Análisis del impacto de los procesos de fabricación del cok en la vida útil del refractario silíceo de los hornos y evaluación de las técnicas de reparación
- Autores: David Álvarez López
- Directores de la Tesis: Manuel García García (dir. tes.)
- Lectura: En la UNED. Universidad Nacional de Educación a Distancia ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ana María Camacho López (presid.), Roque Calvo Iranzo (secret.), Miguel Berzal Rubio (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales por la Universidad Nacional de Educación a Distancia
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO e-spacio (pdf)
- Resumen
- español
En la fabricación del cok siderúrgico se dan una serie de circunstancias inherentes al proceso que pueden afectar negativamente a la duración del material refractario con el que se construyen los hornos de las baterías. Uno de los campos de trabajo de esta tesis es estudiar el impacto que tiene sobre el refractario, aspectos como el bloqueo de hornos y los deshornados con alta resistencia. Posteriormente, el siguiente paso será analizar las diferentes técnicas de reparaciones de hornos, definiendo las más adecuadas en función de la zona del horno a reparar y tipo de daño en el refractario. Para tal fin se recopilarán los datos de una planta de cok de diseño Didier construida en los años 70 del siglo XX.
Las baterías de cok son una serie de hornos colocados uno al lado del otro, de ahí su nombre. Estos hornos están construidos en su totalidad con material refractario. Las únicas partes metálicas que nos encontramos en los hornos de cok son armaduras, puertas y tirantes. Es por ello, que el hecho de preservar la integridad del refractario tenga un claro impacto en la vida útil de las plantas de cok.
Los estudios que aparecen en la literatura técnica y científica proporcionan instrucciones y consejos de buenas prácticas para prolongar la vida útil del refractario de los hornos de cok, pero sin considerar el impacto que pueden tener los deshornados con alta resistencia y los bloqueos de hornos.
De los tipos de refractarios de que se componen las baterías de cok solo trataremos el material silíceo. Este es el tipo de refractario con el que se construyen casi en exclusividad las cámaras de combustión y coquización de los hornos. Sus características y comportamiento convierten a la sílice en un actor principal en la vida útil de una de una batería de cok. Es por ello, que cualquier aspecto del proceso que sea susceptible de dañar a este refractario tenga un gran impacto en la duración de los equipos de fabricación de cok. Tradicionalmente, los bloqueos de hornos se han tratado simplemente como un problema que ralentiza moderadamente las operaciones, lo que afectaría al rendimiento de la producción de cok, mientras que los deshornados con alta resistencia se han considerado como una fuente potencial de daño con efecto inmediato.
La relevancia de este estudio radica en la evaluación del daño que tanto los bloqueos de hornos como los deshornados con alta resistencia pueden causar en el refractario de los hornos. Este daño puede requerir reparaciones importantes, con el resultado de que el horno estaría fuera de servicio durante la reparación, lo que tendría un claro impacto en la productividad y de alguna manera en la vida útil de las baterías de cok.
La hipótesis inicial es que los bloqueos de hornos y los deshornados forzados provocan daños en el refractario. Del análisis de los datos se extraerán conclusiones que, de forma novedosa, ayudarán a los técnicos de las plantas de cok a gestionar sus operaciones, minimizando el impacto en el refractario de los equipos Para el desarrollo del estudio se recopilarán datos de bloqueos de hornos, deshornados forzados y ambos se cruzarán con el alcance de reparaciones en el refractario.
Se realizará un estudio transversal y otro longitudinal. En el transversal se registrarán datos de ocho baterías, con treinta hornos cada una, es decir doscientos cuarenta hornos, en un periodo de dos años. Cada horno se opera quinientas once veces por año. En el estudio longitudinal se analizarán los datos de dos hornos (de diferentes baterías cada uno), en un periodo de diez años de operación. En ambos estudios se concluirá que los deshornados con alta resistencia y especialmente los bloqueos causan daños en el refractario.
Para realizar el análisis recopilamos datos del número de deshornados con alta resistencia que experimentó cada horno en el periodo de estudio, bien sea en el transversal o en el longitudinal. Por otro lado, el número de hornos que tuvieron bloqueos en el citado periodo. A la par se recopila información sobre el alcance de la reparación que tuvo cada horno tanto en la aplicación de soldadura cerámica como en el número de piezas de sílice fundida o fundida. .
Para la elección del tipo de reparación del refractario se hará una descripción de las diferentes técnicas disponibles y de las características de los productos que se utilizan. Se elegirá, como patrón de comparación los refractarios instalados en la fase de diseño y las condiciones de operación de los hornos.
Las conclusiones del trabajo nos dicen que los deshornados forzados provocan daños en el refractario por esfuerzos mecánicos y los bloqueos además por choque térmico. En el caso de los deshornados forzados el efecto negativo no es inmediato e influye la magnitud de la resistencia al vaciado.
Entre las diferentes técnicas de reparación es la soldadura cerámica la que aporta una mejor relación entre tiempo de ejecución y duración del revestimiento. La sustitución por piezas de sílice cristalina o fundida ofrece una alargar la vida útil pero su plazo de ejecución es largo y costoso.
Palabras Clave - Hornos de cok, refractario de sílice, soldadura cerámica, bloqueo de hornos, deshornados con alta resistencia.
- English
In the manufacture of steel coke, there are a series of circumstances inherent to the process which can affect the life of the refractory material with which the ovens of the batteries are built. On one hand this research will deal with the impact of aspects such as sticky ovens and hard pushes on the refractory. On the other hand, the next step will be to analyze the different oven repair techniques, defining the most appropriate ones depending on the area of the oven to be repaired and type of damage to the refractory. For this purpose, data will be obtained from a Didier design coke plant built in the 1970s.
Coke batteries are a series of ovens placed one after the other, hence the name. The ovens are made entirely of refractory material. The only metallic parts found in the coke ovens are armatures and fasteners. That is why it is essential to prevent the refractory from deteriorating, shortening the useful life of the coke ovens as a consequence.
Research appearing in the technical and scientific literature provide instructions and good practice advice to extend the life of coke oven refractory, but without considering the impact that hard pushes and sticky ovens can have.
Of the types of refractories of which coke batteries are composed, we will only deal with silica material. This is the type of refractory with which the combustion and coking chambers of the ovens are almost exclusively built. Its characteristics and behavior make silica a major player in the service life of a coke battery. Therefore, any aspect of the process that is susceptible to damage this refractory will have a great impact on the life of the coke manufacturing equipment.
Traditionally sticky ovens have been treated simply as a problem which moderately slow down operations, affecting cok production performance, whereas hard pushes have been considered as a potential source of damage with immediate effect.
The relevance of this study lies in the evaluation of the damage that both sticky ovens and hard pushes are likely to cause on the refractory of the ovens. This damage may require major repairs, with the result that the oven would be out of service while repairing, having a clear impact on productivity and in some way on the useful life of the coke batteries.
The initial hypothesis is that sticky ovens and hard pushes cause refractory damage; by analysing the data, conclusions will be drawn which, in a novel way, will help coke plant technicians to manage their operations, while minimizing the impact on the refractory of the equipment.
For the development of the study, data will be collected on sticky ovens, hard pushes and the scope of refractory repairs.
A transversal and a longitudinal study will be carried out. In the transversal, data will be collected from eight batteries, with thirty ovens each, that is, over a period of two years. Each oven is operated five hundred eleven times per year. In the longitudinal study, data from two ovens will be analyzed over a period of ten years of operation. In both studies it will be concluded that hard pushes and especially sticky ovens cause damage to the refractory.
To carry out the analysis, we collected data on the number of hard pushes that each oven experienced in the study period, either transversally or longitudinally. On the other hand, the number of sticky ovens in the aforementioned period. At the same time, information is collected on the scope of the repair that each oven had, both in the application of ceramic welding and the number of pieces of fused silica placed.
To choose the type of refractory repair, a description will be made of the different techniques available on the market and the characteristics of the products used. The refractories installed in the design phase and the operating conditions of the ovens will be chosen as a reference standard.
The conclusions of the work tell us that hard pushes causes damage to the refractory due to mechanical stress and sticky ovens also due to thermal shock. In the case of hard pushes, the negative effect is not always immediate and is influenced by the magnitude of the oven removal resistance.
Among the different repair techniques, ceramic welding is the one that provides a better relationship between execution time and lining duration. Replacement with crystalline or fused silica bricks offers longer useful life but its execution time is long and expensive.
Keywords- Cok ovens, silica refractory, ceramic welding, sticky ovens, hard pushes.
- español
