Horno Flash

Reactor. Fusión. Caldera. Gases. Materiales. Metales. Sangría

  • Enviado por: Danmau
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 39 páginas
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INSTITUTO INACAP

CALAMA

NOMBRE : MAURICIO BRAVO

CURSO : IEM ME - 4

PROFESORA : SOLANGE SUAZO

INDICE

Análisis comparativo entre los procesos de fusión de concentrado 5

Convencionales y el horno flash

  • Introducción

  • El proceso tradicional en el horno reverbero

  • Mejoras al horno reverbero

  • Definiciones básicas

El proceso flash 8

  • Introducción

  • Descripción del proceso de fusión

  • Ventajas de la fusión flash

  • Desventajas de la fusión flash

  • Tabla comparativa

El reactor flash 10

  • Introducción conformación básica del horno

  • Características de las partes principales del horno

Sistema de refrigeración del horno flash 15

  • Introducción

  • Fundamentos

  • Aspectos descriptivos

  • Otras instalaciones

  • Emergencias

Caldera recuperadora de calor 19

  • Introducción

  • Aspectos generales

  • Antecedentes técnicos

  • Resumen

Manejo de gases y polvos 23

  • Introducción

  • Aspectos relevantes

  • Datos generales del proceso

Carguio del horno 25

  • Introducción

  • Aspectos relevantes del carguio

  • Resumen

Fusión en el reactor flash 29

  • Introducción

  • Aspectos relevantes sobre la fusión flash

  • Resumen

Desgaste de refractarios en el proceso de fusión flash 33

  • Introducción

  • Desarrollo

Sangría del horno 34

  • Introducción

  • Aspectos relevantes del proceso de sangría

  • La sangría propiamente tal

  • Percances operacionales

Anexos 38

Bibliografía 57

INTRODUCCION

El propósito que se persigue con este trabajo, es ampliar y tener un mayor conocimiento sobre el horno flash y del procedimiento de fusión que tiene a alta temperatura juntos con sus accesorios que logran y un conjunto para realizar un trabajo optimo (sist.refrigeracion, caldera recuperadora, etc.).

A pesar de que el conocimiento se adquiere con la practica basándose muchas veces en teorías a través del tiempo, es importante leer y conocer, ampliar nuestra capacidad cerebral y obtener beneficios que en un mañana nos servirá para resolver conflictos y persuasiones de nuestra vida.

Esperamos que este material resumido en importantes fragmentos sirva de provecho y que las conclusiones sean las mas atinadas.

ANALISIS COMPARATIVO ENTRE LOS PROCESOS DE FUSIÒNDE CONCENTRADO CONVENCIONALES Y EL HORNO FLASH

INTRODUCCIÓN

En este trabajo se revisan los procesos de fusión de Concentrados de Cobre, definiéndose como proceso convencional el del Horno de Reverbero (hoy en día obsoleto) Se analizan sus consumos de combustible y de energía total, así como el uso de oxígeno. También se consideran las ventajas y desventajas metalúrgicas y operacionales. De manera similar se analizan los aspectos relevantes del Proceso Flash para llegar a un análisis comparativo entre ambos sistemas. De igual forma se adjuntan a este fascículo algunas reproducciones descriptivas de ambos procesos.

EL PROCESO TRADICIONAL EN HORNO DE REVERBERO

Este tipo de Horno, de forma rectangular, con una superficies de solera de 200 a 400 mt2, funde generalmente entre 500 - 1200 toneladas de carga por día.

La operación del reverbero, consiste en el carguío de concentrado, fundentes y materiales de retorno, a través de cañerías o "paipas" de carga a lo largo de las paredes laterales. De esta manera se forman taludes de carga, los que son fundidos por la llama de los quemadores ubicados en la bóveda del horno y en la pared contraria a la salida de los gases (auxiliares). Es importante destacar que este tipo de horno permite utilizar, junto con la carga, escorias de convertidores debidamente tratadas, a fin de recuperar el cobre que ellas contienen.

El producto del reverbero, denominado Eje o Mata de cobre, es un producto rico en cobre y continúa su tratamiento en los Hornos Convertidores.

El eje tiene una ley entre 45 a 47 de cobre.

La escoria, por ser un producto con contenido de cobre generalmente inferior a 1, se descarta.

De los gases que se generan durante el proceso, se aprovechan el calor que contienen como también los polvos o finos que arrastran, mediante mecanismo de recuperación. El resto de los gases se eliminan a través de las chimeneas.

En el caso especifico de Chuquicamata, los gases provenientes del reverbero NQ 4 se envían a la planta de ácido para producir Acido Sulfúrico.

Con el propósito de aprovechar el calor de los gases generados, el reverbero posee dos calderas que producen vapor sobrecalentado, el que finalmente se transforma en energía eléctrica en la Planta Termoeléctrica.

Los polvos recuperados de las calderas, se almacenan para futuros tratamientos y posterior aprovechamientos.

MEJORAS AL HORNO DE REBERVERO

Los problemas principales en este tipo de Hornos son:

- Alto consumo de combustible

- Alto volumen de gases formados de baja concentración de S02

(Anhídrido Sulfuroso)

Esto se debe principalmente a que no aprovechan el calor de oxidación (reacción con desprendimiento de calor) de los concentrados, y al método usado para la transferencia de calor de la carga.

Las mejoras establecidas para estos fines son:

1.- Precalentamiento del aire de proceso

2.- Enriquecimiento del aire con oxígeno

3.- uso de quemadores oxi-petróleo

y por último, aunque no establecido plenamente, estaría el uso de quemadores oxigeno-concentrado, que transformaría el Horno de Reverbero en un Horno tipo Flash. Esto se puede señalar como una tecnología en desarrollo.

El precalentamiento del aire aporta calor, disminuyendo el "Combustible y aire a suministrar", y también reduciría los volúmenes de gases generados.

Por su parte el enriquecimiento del aire disminuye el nitrógeno al horno, el volumen de gases producidos y el calor arrastrado por estos.

La temperatura de la llama y el tiempo de permanencia de los gases en el horno aumentan, con lo que se mejora la transferencia de calor en el Horno.

El uso de oxigeno constituye una técnica fácil y económica lo que permite :

- Aumentar la capacidad de fusión de los Hornos de reverbero a niveles muy superiores a los conocidos.

- Disminuir el consumo de combustible.

- Moderar el desgaste de los refractarios.

- Reducir las perdidas de cobre en las escorias.

- Eliminar o reducir el consumo de fundentes.

Una ventaja adicional en el uso de oxígeno en los Hornos de reverbero, consiste en la obtención de gases con una concentración de S02 apropiada para alimentar una planta de ácido sulfúrico.

DEFINICIONES BASICAS

  • CONCENTRADO : Platería prima para las fundiciones, en el cual se encuentra el cobre a recuperar. Su contenido en cobre, para el caso de Chuquicamata es del orden de 32 - 34 Cu.

Se utiliza en:

- Hornos de Reverbero

- Hornos CMTT (Convertidor Modificado Tipo Teniente)

- Horno Flash

- Proceso Contop

  • FUNDENTE : Materia prima para las fundiciones, con el fin de formar una escoria que favorezca e! desarrollo del proceso y que además permita su fácil evacuación del horno. Se compone en casi su totalidad de Sílice de alto grado de pureza

  • AIRE - OXIGENO : Mezcla necesaria para la combustión del combustible y para la oxidación o desarrollo de las reacciones químicas de los constituyentes de la carga que permiten su fusión.

  • CARGA : Mezcla a fundir constituida por:

- Concentrado

- Fundente

- Materias de recirculación (escoria, carga fría, etc)

  • EJE O MATA : Es el producto rico en cobre obtenido en el Horno en estado fundido y que continúa su tratamiento en Hornos del tipo Convertidores.

  • ESCORIA; Producto con bajo contenido de cobre obtenido en el horno con la ayuda del fundente. En ella se eliminan los constituyentes no deseables del proceso.

  • SANGRÍA : Evacuación del horno de materias fundidas: Eje y Escoria.

  • METAL BLANCO: Producto obtenido en el convertidor debido a una fuerte oxidación de los constituyentes del Eje. Continúa su proceso de purificación en Hornos de Refino a fuego.

  • REACTION LASH : Torre de reacción del Horno Flash, en la cual concurren la alimentación de la carga, el aire y oxigeno, necesarios para el proceso; dándose las condiciones de temperatura y "suspensión" de la carga, la cual se fusiona en el recorrido o trayecto hasta llegar al settier.

  • SETTLER : Baño, cámara de separación o bahía de decantación, son algunas de las denominaciones que conllevan a la parte intermedia del Horno (Crisol Refractario), en la cual se recibe el material fundido, traduciéndose la separación del Eje de la escoria y posterior sangría.

  • UP TAKE SHAFT : Toma de gases, por la cual se dirigen los gases calientes y con arrastre de polvos, hacia la caldera, precipitadores electrostáticos con el fin de recuperar calor y polvos del proceso Flash.

EL PROCESO FLASH

INTRODUCCION

El Horno Flash y anexos, constituye una ampliación de la Fundición de Concentrado existente y tiene los siguientes objetivos principales:

- Aumentar la capacidad de fusión y conversión de la Fundición.

- Disminuir los costos de producción.

- Reducir la polución ambiental.

- Coparticipar en la producción de Acido Sulfúrico utilizando los gases provenientes de Horno Flash.

DESCRIPCION DEL PROCESO DE FUSÍON

En el Horno Flash, al igual que en los Reverberos, se funde una mezcla de concentrado y fundente, diferenciándose en que el concentrado es previamente secado a un grado mucho mayor, del orden de 0,2 de humedad.

Esta carga se alimenta al Horno por intermedio del quemador de concentrado, que se encuentra en la Torre de Reacción del horno. El quemador mezcla el material de alimentación y el polvo de la combustión (polvos recuperados), con el aire enriquecido con oxigeno, guiando esta suspensión dentro de la torre de reacción del horno.

Por la granulometría fina de esta carga, la fusión ocurre en "suspensión", lo que acelera las reacciones del proceso y la transferencia de calor.

Parte de las reacciones que ocurren en el Convertidor, se producen en esta fusión denominada "FLASH", aportando además calor.

La fusión Flash, se basa en suspender y fundir la carga seca, en un flujo vertical u horizontal, de aire; aire enriquecido u oxigeno (PROCESOS FLASH OÜTOKÜMPÜ - FLASH INCO).

El material fundido que se forma en la Torre de Reacción, se recolecta en la Cámara de Separación, donde el eje se separa de la escoria por diferencia de peso específico (densidades), quedando de esta manera estás dos fases muy definidas, en cuanto a niveles, dentro del Horno.

Tanto la escoria como el eje son sangrados del horno por sus respectivos puntos de evacuación (orificios - compuertas) y guiados por intermedio de canaletas a sus respectivas ollas de recepción. La escoria es trasladada a botaderos y las ollas con el eje son llevadas hacia la línea de Convertidores para continuar el tratamiento del eje.

Los gases generados durante el proceso avanzan por la Toma de Gases y siguen un tratamiento de recuperación de polvos y de aprovechamiento del calor que se llevan del Horno.

LAS VENTAJAS DE LA FUSIÓN FLASH SON:

- Bajo consumo de combustible, pudiendo llegar a ser autógena por la combinación adecuada de enriquecimiento del aire y oxidación de la carga.

- Alta capacidad unitaria de producción, cuatro veces superior a la de un horno de reverbero convencional.

- Concentración alta y constante de anhídrido sulfuroso (S02) en los gases.

- Ejes de alto grado (Ley en Cobre).

ALGUNAS DESVENTAJAS DE LA FUSIÓN FLASH

- Aumento de costos en algunos centros productivos por la necesidad de secar el concentrado a niveles mucho más riguroso que los utilizados en los otros procesos de fusión, como también por la necesidad de incorporar una planta de oxigeno.

- Comparado con el Horno Reverbero su única desventaja es que el proceso Flash no se presta para la limpieza de escoria de Convertidores.

TABLA COMPARATIVA

Comparación de consumo de combustible, oxigeno y energía de los procesos de fusión de concentrado

PROCESO

ENRIQUE-

CIMIENTO

AIRE

( OXIG.)

(Kg/T.CONC.)

(Kg/T.CONC.)

CONSUMO

TOTAL DE

ENERGÍA

(Mcal/T.CONC.)

REVERBERO

CONVENCIONAL

21

140 - 180

0

1.400-1.800

REVERBERO

(OX-PETRÓLEO)

95

60 - 70

200

660 - 760

FLASH OÜTO-

KÜMPU, AIRE

PRECALENTA-

DO

21

53

0

560

FLASH OÜTO-

KÜMPÜ, AIRE

ENRIQUECIDO

28

30

80

300

FLASH OÜTO-

KÜMPÜ, AIRE

ENRIQUECIDO

CON SECADO

40 - 60

15-20

160

130

FLASH INCO

95 - 97

8 (SECADO)

200

150

EL REACTOR FLASH

INTRODUCCION

El propósito de este material es el de describir en forma simple la conformación del horno y sus equipos accesorios, con el fin de clarificar los aspectos básicos del proceso en cada zona de operación de este tipo de Horno.

CONFORMACION BASICA DEL HORNO

A fin de simplificar la conformación del Horno, puede decirse que está constituido por tres partes básicas, ya que en cada una de ellas ocurre o se lleva a cabo, parte del proceso denominado "FLASH". Nos referimos a las siguientes zonas:

1.- REACTION SHAFT (TORRE DE REACCIÓN)

2.- SETTLER (CÁMARA DE SEPARACIÓN)

3.- UP TAKE SHAFT (TOMA DE GASES)

1.- TORRE DE REACCIÓN (REACTION SHAFT)

La Torre de Reacción es un cilindro de acero, revestido con ladrillos refractario montado horizontalmente Está abierto a la cámara de separación en su parte inferior y se cierra en la parte superior. En este último se encuentra ubicado el quemador de concentrado y los de combustión (oilon)

La Torre de Reacción se suspende independientemente de la estructura de acero rígido que circunda el horno.

Las cajas de distribución de agua en el nivel superior al rededor de la periferia de la torre se emplean para enfriar la carcasa de acero externo, y la temperatura se mide continuamente mediante termocuplas incorporadas en el revestimiento refractario. Estos rociadores son parte de un sistema de enfriamiento del tipo Spray (agua de neblina). El Reaction Shaft en su parte inferior posee refrigeración por chaquetas en disposición interna y externa.

1.1.- QUEMADOR DE CONCENTRADO

El Quemador de Concentrado se encuentra en el centro de la pirámide de la torre de reacción. El concentrado más el fundente y el aire enriquecido con oxígeno se llevan hacia el quemador de concentrado. En el se mezclan el material de alimentación y el polvo de la combustión con el aire enriquecido con oxigeno y guía esta suspensión dentro de la torre de reacción.

El material de alimentación y el aire enriquecido con oxígeno debe mezclarse en la proporción correcta para producir ejes del grado deseado.

DATOS DEL PROCESO

- Flujo de material de alimentación máximo 100-130 T/h

- Flujo de aire de proceso máximo 35000 m3/h

- Flujo de oxigeno de proceso máximo 15000 m3/h

- Temperatura 25 °C

- Enriquecimiento 40-60

Uno o dos ventiladores de alta presión de igual tamaño, toman el aire ambiente y lo soplan a través de un ducto de gas hacia el quemador de concentrado del horno de fundición Flash.

Después de los ventiladores en la cañería de aire hay una sección de mezclado, donde el aire del proceso se enriquece con oxígeno. Las cantidades de aire y oxígeno son controladas mediante válvulas de control de flujo automáticas.

DATOS DEL PROCESO

- Ventilador de aire del proceso:

Capacidad 30.000 m3/h

Presión estática 8 kPa

Temperatura 25-30°C

1.2.- EQUIPO DE AIRE DE COMBUSTIÓN

Dos ventiladores de alta presión de igual tamaño suministran el aire de combustión a los quemadores ubicados en la torre de reacción. El aire ambiente es soplado a través de un ducto y la cantidad de aire a cada grupo de quemadores de petróleo es controlado a través de flujímetros. También las cantidades de petróleo son medidas de modo que la razón de petróleo y aire de combustión se controla mediante un control de razón normal separadamente para cada quemador.

DATOS DE PROCESO

- Flujo de aire de combustión máxima 60000 m3/h

- Temperatura 25°C

Ventilador de aire de combustión:

- Capacidad 30000 m3/h

- Presión estática 8 kPa

2. - CÁMARA DE SEPARACIÓN (SETTLER)

La cámara de separación es la parte horizontal del horno de fundición flash. En ella se deposita el material fundido separándose por diferencia de densidad en Eje y Escoria.

La cámara de separación consiste de una carcasa de acero de forma rectangular y esta revestido en su interior con ladrillos refractarios del tipo cromo-magnesita.

El fondo tiene la forma de un arco invertido. Las paredes laterales están escalonadas y la pared que esta entre la torre de reacción y la de captación es del tipo suspendido. Los ladrillos del techo son también de cromo-magnesita.

Las paredes laterales se enfrían mediante los elementos de refrigeración de cobre incrustados en el enladrillado (chaquetas).

Existen cuatro aperturas a fin de alimentar el horno con el material utilizado para reducir la magnetita mediante adición de hierro.

También hay algunas aperturas para medir los niveles de material fundido y el de piso falso mediante una barra de acero móvi1.

Se disponen de once orificios de colado, cinco de los cuales son para el eje y seis para la escoria.

Los orificios de colado también están equipado con placas es pedales de enfriamiento por agua. El eje y la escoria son colados a lo largo de canales hacía las ollas.

El material de construcción de la sección de canal de eje es de placas de acero. El alineamiento de los canales de eje consiste de ladrillos de magnesita y cemento de magnesita sobre el revestimiento de ladrillo.

Los canales de escoria son de cobre fundido- No cuentan con revestimientos y son enfriados por agua. La pendiente es de aproximadamente 5° (grados). El canal de Eje no es refrigerado.

El piso alrededor de los orificios de colada del eje y las canales está cubierto con una capa de ladrillos de fuego, que protegen el concreto contra posibles rebalses de fundido. El mismo recubrimiento también se emplea en los alrededores de las canales de escoria.

En las paredes del sector de la cámara de separación hay seis aperturas para quemadores auxiliares.

3.- TORRE CAPTADORA DE GASES (UP-TAKE SHAFT)

Los gases del horno a la temperatura de aproximadamente 1300°C son inducidos hacia la caldera recuperadora de calor a través de la torre de captación. La torre de captación es una estructura de acero revestida con ladrillos de una sección transversal aproximadamente ovalada, montada verticalmente sobre el extremo del horno, esta suspendida desde la estructura de acero rígida que rodea el horno.

La transición desde la torre de captación hacia el techo de la cámara de separación, tanto como la conexión entre la torre de captación y la caldera, es enfriada por agua mediante chaquetas tal como se mencionó anteriormente.Hay varias puertas de inspección ubicadas en las paredes de la captación. Estas pueden emplearse para inspeccionar generalmente la condición del interior de la captación o para limpiar incrustaciones.

Hay una cortina de acero en la parte superior de la conexión entre la torre de captación y la caldera recuperadora de calor. A través de ella se puede cortar el flujo de gas desde el horno hacia la caldera. Esto se hace cuando la caldera debe ser detenida por razones de reparación o mantención.

Durante la operación normal, esta división permanece suspendida. Hay una apertura de escape de emergencia en el centro del arco de captación. Durante las detenciones de la caldera la cubierta

de esta apertura se retira mediante el puente grúa y se ubica una chimenea móvil en la apertura para dirigir los gases de calentamiento del horno hacia la atmósfera.

CARACTERISTICAS DE LAS PARTES PRINCIPALES DEL HORNO

  • TORRE DE REACCIÓN (REACTION SHAFT).

Está compuesta por un cilindro de acero, revestido interiormente con ladrillos refractarios. Tiene un diámetro interior de 6,0 mts. y una altura de 6,0 mts.

El techo esta constituido por un domo de ladrillos refractarios, con cubierta de acero, con una abertura para el quemador de concentrado y tres aberturas para quemadores de petróleo. La torre de reacción está suspendido mediante colgadores de la estructura del edificio, independiente del settler.

La unión de la torre de reacción, con el techo del settier es flexible para permitir dilatación térmica.

Los refractarios en esta zona llevan chaquetas (elementos de cobre), refrigeradas con agua.

El reaction shaft se refrigera superficialmente con agua rociada, que se distribuye alrededor de la periferia del cilindro

en su parte superior.

  • CÁMARA DE SEPARACIÓN (SETTLER)

Esta conformado por un crisol o baño y un techo suspendido.

El crisol o baño esta constituido por una carcasa hecha de planchas de acero. Las dimensiones aproximadas son:

22,0 mts. de largo x 8,0 mts de ancho x 1,7 mts de alto.

Las paredes van apoyadas en el fondo, sujetas mediante un sistema de estructura y tirantes con resortes, constituyendo un mecanismo para absorber las dilataciones térmicas.

El piso está revestido con ladrillos refractarios dispuestos en forma de arco invertido.

El techo es del tipo suspendido y esta formado por ladrillos refractarios de cromo magnesita. Estos se mantienen comprimidos entre si mediante un sistema de resortes y tirantes En las paredes y aberturas del techo, donde se conectan el "Reaction Shaft" y el "üp Take Shaft", se dispone de elementos refrigerantes.

En las paredes del settier están dispuestas once (11) salidas de colada, de las cuales; cinco (5) son para eje y seis (6) para la escoria.

La disposición y numero de quemadores, es la siguiente: Seis (6) en las paredes y cuatro (4) en el techo.

  • TOMA DE GASES (ÜP TAKE SHAFT)

Esta ubicada en el extremo opuesto del "settier", en relación al "Reaction Shaft".

Esta constituida por una carcasa de acero revestida interiormente con ladrillos refractarios, que va colgada de la estructura del edificio, independiente del Settier tiene una gran abertura, a través de la cual fluyen los gases hacia la Caldera y varias compuertas de inspección y de limpieza de paredes. En su parte superior tiene una abertura, normalmente sellada, que constituye una salida de emergencia de los gases del Horno.

La unión del Up Take Shaft y del techo del Settier es flexible para permitir las dilataciones térmicas.

La unión entre la salida del Up Take Shaft y la entrada de gases a la Caldera, esta provisto de una junta de expansión.

Adicionalmente dispone de una garganta en la cual puede instalarse una cortina refrigerada por agua, a fin de aislar el Horno de la Caldera.

SISTEMA DE REFRIGERACION

El presente fascículo forma parte del material de apoyo a la instrucción del curso y por lo tanto sólo contiene los aspectos fundamentales en torno al tema. En la medida que aumente la complejidad de la materia, se adicionarán los correspondientes fascículos conteniendo tales aspectos.

Este fascículo que Ud. está leyendo le indicará el porqué de la refrigeración en el horno (o Reactor) Flash; en qué áreas del reactor se aplica; cuáles son los sistemas utilizados; desde dónde y cómo llega el agua de refrigeración a los sistemas y cuál es el sistema de emergencia contemplado en el Proyecto.

INTRODUCCION

De igual forma se señalarán algunos aspectos sobre la ventilación local y se adjuntarán diversos diagramas de distribución de equipos y diagramas descriptivos de algunos subsistemas integrantes del sistema de refrigeración.

FUNDAMENTOS

1.- ¿QUE ES REFRIGERAR?

Refrigerar o "enfriar" un cuerpo o elemento caliente, consiste en "sacarle" o traspasarle el calor que contiene a algún fluido que circule a través de él o en torno a dicho cuerpo caliente.

1.1.- ¿POR QUE ES NECESARIO REFRIGERAR O ENFRIAR?

En el caso del Flash, el material refractario que esté presente en diversas partes del horno está sometido a un esfuerzo o "ataque" de calor muy severo, lo cual afecta su duración.

A fin de proteger el refractario de la acción del calor y de esa forma preservar su integridad, es necesario recurrir al enfriamiento o refrigeración.

1.2.- ¿QUE ELEMENTO FLUIDO SE NECESITA PARA ENFRIAR?

El elemento usado preferentemente en el sistema es el agua, pero el aire de circulación forzada también es usado como vehículo de enfriamiento.

1.3.- ¿DONDE O EN QUE PARTE DEL HORNO SE APLICA REFRIGERACIÓN?

Las áreas refrigeradas son:

- Paredes de la torre de reacción

- Paredes de la bahía de decantación (Settier)

- Juntura de unión entre la torre de reacción y el arco de la bahía de decantación

- Orificios de colada o sangría

- Canales de escoria

- unión de conexión entre el arco de la bahía de decantación (Settier) y la toma de gases . (üp-Take)

- Unión de conexión entre la toma de gases y la caldera recuperadora de calor

Debe mencionarse además, que existen equipos o parte de ellos, alguno de sus componentes deben ser refrigerado.

1.4.- ¿DE QUE MANERA SE PUEDE ENFRIAR ESAS ÁREAS?

Existen dos forma o sistemas para enfriar:

- Sistema de rociado de agua o spray

- Sistema de agua en camisas o chaquetas

1.5.- ¿QUE SISTEMA SE USA PARA ENFRIAR LAS ÁREAS SEÑALADAS?

El sistema de rociado de agua o spray se utiliza exclusivamente en las paredes de la torre de reacción. Por lo tanto,

todas las otras áreas se enfrían mediante el sistema de camisas o chaquetas o, como en el caso de los orificios de sangría y de los canales de escoria, al sistema de chaqueta se le agrega el enfriamiento por ventilación local, mediante la circulación de aire por tiraje forzado.

1.6.- ¿DESDE DONDE Y COMO SE TRANSPORTA EL AGUA HASTA LOS SISTEMAS REFRIGERANTES?

Un tipo de agua utilizada es la denominada "agua tratada" (desmineralizada) y proviene del estanque recolector. Este tipo de agua es la que se utiliza en el sistema de chaquetas.

El agua debe ser "desmineralizada" a fin de evitar las llamadas incrustaciones o "depósitos" que podrían provocar obstrucciones y deterioro al sistema.

Para ambos sistemas, el agua es bombeada a través de un intercambiador de calor hasta los centros de distribución, desde donde es entregada a cada elemento o área de enfriamiento.

ASPECTOS DESCRIPTIVOS

2. ¿COMO ACTÚA EL SISTEMA SPRAY?

Para decirlo de una manera simple, en el sistema spray el agua de enfriamiento se rocía en el nivel superior alrededor de la periferia de la torre de reacción.

El agua rociada se desliza o escurre a lo largo de la coraza de acero de la torre y ésta se enfría. De esta- manera, enfriando la coraza, se preserva la integridad del material refractario que está en el interior de la torre de reacción.

Es importante señalar que este sistema involucra la perdida de un volumen significativo de agua, estimado en 1 metro cúbico por día.

De este aspecto nace la imperiosa necesidad de chequear periódicamente los niveles del estanque a fin de mantener siempre constante los volúmenes de agua almacenada preestablecidos.

En cuanto al sistema por chaquetas, este es un sistema de agua a presión que circula por el interior de elementos refrigerantes de cobre. Estos elementos refrigerantes metálicos son los que se conocen como chaquetas.

Existen dos tipos de chaquetas: Las tipo I y las de tipo L. Ambas se utilizan en la torre de reacción, (Reaction Shaft), en la toma de gases. (Up-Take).

2.1. ¿CUALES SON LOS PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE AMBOS SISTEMAS?

- ESTANQUES DEL ALMACENAMIENTO DE AGUA.

Usted ya sabe que tanto el sistema spray como el de chaquetas tienen su propio estanque recolector de agua.

Para el caso del sistema spray, el estanque de hormigón tiene una capacidad de almacenamiento de 200 metros cúbicos de agua. Por su parte, el sistema de chaquetas cuenta con un estanque, también de hormigón, capaz de almacenar 400 metros cúbicos de agua.

- BOMBAS DE IMPULSIÓN.

Ambos sistemas cuentan con tres bombas de las cuales una se encuentra en operación y las otras dos en "stand by" o en "estado de espera".

El sistema spray posee dos bombas verticales de 285 metros cúbicos por hora cada una y son accionadas con motores eléctricos de 75 kilowatts. La otra bomba también es vertical, de idéntica capacidad, pero accionada con motor diesel.

Por su parte el sistema de chaquetas posee dos bombas verticales de 700 metros cúbicos por hora cada una. Los motores de estas bombas son de 200 y 186 kilowatts. La bomba vertical restante es de igual capacidad que las otras dos, es accionada por un motor diesel.

OTRAS INSTALACIONES

3.- ¿EXISTE ALGUNA OTRA INSTALACIÓN IMPORTANTE DENTRO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN?

Sí señor, existe otra instalación muy importante y es aquella que agrupa los Intercambiadores de Calor.

Lo más probable es que a estas alturas usted se esté preguntando:

¿Qué pasa o qué se hace con el agua que se lanza por el sistema spray o que circula por las chaquetas?

Veamos: Primeramente es importante que sepa que el agua luego de circular por las chaquetas o de "deslizarse" como una delgada lámina por la periferia externa del cilindro del reactor, es recuperada y colectada en la cubeta y luego, por simple gravedad, llega a los estanques correspondientes.

En segundo lugar, y tal como Ud. ya lo supone, el agua recuperada está caliente, esto es, tiene una temperatura mayor a la que entró.

Por lo tanto, si se introduce agua a temperatura de más o menos 30°C a ambos sistemas y recupera agua caliente, en torno a los 50°C significa que se "sacó" o "extrajo" calor desde las zonas calientes.

Esta agua caliente se enfría en los Intercambiadores de Calor y para ello se utiliza, como fluido refrigerante, agua proveniente del circuito de la Torre de Enfriamiento.

El agua enfriada es enviada finalmente a ambos sistemas; esto es al por chaquetas y al por spray.

EMERGENCIAS

4.-. ¿CUENTA EL PROYECTO CON ALGÚN SISTEMA DE EMERGENCIA?

Efectivamente, el Proyecto contempla un sistema de emergencia y que consiste en el estanque de reserva con una capacidad de 100 metros cúbicos de agua y desde donde puede alimentarse agua conjuntamente al sistema spray y chaquetas, por simple gravedad.

CONCLUSIONES

A.- Todo elemento, componente o área que está sometida a elevadas temperaturas de manera constante, debe ser enfriada para preservar su integridad y con ello mantenerlas en operaciones adecuadamente.

B.- Si el agua usada en ambos sistemas entra al circuito a una temperatura menor a la que tiene cuando sale del sistema, significa que durante su paso por las zonas calientes les "saco" o "extrajo" calor. Se comprueba así que, tal como se dijo al principio de este fascículo,

"ENFRIAR O REFRIGERAR ES SACARLE CALOR A UN CUERPO CALIENTE

MEDIANTE EL PASO A CIRCULACIÓN DE ALGÚN FLUIDO (AGUA)".

C.- El fluido agua al portar o contener el calor que extrajo del cuerpo caliente, se convierte en el llamado FLUIDO REFRIGERANTE.

CALDERA RECUPERADORA DE CALOR

INTRODUCCIÓN

La Caldera Recuperadora de Calor es sin lugar a dudas, un equipo muy importante dentro del Proceso Horno Flash.

En efecto, es sabido que como consecuencia de las reacciones termoquímicas que se producen en el Horno Flash durante la fusión de la carga, no tan sólo se obtiene eje y escoria, sino también un importante volumen de gases.

Estos gases están a elevadas temperaturas y contienen o arrastran consigo los llamados "Polvos de Procesos" Le corresponde entonces a la Caldera:

- Enfriar dichos gases.

- Recuperar el polvo, para su posterior reutilización.

- Producir vapor para ser utilizados en la generación de energía eléctrica.

En los capítulos siguientes, y de acuerdo a los propósitos de los Fascículos de Instrucción, se entregarán antecedentes conceptuales y descriptivos de la Caldera.

ASPECTOS GENERALES

En el capítulo anterior se dijo que una de las misiones de la Caldera era enfriar los gases provenientes del Horno Flash. Esta operación de enfriamiento tiene por finalidad dejar los gases con la temperatura que se requieren para ser ingresados a los precipitadores electrostáticos. Debe señalarse que estos gases son ricos en dióxido de azufre principal insumo para la fabricación de Acido Sulfúrico.

De igual forma, se dijo que otro de los objetivos de la Caldera era la producción de vapor. Este vapor generado por la Caldera, es un vapor saturado que pasa por el Sobrecalentador, para luego ser enviado al Anillo de Vapor de las Calderas, que recuperan el calor proveniente de los gases saliente de los hornos reverberos, ubicados en la Fundición de Concentrado, a continuación el vapor generado es enviado a la Planta Termoeléctrica. De esta manera, se participa en la generación de energía eléctrica.

Finalmente la Caldera tiene por misión captar o recuperar los polvos contenidos en los gases, los cuales son reutilizados en el proceso de fusión.

Para los propósitos de instrucción de este Fascículo, se ha estimado conveniente centrar la atención en los siguientes aspectos participantes del proceso;

- A- Aguas empleadas en la Caldera.

- B- Colector de Vapor.

- C- Caldera Recuperadora de Calor.

- D- Golpeadores

A.- Aguas de Caldera.-

A.1 Agua de Alimentación -

Es agua tratada, desmineralizada (del tipo usada en la refrigeración de chaquetas Horno Flash) y tiene por misión "alimentar" permanentemente la Caldera a fin de mantener constante los niveles o volúmenes de agua requeridos en su operación.

El flujo de agua de alimentación procedente de la planta, ingresa directamente al Colector de Vapor también identificado como DOMO, con una temperatura de 160 °C , vía una manga térmica, (vea figura No 4 y 5 ) que se encarga de precalentar el agua antes de que entre en contacto con la cámara de agua que se encuentra a 190 °C. En el Colector, el Agua de Alimentación entra en contacto al salir de la manga con el agua caliente de la cámara y parte de ella se dirige a la succión de las bombas de circulación ( Fig, 4) a fin de bajar la temperatura del agua de entrada a las bombas para evitar el daño debido a la cabitación (destrucción por desgaste de las paredes del rotor y difusor).

Es así como a la salida del DOMO el agua tiene una temperatura alrededor de los 190 °C y con ese nivel térmico ingresa a la cámara de agua de la Caldera. De esta manera con el agua a dicha temperatura, se evita el choque térmico que se produciría si el agua fría entra en contacto con el agua caliente.

A.2 Agua de Circu1ación.-

De manera simplificada puede decirse que el Agua de Circulación no es más que la contenida en la cámara de agua del colector que sale del DOMO y que circula constantemente a través de los tubos de la Caldera. Tal circulación o rotación se genera debido a que el agua, luego de pasar por los tubos, es recuperada y enviada mediante una bomba nuevamente a los cabezales que alimentan las paredes de tubos, los bancos de tubos del área de radiación,( Fig. 3 ) convección ( Fig.3 ) y al salir de estos como mezcla bifásica vapor-agua es recolectada en la cámara de mezcla del Domo, (Fig. 4) donde se le somete a un proceso mecánico continuo de separación entre agua (devuelta a la cámara) y vapor (enviado a los filtros de niebla>( Pig. 4 y 6).

Naturalmente que el proceso de mezcla de agua y vapor que se producen en el DOMO es complejo, y por tal motivo, se explica con mayor detención y detalle durante el desarrollo de las clases.

B.- Colector de Vapor.-

Pues bien, del colector (DOMO) se destacará a lo menos dos funciones específicas.

Su principal función es separar el vapor del agua mediante los dispositivos mecánicos dispuestos para este objetivo.

En segundo término, en el DOMO se obtiene la homogenización de temperatura entre el Agua de Alimentación y la de cámara, y así permitir el ingreso seguro a la tubería de succión de las bombas de circulación, que se encargan de repartir el agua por todas las área de la caldera, (Fig. 4).

C.- Caldera Recuperadora de Calor -

La Caldera Recuperadora de Calor es del tipo horizontal y consiste desde el punto de vista operacional descriptivo, de una Cámara de Radiación y de una Zona de Convección- Ambas están habilitadas con tubos de acero colgantes ( Fig- 8) y son protegidas o aisladas mediante fibra o lana de vidrio la cual es distribuida en torno al manto o coraza de la Caldera. De ésta manera, se pretende que la temperatura de la cara fría no supere en más de 20 °C la temperatura ambiente.

C.1 Cámara de Radiación--

En esta zona se produce el primer contacto de los gases calientes provenientes del horno con los tubos de la Caldera. De esta manera el agua que circula por los tubos y que tiene una temperatura menor que la de los gases, le sustrae calor provocándole como consecuencia un primer nivel de enfriamiento.

Es así como, los gases entran a la cámara con una temperatura que oscilan entre los 1.250 y 1.400 °C y salen de allí en torno a los 800 °C- De esta manera, puede decirse que los gases calientes perdieron más de 500 grados en su paso por la Cámara de Radiación.

C.2 2ona de Convección--

Esta zona está ubicada en el extremo opuesto a la cámara de combustión y también tiene como misión enfriar los gases, o más correctamente, continuar enfriando los gases. En efecto, se dijo que los gases salen de la Cámara de Radiación a 800 °C. Pues bien, en su paso por la Zona de Convección los gases pierden alrededor de otros 500 °C por lo que salen de la Caldera a más o menos 300 °C, temperatura con la cual se les envía a la Planta de Acido.

D.- Golpeadores.

Los gases que ingresan a la caldera no tan sólo lo hacen con elevada temperatura, sino también con significativa Velocidad. Si a esto se agrega que los gases en su paso por la Caldera van perdiendo temperatura, se produce el hecho que los polvos que contienen se van precipitando o más bien, se van quedando adosados en el área de la Cámara de Radiación.

En efecto, los gases al entrar a la Cámara chocan contra los tubos colgantes que están dentro de ella. De esta forma, los tubos colgantes actúan como verdaderas cortinas o pantallas en los polvos van quedando adosados, tanto por efecto del choque repetimos, como por efecto del enfriamiento de las partículas de polvo al irse enfriando el gas. De esta manera estas «Pantallas» captan los polvos .

La velocidad de los gases sin embargo, no permiten que todos los polvos contienen queden atrapados en esta zona y ello se traduce en que ellos continúan su camino a través de la Caldera y se depositan en otros lugares.

Por los motivos anteriormente descritos, es de imperiosa necesidad remover estos depósitos de polvo ya que sino se hiciera, se provocarían serios trastornos a la operación de la Caldera. Para ello entonces, se recurre a los llamados Golpeadores. los cuales están ubicados estratégicamente en la parte externa de la Caldera y golpean cíclicamente esos puntos estratégicos. La fuerza del golpe y las vibraciones provocan en definitiva el desprendimiento de los polvos adheridos.

ALGUNOS ANTECEDENTES TECNICOS

  • Datos de proceso para la caldera.

Flujo de gas normal 47.000 M3/H.

Flujo de gas, diseño 68.000 M3/H.

Temperatura de la entrada 1.250 °C - 1.400 °C.

Temperatura de la salida 300 °C - 400 °C.

Flujo de vapor máximo continuo 72 Ton./H.

Temperatura del vapor 276 °C.

Presión de operación de la caldera 6.0 Mpa.

  • Bombas Elevadoras de Agua de Alimentación.

Flujo de circulación de agua 1.000 M3/H.

Capacidad 57 Ton/H.

Presión estática 3.5 Mpa.

Temperatura del agua de alimentación 160 °C.

Cabe señalar que existen dos bombas de idénticas características, una de las cuales está en servicio y la otra en Stand-by.

  • Bombas de Agua de Circulación-

Capacidad 700 m/h.

Presión estática 0.3 MPa

Temperatura 275 °C

También existen dos bombas para estos efectos bajo el sistema operacional de una en servicio y la otra en Stand-by.

RESUMEN

- La Caldera Recuperadora de Calor tiene como misiones fundamentales:

a) Enfriar los gases producidos por el Horno Flash.

b) Recuperar el polvo contenido en loe gases provenientes del Horno Flash.

c) Producir vapor para contribuir a la generación de energía eléctrica.

d) Desde el punto de vista operativo - descriptivo, la Caldera cuenta con una Cámara de Radiación y una Zona de Convección.

- El Agua de Alimentación debe ingresar al DOMO o Colector de Vapor para adquirir la temperatura de entrada a la Caldera.

- El Agua de Circulación es reciclada y enviada a los Colectores de alimentación (Header) en donde por efecto del calentamiento dará a lugar el proceso de mezcla agua - vapor.

- Los Golpeadores tienen por finalidad desprender los polvos depositados en las áreas de circulación de gases.

MANEJO DE GASES Y POLVOS

INTRODUCCION

Durante el proceso de fusión Flash se tienen también como producto Gases generados en el Horno. Estos deben ser tratados y purificados con el objeto de;

• Recuperar el calor que se llevan del Horno

• Recuperar los Polvos que arrastran del Horno.

• utilizar la cantidad de S02 para la Fabricación de Acido Sulfúrico.

Debido a esto, siguen la siguiente línea de tratamiento:

• Alimentación a la Caldera en la cual se recuperan los Polvos en las secciones de Radiación y Convección.

• Tratamiento en Precipitadores electrostáticos, para recuperar los polvos que todavía llevan los gases.

• Mezcla con los gases producidos en los otros procesos de la Fundición, como lo son el Convertidor Modificado (CMTT) y el del Reverbero 4.

Esto con el fin de aprovechar el alto contenido en SO2 que llevan, en la fabricación de Acido Sulfúrico.

Es de esta forma como se les saca provecho, ya que de otra manera, por el alto volumen generado día a día en la operación del horno, las pérdidas de materiales valiosos la cantidad de calor (energía) y la cantidad de SO2 contenidos en ellos, harían a este proceso poco económico y muy contaminante .

ASPECTOS RELEVANTES

La recuperación de los polvos en la Caldera se verifica en las siguientes zonas de ésta:

Los Polvos recuperados de la Zona de Radiación se reciben en los Dust Backet (recipientes de almacenamiento de polvos) y retirados para su posterior procesamiento.

Los Polvos recuperados de la Zona de Convección continúan hacia el Sistema de Transporte Neumático M-38, previa reducción de su tamaño en un Chancador de Rodillos.

Los polvos recuperados en los Precipitadores Electrostáticos, se juntan con los de la Caldera (convección), siendo enviados o transportados neumáticamente (Sistema W-38) a la tolva de polvos recuperados.

La proporción de polvos de precipitadores y de caldera es variable, ya que es necesario establecer un correcto equilibrio de las impurezas o elementos químicos que contienen y que son nocivos para la calidad del Eje.

Es así, como pasan a formar parte de la carga, que se alimenta al quemador de concentrado del Horno Flash.

Otra línea de recuperación ese polvos, es la de los gases del Secador de Concentrado. En ésta, mediante un Precipitador Electrostático, se recuperan los polvos y se mezclan con la descarga del concentrado seco del Secador. Posteriormente, mediante el Sistema de Transporte Neumático M-20, esta carga es alimentada a las tolvas de concentrado seco para su tratamiento en el Horno Flash.

Los gases purificados en esta línea (secado), son desear gados a la atmósfera ya que su composición no es adecuada para tratamientos posteriores.

Por tratarse Gases producto de la combustión generada por quemadores, no contienen SO2, siendo inofensivos y por lo tanto pueden liberarse a la atmósfera.

DATOS GENERALES DEL PROCESO

1.- Precipitador Electrostático Secador.-

Capacidad Normal Gases: 41.200 Nm - Hora.

Capacidad Máxima Gases: 63.000 Nm5- Hora.

Polvos en los Gases: 500 a 542 gramos - m

Recuperación de Polvos: 27.2 TPH.

2.- Caldera Horno Flash -

Flujo de los Gases ; 20.000 a 50.000 Nm3- Hora

Temperatura Entrada Gases: 1-300 a 1.350 °C-

Polvos en los Gases : 80 a 170 gramos - m

3.- Precipitadores Electrostáticos Horno Flash -

Capacidad Normal Gases: 35.000 Nm - Hora.

Capacidad Máxima Gases: 50.000 Nm - Hora.

Polvos en los Gases: 90 a 120 gramos - m3

Recuperación de Polvos: 4.5 a 5 TPH.

CARGUIO DEL HORNO

INTRODUCCION

Como usted recordará, en el capítulo dedicado al "Transporte Neumático del Horno Flash", se describió y analizó todo lo relativo al transporte de la carga seca desde las tolvas de concentrado y de Sílice hasta el llamado Quemador de Concentrado.

De igual forma en el capítulo 'El Reactor Flash" se describieron los principales componentes del Horno y las funciones básicas de ellos.

De esta manera, estaría todo previsto como para entrar directamente a la problemática de la Carga Sin embargo, aún faltaría una etapa previa y es la relativa al Carguío del Horno, tema al cual estará dedicado este fascículo.

ASPECTOS RELEVANTES DEL CARGUÍO

1.- Componentes de la Carga -

En la carga del Horno Flash, sus componentes es factible de agruparlos en dos categorías.

A.- carga seca

B.- polvos recuperados

A.- carga seca-

La llamada carga seca está constituida por el Concentrado Seco y el Fundente.

Como se recordará, es condición indispensable e ineludible que el concentrado esté prácticamente seco para que sea factible la Reacción Flash. Por ello es que se exige que el rango de humedad contenida en el Concentrado no sea superior al 0.25 En términos de rango permitido, la humedad podría fluctuar entre O.20 a 0.25.

También usted recordará que el fundente utilizado en Chuquicamata es Sílice, de fórmula química SiOa .

Así como el reducido grado de humedad del Concentrado en una exigencia vital del proceso, existe otra de igual importancia. Esto se refiere a la granulometría o tamaño de los sólidos. Es decir, el proceso Flash exige que los sólidos, (concentrado, fundente y polvos) deben ser de una determinada finura.

De esta manera, se pide para el concentrado, que sus partículas tengan un tamaño bajo la malla 200; y para la Sílice se exige un tamaño de 100 menos 4 mallas.

B.- Polvos Recuperados -

Los polvos provienen de la recuperación que de ellos se hacen tantos en la Caldera como de los Precipitadores Electrostáticos.

Al respecto, usted también recordará que en la Caldera los polvos se recuperan en dos zonas: Zona de Radiación y Zona de Convección y que tanto estos polvos como los recuperados en los Precipitadores, provienen del Horno Flash al ser arrastrados por los gases productos del proceso de fusión del concentrado.

Al hablarse de la Carga Seca, se señaló que se le exige un determinado tamaño a sus componentes. Naturalmente entonces, que los polvos también deberán tener un determinado tamaño. Es así como a los polvos provenientes de la Zona de Convección de la Caldera su tamaño deberá ser de 100 bajo malla 200 y los provenientes de los precipitadores de un tamaño similar.

Usted habrá notado que no se mencionan los polvos provenientes de la Zona de Radiación de la Caldera. La razón es que no se les utiliza por que su tamaño de obtención, del orden de pulgada, obligaría a un tratamiento posterior de reducción para ser usado en el Flash. No obstante, ese tamaño no impide que se les utilice como carga fría en los otros hornos de fusión convencional o directamente a Convertidores.

2.- Composición Química de la Carga.-

La clave en el proceso de fusión es lograr un eje con una composición química deseada o prevista, especialmente con un alto contenido de cobre. Naturalmente que la posibilidad de lograrlo, en gran medida, guarda relación con un adecuado equilibrio o balance entre los componentes químicos de los constituyentes de las cargas. En otras palabras, conocidos los contenidos de dichos componentes de la carga, es factible determinar las "proporciones" de cada uno de ellos a fin de obtener la composición química provista para el eje.

De lo anterior se desprende que los componentes de la carga tienen composiciones químicas variables y esto se debe a que es imposible que él o los minerales de donde provienen, tengan una composición única y estable.

2.1 Composición del Concentrado

De acuerdo a lo dicho en los párrafos anteriores, el concentrado presenta composición química variable.

Es así que tal como se indicó en la tabla III del fascículo "Análisis Comparativo entre los Procesos Convencionales y el Horno Flash", el proyecto contempla un contenido de Cobre, Cu, en el concentrado de 36 a 40. Sin embargo, nuestro concentrado contiene entre 32 y 35 de Cobre.

El resto de los contenidos para los distintos componentes químicos señalados en la citada tabla III, están dentro de los rangos que presenta nuestro concentrado. A modo probatorio puede señalarse que el concentrado utilizado en las cargas del Horno Flash durante el mes de noviembre del año pasado, (1988), presentó la composición química, en valores porcentuales promedio, que a continuación se señala. Se aprovecha también de incluir las composiciones promedio de los Polvos de Caldera (Convección), de los polvos de Precipitadores y del Fundente.

Cu Fe S SiO2 Al2O3 As Zn Al

Concentrado 33.09 18.66 33.95 4.63 1.19 1.39 0.46 -----

Polvo convección 32.09 12.49 7.47 4.37 ----- 8.71 1.22 -----

Polvo precipitador 29.45 9.00 8.48 4.26 ----- 11.14 1.24 -----

Fundente ----- ----- ----- 65.11 ----- ----- ---- 12.61

Fe3 04 S4

9.18 21.22

6.22 24.35

3.- Proporción Fundente-Concentrados-Polvos de retorno

El Fundente Sílice, se adiciona a la carga con la finalidad que actúe en la escoria para que ésta se tome fácil de maniobrar, (sangrar), y permita además que en la escoria queden elementos químicos que contiene el concentrado (y los polvos) que no se desean que permanezcan retenidos en el eje.

Por esta razón, y dependiendo principalmente de sus composiciones químicas, el Fundente y el Concentrado deben observar una determinada proporción. Sin embargo, la variabilidad de las composiciones químicas de estos componentes de la carga, no permite establecer una proporción fija. y sólo podría señalarse que la proporción depende del contenido del Sílice del Concentrado; de la ley de eje que se desea obtener; del contenido de Sílice del Fundente y del contenido de Sílice deseado en la escoria.

Mayores antecedentes al respecto se dan en el fascículo "Fusión en el Horno Flash".

Sin embargo y con el ánimo de dar una idea referencial sobre el tema de las proporciones, se presentan los siguientes antecedentes.

En el mes de noviembre de 1988. el Horno Flash produjo 22.775 Toneladas de eje y 13.133 Toneladas de escoria. Para ello se cargaron durante el mes; 38.946 Toneladas de Concentrado Seco; 2.223 Toneladas de Fundente y 1.785 Toneladas de polvos de retorno, lo que da un total de 42.954 Toneladas de material cargado.

En cuanto al porcentaje de polvos que debe contener la carga, puede señalarse que su magnitud depende, en primer lugar, de su contenido de Arsénico, ya que debe evitarse que el eje obtenido contenga más de 0.50 de este elemento.

En segundo término, se usa cuando el baño fundido está muy caliente. De esta manera al adicionar más polvo a la carga esté enfría o hace descender la temperatura del baño.

A título referencial puede señalarse que»para efectos de bajar la temperatura, se adicionará polvos de retorno cuando la temperatura del eje esté sobre los 1.200 a 1.250°C. y la de la escoria sobre los 1.300 a 1.350 °C.

4.- Alimentación del Quemador de Concentrado

El proyecto contempla un flujo máximo de material de 130 Toneladas por hora. Las cantidades manejadas en nuestro Horno Flash hasta el momento, han fluctuado entre las 40 y 100 Toneladas por hora y esta fluctuación a dependido de la ley de cobre que presenta el concentrado y del porcentaje de Arsénico.

5.- Distribución de la Carga en el Quemador de Concentrado

El paso de la carga por el quemador de concentrado, impulsada por el aire enriquecido con oxígeno, deben manifestarse físicamente como un paraguas, y el que se de o no se de esta forma depende, entre otros aspectos, del alineamiento simétrico del quemador de concentrado.

Si el alineamiento no es simétrico ocurrirá que la carga se desviará hacia un costado u otro, por lo que una parte de la mezcla oxígeno - aire actuará sobre la carga y otra parte continuara su camino libremente y actuará sobre el baño, lo que provocará serios problemas al proceso.

RESUMEN

- Los componentes de la carga son la llamada Carga Seca y los Polvos Recuperados.

- Sólo con un bajo contenido de humedad en el concentrado, (menos de 0.25) y con un elevado porcentaje de Azufre (S), es posible favorecer la condición autógena del Proceso Flash.

- Los polvos recuperados usados en las cargas, provienen tanto de la Zona de Convección de la Caldera como de los Precipitadores Electrostáticos.

- La proporción Concentrado - Fundente en la carga depende del contenido de Sílice del concentrado; de la ley del eje a obtener; del 0 de Sílice del fundente y del porcentaje de Sílice aireado en la escoria.

- Para definir la cantidad de polvo a utilizar en la carga, se considera su contenido de Arsénico y su uso como atenuante de eventuales excesos de temperaturas del baño y de la escoria.

FUSIÒN EN EL REACTOR FLASH

INTRODUCCION

La materia que se entregara a continuación estará centrada de manera preferencial a conocer algunos aspectos conceptuales y descriptivos de los tres productos generados en el Horno Flash; estos son EJE - ESCORIA - GAS

De igual manera se trataran algunos aspectos relacionados con el proceso mismo de fusión.

Debe recordarse que el propósito de estos fascículos es recopilar y resumir los principales tópicos sobre el tema los que son tratados de manera más detallada y explícita durante el desarrollo del curso.

ASPECTOS RELEVANTES SOBRE FUSIÓN FLASH

1 Combustión- -

Si bien en otros fascículos ya se ha hablado sobre la fusión, es bueno recalcar que una de las características fundamentales del Proceso de Fusión Flash es que la combustión o fusión de la carga es factible realizarla bajo un régimen totalmente autógeno. Esto significa que no se necesitaría de una energía térmica proveniente de los quemadores de petróleo, sino que bastaría con la energía que se libera al entrar en reacción el azufre del concentrado, ayudando por su bajísimo contenido de humedad, con el oxígeno que existe tanto en el aire insuflado como el que se le adiciona para enriquecerlo en ese elemento.

En el caso de Chuquicamata, lamentablemente con las características de nuestro mineral, origen del concentrado, no es factible lograr la autogenidad completa y debe recurrirse a esa energía térmica que entregan los quemadores de petróleo. Como se sabe, nuestro concentrado contiene en valores promedio entre 29 a 33 de Azufre, lo cual impide que la reacción autógena sea total.

Otro factor que incide en la autogenidad es el contenido de cobre en el Eje. En efecto, a mayor contenido de cobre en el Eje mayor energía térmica se aporta al sistema. Ahora bien, podría pensarse entonces que sería cosa de procurar ejes con un contenido superior al 60 de cobre, que es el valor medio que estamos obteniendo actualmente para superar el problema. Sin embargo, no debe olvidarse que el concentrado, además del cobre, contiene muchos otros elementos químicos, y algunos de los cuales impiden que se puedan obtener ejes con mayores contenidos de cobre, sin que la calidad del eje no sea afectada. También estos elementos si suben mucho su proporción en la carga del horno afectarán tanto en la calidad de la Escoria y/o acrecentaren el ataque a los refractarios. Es por ello que, en un balance de ventajas y desventajas para decidir el subir o bajar el contenido de cobre en el Eje, se ha optado por obtener un Eje que contenga alrededor del 60% de cobre.

Por lo tanto, si bien este contenido de cobre no favorece la autogenidad, sí permite evitar la presencia de algunos elementos dañinos para el Eje, también este contenido de 60 % de cobre permite un manejo eficiente de la Escoria y mantiene el desgaste de los refractarios en los valores normalmente aceptados.

2 Reacciones Químicas Básicas -

Es necesario comprender que al entrar en contacto el azufre contenido en el concentrado con el oxígeno presente en el aire insuflado por el quemador de concentrado, se produce la autogenidad o ignición instantánea de la materia, debido a la oxidación del azufre. Esto significa entonces que se ha producido una reacción química entre el oxígeno y el azufre.

Desde luego que esta reacción es más compleja que como se ha señalado y sólo se ha planteado así para fines de facilitar la compresión sobre el tema.

Siguiendo en esa línea de presentación simple de las reacciones, diremos que la combinación del oxígeno en el azufre produce S02 , (Anhídrido Sulfuroso) el cual es un Gas, pero al producirse esa combinación se genera una gran energía térmica y es esa energía, ayudada por la generada por los quemadores de petróleo, lo que provocará la fusión de la carga.

Debe señalarse además, que i a carga que ingresa por el quemador de concentrado no se funde totalmente, ya que la velocidad con que entra a la torre de reacción, hará que parte de ella continúa su camino a través del horno sin fundirse, al ser arrastrada por los gases.

Los principales elementos químicos que contiene el concentrado de la carga y los polvos de recuperación son; Cobre (Cu); Azufre (S); Fierro (Fe); Arsénico (As); Zinc (Zn); Sí (Silicio); Oxígeno (.O2 ) y Aluminio (Al).

En cuanto a los elementos contenidos en el fundente, Sílice, éstos son: Silicio, Oxígeno, Cobre, Fierro y Aluminio.

Todos estos elementos se encuentran combinados, es decir, no están en estado puro o solos, sino que por ejemplo, el cobre está combinado con el Azufre; también lo está con el Azufre y el Fierro; como también está combinado con el Azufre y el Silicio, etc.

Por su parte, en el fundente el Silicio se combina con el Oxígeno, formando el Si0¿ , compuesto que recibe el nombre de Sílice.

Como consecuencia de todas estas reacciones químicas, cuando la carga se funde se obtienen de ellas tres productos : EJE - ESCORIA -GAS.

En el Eje, el cobre se encuentra combinado con el Azufre, el Fierro también se combina con el Azufre; el Zinc con el Azufre y el Fierro se combina a su vez con el Oxígeno formando la llamada Magnetita (Fe,04)

Por su parte, en la Escoria existe Cobre, Fierro, Arsénico y Zinc combinados en variadas formas, como también Sílice y Magnetita.

En cuanto a los gases, estos fundamentalmente son: SOa (Anhídrido Sulfuroso); ZnO (Monóxido de Zinc) y As203( Trióxido de Arsénico) y otros que se señalan en el punto 2.6.

  • Acción del Fundente.

Al producirse la fusión de la carga, los elementos químicos se combinan entre sí y forman Eje, Escoria y Gas.

El Eje, cuyo componente principal es el cobre, y debido a que posee un peso específico, entre 4.3 y 4.6 Toneladas por metro cúbico, se acumula en el fondo del SETTLER o Cámara de Separación.

La Escoria en cambio, posee una densidad menor y flota sobre el Eje, siendo esta de entre 2,5 a 3,6 Toneladas por metro cúbico.

Si en la carga no existiera o no se adicionara fundente, la Escoria sería muy viscosa y pesada, lo cual, por un lado, dificultaría de sobremanera su extracción o sangría desde el Horno, y por otro lado, dificultaría la separación que se precisa en el proceso Flash entre el Eje y la Escoria.

Igualmente, una Escoria de esas características de poco serviría para retener en ella algunos elementos que no se desean que estén en el Eje.

De esa manera entonces, el fundente, Sílice, tiene por misión fundamental:

- Fluidificar la Escoria y hacerla así factible de retirar del Horno.

- Favorecer la separación del Eje con la Escoria.

- Retener elementos nocivos para el Eje.

También podría señalarse que mediante un adecuado manejo de los componentes y compuestos químicos, presentes en la Escoria, ©s posible controlar o mantener el ataque de la Escoria a los refractarios dentro de márgenes tolerables.

  • Formación de Escoria y de Eje.-

En el desarrollo de los puntos anteriores se ha expuesto desde distintos ángulos lo relativo a la formación de Escorias y de Eje. De tal manera que para los objetivos de este fascículo, sólo cabria agregar que la formación de Escoria y de Eje se produce tan pronto como la carga ingresa a la Torre de Reacción.

5 Temperaturas Asociadas -

A fin de visualizar los rangos de temperatura que existen en el interior del Horno, éste lo dividiremos en tres zonas:

- Torre de Reacción, en donde existen temperaturas entre los 1.350 y los 1.400 °C.

- Cámara de Separación, en donde el Eje tiene temperaturas entre 1.200 y 1.250 °C y la Escoria entre 1.300 y 1.350 °C.

- Toma de Gases, existiendo allí temperaturas, a la salida de gases, de entre 1.250 a 1.350°C.

6 Generación de Gases

Ya se dijo que los gases surgen al producirse las reacciones químicas desencadenadas por la acción del oxígeno. Sin embargo, en los gases se presentan distintos componentes y en variadas proporciones .

Se señalan a continuación los principales constituyentes de los gases y los niveles porcentuales en que se encuentran:

• Anhídrido Sulfuroso (SOs. ) = 20 - 25

• Nitrógeno (Na ) = 50 - 60^

• Oxígeno (02. ) = 5

• Agua (HzO ) = menos de 1

Además, y en cantidades fluctuantes, se encuentran presentes As¿0^', ZnO; S03 y CO2. (Anhídrido Carbónico) .

Sobre el particular, debe señalarse que la presencia del Nitrógeno en los gases proviene del aire insuflado en el Quemador de Concentrado y la presencia del Carbono (C), formando Anhídrido Carbónico, proviene del combustible usado en los Quemadores de

Petróleo.

Finalmente, diremos que el flujo o volumen de gases generado, oscila entre los 20.000 y en 50.000 Nm3.

RESUMEN

- Tanto la cantidad de Azufre presente en el concentrado, como el contenido de humedad del mismo y el porcentaje de cobre provisto para el Eje, rigen o controlan la posibilidad de producir la fusión autógena en el Reactor.

- Las diversas y complejas reacciones químicas que suceden durante la fusión de la carga, generan tres productos: EJE - ESCORIA - GAS.

- La misión del Fundente se centra en tres aspectos:

• Fluidificar la Escoria.

• Favorecer la retención de elementos no deseados en el Eje

• Favorecer la separación del Eje con la Escoria

- La formación de Escoria y de Eje es instantánea.

DESGASTE DE REFRACTARIOS EN EL PROCESO DE FUSION FLASH

INTRODUCCION

El presente fascículo tiene por objeto que el participante se compenetre de la importancia que tiene el área refractaria en Horno Flash. Sus zonas y el desgaste refractario

DESARROLLO

¿QUE ES UN REFRACTARIO?

El término refractario es definido como un material no metálico inorgánico altamente resistente a una gran temperatura, se emplea en calor sobre el color rojo oscuro.

¿DONDE SE USAN LOS REFRACTARIOS?

Los refractarios están asociados en la mayoría de los procesos de manufacturas que necesitan de altas temperaturas por ejemplo: Hornos fundición de cobre, acero, vidrio, cemento, plataformas, lanzamiento de cohetes, etc.

¿POR QUE SE USAN REFRACTARIOS EN LOS HORNOS?

Su uso en horno es para mantener una temperatura interior de fundido evitando la destrucción de estructuras metálicas de los mismos ya sea mediante sistema de refrigeración o aislacion refractaria.

¿CUAL ES EL PROCESO DE SELECCIÓN DE LOS REFRACTARIOS EN LA INDUSTRIA?

Cada industria y en casi todo proceso el refractario tiene un requerimiento especial que cumplir, lo cual hace que la selección de los mismo sea difícil.

Cuando un refractario a mejorado una de sus propiedades puede ser a expensa de otra propiedad que puede ser importante para el proceso.

Esto hace que si quiere elegir un refractario adecuadamente, se debe revisar todas las exigencias del servicio y comparar las propiedades del refractario, para obtener el mejor ladrillo o producto refractario.

SANGRIA DEL HORNO

INTRODUCCIÓN

En el capítulo "Fusión de] Horno Flash" se habló extensamente tanto de los fenómenos térmicos y físicos que suceden durante e proceso, como también se habló deta11adamente lo re1atívo a la formación del Eje y de la Escoria.

Siendo estos últimos los productos del sistema de fusión en el Horno Flash, en el presente Fascículo se abordara la manera como ellos son retirados o evacuados desde el Horno es decir se tratara el tema de la SANGRÍA DEL HORNO FLASH.

ASPECTOS RELEVANTES DEL PROCESO DE SANGRÍA

Dado a que los aspectos relativos al cómo se forman el Eje y la Escoria, fueron tratados en sesiones anteriores, en el presente Fascículo, comenzaremos por interiorizarlo en qué se entiende por sangría .

2 - 1 Definición de Sangría

Sangría es el acto o la acción de sacar o evacuar tanto el Eje como la Escoria desde el Horno, a través de orificios ubicados en la parte frontal del mismo. Ambos productos son recepcionados, independientemente, en "Ollas" de acero fundido con gran capacidad de contenido .

2.2 Placas de Sangrías.-

Las placas de sangría son piezas de cobre fundido de superficie cuadrada, 30 cm. por lado, y de 10 cm. de espesor. En las placas que se emplean para la sangría del Eje exista un orificio de 50 mm de diámetro; en cambio en las placas usadas para la sangría de escoria, el orificio es de 100 mm de diámetro

La razón de las diferencias en los diámetros debe ser buscada en aspectos de densidad y fluidez que presentan cada uno de estos productos.

Cabe señalar que las placas cuentan con un sistema de refrigeración con agua.

2.3 Niveles de Eje y de Escoria.-

Como usted recordara, una característica particular del proceso flash es que la fusión del concentrado se produce, prácticamente, tan pronto como ingresa al horno. Por lo tanto, el eje y la escoria también se generan de manera prácticamente instantánea.

También debe acordarse que a medida que se va produciendo Eje Escoria, éstos se van acumulando en la bahía de decantación el Horno (SETTLER), y que como el Eje posee un peso específico mayor que la escoria, se produce una separación entre ambos, quedando la. Escoria, sobre (flotando) el Eje. Es oportuno recordar también que entre la Escoria y el Eje, existe una "Capa" o fase intermedia formada por ambos componentes y de composición muy variable.

También debe acordarse que a medida que se va produciendo Eje Escoria, éstos se van acumulando en la bahía de decantación el Horno (SETTLER), y que como el Eje posee un peso específico mayor que la escoria, se produce una separación entre ambos, quedando la. Escoria, sobre (flotando) el Eje. Es oportuno recordar también que entre la Escoria y el Eje, existe una "Capa" o fase intermedia formada por ambos componentes y de composición muy variable.

Es así entonces, como en el interior del Flash se han formado tres capas perfectamente diferenciables: Eje, en el fondo del SETTLER, la escoria en la parte superior y la fase Intermedia entre ambos.

Pues bien, como la producción de Escoria y Eje es continua, (No se interrumpe en momento alguno), los niveles de estas capas van aumentando progresivamente, siendo entonces INDISPENSARLES que estos niveles sean PERIÓDICAMENTE controlados.

2.3.1 CONTROL DE LOS NIVELES

Es condición propia de la tecnología del proceso Flash, que los niveles de los componentes fundidos tengan alturas predeterminadas. Esto significa que las mejores condiciones de trabajo del horno, se darán sólo si tales niveles se mantienen controlados entre los rangos prefijados.

A manera referencia], puede señalarse que el nivel o altura total de las tres capas componentes, (Escoria, Eje Interfase), fluctúa entre 60 a 70 cm., medidos desde el nivel cero del piso, o punto más bajo de la solera. De igual forma se procura que el nivel del Eje esté entre los 30 y 35 cm. y entre 8 a 10 cm. el nivel de la interfase.

LA SANGRÍA PROPIAMENTE TAL

Usted ya ha conocido qué son los niveles, qué o cuales son sus constituyentes y por qué es necesario controlar sus altura. De esta manera, procedería a explicarle algunos aspectos sobre la acción de sangrar y en particular usted debe conocer que aspectos hay que considerar para tomar ]a decisión de sangrar.

3.1 Equilibrio entre Cantidad de Material Cargado y Cantidad de Productos Obtenidos.-

Teniendo el proceso flash un sistema en el cual la alimentación del horno es continua, naturalmente que debe existir un equilibrio entre la cantidad de la carga y el volumen de productos que dicha carga generan. Tal equilibrio, para decirlo de manera simple, se logra mediante el sangrado del horno.

Esto implica evacuar periódicamente eje y escoria.

Esta necesidad ineludible de mantener el equilibrio señalado, constituye de por sí un aspecto que se tiene presente en la decisión de proceder o sangrar el horno

3.2 Mantención de Niveles--

Otro aspecto que influye en la decisión de sangrar el horno, es el ya señalado, en orden a que, metalúrgicamente hablando, el proceso flash requiere que los niveles de los materiales fundidos se mantengan entre los rangos prefijados.

De esta manera, y a manera indicativa, cuando la altura total de los componentes fundidos alcanzan los 70 cm. estaría indicando que seria recomendable sangrar.

De igual forma, cuando el nivel total decrece hasta los 60 cm, estaría indicando que sería el momento de tapar o sellar. La secuencia de sangría comienza con la evacuación de ala escoria y una vez que ésta a terminado, se procede a sangrar el eje.

Si bien es aconsejable evacuar la totalidad de la escoria, no se aconseja lo mismo para el caso del eje.

Por una parte, estas recomendaciones provienen de la necesidad de aprovechar eficientemente la energía calórica existente dentro del horno. La escoria, por su compleja composición química, consume un alto porcentaje del calor disponible del horno para mantenerse líquida. Por tanto, a mayor volumen de escoria existente en el horno, ésta requerirá consumir mayor cantidad de calor y corno la escoria cubre el baño líquido del eje y además transmite con dificultad el calor, el eje. Puede llegar a recibir una cantidad deficitaria de calor. Esta es una de las causas del llamado eje frío.

Por el contrario, si se evacua al máximo la escoria y se lograra así un "Baño Limpio" de eje, este estaría aprovechando al máximo el calor disponible en el horno, con el consiguiente beneficio que acarrea el contar con un "Metal Caliente"; sobre todo en el aspecto de fluidez.

PERCANCES OPERACIONALES

Si bien os cierto la finalidad do estos fascículos no es desarrollar aspectos operacionales, no es menos cierto que existen algunos percances que ameritan eludir tal precepto.

4.1 "Levantamiento de Piso”

Este percance consiste en que por efecto de una acumulación de magnetita (FeO ) en el piso de la solera, el nivel del eje disminuye. Recuerde que esta altura se mide desde el nivel más bajo del piso, punto cero, el cual deja de serlo por cuanto está "Ocupado" por la magnetita

Como consecuencia, el levantamiento del piso se traduce en que el volumen de eje acumulado diminuye.

Pero, sin lugar a dudas, la acumulación de magnetita tiene otro inconveniente quizás mayor que el hacer disminuir el volumen de eje acumulado y éste dice relación con su propia extracción desde el fondo de la solera.

"Escoriar las Placas".

Este percance se produce, fundamentalmente, como consecuencia de sangrar eje en volúmenes tales que se sobrepasa el nivel mínimo previsto y comienza a salir escoria por las placas del eje.

Los inconvenientes principa1 es que acarrean el "Escoriamiento de Placas", son el provocar un fuerte desequilibrio entre la cantidad de material cargado y la cantidad de material producido (Tema tratado en punto 3.1). De igual modo la presencia de escoria en el estrecho orificio de la Placa del Eje, recuerde o remítase al punto 2.2, se traduce en que ésta se empasten (adhieran) a la paredes de la placa y si no se efectúa una prolija operación de limpieza del orificio, se dificultará enormemente al tapado o sellado.

Digamos de paso que el empozamiento de la magentita se ve favorecido por la alta densidad que posee, la cual es superiora la del eje y naturalmente a la de la escoria.

La forma de sacar la magnetita acumulada, consiste en adicionar chatarra de fierro, en cantidades cuidadosamente calculadas.

El elemento químico fierro (Fe), componente mayoritario de la chatarra, reacciona con la magnetita (Fe O ), produciéndose una reacción química que dará como resultado, por decirlo de una manera simple, el que "La magnetita se transforma" en FeO, (Monóxido de Fierro) el cuál pasa a la escoria y allí queda retenido.

4.3 "No Corren Las Placas"- -

Con éste término se conoce el percance que consiste en que el sangrado es muy dificultoso porque los materiales a evacuar no "corren" o no fluyen por falta de fluidez.

Este problema tiene su origen en la presencia de la magnetita en los materiales a sangrar. La magnetita tiene un elevado punto de fusión, sobre los 1500°C, por lo tanto muy superior al del eje- Luego para que la magnetita tenga fluidez, esto es, "esté suficientemente líquida", se requieren temperaturas muy por sobre su punto de fusión, situación que no se logra en facilidad en el proceso Flash.

Esta situación se hace crítica cuando las temperaturas de operación son mas bajas que las previstas, dando como resultado la obstrucción de las placas.

Por estas razones SIEMPRE habrá presencia de magnetita, en el eje, en la escoria y en el piso de la solera.

4.4 Control de la Magnetita.-

La magnetita se forma de manera inevitable, pues sus componentes están presentes en la carga seca y su formación se ve favorecida por la llamada "Atmósfera Oxidante" existente en el proceso.

La forma de controlar la magnetita consiste en adecuadas dosis de sílice, SiO2 .

BIBLIOGRAFIA

  • Programa de capacitación ocupacional horno flash codelco - chile

  • Manual de equipos horno flash (marzo 2004)