Independientemente del tipo de disposición del sistema de sonda secundaria, su característica común es la automatización mecánica que permite realizar, de manera automática, la instalación de la sonda, su introducción en el horno para la toma de mediciones, su elevación y el desmontaje de la sonda. Analizando los dispositivos de sondas secundarias empleados en acerías representativas tanto nacionales como internacionales y clasificándolos según la configuración general del equipo, se pueden distinguir, en términos generales, los siguientes cinco tipos:
1. Disposición de fijación en el lado opuesto;
2. Disposición de rotación lateral opuesta del marco durante el funcionamiento;
3. Disposición rotatoria lateral opuesta, con el marco inmóvil durante el funcionamiento;
4. Disposición rotatoria del mismo lado, con el marco inmóvil durante el funcionamiento;
5. Disposición en desplazamiento lateral opuesto.
En los tipos mencionados anteriormente, la noción de “lado idéntico” o “lado opuesto” se refiere a la disposición del dispositivo de soplado de oxígeno respecto al lado en el que está ubicada la cuba del convertidor. Cuando la lanza auxiliar y la lanza de oxígeno se encuentran en el mismo lado de la cuba del convertidor, se considera que están en el mismo lado; en caso contrario, se habla de lados opuestos. Cada configuración resulta adecuada para distintos procesos de fabricación del acero y para diferentes disposiciones de la planta, presentando características propias.
1 Disposición fija en el lado opuesto
La disposición de la lanza secundaria de tipo fijo en el lado opuesto consiste en que la vía de la lanza secundaria se encuentra fijada en el lado opuesto a la lanza de oxígeno, sobre la cubierta del convertidor. La unidad de acero inoxidable de Baosteel utiliza esta configuración en su AOD de 120 t. Durante el proceso, la lanza secundaria instala directamente la sonda en la posición de carga; a continuación, se procede a la medición dentro del horno y, tras levantar la lanza y sacar el producto, se desmonta la sonda también en la posición de carga.
Las principales características de este tipo de disposición son:
(1) El ciclo de trabajo de la lanza secundaria es breve (normalmente inferior a 100 s)
La ventaja de un ciclo corto es que, si la presente medición falla debido a fallos en la sonda o en la señal, al realizar una medición de reemplazo, cuanto más rápida sea la respuesta, menor será el impacto sobre la calidad del acero líquido y sobre el propio ciclo de fundición. Además, dado que el intervalo entre la medición intermedia con la lanza secundaria y la medición final suele ser de apenas unos 3 minutos, un ciclo de operación excesivamente prolongado de la lanza secundaria afectaría directamente al ciclo de fundición.
(2) El recorrido de elevación y descenso de la lanza auxiliar es considerable.
Dado que la lanza auxiliar realiza las operaciones de montaje y desmontaje de la sonda en la posición de entrada al horno, independientemente del equipo utilizado para dichas operaciones, es necesario mantener un espacio vertical suficiente entre la parte superior del equipo situado sobre la abertura del conducto de vaporización de la lanza auxiliar y la parte inferior del conector de la sonda, a fin de permitir su instalación y retirada. Por consiguiente, en comparación con la disposición de montaje y desmontaje de la sonda en una ubicación distinta, la carrera de elevación‑descenso de la lanza auxiliar fija resulta aproximadamente 2,5 a 3 m más larga.
La lanza auxiliar de disposición fija en el lado opuesto ha ocupado constantemente parte del espacio situado sobre el horno convertidor; es adecuada para los siguientes casos:
La colocación de los refractarios en el convertidor se realiza mediante un método fuera de línea. En los convertidores destinados a la fundición de acero inoxidable, debido al rápido consumo de los refractarios y a la corta duración de cada campaña de servicio, para reducir el impacto de las reparaciones sobre la producción se suele optar por reemplazar la camisa del horno. Se extrae la camisa vieja que permanece en línea y se sustituye por una nueva, previamente montada y secada, lo que permite reiniciar la producción de inmediato; mientras tanto, la camisa antigua se retira fuera de línea para proceder a su desmontaje, a la colocación de los nuevos refractarios y a su secado, sin afectar la producción en la línea principal.
Convertidor que emplea el método de reparación por retirada del fondo. En este tipo de reparación, el fondo del horno es desmontable; durante la intervención se retira el fondo y, mediante carros de reparación y otros equipos, se llevan a cabo las operaciones de transporte y colocación de los refractarios desde la parte inferior de la carcasa del horno.
Convertidor que emplea un método sencillo de reparación en altura. Este tipo de reparación se aplica en convertidores de tamaño pequeño y mediano cuyo grado de automatización es limitado. Durante la reparación, el personal realiza manualmente el montaje de andamios provisionales para llevar a cabo los trabajos de albañilería del refractario.
Es adecuado para talleres en los que los convertidores de una o dos cámaras están dispuestos de forma adyacente. Durante la producción, las lanzas de oxígeno se colocan en línea, lo que, junto con las lanzas auxiliares, obstruye el pasillo de transporte del pabellón del convertidor y limita las rutas de traslado necesarias para la manipulación de lanzas de oxígeno de repuesto y para otras tareas de mantenimiento. Cuando se adopta una disposición adyacente de convertidores de dos cámaras, a fin de evitar que las operaciones de producción y los trabajos de mantenimiento de ambos equipos se afecten mutuamente, es preciso establecer, en cada uno de los lados del pabellón del convertidor, espacios de almacenamiento para lanzas de oxígeno de repuesto y mangueras, entre otros elementos.
2 Disposición rotatoria de lado opuesto del marco durante el funcionamiento
Este tipo de disposición consiste en que el bastidor del carril de elevación de la lanza auxiliar se ubica en el lado opuesto a la lanza de oxígeno y puede girar alrededor del punto de apoyo. El proceso de trabajo es el siguiente: la lanza auxiliar se desplaza hasta la posición de espera para instalar la sonda, luego gira hasta la posición de entrada al horno para realizar la inspección con la lanza; tras levantar la lanza, vuelve desde la posición de entrada al horno hasta la posición de espera para retirar la sonda.
Las características de este tipo de disposición son:
(1) El ciclo de trabajo es relativamente largo
Debido a que se añaden dos ciclos de giro y de posicionamiento, el tiempo de ciclo de este tipo de disposición oscila entre 120 y 160 s.
(2) El recorrido de elevación de la lanza secundaria es corto
La posición límite superior de la lanza auxiliar solo exige que la parte inferior de la sonda quede por encima del equipo situado sobre el orificio de la lanza en el conducto de vaporización (dispositivo de sellado con nitrógeno, puerta de estanqueidad, raspador de escoria, etc.). Debido a su corto recorrido, el conjunto de equipos de la lanza auxiliar presenta una altura total reducida, lo que no impone exigencias estrictas respecto a la altura de la nave del convertidor.
Gracias a que el marco puede girar, ofrece mayor flexibilidad y adaptabilidad, siendo adecuado para los siguientes casos:
Dos o más talleres de convertidores dispuestos en paralelo bajo la misma cubierta. Durante el izado para el cambio de la lanza de oxígeno o durante las operaciones de mantenimiento del equipo, la lanza secundaria se sitúa en la posición de espera, lo que permite liberar el paso de transporte.
El convertidor utiliza el método de reparación desde la torre de reparación, que presenta un elevado grado de mecanización. Durante las labores de reparación, ambas lanzas de oxígeno y la lanza auxiliar permanecen en posición de espera; se retira el carro del conducto de humos, se desplaza el carro de reparación hasta situarse directamente sobre el convertidor, y la torre de reparación se eleva y se fija sobre dicho carro.
En las acerías modernas, debido a factores integrales como la capacidad productiva, la disposición de los convertidores suele consistir en dos o más unidades colocadas en paralelo; las cubiertas de los convertidores suelen ser de tipo no desmontable, y el revestimiento interno se realiza mayoritariamente mediante reparaciones realizadas en línea con la torre de reparación. Por ello, la instalación de lanzas secundarias en este tipo de configuración es una práctica muy común en las acerías contemporáneas, como en la planta de Fukuyama de JFE, en la planta de Mizushima de Chuo Steel, en las plantas de ThyssenKrupp en Alemania, en la planta de Linz en Austria, así como en más del 98 % de las acerías nacionales que cuentan con lanzas secundarias.
3 Disposición rotatoria de lado opuesto con el marco inmóvil durante el funcionamiento
Este método es idéntico en cuanto a la disposición del equipo al sistema de rotación lateral; la diferencia radica en lo siguiente: en primer lugar, el dispositivo de manipulación de la sonda no se ubica sobre la plataforma de taller, sino sobre una pequeña plataforma montada en un carro‑cabina móvil; así, tanto el montaje y desmontaje de la sonda como su introducción en el horno se realizan en el mismo punto, lo que reduce notablemente el tiempo del ciclo de trabajo, generalmente por debajo de 100 s. La lanza auxiliar y su estructura no giran durante el funcionamiento; únicamente se hacen girar cuando se efectúan labores de reparación del horno o para liberar el paso de transporte. En segundo lugar, la carrera de elevación es considerablemente mayor y el cuerpo de la lanza resulta más largo.
Este tipo de configuración, en realidad, combina las ventajas de los dos esquemas mencionados anteriormente: presenta un ciclo de trabajo corto y permite liberar el paso de transporte sobre la cubierta del convertidor. Sin embargo, su desventaja radica en que el equipo de la lanza auxiliar tiene una altura total relativamente elevada. Si esta altura afecta la altura libre de la nave del convertidor, se puede resolver adoptando rodillos guía móviles para el cuerpo de la lanza, lo que permitirá reducir la altura de la vía y la longitud del cuerpo de la lanza.
Este esquema de disposición se ha aplicado en la acería de Wakayama, en Japón, y en el convertidor de acero al carbono de 150 t de la División de Acero Inoxidable de Baosteel.
4 Disposición giratoria del mismo lado, en la que el bastidor no gira durante el funcionamiento
Este tipo de disposición consiste en ubicar el marco giratorio de la lanza auxiliar y el soporte giratorio, junto con la lanza de oxígeno, en el mismo lado; durante el funcionamiento, el marco giratorio permanece inmóvil, y tanto la instalación como el desmontaje de la sonda, así como su introducción en el horno, se llevan a cabo en la misma posición. En comparación con la disposición giratoria del lado opuesto, además de conservar todas sus ventajas, su principal característica distintiva radica en que, al situarlos en el mismo lado, se mantiene siempre un pasillo libre en la luz de la cuba, lo que permite realizar sin ninguna interferencia con la producción las operaciones de sustitución y mantenimiento de las lanzas de oxígeno de reserva de las demás cubas, así como los trabajos de izado correspondientes. El marco está diseñado para ser giratorio únicamente con el fin de liberar espacio para la torre de reparación durante el revestimiento refractario de la cuba.
Debido a que se encuentra dispuesto en el mismo lado que la lanza de oxígeno, su punto de apoyo giratorio solo puede ubicarse por encima del equipo de la lanza; cuando el marco giratorio se encuentra en posición de trabajo, la parte inferior del marco de la vía de elevación queda fijada a la plataforma, con el fin de garantizar su rigidez.
Además, la selección del punto de inserción de la lanza secundaria en el horno depende de factores como el tipo de horno, la capacidad nominal del convertidor, la disposición de las toberas de soplado por el fondo, las dimensiones de la boca del convertidor y las dimensiones exteriores del equipo de la lanza secundaria. En general, la distancia entre la posición de inserción de la lanza secundaria y el centro del convertidor (es decir, la posición de inserción de la lanza de oxígeno) oscila entre 900 y 1 400 mm. Si la lanza secundaria se dispone en el mismo lado que la lanza de oxígeno, el espacio disponible para el equipo de la lanza secundaria queda considerablemente restringido; por ello, los componentes de esta última, como el cuerpo de la lanza y el bastidor de la vía de elevación, resultan relativamente más estrechos y compactos. Debido a estas limitaciones espaciales, el diseño de una lanza secundaria instalada en el mismo lado presenta una dificultad técnica mayor; en China, únicamente Baosteel ha adoptado esta configuración.
5 Disposición de desplazamiento lateral opuesto
La lanza secundaria se dispone en el lado opuesto a la lanza de oxígeno, y su vía de elevación está integrada con el carro transversal situado en la parte superior. Durante el funcionamiento, la lanza secundaria instala la sonda en la posición de espera y, a continuación, se desplaza transversalmente junto con el bastidor móvil hasta la posición de entrada al horno para realizar las mediciones; una vez finalizada la operación, se eleva y se traslada nuevamente hasta la posición de espera para retirar la sonda. Su ciclo de trabajo y la carrera de elevación son equivalentes a los de la configuración rotatoria contrapuesta, en la que el bastidor gira en sentido opuesto. La razón principal de adoptar una disposición transversal radica en las dimensiones longitudinales de la cubierta del convertidor. En numerosas acerías que ya están en producción pero carecen de instalaciones para la lanza secundaria, debido a que en el momento de la construcción no se previó espacio para este sistema, resulta imposible añadir posteriormente un dispositivo de lanza secundaria siguiendo la disposición rotatoria convencional, pues simplemente no existe suficiente espacio para su implantación. La configuración transversal permite superar eficazmente este obstáculo.
Las principales características del dispositivo de soplado secundario con disposición transversal lateral son las siguientes: el recorrido vertical del soplador es corto, el ciclo de trabajo se sitúa entre 120 y 150 s, ocupa poco espacio y resulta adecuado para convertidores que emplean diversos métodos de reparación del horno; además, puede instalarse en naves con luces muy reducidas, siendo especialmente idóneo para las acerías de mayor antigüedad que optan por añadir un soplador secundario.
Se emplean hornos convertidores de tipo desplazamiento lateral contralateral, como el horno número 23 de la empresa siderúrgica holandesa Hoogovens y el horno del segundo acería de Xinjiang, en China.
Los cinco tipos de disposición de las lanzas auxiliares mencionados anteriormente abarcan en su mayoría las configuraciones existentes, cada una con sus propias ventajas y desventajas, así como con ámbitos de aplicación específicos. El objetivo consiste en seleccionar, en función de las condiciones particulares, la solución de disposición más adecuada.