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PROCESADO DE ESCORIA Y FUSIN DE CHATARRA EN LOS HORNOS
ROTATORIOS BASCULANTES John Simpson (Dross Engineering) General: El
horno rotatorio basculante o TRF lleva los ltimos 10 aos en la
vanguardia de la industria como una herramienta para el tratamiento
de escoria de aluminio y fusin de chatarra en general. El concepto
de este horno, a veces conocido como un horno convertidor presenta
varias ventajas importantes frente a las tcnicas de tratamiento de
escoria tradicionales. Esta presentacin explica la trayectoria, las
ventajas del proceso y los ltimos desarrollos.
Introduccin El concepto del Horno Rotatorio Basculante es
sencillo: El concepto bsico, un pozo cerrado rotatorio, combina las
ventajas de los hornos rotatorios, reverberos y soleras secas en
una sola unidad Beneficios del horno convertidor La necesidad de
maximizar las producciones de metal, de aumentar la velocidad de
produccin y mejorar la economa respetando el medioambiente es una
realidad creciente en todos los aspectos de la industria. La
investigacin continua en equipos capaces de mejorar el
funcionamiento, aumentar la produccin y reducir los costes es
esencial par alas empresas que quieren sobrevivir en el Mercado
actual. Y, dentro de todos los aspectos de la industria del
aluminio, el nfasis aun mayor por reciclar y recuperar cada onza de
metal ha empujado a la industria a revisar las prcticas de fusin y
recuperacin para reducir el generado de escoria a travs de las
mejores practicas por un lado, y por otro lado a maximizar la
recuperacin de metal desde este producto secundario inevitable del
proceso de fusin del aluminio invirtiendo en la tecnologa ms
avanzada. El TRF u horno convertidor pone a disposicin de la
industria del aluminio una herramienta que:
Elimina o reduce considerablemente la necesidad de sales o
fundentes en el proceso de fusin
Mejora las condiciones de trabajo de los fundidores Funde una
amplia variedad de materia prima reduce o elimina la contaminacin
del metal con elementos traza en la carga
(libre de hierro, por ejemplo). facilita la mezcla de la carga y
garantiza su homogeneidad promueve la auto-limpieza del
revestimiento, Ofrece un reducido consumo de energa y alto
rendimiento calrico Ejemplos de consumo de energa (con quemadores
convencionales)
- Trad. Reverbero con buen aislamiento: >1000 Kw/tonelada -
TRF:
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Para la recuperacin del metal a partir de escoria de aluminio,
el concepto del TRF presenta importantes ventajas frente a los
hornos rotatorios tradicionales (sin mencionar las prcticas indias
que se inclinan ms hacia hornos de crisol a gas o carbn o pequeos
hornos rotatorios con sales*). Un gran nmero de empresas de
ingeniera de fundicin han tomado este concepto bsico de horno que,
de hecho, lleva en operacin muchos aos y se utiliz por primera vez
para la fusin de cobre en los aos 30 en Europa, y ofrecen una
variedad de unidades que son con quemador convencional o bien con
quemadores oxi-combustible. Cada empresa tiene un enfoque
ligeramente distinto para resolver los problemas tcnicos inherentes
a un TRF. El enfoque de Dross Engineering Dross Engineering, la
empresa Anglo-Francesa con sede central cerca de Pars y ms de 25
aos de experiencia en equipos de fusin de metales no ferrosos y
diseo y fabricacin de equipos de fundicin tiene su particular
enfoque a la hora de resolver los problemas tcnicos inherentes al
horno convertidor o TRF. En primer lugar, hemos abordado el horno
ms como una mquina herramienta que como un horno. Los movimientos y
tensiones, incluso en los modelos ms pequeos, son imperdonables y
provocan desalineaciones. Requieren un nivel de precisin durante el
montaje que normalmente est reservado a las mquinas herramientas.
Mecanismo de transmisin El principal aspecto del horno para la
aplicacin del Enfoque de Dross Engineering era el mecanismo de
transmisin.
Para los primeros hornos construidos de este tipo, la empresa
opt por accionar la rotacin mediante un motor hidrulico. Los
resultados fueron satisfactorios pero no sin problemas. Esto inici
los trabajos de diseo que resultaron en la adopcin de un sistema de
transmisin innovador que es a la vez directo y fiable y que
garantiza un movimiento positivo en ambas direcciones: la anilla de
trasmisin. Este sistema es el que se utiliza ahora en todos los
hornos convertidores de Dross Engineering. Es compacto y asegura un
arranque suave de la rotacin bajo carga; soporta una amplia
variedad de carga a temperatura y todas las agresiones de un
entorno de una planta de fusin y colada con un mnimo mantenimiento.
El sistema de Anilla de transmisin est patentado y proporciona a
los hornos de Dross Engineering un mecanismo de transmisin nico
para esta aplicacin.
Tcnicas de diseo del elemento finito Sin embargo, Un buen
sistema de transmisin no es, en s mismo, suficiente para garantizar
una rotacin sin problemas del horno. Los esfuerzos creados por el
movimiento bajo carga y a temperatura requieren una estructura del
horno que sea robusta y precisa a la vez.
Dross Engineering utiliza el mtodo del elemento finito para
proporcionar predicciones precisas y una evaluacin de las
respuestas de los componentes cuando estn sometidos a cargas
trmicas y estructurales. Debe prestarse especial atencin a las
tolerancias de montaje y un gran nmero de componentes son
mecanizados. Las bandas gua operan sobre rodillos elsticos montados
con un alto nivel de precisin. Una reciente patente tambin cubre
este sistema de rodillo elstico
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Para conseguir buenas producciones de metal, la prctica normal
es ajustar el quemador para dar una atmsfera en el interior del
horno que sea ligeramente reductora (gas rica). Este ajuste
generalmente ocurre una vez y para todo durante la puesta en marcha
del horno o durante un servicio regular y deben realizarlo tcnicos
cualificados ajustando manualmente las vlvulas de control de aire y
gas tras analizar los productos de combustin. Sin embargo, algunos
productos y materia prima se beneficiaran de poder variar el ratio
aire/gas en diferentes momentos durante el ciclo de fusin para
crear una atmsfera en el horno que sea aire rica (oxidante) o
gas-rica (reductora) para obtener producciones an ms altas, para
optimizar la produccin o por motivos metalrgicos. Dicha
flexibilidad de operacin no estaba al alcance de los fundidores
hasta ahora. En la etapa final de su desarrollo, el sistema
patentado Vari-gas de Dross Engineering llegar a ser un
equipamiento estndar para todos los hornos, desde el modelo Dross
100 (1m3) hasta los dems. Completamente programable, el sistema
divide el ciclo de fusin en segmentos que pueden ser aire-rico o
gas-rico, dependiendo de la carga y ofrece a los fundidores y
refinadores una flexibilidad de operacin desconocida hasta
ahora.
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El Medioambiente Un sistema de junta rotatoria que conecta la
campana extractora con la base de la chimenea promueve la extraccin
eficiente y permite capturar los productos y humos de la combustin
en el origen and canalizados hasta un cicln independiente y unidad
de filtrado al sistema de filtracin de la planta.
El sistema de la Anilla de transmisin garantiza un gran numero
de velocidades de rotacin, facilita el cambio de direccin y las
paradas estas pueden programarse en programas individuales, de
acuerdo al tipo de producto procesado, reduciendo de manera
considerable las partculas en el conducto de emisin de gases .y,
por supuesto, el TRF ofrece la posibilidad de operar completamente
libre de sales o con reducidas cantidades de agentes fundentes.
Sistema de combustin En s mismo, el concepto del horno convertidor
con sus tolvas protegidas permite ajustar tanto la atmsfera del
horno como la presin del horno para proporcionar una estequiometria
ptima y evitar la entrada de aire, y s promover un reducido consumo
de energa y mnimas prdidas de metal. Dross Engineering no estaba
satisfecho con esto y quiso llevar el concepto an ms lejos.
Caractersticas de diseo El chasis fijo de los hornos
convertidores de Dross Engineering est diseado para albergar el
panel de control y el paquete de potencia hidrulica, todo ello
cableado y con las conducciones necesarias realizadas en la fbrica.
El revestimiento refractario (generalmente ladrillo AK85P1 de Gouda
Vuurvast) tambin se realiza en nuestros talleres. Trabajar de este
modo nos permite enviar los hornos completamente acabados (hasta el
horno Dross 700-7m3) probados en la fbrica para reducir las
intervenciones en el emplazamiento e interrupciones en la planta
del cliente. Normalmente, desde la entrega solo se necesitan 10 das
para instalar y poner el horno en marcha, incluyendo el tiempo
desecado del refractario. Es prcticamente un horno plug and play
(listo para usar). La guinda del pastel para los fundidores es que
todos los movimientos del horno se controlan mediante control
remoto con conexin por radio. Velocidad y direccin de rotacin,
basculamiento del horno, apertura de la puerta y los movimientos de
la mquina de carga se controlan de manera remota para la seguridad
del operario y fcil operacin.
Proceso libre de sales En un horno rotatorio de eje fijo clsico
la sal tiene ante todo la funcin de proteger la carga sea de la
naturaleza que sea. El horno rotatorio de eje fijo clsico es un
tnel con un quemador en un extreme y la salida de gases residuales
en el otro extreme, por lo tanto es prcticamente imposible proteger
la carga de la entrada de aire sin el uso de sales en copiosas
cantidades y as evitar grandes prdidas de metal a travs de la
oxidacin. Sin embargo, en un horno convertidor o TRF la cmara del
horno es un pozo cerrado. El quemador y la salida de humos estn
colocados en el mismo lado por lo que es ms fcil controlar la
atmsfera y la presin dentro del horno y eliminar la entrada de
aire. De igual modo, cualquier reaccin exotrmica durante la fusin
se evita y la oxidacin de la carga no ocurre ya que el oxgeno es
consumido por el proceso de combustin siempre que el quemador est
bien ajustado. Algunos ingenieros piensan que la sal evita la
reaccin exotrmica de la escoria o ceniza al final de la fusin
incluso en un horno convertidor o TRF. Sin embargo, Dross
Engineering argumenta que esta reaccin es una pate deseable del
proceso para crear lo que se ha llamado ceniza trmica, que de
producirse como parte del proceso libre de sales est compuesta
principalmente de aluminato y xidos de aluminio y es
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completamente inerte y puede ser depositada en un lugar no
clasificado o, en ciertas circunstancias, vendidas a la industria
del cemento, por ejemplo.. Sin embargo, es deseable controlar esta
reaccin exotrmica natural al final de la fusin para maximizar la
recuperacin de metal. Por este motivo algunos de los clientes de
Dross Engineering utilizan un blindaje trmico o pantalla para
controlar (reducir) la llegada de aire desde el momento en que la
puerta del horno se abre hasta el final de la colada. Tratamiento
de escoria de aluminio La recuperacin de aluminio metlico de la
escoria en un horno equipado con un quemador convencional y sin
sales, era hasta ahora considerado como algo inviable e
ineficiente. A partir de 1980, los productores de aluminio
occidentales e instituciones de investigacin se haban involucrado
en como mejorar la recuperacin de metal de la escoria a travs de la
va trmica sin dales. Algunos pases, especialmente aquellos con
recursos elctricos exploraron el tipo de horno del soplete de
plasma o arco elctrico, ambos operando bajo el principio similar de
la fusin en un ambiente libre de oxgeno bajo presin para evitar la
entrada de aire; ambas tcnicas ofrecen recuperaciones eficaces pero
no son econmicamente viables a no ser que la fuente de energa
elctrica sea muy barata. Tambin estas tcnicas estn limitadas a
unidades de produccin muy pequeas (unas pocas toneladas de escoria
como mucho). Mas recientemente otros fabricantes han optado por
unidades RF equipadas con sistemas de combustin oxi/combustible-
estos tienen sus ventajas, la principal es la reduccin de los
volmenes de gas residual aunque son costosas y complejas. Dross
Engineering cree que los quemadores convencionales aire/gas o
aire/aceite ofrecen mayores ventajas y flexibilidad especialmente
si se instalan con el sistema de control Vari-gas. Todas las
instalaciones de Dross Engineering llevan quemadores convencionales
y maximizan las ventajas inherentes al horno convertidor o TRF.
Dross Engineering ha comprobado que su diseo especial de horno no
es una mquina de produccin de xido, no fundiendo escoria sino
fundiendo lingotes en una fundicin de automocin. La fundicin de
alta presin de Peugeot Automobiles en Mulhouse, Francia ha estado
utilizando un horno de Dross Engineering de 2m3 (5 toneladas) desde
2002 para fundir lingotes, retornos de fundicin y rechazos con
insertos de piezas de hierro. La empresa ha confirmado una
produccin de metal constante al fundir lingotes de 98.5%. la
recuperacin de metal a partir de la escoria es ms subjetiva aunque
la eficiencia de recuperacin real con el diseo del horno de Dross
Engineering est ms que probada. Una cosa es cierta, por un lado el
horno convertidor o TRF de Dross Engineering no produce xidos pero
por otro lado no puede producir aluminio a partir de xidos solo
puede recuperar el aluminio metlico que est ah desde el
principio.
- Es importante observar que hay varias categoras de escoria,
cada una con sus caractersticas y comportamiento, dependiendo de su
origen. La escoria de plantas primarias por ejemplo, tiene un
comportamiento distinto a la escoria de las plantas de colada a
presin de la escoria de las plantas de refinado secundario, igual
que la escoria de una solera seca es distinta a la de un reverbero.
Teniendo en cuenta lo anterior, el contenido de metal en la escoria
puede variar de un 20% A UN 80% y ms. Algunos tipos de escoria
pueden fundirse sin sales o fundentes mientras que otros requieren
una pequea cantidad de fundentes para evitar la coagulacin y
adherencia a las paredes del tambor del horno. (Nota: el pre
filtrado de la escoria ms pobre puede ser beneficioso para eliminar
el polvo y las partculas no metlicas antes de la fusin y podra ser
una opcin viable en India, aunque el triturado no parece necesario
debido a la gran inversin que es necesaria, etc)- una cantidad de
fundentes de sal podra usarse, pero es econmicamente viable?
Adquirir la sal, calentar la sal y pagar por su desecho o
regeneracin? Fusin de chatarra de aluminio Debido a que la fusin en
un TRF es un proceso por lotes, la contaminacin de la carga lquida
con hierro libre, por ejemplo, se ve prcticamente eliminada.
Peugeot ha conseguido una absorcin de hierro de menos de 0.05%.
Algunos resultados de fusin Tiempo de fusin de la carga/ Consumo de
temperatura del metal (Gas natural) a) 1500 kg de crter de motor
30min 730C < 400kW/t, con insertos de hierro (es decir,
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Conclusin El concepto del horno convertidor o TRF ofrece
importantes ventajas de flexibilidad y metalurgia y juega un papel
muy importante no solo en el tratamiento de escoria sino
resolviendo problemas de produccin; ofrece la posibilidad de un
proceso limpio, libre desales y es fcil de usar pudiendo aplicarse
para la fusin de chatarra en general e incluso en plantas de
colada. Referencias: *) M Nilmani & H.T. Makhijani: Melt loss
minimisation and dross treatment An Indian perspective Alcastek
2002. J Simpson: Developments in converter furnace technology:
Aluminium International Today January 2003. Autor Tras ejercer como
profesor, John Simpson se uni a la industria metalrgica y ha
trabajado en los departamentos comerciales de varias empresas,
tanto en Francia como en el Reino Unido. Lleva trabajando con el
equipo de Dross Engineering durante ms de 10 aos y es ahora su
Director Comercial.