Horno EléctricoEs un horno de crisol calentado eléctricamenteEs un horno de crisol calentado eléctricamenteCumple mismas funciones que reverberoCumple mismas funciones que reverberoSe uso donde electricidad era barata y emisión SOSe uso donde electricidad era barata y emisión SO22 era era estrictamente controlada (15 incluye Cu-Ni)estrictamente controlada (15 incluye Cu-Ni)Ventajas medio ambientales de HEF sobre HRVentajas medio ambientales de HEF sobre HR

1.1. Bajo Flujo Gases (no hay combustión)Bajo Flujo Gases (no hay combustión)2.2. % SO% SO22 se controla ajustando infiltración, si es < 0.4 va a la se controla ajustando infiltración, si es < 0.4 va a la

atmósfera, con alta infiltración S es oxida y SOatmósfera, con alta infiltración S es oxida y SO22 ~ 5% va a ~ 5% va a HH22SOSO44

HEF es tan versátil como HR y esto + ventaja medio HEF es tan versátil como HR y esto + ventaja medio ambiental decidió su instalación en áreas sensiblesambiental decidió su instalación en áreas sensiblesEl HEF es un proceso de electrodo sumergidoEl HEF es un proceso de electrodo sumergidoEl calor lo genera flujo de I a través de la escoriaEl calor lo genera flujo de I a través de la escoriaForma en fusión es paralelepípedo 35 L Forma en fusión es paralelepípedo 35 L 10 W 10 W 5 h 5 h Usa electrodos auto cocidos Söderberg (6) 1.8 m DUsa electrodos auto cocidos Söderberg (6) 1.8 m DI = 30kA y V = 500 V, P = 40MW o 35Gcal/hI = 30kA y V = 500 V, P = 40MW o 35Gcal/h1500-2300 tspd (calcina o concentrados)1500-2300 tspd (calcina o concentrados)

Suministro de CalorEl calor para calentar y fundir lo provee El calor para calentar y fundir lo provee el paso de corriente eléctrica a través de el paso de corriente eléctrica a través de la escoria entre electrodos de carbón.la escoria entre electrodos de carbón.Esto lo diferencia de:Esto lo diferencia de:FSF : que obtiene mucho de su calor de FSF : que obtiene mucho de su calor de la oxidación del Fe y S.la oxidación del Fe y S.HR : que obtiene mucho de su calor de la HR : que obtiene mucho de su calor de la combustión de combustibles fósiles.combustión de combustibles fósiles.

Ventajas y DesventajasVENTAJAS PRINCIPALESVENTAJAS PRINCIPALES

1.1. Completamente versátil y funde todo tipo Completamente versátil y funde todo tipo materialmaterial

2.2. Bajo volumen de gases efluentes (NBajo volumen de gases efluentes (N22 de Aire de Aire infiltrado, CO/Cinfiltrado, CO/COO2 del reacciones electrodo 2 del reacciones electrodo escoria y SO2 de oxidación S)escoria y SO2 de oxidación S)

3.3. % SO% SO22 lo ajusta la infiltración lo ajusta la infiltración4.4. Usa eficientemente energía eléctricaUsa eficientemente energía eléctrica

Lo ultimo (4) se debe al bajo flujo de gas y su Lo ultimo (4) se debe al bajo flujo de gas y su baja Tº (500 a 700ºC), baja perdidas de Cpbaja Tº (500 a 700ºC), baja perdidas de CpTTTb existen bajas perdidas de calor Rad y ConvTb existen bajas perdidas de calor Rad y Conv

DESVENTAJASDESVENTAJASCostos energéticos altos (electricidad)Costos energéticos altos (electricidad)Perdidas de polvo pequeñas debido a bajo gasPerdidas de polvo pequeñas debido a bajo gasCarga SecaCarga Seca

Ventajas y Desventajascomparadas con FSF

El HEF no es competitivo con el FSF u otras El HEF no es competitivo con el FSF u otras tecnologías emergentes por:tecnologías emergentes por:

1.1. FSF y otras usan el calor de la oxidación FSF y otras usan el calor de la oxidación del Fe y S para calentar y fundir en lugar de del Fe y S para calentar y fundir en lugar de usar la cara energía eléctrica.usar la cara energía eléctrica.

2.2. FSF y otras producen SOFSF y otras producen SO2 2 a un a mayores a un a mayores concentraciones que el HEF, simplificando concentraciones que el HEF, simplificando la captura de SOla captura de SO22..

Estos 2 factores inhibieron la instalación de Estos 2 factores inhibieron la instalación de HEF en forma masiva.HEF en forma masiva.

Descripción del ProcesoCarga es calentada continuamente, los materiales Carga es calentada continuamente, los materiales son cargados continuamenteson cargados continuamenteMata y escoria continuamente producidos y se Mata y escoria continuamente producidos y se sangran periódicamente por extremos opuestossangran periódicamente por extremos opuestosEl horno se descarga parcialmente manteniendo El horno se descarga parcialmente manteniendo 0.6 a 0.8 m mata y 1 a 1.4 m de escoria0.6 a 0.8 m mata y 1 a 1.4 m de escoriaSe carga concentrado seco o calcinasSe carga concentrado seco o calcinasConcentrado húmedo se evita por explosionesConcentrado húmedo se evita por explosionesLa carga se ubica en las paredes cerca electrodosLa carga se ubica en las paredes cerca electrodosLa escoria se cubre con material sólido La escoria se cubre con material sólido optimizando transferencia q (fuente)optimizando transferencia q (fuente)Buena transf q, conlleva a altas tasas de fusiónBuena transf q, conlleva a altas tasas de fusiónTambién esto protege el techo del hornoTambién esto protege el techo del hornoSe carga escoria vía canaleta opuesta a sangríaSe carga escoria vía canaleta opuesta a sangría

Descripción del Proceso (2)HEF es un proceso de electrodos sumergidosHEF es un proceso de electrodos sumergidosEl Q lo genera el paso de I por la escoria entre El Q lo genera el paso de I por la escoria entre electrodos sumergidos.electrodos sumergidos.1200 tpd usan 36 MVA.1200 tpd usan 36 MVA.El diseño del horno considera infiltración de aireEl diseño del horno considera infiltración de aire1 a 3 mmca (1 a 3 1 a 3 mmca (1 a 3 10 10-4-4 atm). atm).El aire entra por aberturas de la estructura del El aire entra por aberturas de la estructura del horno, por ejemplo, alrededor de los electrodos t horno, por ejemplo, alrededor de los electrodos t puertas de carguío.puertas de carguío.Escoria de Conversión siempre es reciclada.Escoria de Conversión siempre es reciclada.Escoria del HEF contiene 0.5 a 1.3 % Cu.Escoria del HEF contiene 0.5 a 1.3 % Cu.

PartidaPartida se carga vigas de acero o cables, Partida se carga vigas de acero o cables, escoria chancada y coque sobre y el crisol, y escoria chancada y coque sobre y el crisol, y en pilas alrededor de cada electrodo.en pilas alrededor de cada electrodo.El horno se calienta suavemente con El horno se calienta suavemente con quemadores (combustible) para cocer y quemadores (combustible) para cocer y calentar los refractarios.calentar los refractarios.Luego se aplica voltaje entre electrodos Luego se aplica voltaje entre electrodos iniciando el flujo de I a través de la escoria, iniciando el flujo de I a través de la escoria, coque y acero.coque y acero.Ve I aumentan gradualmente hasta que se Ve I aumentan gradualmente hasta que se forma una piscina de escoria, comenzando la forma una piscina de escoria, comenzando la fusión normal.fusión normal.Si existe otra unidad de fusión puede partir Si existe otra unidad de fusión puede partir directamente con escoria fundida.directamente con escoria fundida.

Detalles de ConstrucciónDifiere del HR en 2 aspectosDifiere del HR en 2 aspectosEl horno reside sobre placas bases de acero El horno reside sobre placas bases de acero o hierro colado (2 ½ cm de espesor), o hierro colado (2 ½ cm de espesor), soportado por concreto, esto conecta a soportado por concreto, esto conecta a tierra el horno.tierra el horno.El fondo del horno es refrigerado por El fondo del horno es refrigerado por convección natural de aire debajo del HEF.convección natural de aire debajo del HEF.Cuando se requiere mayor refrigeración se Cuando se requiere mayor refrigeración se colocan ventiladores.colocan ventiladores.Aire de refrigeración protege placa de Aire de refrigeración protege placa de acero en el fondo.acero en el fondo.

Detalles de Construcción (2)

El techo es “arqueado” y se usan ladrillos El techo es “arqueado” y se usan ladrillos resistentes al fuego no muy caros, debido a resistentes al fuego no muy caros, debido a menor Tº flujo gases.menor Tº flujo gases.Los ladrillos refractarios de MgO o Los ladrillos refractarios de MgO o MgOMgOCrCr22OO33 se emplea solo en zonas de se emplea solo en zonas de contacto con líquidos contacto con líquidos La liviana construcción del fondo del horno La liviana construcción del fondo del horno es posible por el excelente control del HEFes posible por el excelente control del HEFTemperatura de mata y escoria se controla Temperatura de mata y escoria se controla ajustando flujo de energía y bajando o ajustando flujo de energía y bajando o subiendo los electrodos (moviendo fuente subiendo los electrodos (moviendo fuente de calor).de calor).Por esto se mantiene una capa de escoria Por esto se mantiene una capa de escoria de 1 ½ m.de 1 ½ m.

Sistema EléctricoCalor Generado por paso de I por escoria Calor Generado por paso de I por escoria entre electrodos sumergidosentre electrodos sumergidosElectrodos son pasta embutida en cilindro de Electrodos son pasta embutida en cilindro de acero que se autocuecenacero que se autocuecenLa punta sumergida son oxidadas por La punta sumergida son oxidadas por reacción con la escoria y se compensa reacción con la escoria y se compensa bajando el electrodo mecánicamentebajando el electrodo mecánicamenteConsumo electrodo es 2 a 3 kg de carbón por Consumo electrodo es 2 a 3 kg de carbón por ton de carga (10 – 20 cm diarios)ton de carga (10 – 20 cm diarios)Potencia de entrada es de 60-120 kW/mPotencia de entrada es de 60-120 kW/m22 Densidad de I 2 -3 A/cmDensidad de I 2 -3 A/cm22 de área transversal de área transversal electrodoelectrodoP e I mayores causan turbulencia (erosión) y P e I mayores causan turbulencia (erosión) y sobrecalentamiento de electrodossobrecalentamiento de electrodos

Diseño del Horno Se basa en capacidad de fusión (tpd) y Se basa en capacidad de fusión (tpd) y

energía requerida por unidad de carga energía requerida por unidad de carga (kWh/t)(kWh/t)

Principales parámetros de diseño son:Principales parámetros de diseño son:1.1. Área de CrisolÁrea de Crisol2.2. Dimensiones del HornoDimensiones del Horno3.3. Diámetro de electrodosDiámetro de electrodos4.4. Tasa de PotenciaTasa de Potencia

Tasa de PotenciaBC 1000 ton carga seca por díaBC 1000 ton carga seca por día

P = tph/(kWh/t)P = tph/(kWh/t)

Requerimiento de Energía es Requerimiento de Energía es ~ 450 kWh/t~ 450 kWh/t

P = (1000/24)/(450 kWh/t)P = (1000/24)/(450 kWh/t) = 19 MW = 19 MW

V e I serán 5 -10% mayor (eficiencia)V e I serán 5 -10% mayor (eficiencia)

Entonces VI = 20 MW, dividida en tres Entonces VI = 20 MW, dividida en tres transformadores de 6.7 MW c/utransformadores de 6.7 MW c/u

Área de CrisolDensidad de Potencia Densidad de Potencia ~ 100 kW/m~ 100 kW/m22

1000 tpd requieren un área de1000 tpd requieren un área de19 MW/100 (kw/m2) = 190 m19 MW/100 (kw/m2) = 190 m22

Diámetro ElectrodoEcuación de Tseidler 6 electrodosEcuación de Tseidler 6 electrodosÁrea Crisol = 21 D Área Crisol = 21 D 6 D 6 DD = diámetro electrodoD = diámetro electrodoD = (área crisol/(21D = (área crisol/(216)^(1/2))6)^(1/2))A = 190 mA = 190 m22 Entonces D = 1.25 mEntonces D = 1.25 m

Dimensiones del HornoAncho = 6 Ancho = 6 1.25 = 7.5 m 1.25 = 7.5 mLargo = 21 Largo = 21 1.25 = 26 m 1.25 = 26 m

I Electrodo y V Transformador

Densidad de I: i < 3 A/mDensidad de I: i < 3 A/m22

Si D = 1.25Si D = 1.25Máximo I en cada electrodo (y entre Máximo I en cada electrodo (y entre cada para de electrodo) es 36 kAcada para de electrodo) es 36 kA

Voltaje de salida Transformador

La capacidad requerida de voltaje de La capacidad requerida de voltaje de salida de cada uno de los 3 salida de cada uno de los 3 electrodos eselectrodos es

V salida = tasa de potencia por para V salida = tasa de potencia por para electrodo/Máxima I permitida entre electrodo/Máxima I permitida entre electrodoselectrodos

V = (2000 kVA/3)/36 kA) = 186 V = (2000 kVA/3)/36 kA) = 186 y 186 y 186 2 = 372 V (salida) 2 = 372 V (salida)

Conductividades Mata Escoria y Control Automático potenciaMata es mas conductiva que la EscoriaMata es mas conductiva que la EscoriaMata es menos resistente al paso de IMata es menos resistente al paso de IExisten dos caminos de I entre electrodosExisten dos caminos de I entre electrodos

1.1. A través de la EscoriaA través de la Escoria2.2. A través de Escoria A través de Escoria Mata, luego a través de Mata, luego a través de

Mata y final% a través Escoria al 2Mata y final% a través Escoria al 2dodo electrodo electrodoLa cantidad de I por 1 o 2 se controla subiendo La cantidad de I por 1 o 2 se controla subiendo o bajando los electrodoso bajando los electrodosElevar electrodos favorece (1) y viceversaElevar electrodos favorece (1) y viceversaBajar los electrodos también disminuye la Bajar los electrodos también disminuye la resistencia global entre electrodos (i.e., I pasa resistencia global entre electrodos (i.e., I pasa a través de la mata conductiva)a través de la mata conductiva)Si R baja I aumenta para un V dadoSi R baja I aumenta para un V dadoSi I aumenta P = V Si I aumenta P = V I aumenta I aumentaAutomatica% varia I para mantener P dadoAutomatica% varia I para mantener P dado

Potencia, Productividad y Control T

Tasa de Fusión Tasa de Fusión ~ ~ tasa de ingreso de energía tasa de ingreso de energía Entonces a mayor ingreso de potencia, hay Entonces a mayor ingreso de potencia, hay

una mayor tasa de fusión.una mayor tasa de fusión. Un mayor P puede alterar V entre electrodosUn mayor P puede alterar V entre electrodos P = (P = (VVelectrodoselectrodos))22/Resistencia entre electrodos/Resistencia entre electrodos Si V aumenta P aumenta y tasa fusión Si V aumenta P aumenta y tasa fusión

aumentaaumenta Cambios de P menores (control Temperatura) Cambios de P menores (control Temperatura)

Se hacen subiendo o bajando electrodos, esto Se hacen subiendo o bajando electrodos, esto altera distancia ínter-electrodo y afecta Paltera distancia ínter-electrodo y afecta P

Profundidad de electrodo afecta posición Profundidad de electrodo afecta posición vertical de qvertical de q`````` y asi Tº mata y escoria y asi Tº mata y escoria

Inmersión en mata implica alto I y esto Inmersión en mata implica alto I y esto conlleva alta turbulencia eliminando piso Feconlleva alta turbulencia eliminando piso Fe33OO44

Inmersión en escoria aumenta Tº escoria y Inmersión en escoria aumenta Tº escoria y esto favorece tasa de fusión (carga sobre esto favorece tasa de fusión (carga sobre escoria)escoria)

Máxima Potencia de Entrada POTENCIA MÁXIMA y por ende Tasa Fusión POTENCIA MÁXIMA y por ende Tasa Fusión

máxima esta limitada por P, I y V limite de máxima esta limitada por P, I y V limite de los transformadoreslos transformadores

Este máximo no se puede alcanzar cuando:Este máximo no se puede alcanzar cuando:1.1. Los electrodos están sumergidos Los electrodos están sumergidos

demasiado cerca de la Mata, se alcanza I demasiado cerca de la Mata, se alcanza I máximo ( V = IR, P = VI, P = Imáximo ( V = IR, P = VI, P = I22R).R).

2.2. Los electrodos están en la escoria donde R Los electrodos están en la escoria donde R es máximo, y se alcanza un limite para V ( V es máximo, y se alcanza un limite para V ( V = IR o I = V/R, P = VI, P = V= IR o I = V/R, P = VI, P = V22/R). /R).

La profundidad e inmersión en la escoria La profundidad e inmersión en la escoria debe asegurar condiciones de máximo Pdebe asegurar condiciones de máximo P

Escoria tiene 1 a 1.4 m y la punta esta a 0.5 Escoria tiene 1 a 1.4 m y la punta esta a 0.5 a 1 m de la interfase mata escoria.a 1 m de la interfase mata escoria.