PARÁMETROS IDEALES DE OPERACIÓN DE LOS HORNOS DE REDUCCIÓN DE CASITERITA - FACTOR J
L. R. Jaccard
ANTECEDENTES
Comprobamos que las fórmulas I = C3 . P2/3 y V = P1/3 / C3, habitualmente utilizadas para definir los parámetros ideales de los hornos de arco sumergido, están equivocadas.
Basados en principios teóricos, confirmados por las experiencias realizadas en hornos de reducción de casiterita, concluimos que, para determinada separación entre electrodos, la tensión que define la posición ideal de los electrodos ( mínimo consumo de energía ) es función del diámetro de los electrodos y de la potencia: V = J0 . D / P1/4, en la cual D es el diámetro de los electrodos, P es la potencia activa y J0 es un factor que depende del material procesado y de la separación entre electrodos. Las experiencias también indicaron que, dentro de cierto entorno, la tensión ideal es proporcional a la raíz cuadrada de la separación de electrodos: V = J1 . D . S1/2 / P1/4, siendo S la distancia entre centros de electrodos y J1 un factor que depende solamente del material procesado y es proporcional a la resistividad del mismo.
VALOR DE J1 PARA LOS HORNOS DE REDUCCIÓN DE CASITERITA
Durante dos años fueron realizadas experiencias en hornos de producción de estaño a partir de casiterita, variando las potencias activas entre los límites de 400 kW y 1000 kW aproximadamente, con diferentes diámetros de electrodos y diferentes separaciones entre electrodos. Para cada tipo de operación fue verificado el consumo específico de energía y calculados los valores de C3 ( Westly ), J0 y J1, comprobándose que el factor C3 no arrojaba resultados verdaderos, mostrando valores totalmente diferentes en casos en los cuales la operación podía ser considerada ideal y valores similares para condiciones de operación buenas y malas.
Como resultado de las experiencias se concluyó que para los hornos de reducción de casiterita el factor J1 = V . P1/4 / D . S1/2 es igual a 0,607, calculado utilizando las siguientes unidades:
V ( tensión electrodo - solera ); Volts
D ( diámetro de electrodos ); centímetros
P ( potencia activa de una fase ); Watts
S ( separación centro a centro de electrodos ); centímetros
VALOR DE J1 PARA REDUCCIÓN DE ESCORIA
Los hornos de estaño, en general, operan en dos etapas. En la primera es reducida hasta cierto punto la casiterita e, en la segunda etapa es reducida la escoria proveniente de la primera reducción, relativamente rica en estaño. El material procesado en la segunda etapa precisa de menos carbón y, por ese motivo, la resistencia eléctrica de la carga es superior y, por lo tanto, la tensión necesaria también es superior.
Para reducción de escoria, el valor encontrado para el factor J1 fue igual a 0,75.
APLICACIÓN DE LA FÓRMULA DEL FACTOR J1 PARA LA CARGA DE CASITERITA
Sea el caso de un horno con determinados diámetro e separación de electrodos en el cual se desea operar con una determinada potencia activa.
La tensión ideal entre el electrodo y la solera será: V = 0,607 . D . S1/2 / P1/4
La intensidad de corriente ideal será: I = P / V
La tensión en vacío necesaria en el secundario del transformador para obtener la tensión V en la punta del electrodo dependerá del factor de potencia ( coseno fi ): V0 = V / cos fi. El factor de potencia podrá ser calculado conociendo la reactancia del circuito ( normalmente en mOhm ) y la resistencia de la carga R = V / I, siendo tan fi = X / R. Si el horno es trifásico, la tensión en vacío entre fases será V0ff = 1,73 . V0 y, si el horno es bifásico será V0ff = 1,41 . V0.
OPERACIÓN CON EL ELECTRODO FUERA DE LA POSICIÓN IDEAL
Para cada material procesado existe solamente una posición ideal del electrodo en relación a la carga de mineral y carbón. El electrodo opera en la posición ideal cuando la tensión y la corriente son tales que el factor J1 es igual a 0,607 ( para el caso de la casiterita ). Cualquier pequeño desvío de la tensión ideal, para más o para menos, provoca un fuerte aumento del consumo de energía y, por lo tanto, una fuerte reducción de la productividad ( recordar que la productividad, para determinada potencia activa, es inversamente proporcional al consumo de energía ).