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:

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.

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

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,

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.