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)

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.

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

Ventajas y Desventajas comparadas 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.

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

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.

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.

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.

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.

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

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

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

Área de Crisol Diámetro Electrodo 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

I Electrodo y V Transformador 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

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)

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

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)

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.