Modelización termo-mecánica equivalente de la taza cerámica de un Horno Alto

 

Especialista | María Teresa Sánchez Rúa, Centro Universitario de la Defensa (Zaragoza)

Coordinador Empresarial | Miguel Fanjul Cuesta, Ingeniero de I+D en el Departamento de Refractarios en ArcelorMittal.

Coordinadoras Académicas | Peregrina Quintela Estévez, Catedrática de Matemática Aplicada en la Universidad de Santiago de Compostela y Directora de ITMATI y Patricia Barral Rodiño, Profesora Titular en la Universidad de Santiago de Compostela e Investigadora Adscrita a ITMATI.

Descripción | ArcelorMittal dispone de multitud de Hornos Altos. En ellos se lleva a cabo la producción primaria del acero, es decir, en ellos se obtiene el arrabio (hierro fundido) y la escoria (subproducto). Estos hornos soportan temperaturas muy elevadas y están construidos con diferentes materiales de hormigón refractario. Existen diferentes diseños. Algunos de ellos constan de una capa protectora en la parte inferior y más interna del horno, llamada taza cerámica, la cual está formada por ladrillos refractarios y juntas de mortero (hormigón). Hacer un modelo termo-mecánico del conjunto de toda la taza es complejo, pues requiere dibujar en detalle la geometría elevándose enormemente los costes computacionales a la hora de mallar, y siendo más difícil la convergencia del modelo.

Alcance | Por lo que, se pretende, en un pequeño ejemplo académico (dos ladrillos con una junta de mortero), estudiar la posibilidad de, en vez de modelizar todo el conjunto incluyendo el mortero, ser capaces de desarrollar un modelo equivalente de mampostería, de manera que éste se comporte termo-mecánicamente igual al conjunto ladrillo-mortero-ladrillo, desde el punto de vista macroscópico. Habría que valorar cuál de los dos siguientes métodos se ajustaría más al caso real:

  1. Modelizar sólo los ladrillos, sobre-dimensionando estos, de manera que en ellos se incluyan las dimensiones de la junta de mortero, imponiendo en el contacto entre los ladrillos una ley equivalente al comportamiento del mortero;
  2. O bien, implementar una ley equivalente de todo el conjunto de ladrillos y mortero, de manera que éste se pueda sustituir por un material con las mismas dimensiones que los ladrillos y el mortero, y que su comportamiento termo-mecánico sea prácticamente el mismo desde el punto de vista macroscópico.

Se valoraría la posibilidad de realizar la simulación en un software de código libre (CODE ASTER) y otro comercial (ANSYS), para ver las diferencias que se pudieran dar en los resultados, a la vez que las ventajas e inconvenientes en la implementación a la hora de usar un software u otro.

 

Presentación

Conclusiones