Horno Reverbero Horno mas ampliamente usado 1979 (100)

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1 Horno Reverbero Horno mas ampliamente usado 1979 (100)
Horno de Crisol Horno Calentado con Combustible Fósil Funde Concentrados o calcinas Produce capas separadas de Mata Fundida y Escoria Ferro silícea Tiene 33 m L  10 m W  4 m H Produce 500 a 800 ton mata (35-45% Cu) y 300 a 900 ton escoria por día Recupera Cu de escorias de conversión Es versátil funde grueso, fino, seco, húmedo, etc… Consume mucho combustible pues usa poco la energía de oxidación del FeS Donde no se requiere versatilidad se tiende a usar FSF

2 Declinación Horno Reverbero
Principal desventaja es gases de salida con SO2 muy diluido (< 2%). Remoción de este SO2 es difícil y caro. Medio ambientalmente inconveniente Segunda desventaja es que usa mas energía que Flash y otros. Es un proceso de fusión mas que proceso de oxidación. Solo una pequeña cantidad de S es oxidado y es diluido con CO2, H2O y N2. SO2 y problemas de energía llevaron a usar QOP, s/e SO2 siguió diluido. 1994 permanecían 30 HR de los 100 en 1980.

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4 Descripción del Proceso
Continuamente se funde carga sólida que se carga por paredes laterales formando taludes Continuamente se produce mata y escoria que se descargan intermitentemente por sangrías separadas manteniendo nivel 0.6 a 0.8 y 0.5 m. Escoria se sangra lo mas lejos de la zona de fusión para aumentar tiempo sedimentación, i.e., en el extremo opuesto al quemador Sangrado usa un orificio sumergido para evitar descarga de concentrado no fundido flotante Sangrado de la mata es por el lado, su ubicación no es critica pues mata se extiende por todo el largo, s/e, sangría se ubica en zona sedimentación. Se descarga en ollas de 6 m3 (25 ton) según CPS Gases calientes pasan a caldera para recuperar calor

5 Función del Proceso (2 + 1)
FUSIÓN :Fundir la carga sólida y producir mata y escoria Requiere suministro de calor por quemador y que la mayoría de la carga se haga en la mitad del horno Calor funde y mantiene Tº (1150 a 1250ºC) usando combustión de petróleo, GN, Carboncillo Llama y gases calientes (1500ºC) transfieren calor al talud y los gases salen a 1250 a 1300ºC SEDIMENTACIÓN: permitir a la mata sedimentar a través de la escoria Ocupa la otra mitad del horno y se carga poco sólido solo con el fin de proteger las paredes LIMPIEZA ESCORIA: trata escoria de conversión 2 – 10% Cu, que se agrega en ollas 6m3 (20 ton) al lado del quemador para aumentar tiempo sedimentación

6 Materias Primas y Productos
Concentrados y Calcinas y Fundente Siliceo Otras: cemento de Cu, circulante (reverts) y polvos + escoria de conversión PRODUCTOS PRINCIPALES: Mata liquida (35-45 % Cu, 1150ºC) la cual se envía a conversión Escoria Liquida (0.3 a 0.8% Cu, 1200ºC) que va a descarte Gases efluentes del proceso a 1250ºC compuesto por gases de combustión mas SO2 (1/2 a 2 %) de la oxidación del FeS, demasiado diluidos para producir H2SO4 (si en FSF) Gases arrastran 1% de la carga sólida de concentrado o calcina y son colectados en ciclones y EPS para reciclarlos

7 Escoria de Conversión Una segunda función de HR es recuperar Cu de Escoria de Conversión Escoria entra con 2-8% Cu y sale con % Se agrega por pared lateral cercana al quemador por vaciado de olla. Se agrega lo mas lejos posible de la sangria de escoria. 1987 Mt. Isa, Cananea(Sonora,México) vía solidificación/molienda/flotación. Baja cantidad de escoria reciclada Elimina Magnetita del circuito Se usa donde concentradora este disponible

8 Concentrado Húmedo/Tostado
El concentrado se carga húmedo 6 – 8 % Parcialmente se seca en “filtros de queque” producto de la flotación Es fácilmente alimentado por correas para formar taludes en la paredes del HR Concentrado puede ser tostado (parcialmente oxidado). Disminuye requerimiento de energía Aumenta tasa de fusión La calcina seca caliente requiere menos energía que el concentrado frío húmedo

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10 Detalles de Construcción
Horno es una cámara refractaria (Cr2O3.MgO o MgO) soportada en una fundación de concreto Se mantiene unida por una estructura de acero El techo son ladrillos refractarios suspendidos en barras de acero, la ventaja es que el fuerte desgaste en esta sección hace fácil el cambio Las paredes refractarias son protegidas por el talud La fundación del horno es de concreto y encima se ponen capas de arcilla, arena y magnetita. Duran 20 a 40 años.

11 POSITION REFRACTORY MORTAR Hearth Basex AXP Dybond Easiflow Sub Hearth Safety SDR Dyset A/S Lower Sidewall Upper Sidewall Basex AXP, M/C BXP Roof Dybond EE70, Basex AXP, M/C BXP Exhaust Flues PH 59 PH 59AS Matt/Slag Tapholes Dybond 55, Dymax AN, Dymax FT, Magnex

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13 Partida y Detención La fusión comienza con un suave calentamiento del crisol con la llama de quemadores tipo lanzas ubicadas en el techo del Horno. Cuando alcanza los 500 a 700ºC, las paredes protegen por apilamiento de concentrado, se encienden los quemadores principales y comienza la fusión. La fusión se detiene dejando de alimentar concentrado y vaciando el horno de su contenido de mata y escoria. El horno de deja enfriar naturalmente

14 Quemadores La carga es continuamente fundida por el paso continuo de gases calientes de combustión sobre los bancos de carga (taludes) Carbón, petróleo, gas son quemados para producir gases calientes. El oxidante es aire, aire $ y O2 Cuando se usa aire se precalienta a 200 – 400ºC por intercambiadores de Q con los gases de salida HR se compone de 6 a 8 QAP ubicados en la pared frontal (aire/aire leve $) se reemplazo QAP por QOP en el techo del horno apuntando hacia abajo

15 Ventaja QOP Llama del QOP directamente sobre carga donde se requiere
Temperatura de llama QOP es mayor que QAP  calentamiento, fusión y reacciones concentrado-fundente mas rápidas La ausencia de N2 hace que aumente la tasa de fusión sin sobrecargar el sistema de manejo de gases de salida El calor sensible de N2 se aprovecha en fundir carga La tasa de fusión aumento en 40% y consumo de combustible bajo 50% Costo es 300 kg de O2 /ton carga Kg O2 = 0.02 US$ Costo es 70 kg de combustible/ton carga Kg Combustible = 0.4 US$

16 Campaña del Horno Horno debería operar indefinidamente por 20 o mas años con reparaciones menores hechas durante su operación. Esto evita detener toda la fundición (1 HR) Es del tipo de techo y paredes superiores suspendidos y los refractarios se cambian según plan de mantención. El horno se detiene completamente para repararlo según un plan de mantención cada 2 o 3 años. Esto requiere la existencia de otra unidad de fusión para no detener la planta.

17 Combustión, Temperatura y Balance de Calor
Se requiere 1.3 a 1.8 Gcal/ton conc Se requiere 8 a 11 Gcal/ton calcina Calor por combustible fósil Se emplea aire pre-Q 200 a 500ºC Quemadores son barriles de m D Se diseña para que la combustión ocurra a lo largo del horno creando una zona de alta Tº Tºmax ocurre a 7 m desde el quemador Los gases salen a ºC mas que la escoria, buena transferencia de calor Salen a ºC llevando gran calor sensible consigo (Co-Corriente) Uso de calderas recupera 50-60% (electricidad) y 10-15% pre-Q aire

18 Contribuciones Entálpicas
Calor que entra y producción; H sensible de la carga (sobre 25ºC), escoria conversión, aire + calor producido por Reacciones Químicas oxidación (25ºC) Calor que sale; calores sensibles (sobre 25ºC) de la mata, escoria y gases producidos por oxidación de la carga + calor usado en eliminar humedad de la carga, y las perdidas de calor convección y radiación. El exceso de calor que sale (b) sobre (a) es el calor que debe suministrar la combustión EFICIENCIA: Energía de combustión aplicada sobre el proceso de fusión E = (PC+Haire – Hgases)/PC Orden 40 % a 57%(aire a 550ºC)

19 Tasas de Producción 2 a 4 ton carga por m2 de crisol por día
Menor para concentrados húmedos Mayor en calcinas Fusión es operación de Fusión, entonces, tasa de Fusión es: Proporcional al Flujo de Calor transferido a la carga Inverso a la cantidad de Calor requerido por la carga TASA DE FUSION = q/C (tph) q = flujo de calor [J/s] o [W] C = calor requerido por ton de carga [J/kg] Falta incluir calor perdido + calor producido por RQx.

20 Flujo Calor Transferido a la Carga
Área del talud de carga: fusión ocurre en superficie de talud, se debe maximizar su área, especialmente cerca quemadores Tasa de Combustión: la tasa de fusión se controla mediante el flujo de combustible. Una alta tasa combustión aumenta gradiente gas/sólido (limite es desgaste del techo) Se puede subir el techo lo que aumenta a su vez el tiempo de residencia del gas. Se puede aumentar también temperatura de la llama (aire pre Q, $), infiltración lo contrario

21 Formación de MAGNETITA
Fe3O4 se forma durante Tostación, Fusión y Conversión Bajo  condiciones (T, O2) puede pptar  Puede combinarse con Cr2O3 formando pisos Control de magnetita Alta temperatura de operación Alto grado de SiO2, %SiO2/%FeO > 0.8 Para evitar formación de piso Operar a alta tasa de fusión para lavar por arrastre la magnetita Evitar puntos muertos donde no hay flujo Evitar caída de ladrillos durante mantención Una vez formado el piso Soplar O2 con lanza localmente Usar Fe-Si, arrabio, etc..