Zona de reserva térmica. En ella la temperatura se mantiene aproximadamente

constante a 950 °C. En esta zona se produce la reducción de la magnetita a wustita

y la descomposición de los carbonatos.

En dicha zona se produce la reducción de la wustita tanto por el carbono (directa)

como por el monóxido de carbono (indirecta). También se inicia la formación y fusión

de escorias y el goteo del hierro líquido,

4. Zona de combustión. La temperatura de esta zona es de aproximadamente

2.000 °C. En ella tiene lugar la combustión del carbono del coque, y se

encuentra situada a nivel de toberas, limitada en primera aproximación por el

"hombre muerto" y la zona cohesiva.

FUNDENTES :

1

Figura 17 Zonas de operación de un alto horno.

Zona de

precalentamiento

A1h1

Zona de Reducción

Fe2O3

A2h2

Zona de Reserva

Térmica

Zona Cohesiva

Zona de Combustión

Hombre muerto

Arrabio y Escoria

Mineral, Coque fundentes



Los modernos altos hornos funcionan con un alto grado de automatización. Los

controles son más eficientes desde las experiencias de apagados de hornos en

marcha y su posterior corte (disección) que permitió observar las distintas zonas de

elaboración del horno como en cámara detenida.

Así se ha logrado determinar para cada alto horno su sistema, que sólo

nombraremos, que se denomina Recta Operatoria. Ésta se construye con los

balances térmicos y químicos del alto horno, a través de las distintas reacciones y

el tenerla graficada permite observar en cuanto se aparta el funcionamiento del

horno de su patrón ideal.

Figura 18 Cuarto de control del alto horno por computadora.



Figura 19. Control de un alto horno por computadora.

3.3 ANÁLISIS DEL CONTROL ACTUAL DEL ALTO HORNO

Esquema de control típico en el que el caudal de gas de alto horno se deduce

restando los caudales de gas natural y gas de coquería al caudal total de gas

mezclado.

Figura 20 controles de enriquecimiento de gas.



El esquema de control incluye el análisis de O2 y equipos de cierre independiente,

pero aquí solo abordaremos el controlador . La figura siguiente muestra un esquema

de esta parte del proceso.

Figura 21 Controlador de flujo de oxígeno.

El chorro de aire frío se mide y se inyecta oxígeno en el principal, controlado por un

bloqueo de control con el caudal del chorro como un de servicio. También se mide

el contenido real en O2 del chorro frío, y esta señal se utiliza para ajustar la relación

de oxígeno del chorro frío para mantener un valor constante.

Cuando se activa una alarma de exceso de O2, la exigencia normal es que se cierre

inmediatamente la válvula de control del O2. Un circuito adicional e independiente

cierra las válvulas de aislamiento. La válvula de control se cierra debido a la

actuación del controlador.

CONTROL DE LA TEMPERATURA DEL CHORRO CALIENTE

La temperatura del gas de alto horno debe mantenerse constante para mantener

una buena eficiencia del horno. La temperatura del chorro caliente que sale de la



estufa disminuye al enfriarse la estufa por lo que, para mantener una temperatura

constante, el chorro caliente se mezcla con el chorro frío en la cámara de mezcla.

Figura. 22. Controlador de temperatura de aire caliente.

Figura. 23. Control del caudal de las toberas.



Figura 24. Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición.

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis

MP 2 en el tubo de ascenso del horno para controlar el proceso

MP 3 en el tubo de descenso antes de la tolva para determinar el equilibrio

de la planta y proteger la explosión de la tolva mediante el control de CO

MP 4 en la descarga del alto horno para determinar la composición del gas

MP 5 en la chimenea para controlar las emisiones (cumplimiento de las

normas)



Figura 25 Diagrama de bloques del control actual.

Los instrumentos que intervienen directamente en el control son:

Una celda de carga con su integrador de peso, que también es registrador y

transmisor, un medidor de flujo volumétrico para la alimentación de agua, medidores

de corriente en cada etapa (para ver la corriente de los motores).

3.3.1 LOS RTD´S

Los instrumentos utilizados para la medición de la temperatura son tres sondas

PT100 a tres hilos, de platino, ENDRESS and HAUSER, que tienen una resistencia

de 9.83ᶬΩ/cm, trabajan en un rango de -190@290°C tienen una resistencia de 100Ω

a 0°C y cuenta con una precisión de 0.01, además la sonda viene protegida por un

termo pozo de 350mm de largo y 20mm de diámetro de acero inoxidable que



protege la sonda de las agresiones del proceso ya que las sondas están en contacto

directo con el material dentro de la hidratadora, que es la posición adecuada.

La principal desventaja de este instrumento es que su costo es elevado, pero su

resistencia a las agresiones del proceso lo hace muy eficiente. En la figura 25 se

muestra una figura del RTD como el usado en el proceso.

Figura 26. RTD con Termo pozo.

3.3.2 EL INTEGRADOR DE PESO

El integrador electrónico Thermo Scientific Ramsey Mini 11-101 es un transmisor

indicador de peso sencillo y de bajo coste basado en un microprocesador. Fácil de

utilizar, se calibra mediante un procedimiento simple y directo.

Además de proporcionar información básica sobre el caudal instantáneo y del

acumulado, dispone de un indicador LED en el que aparecen varias indicaciones:

Ready, Alarm Fail, Span Cal, Zero Cal y Run.

El integrador electrónico Ramsey Mini 11-101 viene de fábrica con una salida de 4-

20 mA, pero también se encuentra disponible con una salida en serie opcional que

permite conectarlo a una impresora. Requiere también un encoder y una celda de

carga, como elemento primario.



Figura. 27. Integrador Ramsey MINI 11-101.

3.3.3 EL MEDIDOR DE FLUJO

El medidor ENDRESS+HAUSER PROMAG 10W es un medidor de flujo

electromagnético para líquidos con una conductividad mínima de ≥50ᶬS/cm,

temperatura del fluido de +80°C, presión de proceso de 40 Bar (580psi), un flujo de

11000 m3/h, el PROMAG 10W ofrece una gran exactitud en sus mediciones en un

amplio rango de condiciones de procesos, posee además un alto grado de

confiabilidad gracias a la estabilidad de sus mediciones, una operación uniforme,

sin pérdida de presión en le medición, soporta vibraciones, y es de muy fácil

instalación y programación vía panel frontal o HART®.

El PROMAG10W cuenta con una salida analógica de 4 a 20mA, su escala es

ajustable, comunicación HART® salida digital colector abierto a 30Vcd 250mA,

configurable con alarmas de flujo bajo, flujo alto, medidor en falla.



Figura. 28 Medidor de flujo PROMAG 10W.

3.3.4 EL VARIADOR DE VELOCIDAD

El equipo que se utiliza para el control de velocidad es un variador de velocidad

Allen Bradlley 1336 con 9 entradas digitales, 6 salidas digitales, con funciones

configurables, 2 entradas analógicas configurables, 2 salidas analógicas también

configurables, distintos modos de control, comunicación PROFIBUS, voltaje de

alimentación desde 380V hasta 480V, voltaje de salida desde 380V hasta480V, de

fácil programación y amplias aplicaciones en control de velocidad.

Figura 29 Variador Allen Bradley 1336.



CAPÍTULO IV

PROPUESTA DE MEJORA DEL SISTEMA DE

CONTROL ACTUAL DEL ALTO HORNO.



PROPUESTA DE MEJORA DEL SISTEMA DE CONTROL ACTUAL DEL ALTO

HORNO

Como se pudo ver en los capítulos anteriores para poder realizar esta propuesta

primero fue necesario realizar un análisis, tanto del control, como del equipo e

instrumentos usados en el proceso, dando como resultado una propuesta inicial que

puede ser usada como base para un sistema de control más completo y eficiente.

El alto horno de posee un conjunto mínimo de instrumentos para el control del

proceso.

4.1 CRITERIOS DE MEJORA DEL SISTEMA DEL ALTO HORNO

En opinión del consultor, la empresa debería adquirir a la mayor brevedad los

siguientes instrumentos para poder obtener un mejor control del proceso:

Instalar en los carros básculas un sistema de pesaje del mineral, Sinter, caliza y

chatarra, en el cual quedan registrados los pesos de las materias primas que se

cargan al alto horno.

Instalar a un metro por debajo del nivel de carga, una sonda que permita tomar en

forma radial, tanto muestras de los gases que están saliendo por el tope, como las

temperaturas de esos gases. Esas mediciones permiten al personal de operación,

conocer como están circulando los gases en su ascenso a través de la carga.

Medir y registrar la temperatura del arrabio cuando está circulando por los canales.



Esta medición se suprimió hace varios años debido al alto costo de los cartuchos

necesarios para realizar la medición. Sin embargo, este dato es importante para

vigilar el funcionamiento del alto horno y también para el posterior procesamiento

del arrabio en la acería.

4.1.1 GAS DE ALTO HORNO Y ESTUFAS PARA PRE-CALENTAMIENTO DE

AIRE

El aire inyectado en el caudal del horno en el alto horno es precalentado a 1000–

1250 °C en las estufas Cowper. Las estufas trabajan en ciclos, primero se calientan

los ladrillos refractarios en la estufa mediante quemadores usando gas de alto

horno.

Luego se insufla el aire frío y el calor almacenado en los ladrillos se transfiere al

gas. El aire caliente se envía al alto horno a través de la tubería principal de aire

caliente, la morcilla y las toberas.

En la parte superior del horno, el gas del tragante es caliente y contiene una gran

cantidad de partículas finas. Para removerlas, el gas es enviado a un colector de

polvo y a un sistema de limpieza por vía húmeda a través del tubo de bajada del

gas del tragante.

4.1.2 EL TIEMPO DE RESIDENCIA

El tiempo de residencia es el tiempo que tarda el material en pasar por el alto horno

desde que entra hasta que es desalojado, el tiempo de residencia depende del

tiempo de reacción, este a su vez depende de la reactividad del material, la cual es

determinada en pruebas de laboratorio y varía entre los 10 y 20 min. Por lo general

el tiempo de residencia es el doble del tiempo de reacción así que en este caso el

tiempo de residencia oscila entre los 20 y 30 min. Dependiendo de la reactividad del

material.



El tiempo de residencia en muy raras ocasiones es modificado o tomado en cuenta

por el operador (de campo o cuarto de control) para controlar el alto horno, es decir

casi 100% de las veces esta constante.

Por lo que en esta parte de la mejora no será tomado en cuenta dentro del lazo de

control, se deja para su manipulación en forma manual como hasta el momento.

4.1.3 LA PRESIÓN EN EL ALTO HORNO

Turbina de recuperación de presión superior: Es un equipo para ahorrar energía,

utilizado para el alto horno en la industria siderúrgica. Controla la presión superior

del alto horno y genera electricidad por medio de operar la turbina con el gas

generado en el alto horno. Sus características son las siguientes:

No necesita ningún combustible para generar electricidad. Cero costos de

combustible y cero generaciones de gases de efecto invernadero como CO2.

Genera menos ruido en comparación con la válvula convencional. Contribuye al

mejoramiento ambiental alrededor del alto horno. No necesita la tecnología

sofisticada para su operación y mantenimiento.

Los operadores y personal de mantenimiento de alto horno pueden operar y

mantener el equipo sin ningún problema. Se requiere poca agua, nitrógeno,

etcetera. para la operación.

Se puede cubrir suficientemente con el equipamiento existente para el alto horno.

La turbina de recuperación de presión superior se instala al final del equipo

recolector de polvo del alto horno. Hay dos tipos de equipos recolectores de polvo:

tipo humectante que utiliza agua y tipo seco que no utiliza agua.



Después de ser recogido el polvo por cualquiera de los dos, el aparato conduce el

gas del alto horno a la turbina y la opera dejando que se expanda desde alrededor

de la presión superior del horno hasta la presión atmosférica.

La energía generada por la turbina se transfiere al generador y se convierte en la

energía eléctrica. Recuperando la energía del gas del alto horno que anteriormente

era desechada por la reducción de la presión en la válvula septum, para utilizar

como energía eléctrica, se puede ahorrar energía significativamente.

Figura 28 (a) Turbina de recuperación de presión superior de tipo

.humectante

Figura 28 (b) Turbina de recuperación de presión de tipo humectante.



Figura 28 (c) Turbina de recuperación de presión superior de tipo seco.

Se puede suministrar aproximadamente hasta 35,000kW de energía dependiendo

del tamaño del alto horno. En estos años, el tamaño del alto horno es cada vez más

grande y como consecuencia, se está incrementando el volumen de la energía

generada por la planta de turbina de recuperación de presión superior.

4.2 ESTRATEGIA DE CONTROL PROPUESTA

La primera parte de la propuesta consta de introducir el carbón previamente

pulverizado al alto horno Por tanto, la rápida respuesta de la ICP y el carácter simple

del proceso transitorio ofrece ventajas en el caso de que sea necesario regular el

estado térmico del crisol.



La correspondencia en magnitud y tiempo entre las variaciones de la tasa de ICP

(Inyección del Carbón Pulverizado) y la relación de materiales en la carga garantiza

el control óptimo del régimen térmico de fusión.

Figura 29 Deltabar S PMD70.

Para poder instalar este equipo en campo es necesario realizar la instalación de

tubería para el cableado del transmisor, se necesita una alimentación de 24 VCD, y

tubería para las tomas de presión del transmisor.

Actualmente existen el centro de control de motores de la planta varias fuentes de

voltaje de 24 VCD, las cuales aún tienen capacidad para poder conectar la

alimentación del transmisor de presión, pero primero se debe instalar una protección

contra sobre carga de 1amp se requiere también espacio para 5 clemas de conexión

tanto para la alimentación del transmisor como para la señal análoga.



El cable que se requiere es cable de tres polos calibre 16AWG uso rudo para la

alimentación y cable enmallado de dos polos 16AWG uso rudo para la señal

analógica.

También se requiere cable calibre 16 AWG azul y rojo para las conexiones dentro

del tablero del centro de control de motores.

La tubería que se necesita para el cableado es tubería conduit pared gruesa de ¾”,

codulet varias, coples para la tubería, unicanal y abrazaderas para unicanal para la

sujeción de la tubería. Para las tomas de presión se necesita tubo de ¼” y

conexiones para el transmisor y las tomas de presión.

Las tomas de presión quedan como se muestra:

Figura 30 Montaje del transmisor.



4.3. CONEXIONES

Las conexiones de la alimentación y la señal analógica del transmisor quedan como:

Figura 31 Conexión del transmisor.

Encapsulado

Jumper para señal de prueba de 4 a 20mA

Terminal interna de tierra

Terminal externa de tierra

Señal de prueba de 4 a 20mA entre positivo y terminal de prueba

Fuente de voltaje de mínimo 10.5VCD, si el jumper está colocado como

muestra el diagrama

Fuente de voltaje de mínimo 11.5VCD, si el jumper está colocado en la

posición de “Test”

Los componentes con protección contra sobre voltaje están etiquetados con

OVP



CAPÍTULO V

COSTO DEL PROYECTO.



COSTO DEL PROYECTO

El análisis de los costos del proyecto se lleva a cabo tomando en cuenta los

aspectos más importantes dentro de la implementación del mismo, esto incluye

tanto costos de materiales y equipos como costos de diseño e ingeniería y por su

puesto la mano de obra del personal que se va a encargar de montar lo que sea

necesario.

En este trabajo todos los precios mencionados están en pesos mexicanos basados

en información de la empresa Tubrivalco S.A de C.V., ubicada en Avenida Industrial

Vallejo, México D.F.

Discriminación de los costos del proyecto para cada una de las dependencias

afectadas.



5.1 ALTERNATIVAS

TABLA 5. Alternativa 1

Item Descripción de la mejora o modificación Valor (US$)

1 Mejoras en las minas de mineral de Hierro 800,000

SUBTOTAL 800,000

2 Modificaciones en las cribas calientes y frias 500,000

3 Instalación sistema automatico control de humedad 100,000

4 Modificaciones al tambor mezclador 200,000

5 Modificaciones en los molinos de martillos y barras 400,000

6 Mejoramientos en el sistema de alimentación a la maquina 300,000

7 Nuevo horno de ignición 600,000

8 Pagos por servicios de ingenieria 100,000

SUBTOTAL 2,200,000

9 Modificaciones al sistema de cargue 1,200,000

10 Modificaciones al sistema de placas de protección 600,000

11 Recostrucción estufa No. 3 1,600,000

12 Instalación de un tragante de garganta variable 900,000

13 Instalación sistema de inyección de carbón granular 300,000

14 Semiautomatizar el sistema de combustión de las estufas 900,000

15 Mejoras en el conjunto de la instrumentación 600,000

SUBTOTAL 6,100,000

16 Por servicios de consultoria 270,000

17 Por concepto entrenamiento de personal 90,000

SUBTOTAL 360,000

Valor Proyecto 9,460,000

18 Otros costos 450,000

COSTO TOTAL 9,910,000

Mejoras en la planta de Sinter

Mejoras en el Alto Horno

Por prestación de servicios y otros



TABLA 6. Alternativa 2

Ítem Descripción de la mejora o modificación

Valor

(MX.MN.)

1 Mejoras en las minas de mineral de Hierro 800,000

SUBTOTAL 800,000

Mejoras en la planta de Sinter

2 Modificaciones en las Cribas calientes y frías 500,000

3 Instalación sistema automático control de humedad 100,000

4 Modificaciones al tambor mezclador 200,000

5 Modificaciones en los molinos de martillos y barras 400,000

6 Mejoramientos en el sistema de alimentación a la maquina 300,000

7 Nuevo horno de ignición 600,000

8 Pagos por servicios de ingeniería 100,000

SUBTOTAL 2,200,000

Mejoras en el Alto Horno

9 Modificaciones al sistema de cargue 1,200,000

10 Modificaciones al sistema de placas de protección 600,000

11 Reconstrucción estufa No. 3 1,600,000

12 Instalación de un tragante de garganta variable 900,000

13 Instalación sistema de inyección de carbón granular 300,000

14 Semi-automatizar el sistema de combustión de las estufas 900,000

15 Mejoras en el conjunto de la instrumentación 600,000

SUBTOTAL 6,100,000

Mejoras en la planta de acero

16 Adquisición e instalación de una colada continua 8,900,000

17 adquisición e instalación de la metalurgia en cuchara 1,200,000

18 Adquisición y montaje de un sistema para preparar la chatarra 1,300,000



SUBTOTAL 11,400,000

Mejoras en la planta de laminación

19 Compra y montaje horno para recalentamiento de palanquillas 4,200,000

20 Compra y montaje cajas de laminación para el tren de Morgan 1,400,000

21 Compra y montaje mesa de enfriamiento para el tren de Morgan 2,600,000

SUBTOTAL 8,200,000

Por prestación de servicios y otros

22 Por servicios de consultoría 900,000

23 Por concepto entrenamiento de personal 300,000

SUBTOTAL 1,200,000

Valor Proyecto 29,900,000

24 Otros costos 1,500,000

COSTO TOTAL 31,400,000



CONCLUSIONES

Existe pobre calidad de las materias primas procesadas en la industria de acero en

México; obsolescencia de una buena parte de los equipos utilizados debido a que

existen nuevas tecnologías que hacen que los funcionamientos de estos equipos

mejoren mucho; la entrada al país de grandes volúmenes de acero como resultado

del proceso de globalización; las políticas nocivas de grupos económicos poderosos

que son dueños de un monopolio; debido a que en el pasado tuvieron el control de

la empresa y errores administrativos cometidos por diversas administraciones de la

compañía.

Diferentes firmas extranjeras que han analizado a fondo la situación actual de la

industria del acero, diversos estudios realizados por la propia empresa Altos Hornos

de México, y el análisis realizado pueda asegurar su viabilidad es necesario

incrementar su productividad, reducir costos y mejorar sustancialmente las

condiciones ambientales dentro de la planta.

Para lograr los objetivos mencionados anteriormente, las entidades citadas

coinciden en que para ello será necesario realizar inversiones fuertes debido a que

estas tecnologías en los siguientes aspectos: adquisición de algunos equipos

nuevos, reparación de algunos equipos que se encuentran en malas condiciones o

se puede recurrir a proyectos nuevos que sin la necesidad de cambiar todo el equipo

se puede hacer una mejora a estos mismos en el caso de este trabajo es un

prototipo con la intensión de cumplir este tipo de demandas, eliminar algunas de las

problemáticas existentes y mejorar las condiciones ambientales e intensificar la

capacitación del personal.



La Alternativa 2 es la más conveniente para seguir siendo estudiada como una

posible solución para industrias del hierro y acero en México, no solo por los mejores

indicadores de rentabilidad obtenidos comparados con la alternativa 1, sino además

por las importantes mejoras de eficiencia logradas con este proceso, lográndose

una reducción en el consumo de energía por unidad de producto terminado del 19%

con respecto del caso base.

En el presente trabajo se realizaron los estudios pertinentes para lograr realizar un

prototipo de mejora que fuera rentable y sobretodo funcional y de gran beneficio

debido a las nuevas tecnologías empleadas ya que año con año los avances

tecnológicos brindan una gran variedad de alternativas, una vez que se realizó el

análisis de la mejora y se hizo la propuesta, se expusieron los costos los cuales

demuestran que la propuesta es viable aunque costosa, también se realizó un

análisis de los instrumentos actualmente instalados en el proceso, los cuales son

los adecuados al proceso y cumplen con los requerimientos necesarios para un

correcto funcionamiento del sistema.

Esta propuesta pretende sentar las bases para lograr a futuro un control integral del

alto horno, así como modernizar la industria del hierro, ya que el sistema es

realmente complejo y es necesario tener control sobre otras variables, no solo la

temperatura y la presión, además requiere un control mucho más elaborado que

pueda compensar todas las perturbaciones a las que el sistema está sometido.

La creación de SAD locales, tomando como base los mini y microcomputadores, y

la construcción de sistemas jerárquicos de niveles múltiples, tomando como base

los mismos, es una de las vías con más perspectivas en el desarrollo del control

automático del proceso del alto horno.



RECOMENDACIONES

Con la disminución de variabilidad en humedad del coque podremos obtener cargas

de coque más uniformes en los Altos Hornos, con menor probabilidad de cambios

térmicos en la unidad.

El precalentamiento de aire es una buena opción debido a que se pueden obtener

los niveles de energía dentro del horno de manera más fácil y eficiente.

Sistema de Control de Rendimientos. El beneficio será conocer en forma continua

el control de entradas de materias primas, consumos en proceso y salidas de

producto para medición y control de productividad.

Disminución en variabilidad de temperatura de hornos de coque. Obtendremos un

beneficio significativo en la producción de coque con una variabilidad menor en

estabilidad, granulometría, inyección de coque pulverizado del coque para dar

mayor estabilidad a los altos hornos.

La rápida respuesta de la ICP como combustible complementario, con influencias

mínimas en la temperatura, composición y calidad de los gases ' de la zona de

toberas, determina la efectividad de utilización del CP para ejercer una acción rápida

sobre el estado térmico del crisol del alto horno.



BIBLIOGRAFÍA

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10. www.vega.com

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12. http://www.eurotherm.es/industries/heat-treatment/metals-applications/blast-

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http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/EnciclopediaOIT/tomo3/73.pdf

http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/EnciclopediaOIT/tomo3/73.pdf



TABLAS Y FIGURAS

1) Figura .1. Diagrama de flujo de la obtención del arrabio.

http://www.eurotherm.es/industries/heat-treatment/metals-applications/blast-


2) Fe 2O3 + CO2FeO + CO2 … ecuación (1)

3) CO2 + C (coque) 2CO………ecuación (2)

4) FeO +CO Fe+CO2…. ecuación (3)

5) CaCO3 + CaO + CO2…. ecuación (4)

https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/01/alto-

horno.pdf

6) Figura. 2. Partes de un alto horno

http://www.fisicanet.com.ar/quimica/procesos/ap1/metalurgia01.gifB.

H. mstead, Phillip F. Ostwald, Myron L. Begeman;

procesos de manufactura versión sí; pág 92

93http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/01/alto-

horno.pdf

7) Figura.3. Ejemplo de una planta de trituración

8) Figura. 4. Ejemplo de una molienda de hierro

9) Figura. 5. Criba y tamiz

10) Figura. 6. Molienda

11) Figura. 7. Peletización y Endurecimiento Térmico

http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/Problemas1_Tritur

acionyMolienda.pdf

12) Figura 8 componentes básicos de un sistema de control

https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/01/alto-horno.pdf

https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/01/alto-horno.pdf

http://www.fisicanet.com.ar/quimica/procesos/ap1/metalurgia01.gifB

http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/Problemas1_TrituracionyMolienda.pdf

http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/Problemas1_TrituracionyMolienda.pdf



SMITH A., Carlos y CORRIPIO B., Armando. Control automático de procesos

(teoría y práctica). Noriega Limusa. 1991. pp. 717

13) Figura.9 a Dinámica de la variación del contenido de silicio en el arrabio

mediante la regulación del estado térmico del crisol, a) Inyección de 1.000

m3/h de gas natural, b) Inyección de carbón pulverizado

14) Figura. 9 b. — Control del régimen térmico del crisol con utilización de carbón



ANTONOV, A.A. y YARMALL, A.A. Utilización del carbón pulverizado y gas

natural para la fabricación de arrabio. Tejnika. Kiev (Ucrania), 1974: pág. 225

15) Figura. 10. — Control del régimen térmico del crisol con utilización de carbón



16) . tabla 1 Parámetros energéticos del estado térmico del crisol

MASUMOTO, T., FUGIMORI, H., WATANABE, Y. Y TAGUCHI, S. Proc.

European Ironmaking Congress. Vol. 2. Aachen (R.F.A.), 1985 pág. 65

17) Figura 11 Diagrama de bloques de la plataforma Hw/Sw del SAD.

http://revistademetalurgia.revistas.csic.es

18) Figura 12 circuito cerrado y circuito abierto.

19) Figura 13 Trasmisor de presión universal.

20) TABLA 3. Materiales con los que se fabrican los manómetros con tubo de

Burdon

CREUS SOLÉ, Antonio. Instrumentación industrial. Alfa omega Mar combo.

1997. pp. 550.




19) Figura. 14 Tubo Bourdon

ACEDO SÁNCHEZ, José. Control avanzado de procesos (Teoría y práctica).

Díaz de Santos. 2003. pp. 300

20) Figura. 15 termopares.

21) TABLA 4. Tipos de termopares

ACEDO SÁNCHEZ, José. Control avanzado de procesos (Teoría y práctica). Díaz

de Santos. 2003. pp. 308

22) TABLA 5 Unidades de presión y equivalencias

KATSUHIKO, O gata. Ingeniería de control moderna. Prentice Hall. 1980. pp. 340

23) Figura. 17 Zonas de operación de un alto horno

http://www.eurotherm.es/industries/heat-treatment/metals-applications/blast-


24) Figura. 18 Cuarto de control del alto horno por computadora


25 Figura. 19. Control de un alto horno por computadora


26 Figura. 20 control de enriquecimiento de gas

David M. Himmelblau.; Kenneth B. Bischoff., Análisis y simulación de

procesos., ed. S.A. Editorial Reverté.pag. 605

27 Figura. 21 Controlador de flujo de oxígeno.





David M. Himmelblau.; Kenneth B. Bischoff., Analisis y simulación de

procesos., ed. S.A. Editorial Reverté. pag. 185

28 Figura 22. Controlador de temperatura de aire caliente

SMITH A., Carlos y CORRIPIO B., Armando. Control automático de procesos

(teoría y práctica). Noriega Limusa. 1991. pp. 425.

29 Figura 23. Control del caudal de las toberas

29 Figura 24. Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

30 Figura 25.- Diagrama de bloques del control actual

18 Figura 26. RTD con Termo pozo

SHINKEY, F. G. Process control systems (application, design, adjustment).


31 Figura. 27. Integrador Ramsey MINI 11-101



32 Figura 28 Medidor de flujo PROMAG 10W



33 Figura 29 Variador Allen Bradley 1336

KATSUHIKO, Ogata. Ingeniería de control moderna. Prentice Hall. 1980. pp.

415

34 Figura. 28 (a) Turbina de recuperación de presión superior de tipo

humectante

35 Figura. 28 (b) Turbina de recuperación de presión de tipo humectante



36 Figura. 28 (c) Turbina de recuperación de presión superior de tipo seco

Kawasaki Heavy Industries, Ltd., GasTurbine & Machinery Company,

Machinery Division, Power Generation Equipment & System Sales Dept. Tel:

03-3435-2267 Fax: 03-3435-2022

http://www.khi.co.jp/machinery/product/power/blast.html

37 Figura 29 Deltabar S PMD70

38 Figura. 30 Montaje del transmisor

39 Figura 31 Conexión del transmisor



http://www.khi.co.jp/machinery/product/power/blast.html

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