ESTUDIO TERMODINÁMICO DE LA ETAPA DE REDUCCIÓN EN LA OPERACIÓN DE REFINACIÓN ANÓDICA EN FUNDICIÓN CALETONES. DIVISIÓN EL TENIENTE, CODELCO CHILE

Abstract

Con el fin de plantear nuevas propuestas operacionales respecto a flujos, velocidades, ángulos de inclinación y la validación del uso de toberas de menor diámetro e identificando zonas propensas a fallas del desgaste interno del revestimiento del horno anódico, este trabajo realizado en la Fundición Caletones de la División El Teniente de CODELCO CHILE ha logrado mediante el análisis termodinámico, cinético y la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) describir el comportamiento fluidodinámico de las fases líquidas y gaseosas presentes en las etapas de escoriado, oxidación y reducción del proceso de Refinación Anódica. Para la etapa de escoriado, la simulación CFD, ha sido capaz de predecir el desplazamiento axial de la capa de escoria y la formación del jet de aire de las lanzas de escoriado por sobre el baño. Los resultados de la simulación muestran que la dispersión del aire en la capa de escoria es uniforme y se encuentra en dirección hacia la boca de carga del horno, favoreciendo la remocion de la capa de escoria. Las simulaciones para la etapa de oxidación revelan que la inyección con la tobera de menor diámetro, ubicada de forma horizontal en el centro del horno y con un flujo de 1.000 [Nm3/h] de aire, da lugar a regiones de alto volumen de gases inyectados en las cercanías de la tobera de proceso con respecto a la utilización de la tobera actual. Esto favorece la penetración del jet y el régimen de transición a la salida de la tobera proporcionando un volumen adicional para que se produzcan las reacciones químicas involucradas. Se han establecido las variables principales para controlar el tiempo y la eficiencia en la etapa de reducción que corresponden al flujo de gas natural, wt% de oxígeno al comienzo de la etapa y diámetro interno de tobera. El diseño de la tobera de menor diámetro con la utilización de un flujo de 1.000 [Nm3/h] de gas natural es lo que favorece la formación de una gran cantidad de burbujas favoreciendo una mayor interacción entre el volumen de gas y el oxígeno disuelto en el baño líquido, permitiendo una mayor eficiencia de la etapa de reducción. Mediante pruebas en terreno se corrobora que la tobera de menor diámetro reduce el tiempo de reducción y con ello el consumo de gas natural por etapa en 500 [m3], teniendo un ahorro de gas natural de 71.540 [USD/año] por cada horno y un ahorro total de 214.620 [USD/año].