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Horno Eléctrico

Horno Eléctrico. Es un horno de crisol calentado eléctricamente Cumple mismas funciones que reverbero Se uso donde electricidad era barata y emisión SO 2 era estrictamente controlada (15 incluye Cu-Ni) Ventajas medio ambientales de HEF sobre HR Bajo Flujo Gases (no hay combustión)

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Horno Eléctrico

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Presentation Transcript

  1. Horno Eléctrico • Es un horno de crisol calentado eléctricamente • Cumple mismas funciones que reverbero • Se uso donde electricidad era barata y emisión SO2 era estrictamente controlada (15 incluye Cu-Ni) • Ventajas medio ambientales de HEF sobre HR • Bajo Flujo Gases (no hay combustión) • % SO2 se controla ajustando infiltración, si es < 0.4 va a la atmósfera, con alta infiltración S es oxida y SO2~ 5% va a H2SO4 • HEF es tan versátil como HR y esto + ventaja medio ambiental decidió su instalación en áreas sensibles • El HEF es un proceso de electrodo sumergido • El calor lo genera flujo de I a través de la escoria • Forma en fusión es paralelepípedo 35 L  10 W  5 h • Usa electrodos auto cocidos Söderberg (6) 1.8 m D • I = 30kA y V = 500 V, P = 40MW o 35Gcal/h • 1500-2300 tspd (calcina o concentrados)

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

  3. Ventajas y Desventajas • VENTAJAS PRINCIPALES • Completamente versátil y funde todo tipo material • Bajo volumen de gases efluentes (N2 de Aire infiltrado, CO/CO2 del reacciones electrodo escoria y SO2 de oxidación S) • % SO2 lo ajusta la infiltración • Usa eficientemente energía eléctrica • Lo ultimo (4) se debe al bajo flujo de gas y su baja Tº (500 a 700ºC), baja perdidas de CpT • Tb existen bajas perdidas de calor Rad y Conv • DESVENTAJAS • Costos energéticos altos (electricidad) • Perdidas de polvo pequeñas debido a bajo gas • Carga Seca

  4. Ventajas y Desventajascomparadas con FSF • El HEF no es competitivo con el FSF u otras tecnologías emergentes por: • FSF y otras usan el calor de la oxidación del Fe y S para calentar y fundir en lugar de usar la cara energía eléctrica. • FSF y otras producen SO2 a un a mayores concentraciones que el HEF, simplificando la captura de SO2. • Estos 2 factores inhibieron la instalación de HEF en forma masiva.

  5. Descripción del Proceso • Carga es calentada continuamente, los materiales son cargados continuamente • Mata y escoria continuamente producidos y se sangran periódicamente por extremos opuestos • El horno se descarga parcialmente manteniendo 0.6 a 0.8 m mata y 1 a 1.4 m de escoria • Se carga concentrado seco o calcinas • Concentrado húmedo se evita por explosiones • La carga se ubica en las paredes cerca electrodos • La escoria se cubre con material sólido optimizando transferencia q (fuente) • Buena transf q, conlleva a altas tasas de fusión • También esto protege el techo del horno • Se carga escoria vía canaleta opuesta a sangría

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

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

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

  9. Detalles de Construcción (2) • El techo es “arqueado” y se usan ladrillos resistentes al fuego no muy caros, debido a menor Tº flujo gases. • Los ladrillos refractarios de MgO o MgOCr2O3 se emplea solo en zonas de contacto con líquidos • La liviana construcción del fondo del horno es posible por el excelente control del HEF • Temperatura de mata y escoria se controla ajustando flujo de energía y bajando o subiendo los electrodos (moviendo fuente de calor). • Por esto se mantiene una capa de escoria de 1 ½ m.

  10. Sistema Eléctrico • Calor Generado por paso de I por escoria entre electrodos sumergidos • Electrodos son pasta embutida en cilindro de acero que se autocuecen • La punta sumergida son oxidadas por reacción con la escoria y se compensa bajando el electrodo mecánicamente • Consumo electrodo es 2 a 3 kg de carbón por ton de carga (10 – 20 cm diarios) • Potencia de entrada es de 60-120 kW/m2 • Densidad de I 2 -3 A/cm2 de área transversal electrodo • P e I mayores causan turbulencia (erosión) y sobrecalentamiento de electrodos

  11. Diseño del Horno • Se basa en capacidad de fusión (tpd) y energía requerida por unidad de carga (kWh/t) • Principales parámetros de diseño son: • Área de Crisol • Dimensiones del Horno • Diámetro de electrodos • Tasa de Potencia

  12. Tasa de Potencia • BC 1000 ton carga seca por día • P = tph/(kWh/t) • Requerimiento de Energía es ~ 450 kWh/t • P = (1000/24)/(450 kWh/t) = 19 MW • V e I serán 5 -10% mayor (eficiencia) • Entonces VI = 20 MW, dividida en tres transformadores de 6.7 MW c/u

  13. Área de Crisol • Densidad de Potencia ~ 100 kW/m2 • 1000 tpd requieren un área de • 19 MW/100 (kw/m2) = 190 m2 Diámetro Electrodo • Ecuación de Tseidler 6 electrodos • Área Crisol = 21 D  6 D • D = diámetro electrodo • D = (área crisol/(216)^(1/2)) • A = 190 m2 • Entonces D = 1.25 m

  14. Dimensiones del Horno • Ancho = 6  1.25 = 7.5 m • Largo = 21  1.25 = 26 m I Electrodo y V Transformador • Densidad de I: i < 3 A/m2 • Si D = 1.25 • Máximo I en cada electrodo (y entre cada para de electrodo) es 36 kA

  15. Voltaje de salida Transformador • La capacidad requerida de voltaje de salida de cada uno de los 3 electrodos es • V salida = tasa de potencia por para electrodo/Máxima I permitida entre electrodos • V = (2000 kVA/3)/36 kA) = 186 • y 186  2 = 372 V (salida)

  16. Conductividades Mata Escoria y Control Automático potencia • Mata es mas conductiva que la Escoria • Mata es menos resistente al paso de I • Existen dos caminos de I entre electrodos • A través de la Escoria • A través de Escoria  Mata, luego a través de Mata y final% a través Escoria al 2do electrodo • La cantidad de I por 1 o 2 se controla subiendo o bajando los electrodos • Elevar electrodos favorece (1) y viceversa • Bajar los electrodos también disminuye la resistencia global entre electrodos (i.e., I pasa a través de la mata conductiva) • Si R baja I aumenta para un V dado • Si I aumenta P = V  I aumenta • Automatica% varia I para mantener P dado

  17. Potencia, Productividad y Control T • Tasa de Fusión ~  tasa de ingreso de energía • Entonces a mayor ingreso de potencia, hay una mayor tasa de fusión. • Un mayor P puede alterar V entre electrodos • P = (Velectrodos)2/Resistencia entre electrodos • Si V aumenta P aumenta y tasa fusión aumenta • Cambios de P menores (control Temperatura) Se hacen subiendo o bajando electrodos, esto altera distancia ínter-electrodo y afecta P • Profundidad de electrodo afecta posición vertical de q``` y asi Tº mata y escoria • Inmersión en mata implica alto I y esto conlleva alta turbulencia eliminando piso Fe3O4 • Inmersión en escoria aumenta Tº escoria y esto favorece tasa de fusión (carga sobre escoria)

  18. Máxima Potencia de Entrada • POTENCIA MÁXIMA y por ende Tasa Fusión máxima esta limitada por P, I y V limite de los transformadores • Este máximo no se puede alcanzar cuando: • Los electrodos están sumergidos demasiado cerca de la Mata, se alcanza I máximo ( V = IR, P = VI, P = I2R). • Los electrodos están en la escoria donde R es máximo, y se alcanza un limite para V ( V = IR o I = V/R, P = VI, P = V2/R). • La profundidad e inmersión en la escoria debe asegurar condiciones de máximo P • Escoria tiene 1 a 1.4 m y la punta esta a 0.5 a 1 m de la interfase mata escoria.

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