PARÁMETROS IDEALES DE OPERACIÓN DE LOS HORNOS DE FeSi75 - 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.
APLICACIÓN DEL FACTOR J1 A LOS HORNOS DE FESI75
Para calcular el factor J1 para los hornos de FeSi75 consideramos los casos reales de tres hornos con dimensiones, parámetros de operación y resultados conocidos. El primero de los hornos opera con consumo de energía de 7800 kWh/t y no acumula grandes depósitos de SiC en la solera, el segundo consume 8000 kWh/t y sufre de una excesiva acumulación de SiC en la solera y, el tercero, consume 8500 kWh/t no habiendo información sobre los depósitos de SiC en la solera.
O sea, podemos inferir que el horno número 1 opera en la condición ideal o muy próxima de la ideal, que el horno 2 opera en situación algo alejada de la ideal y que el horno 3 opera con el electrodo fuera de la posición ideal.
Para cada uno de estos hornos calculamos el factor J1 y el factor C3.
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Se observa que el horno 2, que opera con fuerte generación de depósitos de SiC, posee un factor C3 prácticamente igual al del horno que opera en la condición ideal, en tanto que el factor J1 es 7,1 % diferente. Para el horno que opera en la peor condición, el fator J1 presenta un desvío de 11,25 % en relación al ideal, mientras que el factor C3 muestra una variación de sólo 4,7 %.
De lo anterior se puede concluir que el factor J1 fue preciso en su evaluación del comportamiento de los hornos. Sin embargo, los ejemplos se refieren a hornos que operan razonablemente bien, con algunas diferencias relativamente pequeñas de desempeño. Pero, veamos que ocurriría si fuese realizado un fuerte aumento de potencia en el horno 2, manteniendo el factor C3 de referencia ( 10,07 ). Admitamos que se desee aumentar la potencia para 20 MW sin aumentar el diámetro o la separación de los electrodos. De acuerdo con la fórmula del factor C3, esto sería posible y dependería solamente del electrodo conseguir soportar el alto valor de corriente. Con base en el factor C3, la corriente debería ser aumentada para I = 10,07 . 202/3 = 74,12 kA. En ese caso, la tensión electrodo - solera sería igual a: 20.000 kW / ( 3 . 74,12 kA ) = 90 V. El factor J1 sería igual a 90 V . ( 20.000 kW / 3 )1/4 / 115 cm . ( 276 cm )1/2 = 0,425.
Tomando como referencia el horno 1, el factor J1 ideal seria igual a 0,350, el factor J1, correspondiente a la modificación que tomó como base el factor C3, sería 21,4 % superior al ideal, siendo posible prever que los resultados, en lo que se refiere a consumo de energía, productividad, consumo de electrodos y depósitos de SiC, serían pésimos.
Puede concluirse que el factor J1 necesario para obtener la posición ideal en los hornos de FeSi75 es igual a aproximadamente 0,350 ( calculado con P en Watts, S e D en cm e, V en Volts ).
Utilizando el factor J1 es posible escoger el diámetro de electrodos que, para cada potencia, define la posición ideal del electrodo con los valores de tensión y corriente más adecuados para la obtención del máximo rendimiento eléctrico y los mínimos consumos de energía y electrodos.