Nuevo método predice el comportamiento del mineral en altos hornos

Dentro de un alto horno, los pelets de mineral de hierro se ablandan y se funden bajo el peso del material que tienen encima. Al deformarse, reducen los espacios entre ellos, y el gas que debe ascender por el horno encuentra menos espacio para pasar. Investigadores dirigidos por el profesor asociado Shungo Natsui, de la Universidad de Tohoku, han hallado la manera de observar esa deformación en tiempo real y de cuantificarla.

Las tecnologías basadas en hidrógeno son una vía prometedora hacia un acero con menos emisiones de carbono, pero los altos hornos convencionales seguirán siendo importantes durante la transición. Hasta ahora, los experimentos se han basado en gran medida en mediciones de la contracción global del lecho y de la pérdida de presión del gas. Eso dificulta determinar cómo los cambios dentro de cada pelet contribuyen al comportamiento de todo el lecho compacto.

El equipo trabajó con Tata Steel Europe, la Universidad Tecnológica de Delft y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST). Realizaron experimentos a alta temperatura que reproducían las condiciones de un alto horno y utilizaron tomografía computarizada de rayos X de alta energía (TC) para reconstruir en tres dimensiones la estructura interna de los pelets. Después emplearon una simulación basada en partículas llamada hidrodinámica de partículas en movimiento implícita (MPH-I) para reproducir la deformación observada. Al comparar la simulación con las imágenes de TC, pudieron estimar el límite elástico efectivo de la cáscara rica en hierro, es decir, cuánta tensión puede soportar el material antes de deformarse de forma permanente. Medir esa propiedad directamente en las condiciones del horno es un reto.

Los pelets cambian por etapas. A 1.300 °C, una cáscara de hierro metálico relativamente rígida les ayudó a soportar la carga. A 1.400 °C, los componentes que forman la escoria se concentraron en el interior de los pelets a medida que se ablandaban. A 1.550 °C, los pelets se habían fundido lo suficiente para que el material líquido goteara.

El avance clave es que las propiedades mecánicas de un pelet pueden estimarse a partir de su deformación tridimensional observada, y no solo a partir del comportamiento de todo el lecho. Los investigadores afirman que esto podría ayudar a predecir la deformación de los lechos de mineral de hierro y a evaluar el rendimiento de distintas materias primas a alta temperatura. Para los productores de acero, supone una forma de comparar los minerales antes de que lleguen al horno, al menos en principio. El equipo prevé aplicar el método a otros tipos de mineral de hierro y a entornos ricos en hidrógeno, pero no ofrece una fecha, y los resultados obtenidos hasta ahora proceden de experimentos de laboratorio.