pasantía en ferroven
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UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
EVALUACIÓN DEL CAMBIO DE PLASTICIDAD DE LA PASTA ELECTRÓDICA EN
EL CONFORMADO DEL ELECTRODO SÖDERBERG.
Realizado por:
Luis Esteban Ramírez Rada
PROYECTO DE GRADO
Presentado ante la Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero de Materiales Opción Metalurgia.
Sartenejas, Febrero de 2007
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EVALUACIÓN DEL CAMBIO DE PLASTICIDAD DE LA PASTA ELECTRÓDICA EN EL CONFORMADO DEL ELECTRODO SÖDERBERG
Realizado por:
Luis Esteban Ramírez Rada
RESUMEN
El presente trabajo muestra los resultados de la evaluación del comportamiento de los
electrodos del horno de arco eléctrico de reducción número 1 de la empresa Ferroatlántica de
Venezuela (FERROVEN S.A) motivado a un cambio en la plasticidad de la pasta electródica
desde 28% hasta 31%. El cambió de la plasticidad de la pasta electródica se logró mediante la
modificación de la proporción de antracita calcinada en la fracción sólida de la mezcla, que paso
de tener una relación de gruesos y finos de 50:50 a un valor de 60:40 respectivamente.
La evaluación del comportamiento de la pasta electródica se llevó a cabo durante los
meses de octubre y noviembre, en los que se puso en práctica la nueva mezcla y los resultados
fueron comparados con las condiciones de los otros meses del año 2006. Los criterios de
comparación seleccionados para este estudio fueron: el consumo específico de pasta respecto a
las toneladas de ferrosilicio producido y a la energía consumida, el número de deslizamientos
para compensar el tamaño de los electrodos y los problemas que se pudieron presentar a raíz del
cambio en la formulación de la pasta. Adicionalmente, se evaluó el comportamiento de algunas
propiedades de la pasta y de la antracita calcinada.
Los resultados obtenidos indican que el consumo específico de pasta (Kg/T de FeSi) en
los electrodos del horno 1, se incrementó en un 4% y el consumo específico de pasta (Kg/MWH)
se incrementó en un 2% durante los meses de octubre y noviembre. Estos incrementos se
encuentran dentro de la desviación del promedio obtenido durante los primeros nueve meses del
año, por lo dicha variación no es relevante. Igualmente se apreció que la producción de FeSi 75%
no se vio afectada con la modificación de la plasticidad de la pasta electródica de los electrodos
Söderberg.
Palabras claves: antracita calcinada, pasta electródica, electrodo Söderberg, producción de
ferrosilicio, horno de arco sumergido.
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DEDICATORIA
Este trabajo va dedicado en primer lugar a Dios por permitirme llegar hasta donde he llegado, ayudándome en todo momento a sobreponerme de los tropiezos dándome la fuerza y voluntad de seguir
avanzando en la búsqueda y culminación de las metas y objetivos que me he planteado en la vida.
A mis padres Esteban y Luisa, mis hermanas Elizzeth y
Liesther y mi mamá Gladys por toda la ayuda, colaboración y apoyo que me han dado durante mi vida. Sin ellos no habría podido superar
muchos de los momentos difíciles a los que me he enfrentado. También quiero dedicar este trabajo a mis sobrinos Anibal José y Luis David
para que les sirva de ejemplo para su vida. Además a mi cuñado Anibal y sus padres quienes también forman parte de nuestra familia.
A todos mis amigos, Emildo, Daniel, Isbelia, Laura, Tomás, Oliver, Amanda, Jesús, Sophia, Omar, Eder, Karemlyg, Enrique, Alejandro,
Natasha, Jimmy, Alejandra, Vanessa, Daniel G, Mariana que siempre estuvieron allí presentes para tenderme una mano cuando los
necesitaba.
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AGRADECIMIENTOS
Este trabajo es un logro persona que no hubiera podido alcanzar sin la ayuda de muchas
personas que estuvieron involucradas en la realización del mismo y quienes me prestaron su
ayuda y colaboración bien sea de manera directa o indirecta, en la búsqueda de los objetivos que
me propuse.
En primer lugar quiero agradecer a mis padres y hermanas por la ayuda y colaboración
prestada durante el tiempo que realicé este proyecto de pasantías, a pesar que su ayuda no estuvo
vinculada con la búsqueda de los objetivos del trabajo. De igual forma quiero hacer un
reconocimiento a la familia Romero Villarroel, a Mariana Muiño y Daniel Gutiérrez por la
hospitalidad que me brindaron durante mi estadía en Puerto Ordaz, en especial al Ing. José Ángel
Romero por ser la persona que me ayudó a conseguir la pasantía en Ferroven.
También agradezco la ayuda y colaboración de mis Tutores, la Prof. Aurora Molina y el
Ing. Enrique Moreno, ya que la información y el conocimiento que me aportaron fue de gran
ayuda para mí. Este conocimiento me ayudó tanto en lo profesional como en lo personal. Debo
decir, que en el momento en que los cuales los busqué para consultarles alguna duda o mostrarles
los avances del trabajo, siempre estuvieron allí.
Además, agradezco al personal de Ferroven, particularmente a quienes laboran en la
Planta de Pasta de la empresa en especial al Ing. Edgar Giménez quien se desempeñó como mi
Co-Tutor Industrial y el Sr. Alexander Pompa, la experiencia que tienen es invaluable y me fue
de mucha utilidad la explicación que me dieron del manejo de los equipos del laboratorio para
poder llevar a cabo los análisis de la antracita calcinada y la pasta electródica. De igual forma al
grupo de ingenieros entrenantes de la Jefatura de Producción y Materias Primas Jesús Figueroa,
Walter Herrera, Eduardo Jiménez Osmin Mercado, Carlos Salazar y Ronald Vicentt, por la ayuda
brindada en cuanto a la descripción de los procesos y funcionamiento de los mismos en la
empresa.
¡A todos ustedes MUCHAS GRACIAS!
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INDICE GENERAL
Resumen
Dedicatoria
Agradecimientos
Índice General
Índice de tablas
Índice de figuras
Lista de símbolos y abreviaturas
I. INTRODUCCIÓN
II. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General
2.2. Objetivos Específicos
III. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
3.1. Ubicación Geográfica.
3.2. Reseña Histórica.
3.3. Política de gestión integral y objetivos de la empresa.
3.4. Estructura Organizativa.
3.5. Ubicación de la Pasantía dentro de la Organización.
3.6. Actividad Económica.
3.7. Materias Primas Utilizadas.
3.8. Proceso Productivo del Ferrosilicio.
3.9. Proceso Productivo del Ferromanganeso.
3.10. Productos que se obtienen.
IV. MARCO TEÓRICO
4.1. Electrodos.
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4.1.1. Definición y descripción.
4.1.2. Tipos de electrodos.
4.1.3. Propiedades del electrodo Söderberg.
4.1.4. Principio de funcionamiento de los electrodos Söderberg.
4.1.5. La columna del electrodo.
4.1.6. Envoltura de los electrodos.
4.1.7. Pasta electródica.
4.1.8. Corriente que soporta una envoltura.
4.1.9. Corriente que soporta un electrodo.
4.1.10. Deslizamiento de electrodo.
4.1.11. Consumo de electrodo.
4.1.12. Problemas en el funcionamiento del electrodo.
4.2. Pasta Eletródica.
4.2.1. Definición y descripción de la pasta electródica.
4.2.2. Definición y descripción de la Antracita cruda y la Antracita
calcinada.
4.2.3. Proceso de calcinación de la antracita.
4.2.4. Control de calidad y ensayos realizados a la antracita cruda.
4.2.5. Variables de los hornos de calcinación.
4.2.6. Control de calidad y ensayos realizados a la antracita calcinada.
4.2.7. Definición y descripción de la Brea.
4.2.8. Control de calidad y ensayos realizados a la brea.
4.2.9. Proceso de fabricación de la pasta electródica.
4.2.10. Control de calidad y ensayos realizados a la pasta.
4.2.11. Descripción y ensayo de un electrodo de prueba.
4.3. Descripción del Horno para producir Ferrosilicio.
4.3.1. Descripción y partes del horno.
4.3.2. Alimentación eléctrica.
V. METODOLOGÍA
5.1. Propiedades de la antracita.
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5.2. Propiedades de la pasta electródica.
5.3. Recolección y depuración de los datos del horno para el período de
enero 2005 a septiembre de 2006.
5.4. Seguimiento de los niveles de pasta del 6 al 29 de septiembre.
5.5. Recolección de datos de los meses de octubre y noviembre de 2006.
VI. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
6.1. Propiedades de la Antracita Calcinada.
6.1.1. Granulometría.
6.1.2. Resistividad eléctrica.
6.2. Propiedades de la Pasta Electródica
6.2.1. Plasticidad
6.2.2. Densidad aparente.
6.3. Comparación del comportamiento de los Electrodos.
6.3.1. Deslizamientos largos para la compensación del tamaño de los
Electrodos (Deslizamientos mayores a 20 cm.)
6.3.2. Consumo de Pasta.
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1. Conclusiones
7.2. Recomendaciones
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
IX. APÉNDICES Y ANEXOS
9.1. Apéndices
9.2. Anexos
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INDICE DE TABLAS
Tabla 4.1. Características de los hornos de calcinación.
Tabla 5.1. Tamices utilizados para determinar la granulometría de la antracita
calcinada.
Tabla 5.2. Nivel de Pasta Líquida en cm.
Tabla 5.3. Altura inicial de pasta en los electrodos en cm.
Tabla 5.4. Seguimiento del conformado de los electrodos del horno 1.
Tabla 6.1. Densidad aparente de la pasta con la nueva composición en peso de los
sólidos.
Tabla A.1. Promedio mensual de la Distribución Granulométrica de la Antracita
Calcinada (Hornos de calcinación).
Tabla A.2. Promedio mensual de la Distribución Granulométrica de la Antracita
Calcinada (silo 16).
Tabla A.3. Valores de la resistividad eléctrica promedio por cada mes.
Tabla A.4. Valores de la plasticidad promedio por cada mes.
Tabla A.5. Valores promedios de la producción mensual para 2006.
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INDICE DE FIGURAS
Figura 3.1. Organigrama general de la empresa.
Figura 3.2. Diagrama de bloques del proceso de producción de ferrosilicio.
Figura 4.1. Densidad del agregado frente a la resistencia eléctrica.
Figura 4.2. Resistencia eléctrica frente a la cantidad de brea en la pasta.
Figura 4.3. Resistencia eléctrica frente a temperatura y tiempo de coquización.
Figura 4.4. Electrodo Söderberg.
Figura 4.5. Distribución de la temperatura en un electrodo para FeSi de 1550 mm.
de diámetro.
Figura 4.6. La columna del electrodo.
Figura 4.7. Esquema típico de una envoltura para un horno eléctrico de
producción de ferrosilicio.
Figura 4.8. Conductividad eléctrica del electrodo contra temperatura en base a
una composición de carbono y acero.
Figura 4.9. Posición de la zona de cocción bajo diferentes condiciones operativas.
Figura 4.10. Desgajamiento o Slabbing.
Figura 4.11. Resistencia ala compresión versus densidad aparente de pasta verde.
Figura 4.12. Horno eléctrico de arco sumergido
Figura 4.13. Esquema básico de un circuito eléctrico de un horno de arco
sumergido.
Figura 5.1. Esquema del electrodo Söderberg.
Figura 6.1. Distribución Granulométrica del Material Grueso para el período de
Enero – Julio de 2006.
Figura 6.2. Distribución Granulométrica del Material Grueso para el período de
Agosto – Noviembre de 2006.
Figura 6.3. Distribución Granulométrica del Material Fino para el año 2006.
Figura 6.4. Gráfica de la resistividad eléctrica obtenida en cada mes del año 2006.
Figura 6.5. Gráfica de la plasticidad obtenida en cada mes del año 2006.
Figura 6.6. Toneladas de pasta utilizada en los deslizamientos efectuados para
compensar el tamaño de los electrodos en el horno 1.
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Figura 6.7. Cantidad deslizada en cm. para compensar el tamaño a cada uno de
los electrodos del Horno 1.
Figura 6.8. Número de deslizamientos efectuados para compensar el tamaño de
los electrodos del Horno 1.
Figura 6.9. Gráfica de la Producción de FeSi vs. Consumo de Pasta.
Figura 6.10. Gráfica de la Energía consumida. Vs. Consumo de Pasta Electrónica.
Figura 6.11. Gráfica de los Deslizamientos continuos vs. Consumo de Pasta.
Figura 6.12. Gráfica del Consumo Específico de Pasta vs. Producción de FeSi.
Figura 6.13. Gráfica del Consumo Específico de Pasta vs. Producción de FeSi.
Figura A.1. Diagrama del proceso de calcinación de la antracita en los hornos 1 y
2 de la Planta de Pasta de Ferroven.
Figura A.2. Diagrama del proceso de calcinación de la antracita en el horno 3 de
la Planta de Pasta de Ferroven
Figura A.3. Esquema y foto de la estufa para realizar la cocción del electrodo de
prueba.
Figura A.4. Esquema y foto de un electrodo de prueba.
Figura A.5. Esquema y foto del equipo para realizar los ensayos de resistividad
eléctrica.
Figura A.6. Esquema del pistón y de la estufa para realizar los ensayos de
plasticidad de la pasta electródica.
Figura A.7. Foto del equipo utilizado para realizar los ensayos de granulometría
de la antracita.
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LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS
A
ASTM
CARBOZULIA
C
CA
Ca
CC
CD
CEE
cm
cm3
CO
CO2
cP
C.V.G
D
Ec.
Env
FA
Fe
Fe2O3
Fe2O3.xH2O
FERROVEN
FeSi
FESILVEN
g
h
H
HE
Unidad de corriente amper
American Society for Testing and Materials Standards.
Abreviatura de Carbones del Zulia
Símbolo químico del Carbono
Abreviatura de Corriente directa
Símbolo químico del Calcio
Abreviatura de Corriente continua
Cantidad deslizada en el último deslizamiento
Consumo específico del electrodo
Unidad de longitud Centímetros
Unidad de volumen Centímetros cúbicos
Símbolo químico del Monóxido de carbono
Símbolo químico del Dióxido de carbono
Unidad de viscosidad Centipoins
Abreviatura de Corporación Venezolana de Guayana
Diámetro
Abreviatura de ecuación
Abreviatura de envase
Factor de ajuste para lograr una adecuada posición del electrodo
Símbolo químico del Hierro
Símbolo químico de la Hematina roja
Símbolo químico de la Hematina parda
Abreviatura de Ferroatlántica de Venezuela
Símbolo químico del Ferrosilicio
Abreviatura de Venezolana de Ferrosilicio
Unidad de masa Gramos
Altura. Unidad de tiempo, Hora
Símbolo químico del Hidrógeno
Posición del electrodo
xii
HCE
H2O
I
IBH
IQ
ITD
KA
Kg
Kgf
KS
KV
KVA
KW
m
mm
mm2
MPa
mV
MVA
MW
MWH
N
Nº
PDVSA
PE
pos.
RB
r.p.m
S.A.
Si
Posición consigna del electrodo
Símbolo químico del Agua
Corriente en amperios
Abreviatura de International Briquettes Holding
Abreviatura de Insolubles en quinoleina
Intervalo de tiempo para el siguiente deslizamiento partiendo del
último deslizamiento realizado al electrodo
Unidad de corriente Kiloamperios
Unidad de masa Kilogramo
Unidad de fuerza, Kilogramo fuerza
Abreviatura de Kramer and Sarnow
Unidad de energía Kilovoltio
Unidad de corriente Kilovatio amperio
Unidad de energía Kilovatio
Unidad de longitud Metros. Masa
Unidad de longitud Milímetros
Unidad de superficie Milímetros cuadrados
Unidad de esfuerzo Megapascal
Unidad de energía Milivoltios
Unidad de corriente Megavatio amperio
Unidad de energía Megavatios
Unidad de energía Megavatios por hora
Símbolo químico del Nitrógeno. Unidad de fuerza, Newton
Abreviatura de Número
Abreviatura de Petróleos de Venezuela
Potencia del electrodo
Abreviatura de Posición
Abreviatura de Ring and Ball
Unidad de velocidad Revoluciones por minuto
Abreviatura de Sociedad Anónima
Símbolo químico del Silicio
xiii
SIDOR
SiO2
Si2C
SiC2
T, Tn
Tap
V
VEMPRECAR
VENBOZEL
α
β
μm
π
ρ
Ω
%
ºC
“
<
>
±
#
Abreviatura de Siderúrgica del Orinoco
Símbolo químico del Dióxido de silicio
Símbolo químico del Carburo silicio
Símbolo químico del Bicarburo de silicio
Unidad de masa Toneladas
Conexión del transformador
Unidad de energía Voltio. Volumen
Abreviatura de Venezolana de Prerreducidos del Caroní
Abreviatura de Venezolana de Ferroaleaciones Bozel
Letra Griega Alfa
Letra Griega Beta
Unidad de longitud Micrómetro
Radianes valor igual a 3,1416
Densidad. Resistividad eléctrica (Ω.mm2/m)
Unidad de resistencia Ohmios
Unidad de Porcentaje
Unidad de temperatura Grados centígrados
Unidad de longitud Pulgada
Símbolo de Mayor a
Símbolo de menor que
Más o menos
Número
1
I. INTRODUCCIÓN
Día tras día las empresas están en una continua búsqueda del mejoramiento y
optimización de sus recursos materiales, para lograr un mayor aprovechamiento de los mismos, lo
que permitiría entre otras cosas reducir los costos de producción, minimizar los problemas y
errores, generando en consecuencia mayor ganancia.
Ferroven es una empresa dedicada a la fabricación de ferroaleaciones con un proceso
productivo en los que se utiliza hornos eléctricos de arco sumergido. Por esta razón los
principales costos de esta empresa están relacionados con el consumo energético. El componente
principal para la transmisión de la corriente en este tipo de hornos es el electrodo, que en este
caso en particular se utilizan los de tipo Söderberg. Este tipo de electrodos también son conocidos
como de autococción, ya que estos se van cociendo a medida que la pasta electródica va
descendiendo por la columna del mismo gracias al calor generado por el paso de la corriente, de
forma tal que durante la puesta en operación del electrodo se va realizando el conformado. Uno
de los componentes fundamentales de este tipo de electrodos es la pasta electródica y
dependiendo de la calidad de la misma se pueden obtener las propiedades óptimas de
funcionamiento. Dos de las propiedades más importantes son: la plasticidad y densidad de la
pasta, que además tienen un efecto importante en el consumo de la pasta en el horno.
Con este trabajo se pretende evaluar cómo influye el cambio de la plasticidad en el
funcionamiento de los electrodos y en la producción del horno eléctrico en general. El cambio de
la plasticidad se logró mediante un ajuste realizado a la fracción de material sólido para hacer la
pasta electródica. Con esto se podrá determinar si el cambio realizado es beneficioso o perjudicial
para la empresa en cuanto a los costos en los cuales incurre la misma para producir la pasta
electródica y en el proceso de obtención del ferrosilicio. Adicionalmente, a través del
seguimiento se podrá determinar la factibilidad de que dichos cambios puedan implementarse en
todos los hornos de la empresa.
Este cambio fue motivado a la comparación efectuada con otras empresas que pertenecen
a Ferroatlántica, que utilizan una fracción de sólidos con menor contenido de finos.
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Adicionalmente uno de los clientes de Ferroven, solicitó un incremento de la plasticidad de la
pasta que se le estaba suministrando para ver si podía mejorar su proceso productivo que está
orientado a la producción de Silico-Manganeso. La empresa para evitar hacer pasta con diferentes
plasticidades prefirió poner a prueba la pasta con una mayor plasticidad en uno de sus hornos.
Cabe destacar que el cambio de plasticidad implementado se mantiene dentro del rango sugerido
por la Elkem para la producción de ferrosilicio, que es entre 20 y 40, por lo que se garantiza que
el implemento de la misma no conlleva ningún riesgo para el proceso de producción en Ferroven.
La plasticidad de la pasta que se venía procesando anteriormente estaba por el orden de 28% y se
llevó a un valor superior a 30%, cercano a 32%. Esto se logró utilizando una fracción de sólidos
de 60:40 (gruesos a finos) y respecto a la usada anteriormente de 50:50. Aquí no se consideró
cambiar la plasticidad aumentando el contenido de brea por factores económicos, dado que la
brea es más costosa que la antracita. Además la brea es enviada a Venezuela desde España lo que
dificulta una disposición inmediata de la misma si se llegase a consumir toda la brea que se tenga
en la empresa.
La importancia de este estudio radica en que se podrá determinar el efecto del cambio de
la plasticidad en la producción de FeSi, de forma tal que se pueda conocer si el consumo de pasta
electródica se incrementa, disminuye o se mantiene igual. De igual forma se mantendría una
misma especificación de la pasta electródica que se produce en la planta para los diferentes
procesos productivos si la evaluación no arroja pérdidas o problemas en la producción de FeSi.
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II. OBJETIVOS.
2.1. OBJETIVO GENERAL
El objetivo de este trabajo consiste en evaluar y comparar el comportamiento de los
electrodos Söderberg durante la producción de ferrosilicio en el horno eléctrico de arco
sumergido (horno 1) de la empresa Ferroven S.A., con la nueva composición del material sólido
empleada para la elaboración de la pasta electródica que se utiliza para el conformado de los
electrodos Söderberg.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Evaluar la resistividad eléctrica y la granulometría de la antracita calcinada utilizada para la
elaboración de la pasta electródica.
Registrar y analizar los resultados de la plasticidad de la pasta electródica.
Determinar la densidad aparente de la pasta electródica cruda.
Calcular los niveles de pasta líquida y de electrodo conformado con la nueva composición en
peso de material sólido en el horno 1, en el momento en el cual se estén conformando los
mimos, es decir, una vez iniciada la alimentación de la pasta electródica.
Determinar la fecha en la cual los electrodos estuvieran conformados con la pasta electródica
que posee la nueva relación de sólidos para poder hacer el seguimiento y evaluación de la
misma.
Tomar los datos y registros de los libros del horno para posteriormente establecer la
comparación.
Verificar el comportamiento del horno durante 2 meses con la pasta que tiene la nueva
composición de material sólido.
Verificar la relación entre la producción, los MWH y el consumo de pasta en el horno.
Estudio estadístico de las variables operacionales del horno de arco sumergido para evaluar
los factores que influyen en el consumo de pasta electródica.
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III. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
3.1 Ubicación Geográfica.
Geográficamente la empresa se encuentra ubicada en la zona industrial Matanzas sector
Punta de Cuchillos, Ciudad Guayana, Puerto Ordaz, Estado Bolívar – Venezuela.
3.2. Reseña Histórica.
Ferroatlántica de Venezuela S.A. es una empresa de capital mayoritariamente privado
dedicada principalmente a la producción y comercialización de ferrosilicio, ferromanganeso,
microsílice y en menor proporción antracita calcinada y pasta electródica. La empresa tuvo su
origen el 22 de agosto de 1972 cuando la Corporación Venezolana de Guayana (C.V.G)
conjuntamente con Representantes de la Compañía Francesa Bozel Electrometallurgie S.A. se
plantean la construcción de una compañía anónima venezolana con el objetivo de producir y
vender ferroaleaciones de diferentes tipos.
El 14 de noviembre de 1973 es creada y registrada legalmente la Compañía Venezolana
de Ferroaleaciones Bozel (VENBOZEL C.A) con una participación de 75% de la compañía
francesa y un 25% de la Corporación Venezolana de Guayana. A partir de ese momento se inicia
la construcción de la planta industrial en la zona industrial Matanzas y el 1 de enero de 1977 se
inicio la operación comercial de la empresa con la puesta en marcha de los hornos I y II.
La empresa operó bajo el nombre de VENBOZEL. C.A hasta el 13 de diciembre de 1979
fecha en la que la Asamblea General Extraordinaria de Accionistas decidió el cambio de nombre
de la empresa por C.V.G. Venezolana de Ferrosilicio C.A. (C.V.G. FESILVEN C.A.), pasando el
88.69% de las acciones a manos del sector público a través de la Corporación Venezolana de
Guayana y el 11.31% al capital privado.
En 1988, la empresa dió inicio al proyecto de ampliación que comprendía la construcción
de dos nuevos hornos, uno de los cuales sería utilizado para la producción de silicio metálico,
además de la modernización de los hornos existentes. En 1989 se comienza la ejecución del
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proyecto de ampliación y para el 14 de mayo de 1993 entra en operación el horno III.
Posteriormente el 11 de agosto de 1994 finaliza la modernización del horno II y el 24 de junio de
1995 la del horno I.
El 28 de diciembre de 1995 la Cámara Plena del Congreso Nacional aprobó iniciar el
proceso de privatización de manera controlada de algunas empresas de la Corporación
Venezolana de Guayana., entre ellas C.V.G FESILVEN C.A., a fin de lograr la incorporación de
capital, tecnología y mercados requeridos para alcanzar y mantener su competitividad.
La empresa operó bajo el nombre de C.V.G. Venezolana de Ferrosilicio C.A. (C.V.G
FESILVEN C.A.) hasta el 03 de diciembre de 1998, fecha en la que pasó a la empresa de capital
privado español Ferroatlántica S.A. bajo la modalidad de activos en operación, por un monto de
20 millones de dólares, cambiando el nombre o la razón social de la Compañía por Ferroatlántica
de Venezuela S.A. (FERROVEN, S.A.).
La distribución de las acciones actual es la siguiente: Ferroatlántica 80% y parte del 20%
restante está en manos de los trabajadores de la empresa y otra parte de este último porcentaje
está aún en manos de la Corporación Venezolana de Guayana (C.V.G.), la cual paulatinamente ha
continuado con el proceso de venta a los trabajadores, de acuerdo al programa de participación
laboral.
Ferroatlántica de Venezuela S.A. (FERROVEN S.A.) posee en su Planta de Producción
de Ferrosilicio tres hornos eléctricos de arco sumergido (hornos de reducción) los cuales en
conjunto, tienen una capacidad de producción total de 90.000 T/año de ferrosilicio (FeSi) con una
potencia de consumo por horno de 32 MW.
Posteriormente, en diciembre de 1995 se puso en marcha el sistema de tratamiento de
protección ambiental a través de la Planta de Tratamientos de Humos, la cual cumple como
función principal depurar mediante filtros los humos provenientes del proceso de producción de
ferrosilicio, así como también permitir el aprovechamiento y recuperación de la microsílice
contenida en ellos. De esta manera se dio inicio a la comercialización de este producto el cual se
genera a razón de 14.300 T/año.
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A partir de septiembre del año 2000 entra en funcionamiento la Planta de Pasta, la cual
fue adquirida a través de la negociación con la Siderúrgica del Orinoco (SIDOR C.A.). Dicha
planta posee actualmente tres hornos electromonofásicos con capacidad de producir 9000 ton/año
de antracita calcinada, la cual es necesaria para la producción de pasta electródica, que a su vez es
utilizada para la fabricación de los electrodos Söderberg. Dichos electrodos son un insumo básico
para el proceso de producción de las ferroaleaciones. De tal manera que a partir de ese momento
se comienza la producción tanto para consumo interno como para la comercialización de la
antracita calcinada, así como también de la pasta electródica. Las condiciones del funcionamiento
de la Planta de Pasta Ferroven desde sus inicios se ha fijado bajo la supervisión de un ingeniero
especializado junto a la coordinación de Producción. Estas se basan en las especificaciones
establecidas en la fabricación que eran utilizadas previamente por SIDOR, y los requerimientos
de calidad para la pasta Söderberg sugeridas por Elkem.
Actualmente la empresa se encuentra en una epata de crecimiento y ampliación, puesto
que recientemente se culminó la instalación de un cuarto horno, el cual está destinado
principalmente a la producción de ferromanganeso. Sin embargo, su diseño tiene la característica
particular de poder operar a las condiciones necesarias para la producción de ferrosilicio y silico-
manganeso si fuese necesario. El horno IV entró en funcionamiento en 6 de noviembre del 2006,
día en el cual se realizó la primera colada del mismo. Además este horno cuenta con una Planta
de Humos, la cual posee un moderno sistema de recolección de humos, el cual lo ubica entre los
hornos más modernos del mundo. La inversión requerida para este horno fue cercana a los 30
millones de dólares. Este horno tiene la capacidad de colar cerca de 100 toneladas por día.
Ferroatlántica de Venezuela S.A. (FERROVEN, S.A.) posee excelentes ventajas
comparativas con respectos a otras empresas que producen ferroaleaciones, tales como: bajo
costo de la energía eléctrica; materias primas abundante en el país tales como cuarzo y carbón
mineral en la forma de hullas, madera, coque y mineral de hierro; presenta una ubicación
estratégica para la distribución del producto a nivel mundial, facilidad de transporte hacia los
mercados internacionales.
7
3.3. Política de gestión integral y objetivos de la empresa.
En Ferroatlántica de Venezuela S.A., FERROVEN, se producen y comercializan
Ferroaleaciones en sus diferentes grados de pureza, Microsílice, antracita calcinada y pasta
electródica; según las exigencias de los clientes, atendiendo los requerimientos de calidad,
conservando el medio ambiente, con trabajadores comprometidos en el proceso de mejoramiento
continuo en materia de calidad y ambiente, previniendo la posible contaminación debido a los
impactos ambientales asociados a las actividades por emisiones, efluentes, desechos, incidentes y
explotación de recursos naturales, cumpliendo con la legislación y regulación ambiental para
asegurar la competitividad y estabilidad de la empresa en el mercado nacional e internacional.
3.4. Estructura Organizativa.
Ferroatlántica de Venezuela S.A., se encuentra organizada desde el punto de vista de
Gerencias, Administrativo y Operativo y está formada por una junta directiva, que tiene la
finalidad de establecer los objetivos, evaluar y controlar decisiones tomadas, dictar reglamentos
internos, proteger los activos y aprobar posibles cambios. También tiene un Director de Fábrica y
un grupo de Jefaturas que gestionan las actividades de las diferentes unidades organizativas que
conforman la empresa FERROVEN S.A., tiene una población laboral activa de aproximadamente
250 trabajadores, distribuidos entre las diferentes unidades organizativas de la empresa quedando
estructurada de la siguiente manera (ver figura 3.1).
8
ANALISTA DE MANTENIMIENTO (1)
PLANIFICADOR(1)
JEFE DE MANTENIMIENTO (1)
SUPERV. MANTTO. ELÉCTRICO (1)
ESPECIALISTA SIST. CONTROL (1)
SUPERV. MANTTO. CORRECTIVO (4)
SUPERV. MANTTO. METALMECANICO (1)
SUPERV. MANTTO. PREV. MECÁNICO (1)
MANTENEDOR (8)
SUPERV. MANTTO. PREV. ELECTRICO (1)
MANTENEDOR (7)
FERROVENFERROATLANTICA DE VENEZUELA, S.A.
ORGANIGRAMA GENERAL
JEFE DE ORG. Y SISTEMAS (1)
ANALISTA DE SISTEMAS (2)
JEFE DE ADMÓN. Y FINANZAS (1)
CONTADOR (4)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA FINANCIERO (2)
JEFE DE PERSONAL (1)
ANALISTA DE REC. HUMANOS (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA DE NÓMINA Y BENEF. (2)
INSPECTOR DE CALIDAD (2)
ANALISTA DE LABORATORIO (2)
JEFE DE LABORATORIO (1)
OPERADOR (4)
SUPERVISOR DE ACONDICIONAM. (1)
SUPERVISOR DE SERV. AMBIENT. (1)
JEFE DE MAT. PRIMAS Y P. TERMINADOS (1)
SUPERVISOR DE TRÁF. Y ADUANA (1)
ANALISTA CONTROL DE MATERIALES (4)
SUPERVISOR DE MATERIAS PRIMAS (1)
ANALISTA DE MAT. PRIMAS Y P. TERM. (1)
OPERADOR (6)
MANTENEDOR (2)
JEFE DE PRODUCCIÓN (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
SUPERV. GENERALDE PRODUCCIÓN (1)
SUPERVISOR DE SERV. AUXILIARES (1)
OPERADOR (6)SUPERVISOR DE COLADA (4)
OPERADOR (28)
SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN (4)
OPERADOR (33)
MANTENEDOR (12)
JEFE DE SALUD E HIG. INDUSTRIAL (1)
ENFERMERA O PARAMÉDICO (1)
ANALISTA DE HIG. Y SEG. IND. (1)
COORDINADOR DE SEGURIDAD FISICA (1)
JEFE DE COMPRAS Y ALMACÉN (1)
SUPERVISOR DE ALMACÉN (1)
ANALISTA DE COMPRAS (2)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA DE RESPUESTOS (1)
ANALISTA DE ALMACÉN (2)
OPERADOR EQUIPOS AUXILIARES (1)
DIRECTOR DE FÁBRICA (1)
COORDINADOR DE VENTAS (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
JEFE DE CALIDAD Y PROCESOS (1)
ASISTENTE TÉCNICO (1)
SUPERV. GENERALDE PLANTA PASTA ELECTRÓDICA (1)
SUPERVISOR DE PLANTA DE PASTA ELECTRÓDICA (1)
OPERADOR (4)
ASISTISTENTE DE COMERCIALIZACIÓN (1)
SALA TECNICA
INGENIEROS (2)
PROYECTISTA (1)
ANALISTA DE MANTENIMIENTO (1)
PLANIFICADOR(1)
JEFE DE MANTENIMIENTO (1)
SUPERV. MANTTO. ELÉCTRICO (1)
ESPECIALISTA SIST. CONTROL (1)
SUPERV. MANTTO. CORRECTIVO (4)
SUPERV. MANTTO. METALMECANICO (1)
SUPERV. MANTTO. PREV. MECÁNICO (1)
MANTENEDOR (8)
SUPERV. MANTTO. PREV. ELECTRICO (1)
MANTENEDOR (7)
ANALISTA DE MANTENIMIENTO (1)
ANALISTA DE MANTENIMIENTO (1)
PLANIFICADOR(1)
PLANIFICADOR(1)
JEFE DE MANTENIMIENTO (1)
JEFE DE MANTENIMIENTO (1)
SUPERV. MANTTO. ELÉCTRICO (1)
SUPERV. MANTTO. ELÉCTRICO (1)
ESPECIALISTA SIST. CONTROL (1)
ESPECIALISTA SIST. CONTROL (1)
SUPERV. MANTTO. CORRECTIVO (4)
SUPERV. MANTTO. CORRECTIVO (4)
SUPERV. MANTTO. METALMECANICO (1)SUPERV. MANTTO.
METALMECANICO (1)
SUPERV. MANTTO. PREV. MECÁNICO (1)SUPERV. MANTTO.
PREV. MECÁNICO (1)
MANTENEDOR (8)MANTENEDOR (8)
SUPERV. MANTTO. PREV. ELECTRICO (1)
MANTENEDOR (7)MANTENEDOR (7)
FERROVENFERROATLANTICA DE VENEZUELA, S.A.
ORGANIGRAMA GENERAL
JEFE DE ORG. Y SISTEMAS (1)
ANALISTA DE SISTEMAS (2)
JEFE DE ADMÓN. Y FINANZAS (1)
CONTADOR (4)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA FINANCIERO (2)
JEFE DE PERSONAL (1)
ANALISTA DE REC. HUMANOS (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA DE NÓMINA Y BENEF. (2)
INSPECTOR DE CALIDAD (2)
ANALISTA DE LABORATORIO (2)
JEFE DE LABORATORIO (1)
OPERADOR (4)
SUPERVISOR DE ACONDICIONAM. (1)
SUPERVISOR DE SERV. AMBIENT. (1)
JEFE DE MAT. PRIMAS Y P. TERMINADOS (1)
SUPERVISOR DE TRÁF. Y ADUANA (1)
ANALISTA CONTROL DE MATERIALES (4)
SUPERVISOR DE MATERIAS PRIMAS (1)
ANALISTA DE MAT. PRIMAS Y P. TERM. (1)
OPERADOR (6)
MANTENEDOR (2)
JEFE DE PRODUCCIÓN (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
SUPERV. GENERALDE PRODUCCIÓN (1)
SUPERVISOR DE SERV. AUXILIARES (1)
OPERADOR (6)SUPERVISOR DE COLADA (4)
OPERADOR (28)
SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN (4)
OPERADOR (33)
MANTENEDOR (12)
JEFE DE SALUD E HIG. INDUSTRIAL (1)
ENFERMERA O PARAMÉDICO (1)
ANALISTA DE HIG. Y SEG. IND. (1)
COORDINADOR DE SEGURIDAD FISICA (1)
JEFE DE COMPRAS Y ALMACÉN (1)
SUPERVISOR DE ALMACÉN (1)
ANALISTA DE COMPRAS (2)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA DE RESPUESTOS (1)
ANALISTA DE ALMACÉN (2)
OPERADOR EQUIPOS AUXILIARES (1)
DIRECTOR DE FÁBRICA (1)
COORDINADOR DE VENTAS (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
JEFE DE CALIDAD Y PROCESOS (1)
ASISTENTE TÉCNICO (1)
SUPERV. GENERALDE PLANTA PASTA ELECTRÓDICA (1)
SUPERVISOR DE PLANTA DE PASTA ELECTRÓDICA (1)
OPERADOR (4)
ASISTISTENTE DE COMERCIALIZACIÓN (1)
SALA TECNICA
INGENIEROS (2)
PROYECTISTA (1)
FERROVENFERROATLANTICA DE VENEZUELA, S.A.
ORGANIGRAMA GENERAL
FERROVENFERROATLANTICA DE VENEZUELA, S.A.
ORGANIGRAMA GENERAL
JEFE DE ORG. Y SISTEMAS (1)
ANALISTA DE SISTEMAS (2)
JEFE DE ORG. Y SISTEMAS (1)
ANALISTA DE SISTEMAS (2)
JEFE DE ORG. Y SISTEMAS (1)
JEFE DE ORG. Y SISTEMAS (1)
ANALISTA DE SISTEMAS (2)
JEFE DE ADMÓN. Y FINANZAS (1)
CONTADOR (4)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA FINANCIERO (2)
JEFE DE ADMÓN. Y FINANZAS (1)
JEFE DE ADMÓN. Y FINANZAS (1)
CONTADOR (4)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA FINANCIERO (2)
ANALISTA FINANCIERO (2)
ANALISTA FINANCIERO (2)
JEFE DE PERSONAL (1)
ANALISTA DE REC. HUMANOS (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA DE NÓMINA Y BENEF. (2)
JEFE DE PERSONAL (1)JEFE DE PERSONAL (1)
ANALISTA DE REC. HUMANOS (1)
ANALISTA DE REC. HUMANOS (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA DE NÓMINA Y BENEF. (2)
INSPECTOR DE CALIDAD (2)
ANALISTA DE LABORATORIO (2)
JEFE DE LABORATORIO (1)
INSPECTOR DE CALIDAD (2)
INSPECTOR DE CALIDAD (2)
ANALISTA DE LABORATORIO (2)
ANALISTA DE LABORATORIO (2)
JEFE DE LABORATORIO (1)
OPERADOR (4)
SUPERVISOR DE ACONDICIONAM. (1)
SUPERVISOR DE SERV. AMBIENT. (1)
JEFE DE MAT. PRIMAS Y P. TERMINADOS (1)
SUPERVISOR DE TRÁF. Y ADUANA (1)
ANALISTA CONTROL DE MATERIALES (4)
SUPERVISOR DE MATERIAS PRIMAS (1)
ANALISTA DE MAT. PRIMAS Y P. TERM. (1)
OPERADOR (6)
MANTENEDOR (2)
OPERADOR (4)OPERADOR (4)
SUPERVISOR DE ACONDICIONAM. (1)
SUPERVISOR DE ACONDICIONAM. (1)
SUPERVISOR DE SERV. AMBIENT. (1)
JEFE DE MAT. PRIMAS Y P. TERMINADOS (1)
SUPERVISOR DE TRÁF. Y ADUANA (1)
ANALISTA CONTROL DE MATERIALES (4)
SUPERVISOR DE MATERIAS PRIMAS (1)
ANALISTA DE MAT. PRIMAS Y P. TERM. (1)
OPERADOR (6)
MANTENEDOR (2)
SUPERVISOR DE SERV. AMBIENT. (1)
SUPERVISOR DE SERV. AMBIENT. (1)
JEFE DE MAT. PRIMAS Y P. TERMINADOS (1)JEFE DE MAT. PRIMAS Y P. TERMINADOS (1)
SUPERVISOR DE TRÁF. Y ADUANA (1)
SUPERVISOR DE TRÁF. Y ADUANA (1)
ANALISTA CONTROL DE MATERIALES (4)ANALISTA CONTROL DE MATERIALES (4)
SUPERVISOR DE MATERIAS PRIMAS (1)
SUPERVISOR DE MATERIAS PRIMAS (1)
ANALISTA DE MAT. PRIMAS Y P. TERM. (1)
ANALISTA DE MAT. PRIMAS Y P. TERM. (1)
OPERADOR (6)
MANTENEDOR (2)
OPERADOR (6)OPERADOR (6)
MANTENEDOR (2)MANTENEDOR (2)
JEFE DE PRODUCCIÓN (1)
JEFE DE PRODUCCIÓN (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
SUPERV. GENERALDE PRODUCCIÓN (1)SUPERV. GENERALDE PRODUCCIÓN (1)
SUPERVISOR DE SERV. AUXILIARES (1)
OPERADOR (6)SUPERVISOR DE COLADA (4)
SUPERVISOR DE COLADA (4)
OPERADOR (28)OPERADOR (28)
SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN (4)SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN (4)
OPERADOR (33)OPERADOR (33)
MANTENEDOR (12)MANTENEDOR (12)
JEFE DE SALUD E HIG. INDUSTRIAL (1)
ENFERMERA O PARAMÉDICO (1)
ANALISTA DE HIG. Y SEG. IND. (1)
COORDINADOR DE SEGURIDAD FISICA (1)
JEFE DE SALUD E HIG. INDUSTRIAL (1)
JEFE DE SALUD E HIG. INDUSTRIAL (1)
ENFERMERA O PARAMÉDICO (1)
ANALISTA DE HIG. Y SEG. IND. (1)
COORDINADOR DE SEGURIDAD FISICA (1)
COORDINADOR DE SEGURIDAD FISICA (1)
JEFE DE COMPRAS Y ALMACÉN (1)
SUPERVISOR DE ALMACÉN (1)
ANALISTA DE COMPRAS (2)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA DE RESPUESTOS (1)
ANALISTA DE ALMACÉN (2)
OPERADOR EQUIPOS AUXILIARES (1)
JEFE DE COMPRAS Y ALMACÉN (1)
JEFE DE COMPRAS Y ALMACÉN (1)
SUPERVISOR DE ALMACÉN (1)
SUPERVISOR DE ALMACÉN (1)
ANALISTA DE COMPRAS (2)ANALISTA DE COMPRAS (2)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ANALISTA DE RESPUESTOS (1)
ANALISTA DE RESPUESTOS (1)
ANALISTA DE ALMACÉN (2)ANALISTA DE ALMACÉN (2)
OPERADOR EQUIPOS AUXILIARES (1)
DIRECTOR DE FÁBRICA (1)
DIRECTOR DE FÁBRICA (1)
COORDINADOR DE VENTAS (1)
COORDINADOR DE VENTAS (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
ASISTENTE ADMINISTRATIVO (1)
JEFE DE CALIDAD Y PROCESOS (1)
ASISTENTE TÉCNICO (1)
JEFE DE CALIDAD Y PROCESOS (1)
ASISTENTE TÉCNICO (1)
ASISTENTE TÉCNICO (1)
SUPERV. GENERALDE PLANTA PASTA ELECTRÓDICA (1)
SUPERV. GENERALDE PLANTA PASTA ELECTRÓDICA (1)
SUPERVISOR DE PLANTA DE PASTA ELECTRÓDICA (1)
SUPERVISOR DE PLANTA DE PASTA ELECTRÓDICA (1)
OPERADOR (4)
ASISTISTENTE DE COMERCIALIZACIÓN (1)
SALA TECNICA
INGENIEROS (2)
PROYECTISTA (1)
Figura 3.1. Organigrama general de la empresa.
3.5. Ubicación de la Pasantía dentro de la Organización.
La pasantía larga se realiza adscrita a la Jefatura de Producción de Ferroatlántica de
Venezuela S.A., conjuntamente en la Planta de Producción de Ferrosilicio y Planta de Pasta
durante un período de 20 semanas.
Esta jefatura cumple con la responsabilidad de desarrollar, controlar, ejecutar y supervisar
las actividades técnicas que garanticen el funcionamiento y continuidad operacional de las
unidades del área de producción de ferrosilicio en todas sus especificaciones, así como también
de las plantas de pasta, microsílice y ferromanganeso. Además realiza un seguimiento continuo
de las variables operacionales a fin de evitar o detectar fallas que perturben la producción, de tal
manera que pueda realizarse a tiempo las correcciones y aplicarse las acciones necesarias que
permitan garantizar el buen desenvolvimiento de la actividad productiva y asegurar soluciones
9
que generen beneficios económicos y/o mejoras en la operación o seguridad de las unidades de
proceso bajo su responsabilidad.
3.6 Actividad Económica.
La producción de ferrosilicio de FERROVEN, S.A. está distribuida en un 10% para el
mercado nacional y un 90% para el mercado internacional. Su producción mayormente es
exportada a países tales como Estados Unidos, Japón, Canadá y la Unión Europea, los cuales son
sus principales consumidores a través de sus industrias siderúrgicas y de fundiciones. En menor
escala, se suministra pasta electródica y antracita calcinada a las industrias del aluminio y las
industrias que requieran la utilización de electrodos. La mayor parte de la producción de
ferromanganeso se tiene destinada para el consumo de empresas de la región, destinándose más
del 80% a este mercado.
3.7. Materias Primas Utilizadas.
Para la producción del ferrosilicio, FERROVEN S.A. recibe en sus patios de
almacenamiento de materias primas diferentes materiales entre los cuales se pueden encontrar los
siguientes: hulla, coque, hulla lavada, hierro, briqueta Fe-Si, cuarzo, cuarzo fino y astillas de
madera.
Los cuarzos que se utilizan deben tener como mínimo 97% de sílice, ya que estos cuarzos
aportan dióxido de silicio (SiO2) a partir del cual se obtiene el Silicio (Si) necesario para la
producción del Ferrosilicio al 75%. Estos cuarzos provienen actualmente de las minas Candelaria
y El Manteco ubicadas en zonas cercanas a Upata y Guasipati. Los cuarzos son explotados y
comercializados por la empresa Cuarzo Industriales de Venezuela S.A. (Cuarzoven C.A.) que es
la filial minera de Ferroatlántica de Venezuela S.A.
Los minerales utilizados como fuente de manganeso que se utilizan para producir
ferromanganeso son: el carbonato de Ghana y el Carajá que es traído desde Brasil.
El mineral de hierro que se recibe en los patios de almacenamiento es la hematita roja y
parda (Fe2O3, Fe2O3.xH2O), por ser estas las formas de óxidos de hierro más abundante en la
naturaleza, así como también por su alto contenido de hierro y la elevada reductibilidad que
10
poseen estos óxidos. Estos se obtienen principalmente de la explotación minera en las zonas de
Los Pijiguaos, el cerro San Isidro y Ciudad Piar por parte de la empresa estatal CVG Ferrominera
del Orinoco C.A. También se utilizan prerreducidos en forma de briquetas, comercializados
principalmente por la empresa Venezolana de Prerreducidos del Caroní, C.A. (Venprecar C.A.)
filial de International Briquettes Holding (IBH). Ambos, son las principales fuentes de Hierro
metálico (Fe) que se necesita para el proceso de producción del ferrosilicio.
Adicionalmente, en los patios de almacenamiento la empresa recibe las diferentes fuentes
de carbono, que se utilizan como reductores de la sílice y de los minerales o prerreducidos de
hierro necesarios en el proceso de fabricación del ferrosilicio, los reductores utilizados son: el
coque reactivo o semicoque, el cual es un residuo poroso que se obtiene por la destilación
incompleta del carbón mineral, así como también se obtiene en los procesos de refinación del
petróleo. Parte del coque utilizado es producido y comercializado por las empresas García Munte
Energía S.A. y Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA). Además se cuenta con el suministro de
hullas las cuales son un tipo de carbón mineral formado por carbono, hidrógeno, oxigeno, azufre
y materias inertes. Las hullas son altamente reactivas y poseen una alta resistencia eléctrica y
deben ser utilizadas en mezclas con coque debido a que poseen un alto contenido de materias
volátiles. Esta materia prima es explotada y comercializada por las empresas Carbones del
Guasare S.A. filial de la estatal carbonífera Carbones del Zulia (CARBOZULIA), donde las
principales minas están ubicada en la región de la Guajira al norte del estado Zulia y otra parte es
suministrada por la empresa colombiana Coquizadora del Norte Ltd.
Por último, se utiliza también como materia prima la madera en forma de astillas, las
cuales sirven para aumentar la permeabilidad o porosidad de la mezcla y también aumenta la
resistencia eléctrica de la misma. Además de ser formadoras de carbón vegetal, el cual es el
mejor reductor utilizado en la fabricación de silicio y por ende de ferrosilicio debido a su alta
reactividad y resistencia eléctrica, lo cual permite aprovechar al máximo el silicio, obteniéndose
de esta manera un elevado rendimiento de la carga.
Para la producción de la antracita calcinada y de la pasta electródica que se produce en la
empresa, las materias primas que se necesitan son: antracita y brea. Ambos productos son
11
importados directamente por el grupo Ferroatlántica desde la casa matriz ubicada en España.
Estos llegan al país en barcos. La brea es suministrada a través de barriles o tambores.
3.8. Proceso Productivo del Ferrosilicio.
El proceso de producción de ferrosilicio en FERROVEN S.A. el cual es esquematizado en
la figura 3.2, se inicia con la recepción e inspección visual de las materias primas, tales como
cuarzo, minerales prerreducidos de hierro, hulla, coque y astillas de madera, las cuales son
cuantificadas en la estación de pesaje a la entrada de planta y posteriormente almacenada en los
patios de almacenamiento de materias primas. De allí son transportadas mediante un sistema de
cintas trasportadoras hasta los silos de almacenamiento interno, donde son pesadas de acuerdo a
patrones de carga establecidos y posteriormente ingresada a los hornos de reducción de arco
eléctrico sumergido donde se llevan a cabo las reacciones de reducción del cuarzo y de los
prerreducidos de hierro necesarios para la generación del ferrosilicio. Una vez culminado este
proceso, se obtiene la aleación de ferrosilicio estándar líquido al 75% en silicio de acuerdo a las
especificaciones exigidas el cual se enfría en las piscinas de vaciado. Si es necesario, a partir de
un proceso de refinación mediante la insuflación de una mezcla de aire y oxígeno se logra
eliminar impurezas tales como calcio y aluminio, principalmente en forma de óxidos,
obteniéndose ferrosilicio refinado bajo en calcio y/o bajo aluminio. Todas estas aleaciones
especiales que se obtienen por la refinación del ferrosilicio estándar varían de acuerdo a las
especificaciones requeridas o exigidas por los clientes. Si este proceso de refinación es obviado,
simplemente se culmina con el proceso de solidificación, trituración y cribado de acuerdo a la
granulometría requerida y posteriormente almacenado como producto terminado. Cabe destacar
que durante el proceso de reducción se requieren insumos tales como energía eléctrica, agua de
refrigeración y pasta electródica proveniente de la Planta de Pasta, así como también aire,
oxígeno y escoria sintética para el proceso de refinación. Además el humo generado en el proceso
es enviado a la Planta de Tratamientos de Humos donde se aprovecha y se recupera el microsílice
contenido en ellos.
12
Astillas deMadera
CoqueHullaCuarzo(SiO2)
AportadorHierro
Silos de almacenamiento
Astillas deMadera
CoqueHullaCuarzo(SiO2)
AportadorHierro
Silos de almacenamiento
Recepción e Inspección de las Materias Primas
Trituración y Cribado
Almacenamiento deProductos Terminados
Horno Eléctrico de Arco Sumergido
(Reducción)
Producto FeSiLíquido 75%
Pasta ElectródicaEnergía EléctricaAgua EnfriamientoGasAire comprimido
Planta de HumosRecuperación de
Microsilice
HumosSeparador de partículas
Solidifación/Lingontes Silos de Densificación
Silos de Almacenamiento
de Microsilice
EmbolsadoCarga de Camiones
MERCADO CLIENTES
Partículasfinas
Partículasgruesas
Gases Limpios a la
Atmósfera
Recepción e Inspección de las Materias Primas
Trituración y Cribado
Almacenamiento deProductos Terminados
Horno Eléctrico de Arco Sumergido
(Reducción)
Producto FeSiLíquido 75%
Pasta ElectródicaEnergía EléctricaAgua EnfriamientoGasAire comprimido
Planta de HumosRecuperación de
Microsilice
HumosSeparador de partículas
Solidifación/Lingontes Silos de Densificación
Silos de Almacenamiento
de Microsilice
EmbolsadoCarga de Camiones
MERCADO CLIENTES
Partículasfinas
Partículasgruesas
Recepción e Inspección de las Materias Primas
Trituración y Cribado
Almacenamiento deProductos Terminados
Horno Eléctrico de Arco Sumergido
(Reducción)
Producto FeSiLíquido 75%
Pasta ElectródicaEnergía EléctricaAgua EnfriamientoGasAire comprimido
Planta de HumosRecuperación de
Microsilice
HumosSeparador de partículas
Solidifación/Lingontes Silos de Densificación
Silos de Almacenamiento
de Microsilice
EmbolsadoCarga de Camiones
MERCADO CLIENTES
Partículasfinas
Partículasgruesas
Trituración y Cribado
Almacenamiento deProductos Terminados
Trituración y Cribado
Almacenamiento deProductos Terminados
Horno Eléctrico de Arco Sumergido
(Reducción)
Producto FeSiLíquido 75%
Pasta ElectródicaEnergía EléctricaAgua EnfriamientoGasAire comprimido
Planta de HumosRecuperación de
Microsilice
HumosPlanta de HumosRecuperación de
Microsilice
HumosSeparador de partículas
Solidifación/LingontesSolidifación/Lingontes Silos de Densificación
Silos de Almacenamiento
de Microsilice
EmbolsadoCarga de Camiones
MERCADO CLIENTES
Silos de Densificación
Silos de Almacenamiento
de Microsilice
EmbolsadoCarga de Camiones
MERCADO CLIENTES
Partículasfinas
Partículasgruesas
Gases Limpios a la
Atmósfera
Figura 3.2. Diagrama de bloques del proceso de producción de ferrosilicio.
3.9. Proceso Productivo del Ferromanganeso.
El proceso productivo del ferromanganeso es similar al del ferrosilicio, sólo que las
materias primas cambian ligeramente. Obviamente se utiliza la fuente de Manganeso descrita
anteriormente, los reductores conformados por el coque metalúrgico, coque de petróleo y la hulla
Guasare. Otro componente que se agrega al horno como fundente y para regular la basicidad es la
caliza; y como fuente de hierro se utiliza cascarilla de hierro. El producto obtenido en este
proceso es el ferromanganeso estándar que posee un 77% de manganeso aproximadamente. La
planta de tratamientos de humos que posee este horno, es uno de los sistemas de protección
ambiental más modernos que existe actualmente. En esta planta de humo, el subproducto que se
13
recoge es utilizado para la producción de briquetas de ferromanganeso, que son reutilizadas en el
horno y de esta forma se recupera parte de ese material.
3.10. Productos que se obtienen.
Como producto de punta se obtiene la aleación conocida comercialmente como
ferrosilicio al 75% (FeSi 75%), el cual recibe ese nombre debido a su composición química, la
cual posee entre un 74% y un 79% en Silicio y según las normas ASTM A 100-93 es clasificado
como ferrosilicio grado C. Una composición típica del ferrosilicio producido es de 76% en
Silicio; 20,6 % en Hierro; 1,3% en Aluminio; 0,5 en Calcio y 0,1% en Carbono. Adicional a la
producción de ferrosilicio estándar también se obtiene ferrosilicio refinado con características
especificas de acuerdo a las exigencias de los compradores como ferrosilicio bajo en calcio y/o
bajo en aluminio, cuyos valores oscilan con valores menores a 0,5%.
El ferrosilicio por su gran afinidad por el carbono y el oxígeno es usado principalmente en
la producción de aceros como agente desoxidante y descarburizante, así como también en la
producción de fundiciones como fuente de silicio que es el elemento encargado de darle la forma
final al grafito durante la solidificación, mejorando la dureza de dichas aleaciones. Además es
utilizado como agente reductor en los procesos silicio electrotérmicos, como agente aleante en la
producción de aceros con alto contenido de silicio especialmente en la industria de
transformadores eléctricos. También es usado para refinar ferroaleaciones con alto contenido de
carbono, en la fabricación de electrodos para soldadura como parte de la masa del revestimiento y
en conjunto con otros productos es usado en la fabricación de aceros inoxidables.
El subproducto obtenido durante la producción de ferrosilicio, es la microsílice, la cual
contiene entre un 85% y un 98% en dióxido de silicio amorfo (SiO2 vítreo) en forma de partículas
esféricas microscópicas de aproximadamente 0,10 – 0,15μm. Dicho compuesto es utilizado como
aditivo para el hormigón. Durante la formación del hormigón se mezcla agua y cemento los
cuales reaccionan produciendo silicatos de calcio hidratados, que son los responsables de
proporcionarles al hormigón su resistencia. Al agregarle la microsílice, ésta reacciona con el
hidróxido de calcio producido durante la hidratación del cemento, incrementando la cantidad de
silicatos de calcio hidratados y de esta manera aumenta la resistencia a la compresión y a la
14
tracción del hormigón y por ende aumentando su durabilidad. Además, la microsílice mejora la
distribución y el empaquetamiento de las partículas en el hormigón fresco, obteniéndose así
menos espacios vacíos o llenos de agua, disminuyendo la permeabilidad del hormigón y con ello
se disminuye o evita la penetración de iones cloruros y/o carbonatación del mismo, los cuales son
los principales iones que causan la corrosión del acero en el hormigón. Adicionalmente la
presencia del microsílice evita la aparición de grietas próximas al acero, debido a que su
presencia disminuye la segregación entre el cemento y el acero, proporcionando por ende un
mejor enlace entre ellos, y de esta manera, la microsílice también ayuda a proteger el acero de
refuerzo en las estructuras de hormigón.
El principal producto obtenido para la comercialización del ferromanganeso es el
ferromanganeso 77%, que es utilizado en la industria metalúrgica, específicamente en las acerías
como desulfurante del acero y como materia prima en la fabricación de aceros al manganeso.
Por otra parte, en la planta de pasta electródica el principal producto que se obtiene
después de finalizado el proceso de calcinación de la antracita, es la antracita calcinada. A partir
de ésta se obtiene la pasta electródica. La pasta electródica cruda es utilizada como un insumo
dentro del proceso de producción de ferrosilicio y ferromanganeso. Una vez que la pasta
electródica entra en operación dentro de los hornos de reducción ocurre el proceso de cocción de
la misma, transformándose en un sólido con excelentes propiedades mecánicas y eléctricas
conocido con el nombre de electrodo Söderberg.
15
IV. MARCO TEÓRICO.
4.1. ELECTRODOS.
4.1.1. Definición y descripción.
En los hornos de arco sumergidos los electrodos son los elementos a través de los cuales
llega la corriente eléctrica y generan el arco que salta al baño de la ferroaleación, acero líquido o
metal líquido. Generalmente son de forma cilíndrica y están compuestos por una masa de carbón,
ya que este material es buen conductor de la electricidad y tiene elevado punto de fusión. Al
transmitir la corriente eléctrica a la carga del horno y durante su funcionamiento alcanzan
elevadas temperaturas, por lo que deben refrigerarse. (1,2)
Las propiedades de un electrodo deben ser: 1) elevada conductividad eléctrica, es decir,
baja resistividad eléctrica; 2) elevada resistencia mecánica y buena elasticidad, es decir, 3)
elevada resistencia a los choques térmicos.
Estas características dependen directamente de la calidad y elaboración de la pasta
electródica y de la materia prima con la que se elabora la misma.
4.1.2. Tipos de electrodos.
Los electrodos que son más utilizados en los hornos de arco eléctrico son: los precocidos
o electrodos de grafito y de autococción o electrodos Söderberg. (1)
Los electrodos de grafito, tienen un elevado costo por lo cual su uso se ha restringido a
procesos de fabricación donde se requiere que el contenido de hierro en el producto sea bajo, en
el caso de producir ferrosilicio o bajo contenido de carbón para el caso de aceros. El grafito es el
componente básico utilizado en la fabricación estos electrodos. (1,3)
Los hornos de fusión modernos están equipados con electrodos de autococción, llamados
Söderberg en honor a su inventor C.W. Söderberg y fueron patentados en 1919 por la empresa
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Elektrokemisk A/S de Noruega. Los electrodos Söderberg son mucho más económicos de operar
que los precocidos, así que el uso de electrodos de grafito se reduce a la producción de aleaciones
en las que el aporte de acero de la virola del electrodo no puede ser tolerado, como por ejemplo,
en la producción de silicio metálico. En la actualidad su principio de funcionamiento se mantiene
igual, aunque se han hecho muchas mejoras a los equipos y partes que forman el electrodo al
igual que se trabaja en el mejoramiento continuo de la pasta electródica. (1,2)
Los principales procesos metalúrgicos que emplean electrodos Söderberg son: la
fabricación de ferroaleaciones, la electrólisis fundida del aluminio y la obtención del cobre por
vía pirometalúrgica. Las exigencias de las características de funcionamiento de los electrodos son
mayores en el horno de ferroaleaciones, ya que la temperatura, el tamaño de los electrodos y la
corrosividad de los gases producidos, son mayores en estos hornos.(1)
El electrodo Söderberg es el elemento que hace de cátodo en los hornos de arco de
reducción de minerales. Consiste en una envoltura de acero rellena de pasta electródica, la cual se
introduce por la parte superior y a su vez va sufriendo un proceso de cocción en su avance
progresivo sobre la bóveda del horno. (1,2)
4.1.3. Propiedades de los electrodos Söderberg.
Como se mencionó anteriormente, un buen electrodo debe tener tres propiedades
fundamentales las cuales se explicaran en detalle a continuación.
Propiedades mecánicas: las características mecánicas del electrodo deben ser suficientes
para soportar los esfuerzos a que se ven sometidos en el interior del horno, ya que estos pueden
ser golpeados al momento de acomodar la carga dentro del mismo. Estas propiedades dependen
de dos factores: (2)
Calidad de las materias primas: los mejores resultados se obtienen con coques de alta
densidad real y aparente (bulk), calcinados a altas temperaturas y breas de alta
aromaticidad y densidad, con alto contenido en insolubles en antraceno y quinoleína,
procedentes de alquitranes destilados a altas temperaturas y con tiempos largos de
destilación.
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Composición de la pasta: la distribución granulométrica debe ser adecuada para obtener la
máxima homogeneidad y compacidad, lo que conduce a una densidad alta. También debe
existir una buena impregnación de los sólidos por la brea.
Propiedades eléctricas: el electrodo debe tener valores de resistividad eléctrica bajos, para
así tener pocas pérdidas de energía y bajas caídas de tensión. Además, un valor alto de la
resistividad eléctrica se corresponde con un valor alto del módulo de Young, y por tanto, con una
mayor rigidez del electrodo. La conductividad eléctrica del electrodo depende de: (2)
Materia primas: la conductividad es mayor cuanto mayor sea la densidad real, la densidad
aparente (bulk) y la temperatura de calcinación de los agregados secos. También es
conveniente un bajo contenido de azufre. En lo que respecta a la brea, la conductividad
eléctrica se relaciona con la aromaticidad, la densidad y los insolubles en antraceno. La
relación de la resistividad y la densidad del agregado se muestran en la figura 4.1.
Figura 4.1. Densidad del agregado seco frente a la resistencia eléctrica.(2)
Composición de la pasta: es deseable una alta densidad pues con ello se garantiza
continuidad al momento de tener el electrodo conformado. Ello se logra con una buena
impregnación de los sólidos por la brea, y una proporción baja de brea. En la figura 4.2 se
aprecia el comportamiento de la resistencia eléctrica frente a la cantidad de brea..
18
Figura 4.2. Resistencia eléctrica frente a la cantidad de brea en la pasta.(2)
Proceso de cocción del electrodo: los mejores valores de conductividad eléctrica se
obtendrán con temperaturas altas y tiempos largos de cocción porque esto disminuye los
volátiles de la antracita y a menor cantidad de volátiles menor resistividad. En la figura
4.3 se aprecia claramente el efecto de ambos parámetros en la resistencia eléctrica de los
electrodos.
Figura 4.3. Resistencia eléctrica frente a temperatura y tiempo de coquización.(2)
Fluidez en la superficie libre superior: la fluidez de la pasta fundida debe ser suficiente
para: (2)
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- Facilitar el desplazamiento relativo de la pasta con respecto a la virola.
- Rellenar las grietas y fisuras que pudieran producirse.
- No producir segregación, es decir, separación entre las partículas por sus tamaños, ni
filtraciones fuera del electrodo.
La fluidez de la pasta cruda la determina el exceso de aglomerante, una vez llenados los
poros abiertos de los agregados sólidos, y los espacios entre partículas. Las propiedades de las
materias primas que influyen en la fluidez, son: (2)
Propiedades de los agregados secos: la densidad real y aparente (bulk), cuanto mayor sea
se necesita menor cantidad de brea para obtener la misma fluidez. La granulometría,
cuanto mayor sea la proporción de finos, mayor cantidad de brea se necesitará para
obtener la misma fluidez, ya que la superficie a impregnar es mayor, y por lo tanto
quedará menos ligante libre.
Propiedades de la brea: el poder de impregnación o mojabilidad, favorece la unión del
aglomerante a los sólidos, perjudicando la fluidez. El contenido en resinas ligeras, cuanto
mayor sea mayor fluidez presentará la pasta.
Proceso de amasado: las amasadoras de tipo discontinuo dan pastas de menor fluidez que
las de tipo continuo, para una misma adición de brea. La fluidez de la pasta cruda es
menor cuanto mayor sea el tiempo de amasado. A mayor temperatura de amasado
corresponde mayor fluidez en la pasta cruda
Choque térmico: la resistencia al choque térmico se puede definir como una característica
que tienen los materiales de soportar bruscas variaciones de temperatura, por ejemplo,
calentamientos y enfriamientos rápidos. El en caso de los electrodos, estos están expuestos a estas
condiciones al momento de hacer paradas y arranques en el horno. (1)
4.1.4. Principio de funcionamiento de los electrodos Söderberg.
La función principal del electrodo es conducir la corriente eléctrica hacia el horno, debido
a esto el correcto funcionamiento de los electrodos cumple un papel definitivo en el rendimiento
del proceso metalúrgico de reducción para obtener la ferroaleación deseada. El electrodo
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Söderberg se caracteriza porque su cocción se realiza en el momento de ser empleado en el
horno, partiendo de una pasta cruda. Es básicamente un sistema continuo y debe ser operado de la
forma más continua que sea posible. La pasta debe cargarse todos los días, y el deslizamiento del
electrodo debe llevarse a cabo en pequeños incrementos. Durante la operación la pasta
electródica se transforma en un sólido con buenas propiedades eléctricas y mecánicas. (1,2,3)
En un horno de reducción abierto, la coquización de la pasta ocurre a lo largo de la zona
de placas a través de las cuales se desarrolla un perfil de temperatura como el mostrado en la
figura 4.4. De acuerdo a las zonas de distinta temperatura que va atravesando la pasta en su
camino descendente hacia el horno se producen diferentes mecanismos a saber: (2)
Figura 4.4. Electrodo Söderberg.(1)
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El proceso de cocción se realiza en varias etapas, de acuerdo a las zonas de distintas
temperaturas que va atravesando la pasta en su camino descendente hacia el horno. A
continuación se analizan cada una de estas zonas.(2)
Zona 1 (hasta 200 °C): corresponde a la zona superior, las temperaturas no son muy
elevadas, debido a la lejanía de la fuente de calor, la baja conductividad térmica de la pasta cruda
y el enfriamiento producido por el contacto de la superficie con el aire. Esta es la zona más fluida
del electrodo, ya que se encuentra por encima del punto de ablandamiento de la brea. Los
fenómenos más importantes que suceden en esta zona son:
- Evaporación de sustancias volátiles del aglutinante.
- Condensación de sustancias volátiles que ascienden de las zonas más bajas y calientes.
Zona 2 (200 a 350 °C): actúa como una columna de destilación para las sustancias
volátiles procedentes de la zona 3. En esta zona es muy importante el estado de fluidez de la
pasta, pues deben satisfacerse las necesidades de conseguir un deslizamiento suave y uniforme de
la pasta en el interior de la virola y el relleno completo de los huecos. En caso de que la pasta sea
demasiado fluida, puede producirse un derrame sobre el lecho del horno.
Zona 3 (350 a 450 °C): esta zona es ya pobre en aglomerante, pues se produce la pérdida
de las sustancias volátiles, que ascienden hacia capas más altas y el goteo de otra parte de la brea
hacia la parte inferior solidificada.
Zona 4 (450 a 500 °C): la pasta solidifica en un intervalo de temperatura relativamente
reducido. La coquización del medio ligante hace que la resistividad eléctrica disminuya
notablemente. La porosidad de esta zona depende de la capacidad de penetración del
aglomerante, que a su vez es función de:
- Gradiente de temperatura: el avance queda detenido por la coquización de la brea.
- Permeabilidad de la pasta: el aglutinante, que depende de la viscosidad de la brea y de
la forma de los poros.
Zona 5 (> 500 °C): en esta región el electrodo ya está cocido. El aumento de temperatura
provoca una modificación de la estructura de la masa coquizada (grafitización) que mejora aún
más la conductividad eléctrica. En la figura 4.5 se puede apreciar los perfiles de temperatura
desarrolladas dentro de un electrodo Söderberg durante la operación de fabricación de
ferroaleaciones.
22
El proceso de cocción se desarrolló gracias a la energía térmica generada por resistencia
óhmica, la cual suministra casi el 94% de la energía requerida. (2)
Figura 4.5. Distribución de la temperatura en un electrodo para FeSi de 1550 mm. de diámetro.(1)
Adicionalmente, tal como lo indican Arneses y colaboradores, el electrodo Söderberg se
puede dividir en zonas relacionadas con las características de la mezcla: (1,5)
Zona ubicada sobre el nivel de pasta fluida, en esta zona se van soldando nuevas
secciones de envoltura y se carga pasta sólida.
Zona de pasta fluida sobre el nivel superior de las placas de contacto, en esta zona la pasta
se ablanda con la temperatura, distribuyéndose en la envoltura.
Zona de placas de contacto, la corriente pasa hacia el electrodo a través de las aletas y el
calor transforma la pasta en un conductor eléctrico. Los volátiles salen por la parte
inferior de las placas de contacto o craquean en carbono e hidrógeno.
Zona entre las placas de contacto y la superficie de la mezcla, la temperatura aumenta y se
produce fusión de la envoltura.
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Zona ubicada debajo de la mezcla del horno, en esta la temperatura aumenta a un
máximo. Se produce consumo del electrodo. La corriente sale del electrodo.
4.1.5. La columna del electrodo.
La columna de un electrodo Söderberg consiste en una serie de cilindros huecos de acero,
que llevan incorporadas en su interior unas aletas verticales, también de acero. Los cilindros van
soldándose uno encima de otro para formar un largo tubo de acero, el cual es agarrado por los
dispositivos de sostenimiento y deslizamiento, situados en un armazón cerca del extremo superior
del electrodo.(2)
El sistema de sujeción del electrodo está conectado a un regulador que controla
automáticamente el movimiento vertical de la columna del electrodo, para adaptar su posición a
las necesidades de carga. (1,2)
El movimiento vertical del electrodo puede realizarse mediante un soporte
electromecánico unido al armazón, o bien mediante un par de cilindros hidráulicos situados
debajo del armazón. En los hornos modernos de alta potencia, con electrodos grandes y pesados,
el sostenimiento hidráulico se ve favorecido por el ahorro de espacio, y por el hecho de que el
peso de la columna del electrodo descansa sobre un piso inferior del edificio del horno. (2)
La energía se introduce en el electrodo por los cables flexibles, a través de unos tubos de
cobre refrigerados por agua, hasta unas placas de contacto de acero, cobre o latón, que presionan
contra la parte inferior de la virola de acero. Las placas de contacto se sitúan tan cerca como se
pueda de la superficie de la carga del horno, para reducir las pérdidas de energía eléctrica. Un
anillo de presión refrigerado por agua rodea y aprieta las placas de contacto. (1)
El anillo de presión se fabrica normalmente en acero, con empalmes no magnéticos entre
los segmentos, para evitar las corrientes parásitas producidas por el fuerte campo magnético que
rodea el electrodo. (1,2)
Unido a la parte inferior del armazón de acero que protege el sistema de deslizamiento, y
rodeando la virola, se encuentra un cilindro de acero, llamado camisa refrigerada (“dust shield” =
escudo de polvo), que se extiende hasta la parte superior de las placas de contacto. Por el anillo
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hueco que separa la camisa de la virola, se sopla aire hacia abajo, para evitar las corrientes
ascendentes de gases calientes procedentes del horno, y así asegurar que la envoltura llegue
limpia a las placas de contacto. En esta zona están situados unos escudos calefactores, que
aseguran la temperatura suficiente para mantener la pasta fundida. Como la parte inferior de la
camisa debe estar cerca del campo magnético que rodea las placas de contacto, éste se fabrica en
acero inoxidable austenítico para reducir la posibilidad de calentamiento por inducción. (2)
Figura 4.6. La columna del electrodo. (1)
4.1.6. Envoltura de los electrodos.
La envoltura del electrodo Söderberg está formada por un cilindro y aletas radiales,
construida con láminas de acero de 1 a 5 mm. de espesor la cual depende del diámetro del
electrodo y del tipo de aleación o material a fabricar. (1)
25
Para los electrodos de 1.550 mm. de diámetro, generalmente las secciones de las
envolturas se fabrican con láminas de acero de 2,50 mm. de espesor y 2.400 mm. de largo y se
van soldando una sobre otra a medida que se consume el electrodo. La figura 5.7 muestra un
esquema típico de una envoltura que es utilizada en los electrodos de los hornos para producir
ferrosilicio. Las dimensiones de las aletas son de 2.540 mm. de largo, 300 mm. de ancho y 3 mm.
de espesor. Las aletas llevan aberturas rectangulares de 135 mm. de alto por 50 mm. de ancho,
ubicadas en el centro de la aleta a una distancia entre aberturas de 145 mm. Es muy importante
que la soldadura entre secciones de envolturas y entre aletas se efectúe de manera correcta y que
las aletas sean mas largas en 300 ó 400 mm. que la sección de envoltura a fin de que se
superpongan a las aletas de más abajo. (1)
La viscosidad de la brea a temperaturas que oscilen entre 150 a 180 °C es muy baja, por lo
que la porosidad que pueda quedar al realizar soldaduras produce salida de brea lo cual puede ser
causa para que se produzcan arcos eléctricos entre la placa de contacto y la envoltura. (1)
Figura 4.7. Esquema típico de una envoltura para un horno eléctrico de producción de ferrosilicio.
La envoltura actúa como molde de la pasta blanda hasta una temperatura alrededor de 500
°C en la que la pasta se convierte en un electrodo sólido. Desde la zona de cocción hacia abajo las
aletas son la parte más importante de la envoltura ya que sus funciones son: (1,5)
- Conducir la corriente hacia el carbono del electrodo.
- Actuar como elemento de calentamiento para la cocción del electrodo.
26
- Soportar el peso del electrodo cocido.
Las aberturas en las aletas son las que se encargan de mantener sujeto al electrodo cocido
y el tamaño de las mismas en dirección radial debe ser relativamente pequeño para mantener una
alta conductividad térmica y resistencia mecánica. (5)
La sección transversal de un electrodo de 1.550 mm. tiene una proporción de acero a
pasta de alrededor de 1:75. Como ya se ha mencionado anteriormente, la finalidad del electrodo
es conducir elevada corriente, la conductividad eléctrica también debe ser elevada. Ambos
materiales se complementan, es decir, cuando aumenta la temperatura se reduce la conductividad
eléctrica en el acero y aumenta en el carbono, como se muestra en la figura 5.8. Para la relación
acero pasta mencionada, la envoltura de acero y el material de carbono poseen igual
conductividad a una temperatura de aproximadamente 750 °C. Al aumentar la temperatura, el
carbono conduce cada vez mayor parte de la corriente. La envoltura de acero se funde a una
temperatura de 1.200 a 1.400 °C, momento en el cual el carbono se ha convertido en un buen
conductor y puede conducir la corriente. (1,5)
Figura 4.8. Conductividad eléctrica del electrodo contra temperatura en base a una composición de carbono y
acero.(1)
27
4.1.7. Pasta electródica.
Las exigencias de calidad en la fabricación de pasta Söderberg son bastante estrictas
debido a que a partir de esta pasta se obtiene el electrodo y de ella depende la conducción de la
corriente al horno. (4,5)
La pasta para producir un electrodo Söderberg se elabora mezclando en caliente antracita
eléctricamente calcinada, coque metalúrgico o coque de petróleo con brea o alquitrán de hulla
como aglutinante. (1)
La antracita es un tipo de carbón mineral constituido por carbono, hidrógeno, oxígeno y
materias inertes. Se caracterizan por un alto contenido de carbono fijo (86% mínimo) y bajos
volátiles (7% máximo). La calcinación de la antracita se efectúa reduciendo los volátiles a menos
de 0,5% por calentamiento de la antracita a altas temperaturas, en un horno eléctrico monofásico,
cilíndrico y de determinada altura. La calcinación aumenta la conductividad eléctrica de la
antracita, se especifica una resistividad eléctrica para la antracita calcinada entre 400 y 1100
ohmio mm2/m. La antracita calcinada debe ser físicamente resistente y con pocas grietas en los
granos. (1)
El aglomerante usado en la fabricación de la pasta electródica tipo Söderberg es brea o
alquitrán de hulla, el cual actúa de aglomerante de las partículas sólidas y en el electrodo cocido
actúa como ligante. El aglomerante debe conferir a la pasta cierto grado de plasticidad a
determinadas temperaturas. (1, 5, 6)
La brea es un residuo de la destilación de los alquitranes de hulla a alta temperatura y esta
compuesta de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y trazas. Alquitrán de hulla es un
producto bituminoso graso y oscuro obtenido por destilación destructiva de hullas. (1)
4.1.8. Corriente que soporta una envoltura.
Durante la operación normal de un horno para producir ferrosilicio, la zona de cocción del
electrodo Söderberg debe mantenerse sobre el nivel inferior de las placas de contacto. Si esta
zona queda debajo del nivel inferior de las placas de contacto, la corriente que alimenta al
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electrodo debe ser inferior a la cantidad de corriente que puede soportar la envoltura sin que se
funda. (1)
Figura 4.9. Posición de la zona de cocción bajo diferentes condiciones operativas.(1)
La densidad de corriente que soporta el acero es entre 2,4 a 2,7 amperios/mm2, 2,5
amperios/mm2 según la experiencia en Ferroven son aceptables. (1, 5, 6)
Como ejemplo de la cantidad de corriente que puede soportar una envoltura de un
electrodo Söderberg de 1.550 mm. de diámetro, si se sabe que la misma tiene una sección
transversal de 29.673,67 mm2 y 2,5 amperios/mm2, se tiene 74.184 Amperios.
4.1.9. Corriente que soporta un electrodo.
La densidad de corriente que soporta un electrodo es una propiedad que depende de la
calidad de la pasta electródica y de la cocción del electrodo. Conociendo la densidad de corriente
de la pasta cocida y el diámetro del electrodo es posible conocer la cantidad de corriente que
puede soportar el mismo. Así por ejemplo, si el diámetro es 155 cm. y la densidad de corriente de
la pasta cocida 6,50 Amperios/cm2, entonces la corriente máxima que soporta un electrodo es: (1)
AcmAcm
iDiA 650.122/50,64
)155(1416,3
42
22
=××=××=× π Ec.1
29
4.1.10. Deslizamiento del electrodo.
Durante la operación normal del horno para producir ferrosilicio, el electrodo se consume,
sin embargo, este proceso normal de consumo puede ser variable y depende de factores, tales
como: balance de carbono en el horno, resistencia de operación, posición de los electrodos
respecto del fondo de cuba, flujo de gases, escoria en la superficie, humedad en la materia prima,
calidad de la pasta electródica y segregación de la pasta en la envoltura. Para mantener la
longitud correcta, se compensa el consumo alargando el electrodo, operación conocida como
deslizamiento de electrodo. Generalmente los deslizamientos que se efectúan son de 2 cm/hora. (1)
Eventualmente originado por el consumo de los electrodos, se realiza una operación para
compensar el tamaño del electrodo conocida como deslizamientos largos. El nombre se debe a
que la cantidad de electrodo que se desliza es mayor a 20 cm. Esta operación se realiza con un
programa de cocción durante el cual la potencia y los MWH del horno se bajan y se van
ajustando, y de esta forma se garantiza la cocción de la pasta.
La cocción del electrodo Söderberg depende de la calidad de la pasta electródica usada, de
la corriente eléctrica, de la fabricación de la envoltura, de la temperatura del agua de
enfriamiento, de la presión de las placas de contacto y de las condiciones operativas del horno.
Arneses y colaboradores (5), consideran que un deslizamiento que permite trabajar con un buen
margen de seguridad para un electrodo de 1.550 mm. de diámetro es asumir 2,0 x 10-9 mm/A2h y
como limite de máxima seguridad 2,5 x 10-9 mm/A2h. El inverso de estos valores se conocen
como constantes de cocción del electrodo y se usan en plantas donde se controlan los
deslizamientos por computadoras. (1)
Un valor típico de constante de cocción que se usa en algunas plantas es de 4.500
KA2h/cm. Por ejemplo, si la cantidad deslizada en un electrodo es de 2,50 cm, usando la
constante de cocción podemos determinar el tiempo de cocción a una intensidad de 100 KA, tal
como se indica. (1)
4.500 KA2h 1,00 cm
(100)2 KA2.t(h) 2,50 cm
4.500 KA2 h x 2,50 cm = (100)2 KA2.t(h) x 1 cm. Ec. 2
30
horasmKAcmhKAt 13,1
,1)100(50,2500.4
22
2
=×
×=
Si durante la operación se requiere verificar la cocción del electrodo, se multiplica la
(corriente)2 por el tiempo transcurrido desde el último deslizamiento y se divide por la constante
de cocción, obteniéndose como resultado la cantidad (cm) de electrodo cocido. (1)
Las cantidades a deslizar deben ser lo más bajo posible, ya que de esta manera se consigue
una buena cocción del electrodo, con alta resistencia a los cambios térmicos y de menos
reactividad al contacto con los gases. (1)
Para determinar el intervalo de tiempo entre un deslizamiento y el próximo, a fin de
compensar el consumo del electrodo, se puede usar la expresión que se muestra a continuación:(1)
( )( )HCEHEFAPECEE
CDITD −+×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
××
= 160 Ec. 3
Donde:
ITD: Intervalo de tiempo para el siguiente deslizamiento partiendo del último
deslizamiento realizado al electrodo. (minutos).
CD: Cantidad deslizada en el último deslizamiento (cm).
CEE: Consumo específico del electrodo (cm/MWH).
PE: Potencia del electrodo (MW).
HE: Posición del electrodo.
HCE: Posición consigna del electrodo.
FA: factor de ajuste para lograr una adecuada posición del electrodo.
60: Constante de tiempo (minutos).
El factor de ajuste se usa para corregir el intervalo de deslizamiento obtenido. Este valor
normalmente es muy pequeño debido a que la posición del electrodo tiene muy poca influencia
en el intervalo de tiempo de deslizamiento. En el caso de control de deslizamiento por
computadora, se considera la posición y potencia del electrodo cada cierto tiempo y se corrigen
los cálculos, con lo cual el intervalo de tiempo de deslizamiento puede aumentar o disminuir. (1)
31
4.1.11. Consumo de electrodo.
El consumo de electrodo se evalúa a partir de la cantidad de pasta cruda que debe
aportarse para compensar el desgaste continuo del electrodo. Podemos distinguir en principio dos
tipos de consumos: el consumo por reacción química, de reducción de los gases producidos en el
horno por el carbono del electrodo, que es la causa de la forma puntiaguda de la punta del
electrodo y el consumo accidental, debido a fallos en el funcionamiento normal del electrodo.(2)
El rango de consumo de electrodos para hornos de producción de FeSi 75% es del
siguiente orden de magnitud, entre 40 – 90 Kg/T. (2)
Entre los factores que afectan al consumo de electrodos se pueden encontrar los
siguientes: (2)
- Calidad del electrodo, el consumo lineal de electrodo es directamente proporcional a su
resistencia específica, e inversamente proporcional a su densidad.
- Porcentaje de Si en el metal, el consumo de electrodo (Kg/MWH) aumenta con el
porcentaje de silicio en la aleación, debido a las mayores temperaturas del proceso y la mayor
concentración de SiO en los gases del horno.
- Estequiometría del proceso, el consumo de electrodo (mm/MWH) es inversamente
proporcional al cuadrado de la proporción de carbono sobre el estequiométricamente necesario en
la reacción.
- Condiciones eléctricas de operación, la disminución de la densidad de corriente produce
un descenso paralelo en el consumo de electrodo. Esto se debe a las menores temperaturas que se
alcanzan en la superficie del electrodo. Hay que tener en cuenta que para la misma densidad de
corriente, tendremos mayor temperatura en la superficie del electrodo cuanto mayor sea su
diámetro.
- Temperatura de los alrededores del electrodo, en cargas poco porosas, los gases del
horno son forzados a salir a través de las paredes del electrodo, aumentando su temperatura
superficial, y por tanto su consumo.
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Existe una relación entre el consumo de electrodo y deslizamiento seguro, en algunos
casos, el consumo de electrodo puede superar a la velocidad de deslizamiento necesaria para
conseguir la correcta cocción de la pasta, donde existe el riesgo de fusión rápido de la virola, con
el consiguiente derrame de pasta líquida. (2)
El contenido en carbono del electrodo es mayor según disminuye la velocidad de
calentamiento, por ende, velocidades bajas de calentamiento dan electrodos de mejor calidad. (2)
La sublimación del electrodo, que es el paso directo de sólido a gas de la masa del
electrodo por las elevadas temperaturas que se producen entre los electrodos y el baño, pueden
suponer el 50% del consumo total de los electrodos.(1)
4.1.12. Problemas en el funcionamiento del electrodo.
Uno de los problemas más comunes en la operación de los electrodos es la segregación,
que consiste en la separación de las partículas más gruesas del agregado seco, en la zona superior
del electrodo, donde la pasta presenta un comportamiento fluido. Esto produce un electrodo
después de cocido con malas propiedades térmicas y mecánicas. Este fenómeno se produce por
un exceso de fluidez de la pasta, que puede deberse a: (1,2)
- Excesiva cantidad de brea en la pasta.
- Proporción insuficiente de partículas sólidas finas.
- Temperatura de la zona superior del electrodo excesivamente alta.
- Baja viscosidad de la brea a la temperatura de la zona superior del electrodo.
Los métodos más sencillos de solucionar este problema son disminuir la tasa de brea o
aumentar la proporción de finos en la pasta. (2)
Las grietas, se pueden originar durante el proceso de coquización del electrodo, por
tensiones que den lugar a la aparición de grietas en la zona de cocción de la pasta. Estas grietas
pueden originarse por la dilatación del acero de la virola o por la contracción de la pasta. Si la
pasta del electrodo es suficiente fluida, las grietas tenderán a repararse espontáneamente por
rellenado de las mismas. No obstante, puede prevenirse su formación procurando que la
contracción de la pasta durante la cocción sea mínima. La contracción de la pasta en el electrodo
33
depende de las características del agregado seco. Cuanto mayor sea la temperatura de calcinación
y la densidad, menor es la contracción que sufre el carbón durante la coquización. Un exceso de
calentamiento puede llevar a cocción de electrodo sobre la zona de cocción al igual que una baja
tasa de deslizamiento y al pasar por las placas de contacto se producirá choque térmico con
formación de grietas (2,4).
Las cavernas son oquedades formadas en el interior del electrodo, debidas a la
interrupción del flujo normal descendente de la pasta. Este fenómeno se hace más importante en
los casos en que se producen interrupciones del funcionamiento del horno. La causa de la
formación de las cavernas es una excesiva refrigeración de la parte superior del electrodo, en la
zona de transición entre pasta líquida y sólida. La refrigeración puede ser debida a paradas del
horno o a una absorción excesiva de calor por el agua de refrigeración de las placas de contacto.
En las paradas, la pasta se enfría hasta llegar a solidificar. Como consecuencia, la pasta que había
comenzado a perder sus sustancias más volátiles, se ve seriamente afectada en sus propiedades de
plasticidad y aumenta su punto de fusión, con lo que al volver a calentarse no tiene un
comportamiento tan fluido y puede formar un anillo sólido alrededor de la zona superior de las
placas. En caso de enfriamientos muy severos, la pasta resolidificada puede restringir seriamente
el flujo descendente de la pasta fundida, y llegar a producir huecos o zonas de menor densidad,
que son zonas de debilidad por las que puede producirse una rotura.(2)
Desgajamiento o pérdida de aleta (Slabbing), consiste en la separación del segmento del
electrodo comprendido entre dos aletas de la virola, una vez fundida ésta. El slabbing se produce
por debajo de la zona de placas. Los desequilibrios eléctricos, en los cuales algunos electrodos
toman más corriente que otros pueden causar agrietamiento e incluso desprendimiento de
pedazos de electrodos en sentido longitudinal. (1,2)
34
Figura 4.10. Desgajamiento o Slabbing.(2)
Los efectos más perjudiciales de la pérdida de aletas, son: sobrecarga eléctrica del resto
del electrodo y derrame de pasta a través del hueco. (2)
La pérdida de aletas parece acentuarse si existe oxidación por el aire. Esto sucede cuando
el deslizamiento es pequeño. La causa principal de la pérdida de aletas parece ser la transición
demasiado brusca en la conducción de la electricidad, de ser transportada mayormente por el
acero de la virola, a ser transportada por el electrodo cocido. La transición del transporte de
corriente se hace más brusca cuanto mayor es el contenido de acero del electrodo. La transición
rápida produce una coquización más acelerada, que da lugar a un electrodo más poroso y más
débil. (2)
Despuntado o Estriado (Fluting), es un fenómeno similar a la pérdida de aleta, pero se
produce en la punta del electrodo, y es debido a la erosión producida por los gases oxidantes en
las zonas del electrodo donde se encontraban las aletas de la virola. Ocasionalmente puede
extenderse hacia arriba y favorecer la aparición del slabbing. Un factor importante en la aparición
del despuntado es la porosidad de la carga del horno. Si la porosidad de la carga es baja, los gases
calientes y oxidantes que se producen en el interior del horno tenderán a concentrarse y salir por
una zona pequeña alrededor del electrodo. Esto produce un aumento del consumo lateral del
electrodo, y de su temperatura superficial, lo cual favorece de forma importante el despuntado. (2)
35
Las roturas de electrodo verde, se producen a la salida de la zona de placas, y son muy
peligrosas, pues suelen ir acompañadas de derrames de pasta fundida. Estos accidentes parecen
deberse a que el electrodo no ha completado su solidificación a la salida de la zona de placas.
Generalmente se producen cuando la pasta es demasiado fluida, ya que el tiempo necesario para
la cocción es mayor, y el electrodo resultante es menos denso. La causa de estas roturas parece
ser un contenido excesivo de aglomerante, y una distribución de tamaños inapropiada en la pasta,
con falta de partículas gruesas, que dan como resultado una resistencia mecánica y conductividad
eléctrica deficiente. (2)
Existen dos tipos de roturas de electrodos, las que se producen en la zona de cocción del
electrodo y las que se producen cuando el electrodo esta cocido.
Las roturas en la zona de cocción se producen cuando ocurre rotura de la envoltura debido
a fusión de la lámina de acero por el recalentamiento causado por mal contacto entre la placa de
contacto y la envoltura o por mala soldadura al fabricar la envoltura o al realizar el empalme
entre ellas. Cambios violentos en la corriente suministrada a los electrodos pueden ser causa de
tensiones internas y posteriores roturas de electrodos. También ocurren estas roturas cuando la
zona de cocción sale de las placas de contacto y la cantidad de corriente eléctrica que circula en
ese momento por el electrodo es mayor que la cantidad que soporta la envoltura. (1)
La rotura del electrodo cocido se puede producir por diferentes causas, así tenemos que
segregación de pasta es causa común de rotura de electrodo debido a baja resistencia mecánica y
baja resistencia a los cambios térmicos. (1)
Las paradas de hornos, causan choques térmicos en los electrodos, con roturas de los
mismos. Generalmente este tipo de roturas se producen en la zona que queda expuesta a la
superficie del horno o muy próxima a la misma. La experiencia ha mostrado que en paradas
mayores de 3 horas, deben deslizarse los electrodos 20 cm con lo que se reducen los riesgos de
choques térmicos y por lo tanto disminución en las roturas de electrodos. Además, se deben
cubrir con mezcla hasta el nivel inferior de las placas de contacto. (1)
36
Las fugas de agua en los elementos que forman el electrodo, son causa de enfriamiento
violento creando tensiones internas, las cuales después de una parada o durante la operación
misma del horno pueden producir roturas de electrodos. (1)
Las recuperaciones de potencia después de paradas largas deben seguir una curva. Que
depende de las características de la pasta electródica usada y del tipo de operación de la planta.
Cuando las paradas son cortas la normalización de la potencia debe hacerse lo más rápido posible
para evitar problemas en los electrodos. (1)
4.2. PASTA ELECTRÓDICA
4.2.1. Definición y descripción de la Pasta Electródica.
La pasta para producir un electrodo Söderberg se elabora mezclando en caliente antracita
eléctricamente calcinada con brea. (1)
La antracita es el carbón mineral de más alto rango y el que presenta mayor contenido en
carbono, hasta un 95%. Es negro, brillante y muy duro. Por sus propiedades es el más utilizado
para la elaboración de la pasta electródica y es el componente principal del agregado seco, una
vez que ha sido calcinada. (2,3)
El ligante o brea, es el aditivo empleado como aglutinante en la fabricación de pasta
electródica usada en la fabricación del electrodo Söderberg.(1)
4.2.2. Definición y descripción de Antracita cruda y Antracita calcinada.
La antracita es un tipo de carbón mineral duro de color negro azabache, que posee intenso
lustre, es quebradiza y se parte con una fractura concoidea. Se enciende lentamente, no despide
humo, arde con una llama azul corta y posee un elevado poder calorífico. Esta constituido por
37
carbono, hidrógeno, oxígeno y materias inertes. Debe poseer elevado punto de fusión para evitar
su desintegración o fusión en el horno de calcinación.(1,7)
El porcentaje de carbono fijo determina la pureza de la antracita y se calcula según la
formula:
% Carbono Fijo = 100 – (% Humedad + % Materia Volátil + % Cenizas) Ec. 4
La antracita calcinada es el componente principal del agregado seco en la fabricación de
Pasta Electródica, sin embargo ésta puede sustituirse en todo o en parte por otros carbones
calcinados, como coque metalúrgico, coque de brea o coque de petróleo.(2, 4, 7)
La producción de antracita calcinada se realiza mediante calentamiento de la antracita a
las temperaturas en un horno eléctrico monofásico. La granulometría óptima para desgasificar la
antracita oscila entre 2 y 15 milímetros.(1, 7)
La calcinación de la antracita se realiza con el fin de reducir la cantidad de volátiles a
cantidades menores al 0,5%, además mejora las propiedades físicas de la antracita como es
aumento de la conductividad eléctrica, se especifica una resistividad eléctrica entre 400 y 1100
Ω.mm2/m. Incremento de la resistencia mecánica ya que esta debe ser físicamente resistente y
con pocas grietas en los granos.(1, 7)
4.2.3. Proceso de Calcinación de la Antracita.
La calcinación de la antracita requiere de un sistema conformado por una serie de equipos,
los cuales se mencionarán a continuación, para posteriormente explicar como se lleva a cabo el
proceso.
Equipos utilizados para la obtención de antracita calcinada (ver anexo 1 y 2). (7, 8)
Tolva principal (pos. 1): es una tolva de concreto armado de forma piramidal. En el fondo
tiene una boca con placa de cierre corrediza y es de cierre manual. Su función es la de recibir la
antracita cruda desde la pala transportadora (payloder).
38
Alimentador (pos. 2): es un vibrante con un motor de mando bobina. Su función es la de
cargar la antracita cruda hasta el elevador de cangilones.
Elevador de cangilones (pos. 3): posee una altura de 24,2 m, las cubetas tienen 200 mm.
de ancho tiene un motor de mando de 1750 r.p.m. Su función es la de llevar la antracita cruda
desde la tolva principal hasta la tolva de hornos.
Cinta transportadora (pos. 4): cinta transportadora de 20” de ancho y 12 m. de longitud
con rodillo de carga y retorno. Su función es la de recibir la antracita cruda desde el cangilón y
colocarla en las tolvas de los hornos de calcinación.
Hornos de calcinación (pos. 5): hornos eléctricos monofásicos alimentados por
transformadores de las siguientes características: KVA-650, V-22000/60, variador -9 pos. Otras
características: cuerpo cilíndrico de chapa de acero de un espesor de 9,5 mm, diámetro interno
2.286 mm, revestido interiormente de ladrillo refractario, diámetro útil 1.950 mm, posee una
altura de 6.096 mm. El horno posee una serie de accesorios necesarios para la descarga o salida
del material calcinado: dos camisas refrigeradas por agua, un disco de fondo, un soporte del
electrodo de fondo, sistema rotatorio de descarga del horno compuesto por: rueda dentada, piñón,
motorreductor, juntas cardánicas, riel circular, seis ruedas, núcleo del electrodo de fondo
(material cobre), canal de descarga y paletas raspadoras. En la parte superior existen dos tolvas de
alimentación de material crudo así como el electrodo superior y dos placas de contacto,
fabricadas en latón con un diámetro de 500 mm. y 500 mm. de altura. Su función es la de calcinar
la antracita cruda. Son hornos de alimentación continua, es decir, a medida que va descargando
material calcinado se debe ir cargando material crudo.
Tambor de enfriamiento (pos. 6): esta provisto de bocas para la alimentación y descarga
de agua de enfriamiento, tolva y canal de carga y descarga de material comandado por un motor
de 150 r.p.m. y un reductor de 1.200 r.p.m. de entrada y 43 r.p.m. de salida. Su función es enfriar
la antracita calcinada a la salida de los hornos.
Elevador de cangilones (pos. 7): tiene una altura de 25.720 mm, el ancho del cangilón es
de 250 mm, comandado por un motorreactor. Su función es trasladar la antracita calcinada desde
la salida de los hornos o tambor de enfriamiento hasta el silo N° 8 de almacenamiento. También
distribuye antracita calcinada al interior de la planta.
39
Silo de almacenamiento (pos. 8): fabricado en chapa de acero, posee una altura de 13.200
mm y un diámetro de 2.800 mm, en su parte inferior tiene dos bocas de compuerta de cierre y
corredizas a mano. Su función es almacenar la antracita calcinada que proviene de los hornos.
El proceso comienza con la llegada de la antracita cruda a los patios de acopio, la
granulometría apropiada de este material debe estar entre 2 y 15 mm. Ésta es posteriormente
transportada por un payloder hasta la caja de almacenamiento de material crudo y de allí por
medio de un elevador de cangilones se sube hasta la cinta transportadora para el llenado de las
tolvas de alimentación de antracita cruda a los hornos, los cuales tienen una capacidad
aproximadamente de 1.500 Kg cada una. (2, 7)
Es necesario mantener el horno completamente lleno para evitar caídas de la tensión
eléctrica. La antracita cruda bajara por gravedad de las tolvas de alimentación hasta los hornos de
forma continua. Cada vez que baje antracita calcinada bajara la misma cantidad de antracita
cruda. (7)
Luego que la antracita cruda cae en los hornos eléctricos, los cuales se encuentran a
temperaturas aproximadamente entre 1.200 °C (cercano al refractario) y unos 2.500 °C en el
centro, comienza el proceso de calcinación, lo cual provoca una eliminación de casi la totalidad
de la humedad y la materia volátil convirtiéndose la antracita en un material eléctricamente
conductor, esto con la finalidad de fabricar posteriormente un electrodo de calidad apropiada. (2, 7)
A continuación la antracita calcinada es descargada en forma continua en ciclos de cuatro
(4) minutos, siendo acarreada por cuatro paletas fijadas a un disco giratorio ubicado en el fondo
del horno. La descarga por ciclo va de 25 a 43 Kg, y es ajustada por el operador del horno;
introduciendo la (s) paleta (s) un poco más dentro del horno para acarrear mas material y por
consiguiente aumentar la descarga, o por el contrario deslizar la (s) paleta (s) un poco hacia fuera
del horno para acarrear menos material y disminuir la descarga. La cantidad de antracita
descargada por ciclo varia de acuerdo a los parámetros de calidad que se desean obtener, esto a su
vez dependerá de la finalidad con la cual es calcinada la antracita, bien sea para producción de
pasta electródica o para la venta de antracita calcinada como producto final. (2, 8)
40
La antracita proveniente de la descarga de los hornos se deja caer en un tambor de
enfriamiento (intercambiador de calor), donde disminuye la temperatura de la antracita de 380°C
a 110°C. La refrigeración tiene como fin proteger los elevadores de cangilones y la criba. (2)
Una vez que la antracita sale del tambor de enfriamiento cae directamente en una fosa
donde el elevador de cangilones la transporta al silo principal de almacenamiento (silo 8), en caso
de que éste se encuentre lleno se desvían los canales de descarga de este silo hacia la caja de
reserva, de allí se llenan los camiones que transportan la antracita calcinada hacia el galpón de
almacenado, desde donde es despachada a los clientes. Otra parte pasa a los silos 15 y 16 para la
producción de pasta electródica. (2, 8)
En Ferroven se utilizan tres hornos eléctricos monofásicos con un electrodo Söderberg
para la calcinación de la antracita. Las características de los hornos de calcinación son:
Tabla 4.1. Características de los hornos de calcinación.(2)
Transformador 650 KVA
Potencia máxima 500 – 620 KW
Cosδ 0,95
Capacidad 3.200 T/año
4.2.4. Control de calidad y ensayos realizados a la antracita cruda.
Cuando se quiere evaluar la calidad que posee la antracita cruda antes de ser calcinada, se
deben tomar en cuanta los siguientes parámetros: cantidad de materia volátil, la granulometría,
cenizas y materias inertes.
La materia volátil está constituida por todos aquellos compuestos que se gasifican a
temperaturas superiores a los 100 °C. Este parámetro es un buen indicador de la calidad que tiene
la antracita.(2, 4, 7)
La granulometría o el tamaño de la antracita ideal para el proceso de calcinación esta entre
2 y 15 mm. y en lo posible debe evitarse la presencia de material fino. La antracita con más de
20% inferior a 3 mm. (1/8”) probablemente cause inconvenientes en la calcinación. Además el
41
tamaño de la antracita debería corresponderse con el de la fracción más gruesa que se vaya a
emplear, para ahorrar la reducción de tamaño.(2, 4, 7)
El contenido de cenizas tiene poca importancia, siempre que este dentro de límites
razonables y no se introduzcan impurezas indeseables en el proceso.(2, 4, 7)
El material inerte, es una materia frágil y de baja densidad que afecta la calidad de la
antracita.(7)
4.2.5. Variables de los hornos de calcinación.
Al momento de efectuar la calcinación de la antracita en los hornos destinados para este
fin, lo que se busca es disminuir la cantidad de materia volátil presente y disminuir la resistividad
eléctrica de la misma. Para esto se deben conocer y controlar las variables que a continuación se
describirán, ya que si no se controlan los valores de resistividad y el contenido de volátil que se
obtengan pueden estar fuera del rango esperado.(8)
La descarga de material del horno es una de las variables fundamentales a la hora de
realizar la calcinación de la antracita, ya que si se aumenta la descarga por ciclo, ciertamente se
incrementa la producción de antracita calcinada pero la calidad de la misma se puede ver
afectada, debido a que la resistividad eléctrica y el material volátil aumentaría también.
Las principales variables eléctricas de operación de los hornos de calcinación son: la
corriente, potencia, el voltaje y el tap. Estás deben ajustarse en función de la producción y
descarga que se tengan, es decir, para aumentar la producción se debe incrementar el tap y
aumentar la descarga. Pero si por el contrario se desea bajar la producción o parar la producción
sin necesidad de desconectar el horno, se puede bajar el tap y disminuir la descarga.
4.2.6. Control de calidad y ensayos de la antracita calcinada.
En la antracita calcinada puede controlarse el grado de calcinación, medido por la
resistividad eléctrica o el contenido en materias volátiles, y la granulometría, con vistas a evaluar
el deterioro de tamaños que pudiera producir la calcinación.(2)
42
La resistividad eléctrica consiste en la oposición que presenta un material o elemento al
paso de la corriente eléctrica. En la antracita calcinada se desea que esta sea la menor posible a
fin de obtener y mejorar las propiedades del electrodo. La resistividad eléctrica disminuye con la
mayor intensidad de calcinación.(2, 7)
A fin de garantizar que se cumplan los parámetros de calidad de la antracita calcinada se
procede a tomar muestras de la producción de los hornos antes de que se unan en el tambor de
enfriamiento, esto con la finalidad de caracterizarlas por separado. El procedimiento consiste en
recolectar muestras de aproximadamente 12 Kg, por turno (tres veces al día). Este material es
cuarteado a fin de homogenizarlo y clasificarlo para la realización de diversos ensayos. (7)
El ensayo mediante el cual se determina la resistividad eléctrica de la antracita calcinada
se puede ver en detalle en el punto 5.1 de la metodología.
El contenido de volátiles es un importante indicador de la calidad de la antracita. Luego
de la calcinación se espera que la materia volátil disminuya a valores de 0,30% máximo. (2, 7)
El ensayo para determinar el porcentaje de materia volátil consiste fundamentalmente en
determinar el peso de una muestra de antracita calcinada antes y después de ser sometida a un
calentamiento dentro de un horno, a una determinada temperatura durante un tiempo establecido.
Además de ello se toma en cuenta un factor conocido como “Factor de base seca” que proviene
de la humedad. Para establecer el porcentaje de volátil presente se emplea la siguiente formula: (7)
100)(×
−−−
=SecaBaseFactorMuestraPeso
InicialPesoFinalPesoMuestraPesoVolatilMateria Ec. 5
La humedad tiene mucha importancia, luego de la calcinación de la antracita debe ser
eliminada casi en su totalidad y se espera que su valor este en 0,20% máximo. (2, 7)
El ensayo para la determinación del porcentaje de humedad es análogo al ensayo de
porcentaje de materia volátil. Este experimento fundamentalmente consiste en determinar el peso
de una muestra de antracita antes y después de ser sometida a un calentamiento dentro de un
horno, a una determinada temperatura durante un tiempo establecido. Para determinar el
porcentaje de humedad presente se emplea la siguiente formula: (2, 7)
43
( ) 100×−−
=MuestraPeso
FinalPesoCrisolPesoMuestraPesoHumedad Ec. 6
4.2.7. Definición y descripción de la brea.
La brea es un residuo de la destilación de los alquitranes de hullas a alta temperatura (333
ºC) y esta compuesta de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y trazas. El punto de
ebullición de los hidrocarburos presentes en la brea está entre 340 y 550 ºC. (1)
La función de la brea dentro de la pasta Söderberg es hacer de aglomerante de las
partículas sólidas y posteriormente crear el esqueleto de carbón dentro del electrodo cocido. (2, 4)
4.2.8. Control de calidad y ensayos realizados a la brea.
Entre los parámetros de control de la brea se pueden mencionar los siguientes: punto de
reblandecimiento, viscosidad, estabilidad térmica, carbono fijo, aromaticidad, fraccionamiento
por disolventes, resinas α o insolubles en quinoleina (IQ), resinas β solubles en quinoleina pero
solubles en benceno, resinas γ solubles en benceno, azufre, nitrógeno y oxígenos, cenizas,
humedad, densidad y aceites.
El punto de reblandecimiento se define como la temperatura a la cual la brea presenta una
cierta viscosidad. Cabe destacar que la fluidez de la pasta en el electrodo se reduce al aumentar el
punto de reblandecimiento. (2, 4)
Para determinar el punto de ablandamiento de una brea se han desarrollado varios
métodos empíricos: Kramer and Sarnow (KS), Ring and Ball (RB), cubo en aire (C in A) y cubo
en agua (C in W).
Para la viscosidad se establecen las siguientes recomendaciones: a 140°C - 16000 cP
máximo y a 160°C - 3000 cP máximo. (2)
La estabilidad térmica se refiere a la evolución de la fluidez con la temperatura y el
tiempo. Una brea es de buena calidad cuando mantiene razonablemente constante a lo largo del
tiempo su curva viscosidad-temperatura.(2, 4)
44
El carbono fijo es el residuo de carbono que se obtiene después de la coquización de la
brea, y es un índice de su capacidad de aglomeración, siendo preferibles índices altos, pero
teniendo en cuenta también el punto de reblandecimiento, ya que ambos suelen crecer
paralelamente. Un residuo alto de carbono asegura unos electrodos de alta calidad. Los valores
típicos de carbono fijo se sitúan entre el 50 y el 60%. El carbono fijo se expresa como porcentaje
del peso inicial de la brea y se halla por diferencia a 100 de la suma de los porcentajes de
volátiles y las cenizas. (2)
)(100 CVCFIX +−= Ec. 7
El valor de coquización es función de la aromaticidad, la cantidad y la naturaleza de los
insolubles en quinoleína y la tensión superficial de la brea.
La aromaticidad es el radio atómico C/H de carbono a hidrógeno en la brea. Esta relación
se deduce a partir de los porcentajes en peso de los elementos y los pesos atómicos de ambos: (2, 7)
HCHC%12
%/×
= Ec. 8
Cuando mayor sea el índice de aromaticidad de una brea, mayor efecto ligante tendrá, y además,
su resistividad eléctrica es menor y su resistencia mecánica mayor. Por consiguiente, la
aromaticidad es un parámetro que influye decisivamente en el consumo específico de energía y
en el consumo físico del electrodo. Se recomiendan unos valores de aromaticidad mínimos de
1,77 en la brea y 3,40 en las resinas. (2)
Para el fraccionamiento por disolventes en las breas se distinguen tres tipos de resinas,
que se determinan por solubilidad en dos disolventes: quinoleina o antraceno y benceno o
tolueno. Las resinas α o insolubles en quinoleina (IQ) corresponden a las partes más pesadas de
la brea. Su valor de coquización es 95 a 97%, su aromaticidad superior a 3 (generalmente 3,6 a
4)., lo cual hace a esta fracción la más beneficiosa para las propiedades de la brea. Las resinas β
solubles en quinoleina pero solubles en benceno representan las fracciones de tamaño medio. Su
índice de aromaticidad es del orden de 1,8. Tienen un elevado poder aglomerante. La resinas γ
solubles en benceno corresponden a la fracción más ligera de la brea. El orden de aromaticidad de
45
los hidrocarburos es de 1,5 a 1,6. El calor puede producir la volatilización de una parte de estos
hidrocarburos, y provocar la polimerización del residuo para formar resinas β, pero no aumenta la
aromaticidad de la brea. (2)
El azufre no es deseable por su efecto contaminante y corrosivo. No debe ser superior a
0,5%. (2)
Con respecto a la influencia del nitrógeno y el oxígeno en la brea, nos encontramos con
dos teorías contrapuestas. La primera que el contenido en nitrógeno tiene una influencia
significativa sobre la viscosidad, lo cual se traduce en una necesidad mayor para alcanzar la
plasticidad deseada. La segunda indica que existe una proporcionalidad directa entre el ratio N/C
y el punto de reblandecimiento, lo que significa que al aumentar el contenido de nitrógeno debe
disminuir la fluidez de la brea. El contenido en oxígeno parece tener el mismo efecto. (2)
Las cenizas que quedan en el producto residual de la combustión de la brea debe ser lo
menor posible. Elkem especifica un máximo de 0,5%. (2)
La humedad es indeseable desde el punto de vista económico (se paga agua el precio de la
brea), y además es perjudicial en el proceso, pues produce espumas que dificultan la
impregnación de la pasta. Se recomienda un valor máximo de 0,5%. (2)
Se aconseja para la densidad un valor superior a 1,32 g/cm3. (2)
4.2.9. Procesos de fabricación de la pasta electródica.
La antracita calcinada que se encuentra en los silos, es pesada y descargada. Del silo 14 se
obtiene el material grueso y del 16 el fino.
La brea se encuentra contenida en tambores de aproximadamente 220 Kg. Luego en el
tanque de dosificación de brea, se conserva líquida a una temperatura entre 150 y 200 ºC
aproximadamente.
El operador se asegurará que la temperatura de los mezcladores, así como la de la brea sea
la adecuada, aproximadamente 170 ºC. El calentamiento de los mezcladores y de la brea se logra
46
mediante la circulación de aceite caliente a través de la pared doble de los contenedores y de las
tuberías. Las condiciones de temperaturas mencionadas se mantienen con un quemador a gas
aplicado al contenedor de aceite dispuesto para tal fin. (2, 8)
En la etapa de pesaje y mezclado, la antracita calcinada se clasifica en dos tamaños (finos
y gruesos) que se acopian en los silos correspondientes. Los finos se obtienen a partir de la
antracita calcinada, moliéndola en un molino de bolas, no se debe utilizar directamente la
antracita proveniente de los hornos, ya que puede quemar las mangas de filtrado. El jefe de
fabricación confecciona una mezcla en peso de ambos tamaños y de la brea, que se consigue
pesando estos materiales en básculas electrónicas calibradas. (2, 8)
Para el amasado y moldeo, la mezcla de sólidos y la brea, después de pesados, se
depositan en una amasadora para efectuar la operación de amasado, en esta operación se consigue
un buen mezclado de los tamaños e impregnación de las partículas de sólidas por la brea. En
primer lugar se agregan los sólidos y se mezclan durante 10 minutos para homogenizar la mezcla.
En segundo lugar, se adiciona la brea y se deja amasar durante 25 minutos. Terminada la
operación de amasado, la pasta obtenida se vierte en unos moldes metálicos, donde se compacta
con vibrantes hidráulicos, para darle forma física al bloque o cilindro. (2, 8)
Para el desmoldeo y almacenamiento una vez compactada la pasta, se deja reposar el
tiempo necesario para su enfriamiento y fraguado. Se enfría mediante una ducha preparada para
tal fin. Transcurrido ese tiempo, se desmoldea la pasta, obteniéndose unos bloques o cilindros que
se almacenan en lotes según la fecha de elaboración, debidamente identificados. (2, 8)
4.2.10. Control de calidad y ensayos realizados a la pasta.
Los parámetros de control inmediato de la pasta cruda son la plasticidad y la densidad
aparente.(2)
La plasticidad de la pasta debe ser suficiente para que al calentarse, la pasta llene por
completo la virola del electrodo. La cantidad de brea añadida debe ajustarse a las variaciones de
las propiedades de los materiales secos. Cuanto mayor sea la proporción de finos, será necesaria
una cantidad de brea mayor para obtener una pasta de la misma plasticidad. Las condiciones
47
térmicas y de diseño del electrodo deben ser tenidas en cuenta. A mayor temperatura, conviene
tener menor plasticidad, y a mayor diámetro, mayor plasticidad. (2)
Si la plasticidad es alta se puede aumentar el peso del fino y bajar el peso del grueso o
disminuir la cantidad de brea. De la misma manera, si la plasticidad es baja se aumenta el peso
del sólido grueso y se baja el fino o se aumenta la cantidad de brea.
Interesa una densidad aparente elevada, que indique una baja porosidad y una gran
compacidad, que favorezca las propiedades mecánicas y eléctricas del electrodo. (2)
La resistencia mecánica de las muestras cocidas aumenta linealmente con el aumento de la
densidad de la pasta cruda, cuando no existen partículas rotas por la compresión. Si se producen
roturas generalizadas, esta relación lineal se rompe a partir de un cierto nivel de densidad. Esto se
puede observar en la siguiente figura. Se considera que la densidad aparente de la pasta cruda
debe ser superior a 1,58 g/cm3. (2)
Figura 4.11. Resistencia ala compresión versus densidad aparente de pasta verde. La zona oscura corresponde a la
pérdida de resistencia debida a las roturas de granos. (2)
4.2.11. Descripción y ensayo de un electrodo de prueba.
El comportamiento de la pasta dentro del electrodo puede valorarse mediante la
preparación de electrodos probeta. Este método se recomienda cuando se produce una variación
importante en las materias primas, o se cambia la formulación de la pasta.(2)
48
El electrodo de prueba es hecho agregando pasta caliente en un molde de acero perforado,
para luego someterla a cocimiento lentamente. Después de calcinado y enfriado, este electrodo es
mecanizado a las especificaciones requeridas. Los equipos utilizados son: el molde de acero, una
estufa circular con controlador de temperatura y equipo para deslizar el cilindro con pasta (ver
anexos 3 y 4). Posteriormente a la probeta se le realizan diferentes ensayos mecánicos como el de
compresión. (2)
Los parámetros que se controlan mediante ensayos sobre electrodos probeta, son los
siguientes:(2)
Resistividad Eléctrica, deberá ser lo más baja posible, recomendándose que se mantenga
por debajo de 80 Ω.mm2/m.
Resistencia Mecánica y Módulo de Elasticidad, la resistencia mecánica del electrodo de
ensayo debe ser elevada y el módulo de elasticidad pequeño. El aumento del módulo de
elasticidad trae consigo un aumento de la fragilidad del electrodo. Elkem establece las siguientes
especificaciones para los valores de resistencia mecánica y módulo de elasticidad: resistencia a la
compresión: 150 a 250 Kg/cm2, resistencia a la flexión: 30 a 50 Kg/cm2 y módulo de elasticidad:
2,5 a 4,0 x 1011 Kg/cm2.
Densidad aparente, debe estar entre 1,30 y 1,45 g/cm3, con una porosidad entre 25 y 35%.
Índice de Resistencia al Choque Térmico, la resistencia al choque térmico es menor,
cuando los materiales tienen: una alta resistividad eléctrica, un valor alto del módulo de Young y
un valor alto del coeficiente de expansión térmica. Las piezas que presentan alta resistividad y
elevado módulo de Young, a menudo presentan un comportamiento frágil, con poca resistencia al
choque térmico.
Para la densidad aparente (Código Elkem 243.02) se determinan las dimensiones exactas
del electrodo con una exactitud de 0,1 mm., con lo cual se calcula el volumen. Se pesa el
electrodo, y se calcula la densidad aparente por cociente entre peso y volumen.
49
Para la densidad real (Código Elkem 213.05) es electrodo de prueba se tritura y pulveriza.
Se toma una muestra de polvo y se carga dentro de un picnómetro. El picnómetro se rellena con
queroseno, la masa de líquido se determina por diferencia entre la masa del picnómetro lleno y
vacío, y la densidad será el cociente entre su masa y el volumen que ocupa, como lo establece
Elkem.
4.3. DESCRIPCIÓN DEL HORNO PARA PRODUCIR FERROSILICIO.
4.3.1. Descripción y partes del horno.
El ferrosilicio se produce, en hornos eléctricos de reducción. Los hornos empleados en el
caso de Ferroven son hornos que poseen las siguientes características: de tipo arco sumergido,
trifásicos, semi cerrados, cuba rotatoria y 61,71 MVA de potencia. (1)
El horno de arco se utiliza principalmente para la fusión de chatarra de acero y la
fabricación de ferroaleaciones. Dispone de un electrodo (horno de C.C.) o de tres electrodos
(horno de C.A.) y el arco salta entre los electrodos y la carga generando la energía
correspondiente.(1)
Las partes que constituyen a un horno eléctrico de arco sumergido son: la cuba, la
alimentación eléctrica, el electrodo, la campana o bóveda y el sistema de alimentación de
materias primas.
La cuba es la parte del horno donde se produce la aleación del hierro y el silicio,
obtenidos a partir de las reacciones de reducción de los óxidos de hierro y silicio, utilizando
carbono como agente reductor. La cuba está constituida principalmente por: la carcaza, el
revestimiento, el crisol, las bocas de colada y el sistema de rotación. A continuación se
describirán cada una de estas partes. (1)
La carcaza es la parte metálica, tipo cónica, que actúa de molde y soporte del
revestimiento refractario. La profundidad y el diámetro de la carcaza es de 5.575 mm. y 10.500
mm respectivamente.
50
El revestimiento es el espesor que forma las paredes y el fondo de la cuba. Está
constituido por concreto hidráulico refractario de baja alumina, ladrillos silico-aluminosos,
bloques de carbón, pasta de revestimiento en caliente a base de antracita eléctricamente calcinada
y lana mineral.
El crisol es la parte que contiene tanto la materia prima en proceso de transformación
como el material líquido. La profundidad y el diámetro del crisol es de 3.500 mm. y 9.640 mm.
respectivamente.
La boca de colada, cada horno posee seis bocas de colada por la cual se realiza la
evacuación del ferrosilicio. Las bocas de colada están formadas por ladrillos silico-aluminosos y
de carburo de silicio, cemento refractario y un canal con ángulo de inclinación de 30° fabricado
de pasta a base de carbón.
La rotación se realiza por medio de un motor reductor el cual permite rotar a diferentes
velocidades. La función del sistema es mantener estable la temperatura en el fondo de la cuba.
Figura 4.12. Horno eléctrico de arco sumergido.
La campana o bóveda es la separación entre la parte interna de la cuba y los elementos
externos a la misma. Está constituida por tres compuertas equidistantes que permiten distribuir la
carga dentro del horno, dos orificios de salida para gases o chimeneas, siete orificios para tubos
de carga, seis ubicados a los lados de los electrodos y uno central para una mejor distribución de
la carga dentro de la cuba, un prensa estopa por electrodo para evitar salida de llamas por los
alrededores de éstos. (1)
METAL
51
4.3.2. Alimentación eléctrica.
La energía eléctrica llega a la sub-estación en 115 KV trifásico, y es transformada a 20
KV a través de un banco de transformadores trifásico continuo por tres transformadores
monofásicos de 36,8 MVA cada uno, de allí pasa a otro banco de transformadores monofásicos
de 20,57 MVA cada uno, con cambiador de tomas de 25 posiciones bajo carga, donde la tensión
se transforma de 20 KV a 117-315 V. (1)
Cada horno se alimenta del banco de transformadores monofásicos de 20,57 MVA con
una potencia total de 61,71 MVA. El esquema de la figura 4.13 representa los componentes
básicos del circuito eléctrico de un horno de arco sumergido. (1)
Figura 4.13. Esquema básico de un circuito eléctrico de un horno de arco sumergido. (1)
52
La corriente eléctrica sale de los transformadores y es transportada a los electrodos por los
dieciséis conductores flexibles de cobre, llega a ocho placas de contacto y pasa a través de éstas
al electrodo. Las placas de contacto son de cobre y están suspendidas en la parte inferior de la
camisa de suspensión, formando un anillo alrededor de la envoltura. La corriente eléctrica se
transmite al electrodo por medio de éstas. Para mantener buen contacto entre las placas y el
electrodo, encima de cada placa se coloca un segmento también de cobre, el cual está suspendido
en la parte superior de cada placa de contacto, formando un anillo alrededor del electrodo, y en el
espacio entre la placa y el segmento una membrana de goma, la que ejerce presión contra la
placa, al circular agua a presión, lográndose buen contacto entre la placa de contacto y el
electrodo (ver figura 4.6). (1)
Los cables flexibles, son los cables de alimentación eléctrica que van desde el embarrado
a la salida del transformador del horno hasta los tubos conductores que salen de las placas de
contacto. Por el movimiento de éstos tienen que ser flexibles y normalmente, están refrigerados
por agua por la elevada intensidad que soportan. (1)
La mitad de las placas recibe corriente desde un transformador y la otra mitad desde otro
transformador, es decir, cada electrodo es alimentado por dos transformadores. En la operación
del horno, el comportamiento de los electrodos está relacionado con la forma de alimentación
eléctrica desde los transformadores a los electrodos. (1)
La corriente pasa desde las placas y se distribuye por los materiales que forman el
electrodo. La distribución de corriente entre las placas y la envoltura depende de la presión de
contacto y la resistencia eléctrica de contacto más la temperatura. Alta presión y superficie de
contacto limpia, permite que la corriente fluya por la parte inferior de las placas de contacto. (1, 9)
53
V. METODOLOGÍA
El estudio realizado en este trabajo es de tipo evaluativo, ya que se basa principalmente en
el registro, análisis y la comparación del comportamiento de las variables de operación de los
electrodos, el horno y de la producción de ferrosilicio, así como el consumo de la pasta
electródica con la cual se conforma los electrodos. Esta evaluación se realizó en el horno 1
destinado a la producción de ferrosilicio de la empresa Ferroven S.A durante los meses de
octubre y noviembre de 2006.
El estudio se dividió en cinco etapas: la primera y la segunda consistieron en la evaluación
a escala de laboratorio de las propiedades de la antracita calcinada y la pasta electródica. En la
tercera se llevó a cabo una recolección y depuración de los registros de producción que se tenían
durante el año 2006. En la cuarta etapa se hizo un seguimiento de los niveles de pasta durante el
conformado del electrodo con la pasta que tiene la fracción de sólidos de 60:40 y por último,
como quinta etapa se realizó la evaluación durante los meses de octubre y noviembre de 2006
para establecer la comparación con los períodos anteriores.
La evaluación de la nueva pasta electródica se realizó por un período de 2 meses (octubre
y noviembre de 2006) y previo a esto se efectuó un seguimiento de los niveles de pasta líquida y
de los electrodos para conocer el momento en el cual los electrodos estuvieran completamente
conformados con la nueva pasta. La comparación se estableció entre los datos obtenidos durante
los meses de octubre y noviembre de 2006 y los meses anteriores del mismo año.
La técnica utilizada para la recolección de datos estuvo basada en la observación directa
del proceso de producción de ferrosilicio en el horno 1, así como su posterior verificación en el
libro donde se lleva el registro del mismo.
Para el caso de las propiedades de la antracita calcinada y de la pasta electródica, se
realizaron ensayos a nivel de laboratorio y se tomaban los valores obtenidos de la resistividad
eléctrica de la antracita calcinada, granulometría, y la plasticidad de la pasta electródica y
densidad aparente a escala de laboratorio.
54
A continuación se presenta de forma detallada la manera en la cual se realizaron los
ensayos en el laboratorio de Planta de Pasta para conocer las propiedades de la antracita calcinada
y de la pasta electródica.
5.1. Propiedades de la antracita.
Las propiedades de la antracita calcinada que se consideraron y evaluaron fueron la
resistividad eléctrica y la granulometría.
Para el ensayo mediante el cual se determina la resistividad eléctrica, el principio del
experimento consiste en introducir una muestra de antracita calcinada de granulometría definida
en un cilindro no conductor y someterla a una presión definida y constante. Se hace pasar una
corriente continua a través de la muestra, se mide la caída de tensión y se calcula la resistividad
de la muestra utilizando la siguiente expresión: (1)
hIqE
××
=ρ Ec. 11
Donde: ρ: resistividad eléctrica (Ω.mm2/m). E: caída de voltaje en voltios. q: sección recta de la probeta en mm2. I: corriente continua en amperios. H: altura de la probeta del cilindro en metros.
El equipo mediante el cual se realiza este ensayo, se conoce como medidor de
resistividad. La marca del mismo es Elkem y está conformado por un recipiente de bronce
revestido de ágata aislante, donde se introduce la muestra y un pistón que posee tres finas ranuras
de 1 mm. cada una, para indicar la altura de la muestra. El equipo posee una prensa de tornillo
para aplicar presión sobre la muestra, un amperímetro que mide la intensidad de corriente
aplicada y un voltímetro que registra la caída de tensión en milivoltios (mV). Anexo 5.(1)
El procedimiento a seguir para la realización de este ensayo es el siguiente (Código
ELKEM 213.08.-): (7, 12)
- Se toma una muestra de un (1) Kg. a la salida de los hornos de calcinación cada
dos (2) horas.
55
- Se tritura la muestra hasta obtener una granulometría entre 20 y 70 mallas.
- La muestra tomada desde los hornos es enfriada, cuarteada a fin de homogenizarla
y luego triturada hasta obtener una cantidad de unos 100 g. aproximadamente.
- Se identifica la muestra por fecha y horno de procedencia.
- Se tamiza y el retenido en la malla 0,500 mm. será el usado en la prueba.
- Se pesan dos (2) muestras de 15 g. de cada horno, es decir, el ensayo se realiza por
duplicado.
- Se llena el cilindro (ver anexo 5) con la muestra y se coloca encima por la abertura
el pistón.
- Se aplica presión con la prensa tornillo hasta que se estabilice en 300±5 Kg.
- Se aplica una corriente de 1 A.
- Se mide en el voltímetro la caída de tensión cuando el valor sea estable.
- Posteriormente el valor obtenido en mV se multiplica por un factor de 37 para de
esta forma obtener la resistividad eléctrica en Ω.mm2/m.
El factor cuyo valor es 37 se obtiene de la ecuación 11.
Para el ensayo de la granulometría (Código ELKEM 213.06) el procedimiento a seguir es
el siguiente: (7, 12)
− Se toma una muestra de un (1) Kg. aproximadamente de los hornos de calcinación y
del silo de material fino. Se cuartea y se pesan 1000 g. de muestra, para el ensayo de
granulometría de material grueso y 200 g. para la granulometría de finos.
− Se hace pasar la muestra, por una serie de tamices (ver anexos 12), donde se retiene
cierta cantidad en cada uno, el cual es superior a la abertura de la malla
correspondiente. Los tamices utilizados se pueden ver en la tabla 5.1.
56
Tabla 5.1. Tamices utilizados para determinar la granulometría de la antracita calcinada.
Gruesos
ASTM mm
½” 12,50
3/8” 9,50
¼” 6,30
Nº 4 4,75
Nº 8 2,36
Nº 16 1,18
Nº 30 0,850
Nº 50 0,600
Envase <0,074
Finos
ASTM mm
Nº 35 0,500
Nº 40 0,420
Nº 50 0,297
Nº 100 0,149
Nº 200 0,075
Envase <0,074
− Se pesa la cantidad retenida en cada tamiz, y se obtiene el porcentaje de material
retenido y el porcentaje acumulativo.
− Se realiza una gráfica de porcentaje retenido en cada malla.
Los equipos utilizados para este ensayo son un vibrante marca Endecotts, una balanza
marca Ohaus y una serie de tamices marca Endecotts y Fisher Scientific Company.
5.2. Propiedades de la pasta electródica.
Las propiedades de la pasta electródica a las que se les hizo un control fueron la densidad
aparente y la plasticidad.
Para medir la densidad aparente (Código Elkem 243.02) se determinan previamente las
dimensiones exactas de la probeta con una exactitud de 0,1 mm., con lo cual se calcula el
volumen (ver Ec. 12). Se pesa la probeta y se calcula la densidad aparente por cociente entre peso
y volumen. Las medidas se llevaron a cabo con un vernier y el peso se midió con una balanza.
Vm
=ρ Ec. 12
Donde:
57
ρ: densidad m: masa (g) V: volumen (cm3)
Para el ensayo de plasticidad sobre la pasta cruda (Código Elkem 233.02) se toma un
cilindro de pasta fría y se coloca en un horno a 300ºC por cuarenta y cinco (45) minutos. El
porcentaje de incremento en el diámetro de la muestra se reporta como número de plasticidad.
A continuación se describe el procedimiento exacto del ensayo: (12)
− Se toma una muestra de 165 g. de pasta electródica en el momento en el cual se esté
vaciando una colada del mezclador. Esto debe hacerse una vez por cada colada.
− Se va agregando pasta hasta llenar el cilindro de moldeo que proporciona el diámetro
inicial (50 mm.) y se le aplica una fuerza de 300 Kg. para compactar la pasta.
− Se enfría el molde con agua y se extrae el cilindro de pasta electródica (muestra). La
altura de la probeta debe ser de 50 mm.
− Se coloca la muestra en una estufa a 300ºC durante 45 minutos.
− Se saca y se enfría la muestra con agua.
− Se mide el diámetro o extensión del mismo en forma perpendicular en la muestra. Se
compara con el diámetro inicial.
− La diferencia llevada a porcentaje, es la plasticidad de la pasta.
La estufa o mufla utilizada es marca Elkem Spigerverket modelo HY48-11. (ver anexo 6).
5.3. Recolección y depuración de los datos del horno para el período de enero a noviembre
de 2006.
Los datos del año 2006 fueron recopilados de las carpetas de producción de los hornos,
que se encontraban en la oficina de producción de la empresa.
Con la ayuda de una serie de formatos y hojas de cálculos diseñadas en Microsoft Excel,
se procedió a hacer un registro de los datos y de esta forma poder depurar los mismos. Estos
formatos se pueden ver en el anexo 7.
58
Con estos datos se desarrolló un análisis estadístico de los resultados del proceso de
producción del ferrosilicio y que forma parte del monitoreo constante de la producción, tomando
un período de tiempo representativo de 11 meses. Los parámetros tomados en cuenta fueron: la
producción, MWH, deslizamientos de los electrodos, kilogramos de pasta electródica añadida y
deslizamientos largos efectuados.
Con los valores recopilados se procedió a realizar una serie de graficas en Excel para
observar el comportamiento del consumo específico de pasta electródica del horno.
Para el cálculo de la masa de pasta, se utilizó la siguiente expresión considerando el
volumen de un cilindro:
hDV ×⋅=4
2
π Ec. 13
Donde: V: volumen (cm3) D: diámetro de la envoltura (155 cm) h: altura del nivel de pasta (deslizamiento)
De sustituir la ecuación 13 en la 12 se obtiene las siguientes correlaciones:
hm ×= 322,31 Ec. 14
hm ×= 624,29 Ec. 15
La ecuación 14 se aplica para una densidad de la pasta electródica de 1,63 g/cm3 que
corresponde a la pasta que tiene una fracción de sólidos 50:50 y la ecuación 15 para una densidad
de 1,57 g/cm3 que corresponde a la pasta que tiene una fracción de sólidos de 60:40. (m es la
cantidad de pasta en Kg).
El consumo de pasta electródica se determinó mediante dos índices diferentes, el primero
relacionado con las toneladas de ferrosilicio producido en el horno y el segundo relacionado con
los MWH. A continuación se muestran cada una de las relaciones utilizadas:
producidoioferrosilicdeTconsumidaspastadeKg
TKgPastadeConsumo =)/( Ec. 16
59
MWHconsumidaspastadeKgMWHKgPastadeConsumo =)/( Ec. 17
5.4. Seguimiento de los niveles de pasta del 6 al 29 de septiembre.
Durante este período, fueron dispuestos y solicitados a la Planta de Pasta, el envío de los
cilindros de pasta con la nueva relación de material sólido para la realización de las pruebas.
Para medir los niveles de deslizamiento, durante cada uno de los turnos, los operadores
con la ayuda de una regleta miden la altura a la que se encuentra la envoltura, identificada como
H (ver figura 5.1) Con la diferencia de altura entre cada turno se determina el deslizamiento que
tuvo el electrodo.
Para determinar el nivel de pasta fundida, se utiliza una cinta métrica que en uno de sus
extremos tiene una plomada. La misma se introduce por la envoltura hasta que alcance el nivel en
el que se encuentra la pasta fundida. Esta altura es la que se conoce como E (ver figura 5.1).
Con la finalidad de conocer y determinar la altura a la que se encontraba la pasta
conformada con la nueva mezcla, se procedió a llevar a cabo un seguimiento día por día,
tomando en cuenta los deslizamientos efectuados al igual que la cantidad de cilindros agregados.
Se tomó como punto de partida el día 6 de septiembre de 2006, ya que ese día se comenzó
a introducir la pasta con la nueva mezcla en los electrodos. Los niveles de pasta líquida
reportados ese día se pueden ver en la tabla 5.2 que se muestra a continuación. Cabe destacar que
este nivel de pasta se corresponde a la pasta conformada con la proporción 50:50 de la fracción
de sólidos.
Tabla 5.2. Nivel de Pasta Líquida en cm. Electrodo 1 Electrodo 2 Electrodo 3
382 361 360
Para efectos de cálculos a los datos de la tabla 5.2 se le sumó 120 cm. que corresponde a
la altura de las placas y 340 cm. que es la altura que tiene el electrodo conformado por debajo de
las placas. De lo mencionado anteriormente se tiene:
60
Tabla 5.3. Altura inicial de pasta en los electrodos en cm. Electrodo 1 Electrodo 2 Electrodo 3
842 821 820
A las alturas de la tabla 5.3 se le procedió a restar los deslizamientos realizados durante
cada día hasta alcanzar un valor cercano a cero o un valor negativo, con el fin de garantizar que el
electrodo estuviera totalmente constituido con la nueva pasta que se le estaba suministrando.
En la siguiente tabla se presentan los niveles de pasta que se tenían día a día durante la
conformación de los tres electrodos del horno 1.
Tabla 5.4. Seguimiento del conformado de los electrodos del horno 1.
Conformado de los Electrodos
Nivel de Pasta Deslizamiento # Cilindros agregados
Cantidad Deslizada acumulada Fecha
E1 E2 E3 E1 E2 E3 E1 E2 E3 E1 E2 E3 6/9/06 842 821 820 40 47 34 2 2 2 40 47 34 7/9/06 802 774 786 39 43 50 2 2 2 79 90 84 8/9/06 763 731 736 30 50 40 1 1 1 109 140 124 9/9/06 733 681 696 44 41 51 2 2 2 153 181 175 10/9/06 689 640 645 32 46 40 0 0 0 185 227 215 11/9/06 657 594 605 36 35 46 3 3 3 221 262 261 12/9/06 621 559 559 33 37 39 2 3 3 254 299 300 13/9/06 588 522 520 16 29 30 1 2 3 270 328 330 14/9/06 572 493 490 30 40 45 1 2 2 300 368 375 15/9/06 542 453 445 29 36 42 1 1 1 329 404 417 16/9/06 513 417 403 40 47 49 3 3 3 369 451 466 17/9/06 473 370 354 49 47 43 0 0 0 418 498 509 18/9/06 424 323 311 36 49 42 2 3 3 454 547 551 19/9/06 388 274 269 48 51 49 1 2 3 502 598 600 20/9/06 340 223 220 55 48 46 3 2 2 557 646 646 21/9/06 285 175 174 47 47 41 2 3 2 604 693 687 22/9/06 238 128 133 40 40 42 2 2 2 644 733 729 23/9/06 198 88 91 42 36 42 3 3 3 686 769 771 24/9/06 156 52 49 44 43 47 0 0 0 730 812 818 25/9/06 112 9 2 48 43 41 3 2 3 778 855 859 26/9/06 64 -34 -39 32 49 34 2 3 2 810 904 893 27/9/06 32 -83 -73 34 30 42 2 2 2 844 934 935 28/9/06 -2 -113 -115 37 39 40 2 2 2 844 934 935
El valor cero en los tres electrodos se obtuvo el día 28 de septiembre, por lo cual el
seguimiento de los niveles de pasta se realizó hasta ese día.
61
En la siguiente figura se muestra un esquema donde se pueden observar las alturas y los
niveles tanto del electrodo como de la pasta, además de las ecuaciones utilizadas para
determinarlas.
Figura 5.1. Esquema del electrodo Söderberg. (13)
Donde: XEH +=+ 30,8 EHX −+= 30,8
Entonces: += XSL altura de cilindros sin fundir
X: altura entre las placas de contacto y el anillo de sujeción. H: altura de la envoltura por encima del piso en el nivel 19. E: altura de la envoltura por encima de la pasta sin fundir. SL: nivel de pasta fundida con pasta sin fundir. Mantener: a) X entre 2 y 3,5 m.
b) 1 a 5 cilindros.
Para calcular la altura de la pasta añadida se debe restar el nivel de pasta del día en que se
comienza a hacer el seguimiento, los deslizamientos realizados durante ese día y los días
posteriores hasta alcanzar la altura esperada, bien sea a nivel de placas o por debajo de ellas.
E
H
1,2
X
8,30
SL
80 ºC
200 ºC
500 ºC
1200 ºC
2500 ºC
3.30 – 3.40
62
5.5. Recolección de datos de los meses de octubre y noviembre de 2006.
Se asumió como fecha de inicio para el seguimiento del comportamiento del horno 1 el 01
de octubre, teniendo como fecha final del seguimiento el día 30 de noviembre, ya que la
evaluación se programó para un lapso de 2 meses. Posterior a este tiempo se deberá hacer una
comparación de los resultados obtenidos en cuanto al consumo de la pasta, la potencia de
operación y la producción registrada en ese horno.
Los datos se tomaban día a día del libro de producción del horno que se encuentra en la
sala de control de los hornos o en la oficina de producción de la empresa. Los datos se incluían en
las hojas de cálculos de Excel que previamente habían sido diseñadas. Los parámetros tomados
en cuenta fueron: la producción, MWH, deslizamientos de los electrodos, kilogramos de pasta
electródica añadida y deslizamientos largo efectuados. Finalmente se procedió a sacar los
promedios y totales mensuales de cada uno de estos parámetros, para elaborar las gráficas y
poder comparar el comportamiento obtenido.
63
VI. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A continuación se presenta el análisis de los resultados obtenidos durante la evaluación de
las propiedades de la antracita calcinada y de la pasta electródica que tienen incidencia sobre la
operatividad del Electrodo Söderberg usado en el horno 1 de la empresa Ferroven S.A, en el cual
se produce FeSi.
6.1. Propiedades de la Antracita Calcinada.
Las propiedades de la antracita calcinada a las que se les realizaron un monitorio, para
garantizar que la composición del agregado seco de la pasta electródica fuera lo más homogénea
posible fueron la granulometría y la resistividad eléctrica.
A continuación se presentan una serie de gráficas en las cuales se puede ver el
comportamiento de estas propiedades a lo largo del año 2006.
6.1.1. Granulometría.
En la figura 6.1, se presenta la distribución granulométrica promedio del material grueso
obtenida en el período comprendido entre los meses de enero y julio del año 2006.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
19 9,5 4,75 2,36 1,18 0,85 0,6 Env
Malla (mm)
% R
eten
idos
Promedio Enero - Julio del Material Grueso
Figura 6.1. Distribución Granulométrica del Material Grueso para el período de Enero – Julio de 2006.
64
Se puede observar en primer lugar que la mayor cantidad de material posee un tamaño
contenido en el rango establecido por la teoría para la producción de pasta electródica destinada a
hornos de reducción de ferrosilicio que es entre 2 y 15 mm.(2). Adicionalmente, se observa un
comportamiento bastante uniforme en los resultados a juzgar por la baja desviación de las barras
de error que no superan el 5%.
Este comportamiento se vio afectado a partir del mes de agosto, período en el cual se
introdujo un cambio en las mallas utilizadas para hacer el ensayo de granulometría de la antracita
calcinada. Este cambio involucró la remoción de la malla de 19 mm. y la incorporación de las
mallas de 12,5 y 6,3 mm. Esta modificación se realizó con la intención de conocer la proporción
de material que hay entre los 9 y 5 mm. En la figura 6.2 se puede observar la curva de
distribución granulométrica promedio para material grueso obtenida durante el período
comprendido entre los meses de agosto hasta noviembre de 2006.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
12,5 9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,85 0,6 Env
Malla (mm)
% R
eten
idos
Promedio Agosto - Noviembre del Material Grueso
Figura 6.2. Distribución Granulométrica del Material Grueso para el período de Agosto – Noviembre de 2006.
En ella se puede observar una considerable desviación en cuanto a los tamaños de las
partículas cercanas a los 9,5 y 6,3 mm. el cual supera al 5% observado previamente. Esto se debe
en parte a la poca cantidad de datos que se obtuvieron para poder obtener el promedio con su
respectiva desviación. En la medida en que se vayan generando más datos, ocurrirá la
normalización del valor promedio y se disminuirá la desviación de los mismos. En este caso se
aprecia que efectivamente las partículas que antes parecían estar en 4,75 mm. se distribuyen
65
mejor entre 9,5 y 6,5 mm. y aún así se mantiene entre los 2 y 15 mm. establecidos dentro de la
política de control de calidad tanto de Elkem como de Ferroven.
En cuanto al material fino, la figura 6.3 muestra la distribución granulométrica promedio.
0
10
20
30
40
50
60
0,500 0,420 0,297 0,149 0,075 Env
Malla (mm)
% R
eten
idos
Promedio Anual del Material Fino
Figura 6.3. Distribución Granulométrica del Material Fino para el año 2006.
Se puede apreciar que la mayor cantidad de material fino se ubica entre los 0,149 y los
0,075 mm. y la desviación registrada a lo largo del año es aceptable, ya que no supera el 5% en la
mayoría de los tamices. Sólo se observó un cierto incremento en la desviación en las mallas de
0,149 mm. y 0,075 mm., probablemente atribuido a los ajustes que se han hecho en los últimos
meses del año en el molino. A pesar de esto, el comportamiento de la curva es bastante estable.
Un aspecto importante a resaltar de los resultados anteriores, es el hecho de que la
distribución granulométrica de la antracita calcinada tanto gruesa como fina se mantiene bastante
uniforme durante el año, con lo cual se puede asumir que al momento de producir la pasta
electródica utilizada en la prueba de este trabajo, las características del material grueso y fino
para hacer la pasta es bastante similar a la que tenían anteriormente, es decir, que no se presentó
un cambió en la distribución granulométrica de los materiales gruesos y finos. El único cambio
que se realizó fue la cantidad de material grueso y fino utilizada para la elaboración de la pasta,
es decir, lo que se cambió fue la proporción de material fino y grueso. Por lo que los cambios a
introducir en términos de la fracción de gruesos y finos a usar en la pasta electródica, se
mantendrá no sólo durante el período de evaluación sino durante la implementación de la misma.
66
6.1.2. Resistividad eléctrica.
La figura 6.4 muestra los valores de la resistividad eléctrica de la antracita calcinada
obtenidos durante el año 2006, en el que se incluye la data correspondiente a las 2 mezclas
evaluadas, la de 50:50 y la de 60:40 producida a partir de julio.
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Enero
Febr
ero
Marzo
Abril
Mayo
Junio Ju
lio
Agosto
Septie
mbre
Octubre
Noviem
bre
Resi
stiv
idad
Ωm
m2 /
m
Mezcla 50:50 Mezcla 60:40Limite superior Limite inferior
Figura 6.4. Gráfica de la resistividad eléctrica obtenida en cada mes del año 2006.
Se puede apreciar que en ambos casos los valores de la resistividad eléctrica de la
antracita calcinada se mantuvieron dentro del rango recomendando por la Elkem (400-1000
Ω.mm2/m), así como dentro de los límites establecidos por Ferroven (600-1100 Ω.mm2/m). Sin
embargo, se observa que en los meses de agosto y septiembre hubo una caída de la resistividad,
atribuido a la poca producción de pasta electródica durante ese período. Esto conlleva a un
incremento en el tiempo de residencia de la antracita en los hornos de calcinación, lo que a su vez
origina una reducción de la resistividad y una variación importante de los valores, a juzgar por las
barras de error que se presentan en estos dos meses. Esta alteración en la continuidad de la
producción de la pasta fueron consecuencia de los cambios de operación de los hornos que se
realizaban para aumentar o disminuir la producción de antracita calcinada.
Dado que la resistividad eléctrica de la antracita calcinada no se ve alterada como
consecuencia del cambio de la producción de gruesos y finos en la elaboración de la pasta, esta
67
propiedad no se considera como una variable para los fines del estudio del comportamiento de los
electrodos del horno.
Con estos resultados se puede observar que ambas propiedades de la antracita calcinada
(granulometría y resistividad) se pueden tomar como constantes durante el período de evaluación
y que estas no van a influir al momento de establecer la comparación del comportamiento de la
pasta electródica en el horno de reducción.
6.2. Propiedades de la Pasta Electródica
Respecto a la pasta electródica se evaluaron propiedades inherentes a la misma como la
plasticidad y la densidad aparente las cuales (a diferencia de las propiedades de la antracita) si se
ven afectadas al momento de realizar un cambio en la proporción de la fracción sólida a la hora
de preparar la mezcla de la pasta.
6.2.1. Plasticidad
En la figura 6.5 se presenta el comportamiento de la plasticidad de la pasta electródica a lo
largo del año 2006.
2022242628303234363840
Enero
Febr
ero
Marzo
Abril
Mayo
Junio Ju
lio
Agosto
Septie
mbre
Octubre
Noviem
bre
Plas
ticid
ad
Mezcla 50:50 Mezcla 60:40Limite superior Limite inferior
Figura 6.5. Gráfica de la plasticidad obtenida en cada mes del año 2006.
68
En ella se puede observar que los valores de plasticidad obtenidos durante el año se
encuentran dentro de los valores recomendados por Elkem, (20-40) para el tipo de pasta
electródica que se debe utilizar en los electrodos Söderberg de los hornos de arco sumergido
destinados a la producción de ferrosilicio. De igual forma se observa que los valores de
plasticidad se encuentran dentro de los límites establecidos por Ferroven (28-34). Se puede
observar la constancia en el valor de la plasticidad hasta el mes de mayo que oscila alrededor de
29% correspondiente a la fabricación de pasta con la relación de sólidos de gruesos y finos de
50:50. Luego en el mes de junio se comenzó a experimentar con la proporción de la fracción
sólida, de manera tal que se buscaba incrementar la plasticidad a valores que estuvieran por
encima de 30%. Dichas pruebas condujeron a un incremento en la variabilidad de los resultados y
una vez que establecieron como obtener la plasticidad deseada. A partir del mes de julio, se logró
obtener la fracción de sólidos con la cual el valor de la plasticidad que se ubicara por encima del
30%, con un valor de 31±2%, que se mantiene durante los últimos meses de año.
Del seguimiento de la plasticidad, se puede decir, que el objetivo de incrementar el valor
de la misma, manteniendo la misma cantidad de brea y disminuyendo la fracción de finos al
momento de hacer la mezcla de la pasta, se ha cumplido. Además, que los valores de la
plasticidad se han mantenido dentro del rango esperado.
6.2.2. Densidad aparente.
Anteriormente, la pasta electródica que se producía con la fracción de sólidos de 50:50
tenía una densidad aparente de 1,63±0,02 g/cm3. Este era el valor utilizado por Ferroven al
momento de efectuar algún cálculo relacionado con el consumo de pasta o el peso de la misma.
Con el cambio de la fracción de sólidos, esta propiedad cambió y la misma debía ser determinada
para poder efectuar los cálculos de consumo de pasta en los electrodos. En la tabla 6.1 que se
presenta a continuación se pueden observar los valores obtenidos de diferentes ensayos realizados
para determinar la densidad de la pasta producida con la nueva fracción de sólidos de 60:40.
69
Tabla 6.1. Densidad aparente de la pasta con la nueva composición en peso de los sólidos.
Densidad
Probeta Diámetro (cm.)
Altura (cm.)
Peso (g)
Volumen(cm3)
Densidad (g/cm3)
1 5 5,5 170,6 107,94 1,58 2 5 5,15 160,8 101,07 1,59 3 5 5,2 159,6 102,05 1,56 4 5 5,1 157,2 100,09 1,57 5 5 5,4 170,1 105,98 1,61 6 5 5,3 162,8 104,01 1,57 7 5 5,1 156,4 100,09 1,56 8 5 5,3 163,7 104,01 1,57 9 5 5,6 170,4 109,90 1,55
10 5 5,3 161,9 104,01 1,56 Promedio 1,57
Desviación 0,02
Como se puede observar, el resultado de la densidad obtenida es de 1,57±0,02 g/cm3. Se
puede ver que este valor disminuyó con respecto al valor reportado para la mezcla anterior. Esta
disminución se debe al incremento de la cantidad de material grueso y la correspondiente
disminución de material fino. Al incrementar la proporción de gruesos, se aumenta la cantidad de
espacios vacíos dentro de la pasta (porosidad) por lo cual se tendrá menos masa para un mismo
volumen.
Se puede concluir que el cambio de la fracción de material sólido en la pasta, originó
cambios en las propiedades de la misma, lo cual tiene un efecto en el comportamiento de los
electrodos Söderberg y en el consumo de la pasta del horno.
6.3. Comportamiento de los Electrodos.
6.3.1. Deslizamientos largos para la compensación del tamaño de los Electrodos
(Deslizamientos mayores a 20 cm.)
A continuación, se presentan una serie de figuras en las cuales se puede observar las
operaciones de compensación realizadas durante el año 2006.
70
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Pas
ta E
lect
ródi
ca (T
n)
0
2
4
6
8
10
12
N°
de d
esliz
amie
ntos
Tn de Pasta 7,15 0,00 0,60 0,60 2,50 3,10 2,68 0,00 0,60 2,44 3,67
N° de desliz. 10 0 1 1 3 5 6 0 1 5 6
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV
Figura 6.6. Toneladas de pasta utilizada en los deslizamientos efectuados para compensar el tamaño de los
electrodos en el horno 1.
En la figura 6.6 por ejemplo se observa la cantidad de pasta consumida durante las
operaciones de compensación durante el año 2006, así como también la cantidad de operaciones
realizadas durante cada mes. Se aprecia que la cantidad de pasta consumida, así como también el
número de operaciones realizadas durante los meses de octubre y noviembre, se mantienen dentro
de los valores que se venían observando en los meses anteriores. Las compensaciones observadas
están más relacionadas con las condiciones globales de operación (fallas) y no con la pasta
electródica. Un ejemplo de esto es el mes de enero, ya que durante ese mes el electrodo 3 del
horno presentó fallas en su sistema de enfriamiento repetidas veces, originando una serie de
paradas del horno para poder corregir esos problemas. Como se mencionó en el marco teórico,
cada vez que se efectúan paradas mayores a 6 horas, se debe realizar una operación de
deslizamiento largo. Cuando se observa el comportamiento de la tendencia en los meses durante
los cuales se realizó la prueba, se puede ver que esta va en aumento. Esto se debe en parte a un
problema que se presentó con uno de los electrodos, ya que el mismo presento un despuntamiento
y por consiguiente se tuvo que realizar una importante compensación para recuperar el tamaño
del mismo.
El problema que se presentó durante el mes de octubre con el despuntamiento del
electrodo 3 se debió a una serie de reparaciones que se realizaron en el sistema de enfriamiento
71
del mismo. Una de las reparaciones que se hizo en este electrodo fue un cambio de la camisa
número 4, así como el ajuste de la manguera del prensa-estopa. Esta reparación se llevó a cabo,
ya que se presentó una fuga de agua en la prensa-estopa. El mal funcionamiento del sistema de
enfriamiento y la fuga de agua, junto a al parada del horno que fue de aproximadamente 6 horas,
se pueden asumir como la causa de este problema. Como se explicó en el marco teórico, los
despuntamientos se pueden originar por cambios de temperaturas después de que se hace una
parada larga o por fuga de agua en los elementos que forman al electrodo. Si la causa del
despuntamiento estuviera relacionada con la pasta electródica, este problema se hubiera
presentado en más de un electrodo y no fue así. Por lo que se descarta esta causa del problema.
0
30
60
90
120
Can
tidad
des
lizad
a (c
m)
Electrodo 1 40 0 20 0 0 24 30 0 0 0 41
Electrodo 2 90 0 0 0 48 80 40 0 20 20 41
Electrodo 3 110 0 0 20 36 0 20 0 0 62 41
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV
Figura 6.7. Cantidad deslizada en cm. para compensar el tamaño a cada uno de los electrodos del Horno 1.
En la figura 6.7 se puede observar la cantidad de centímetros que se deslizaron por mes a
cada uno de los electrodos como parte de las operaciones de recuperación. Se puede apreciar que
el comportamiento está dentro de la media de deslizamiento observado en los electrodos, ya que
las operaciones de recuperación se realizan con cierta periodicidad. En el caso del mes de
octubre, se puede apreciar con mayor precisión el problema de despuntamiento mencionado
anteriormente. Este problema se presentó en el electrodo número 3. En el mes de noviembre se
realizó una parada del horno para hacer unas reparaciones, lo que llevó a realizar 2 operaciones
de deslizamiento largo en cada uno de los electrodos. Las cantidades deslizadas en cada electrodo
en ambos procedimientos fue la misma, es por ello que las cantidades deslizadas coinciden.
72
0
1
2
3
4
5
Nº d
e de
sliz
amin
etos
Electrodo 1 2 0 1 0 0 1 3 0 0 0 2
Electrodo 2 4 0 0 0 2 4 2 0 1 1 2
Electrodo 3 4 0 0 1 1 0 1 0 0 4 2
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV
Figura 6.8. Número de deslizamientos efectuados para compensar el tamaño de los electrodos del Horno 1.
La figura 6.8 es similar a la 6.7, solo que en lugar de reportar los centímetros deslizados
durante el mes para cada uno de los electrodos, nos indica el número de operaciones realizadas
durante cada mes. El comportamiento es similar a lo explicado en la figura 6.7.
6.3.2. Consumo de Pasta.
La evaluación del consumo de pasta electródica se puede hacer mediante tres indicadores
que son: las toneladas de pasta utilizadas, el índice de consumo específico en relación a la energía
consumida por el horno y el índice de consumo específico en relación a las toneladas de
ferrosilicio producido.
A continuación se presentan una serie de gráfica, mediante las cuales se puede ver cual es
la relación que mantiene el consumo de pasta, la energía consumida y la producción de
ferrosilicio. Posteriormente se presentan dos gráficas, en las que se pueden ver como se
relacionan los índices de consumo específico de pasta con las toneladas de ferrosilicio producido
durante el año 2006.
73
2400
2600
2800
3000
3200
Enero
Febrer
oMarz
oAbri
lMay
oJu
nio Julio
Agosto
Septie
mbre
Octubre
Noviembre
Prod
ucci
ón T
otal
de
FeSi
(Tn)
100105110115120125130135140
Past
a El
ectró
dica
(Tn)
Producción FeSi Pasta Electródica ConsumidaLineal (Producción FeSi) Lineal (Pasta Electródica Consumida)
Figura 6.9. Gráfica de la Producción de FeSi vs. Consumo de Pasta.
En la figura 6.9 se muestra una gráfica donde se puede apreciar como es la relación de
producción de ferrosilicio con respecto a la cantidad de pasta consumida en cada mes. Al
observar las líneas de tendencia para cada una de las curvas, se ve que el comportamiento
mantiene la misma relación, es decir, si la producción de ferrosilicio se incrementa, el consumo
de pasta también aumenta.
180001900020000210002200023000240002500026000
Enero
Febre
roMarz
oAbri
l
Mayo
Junio Ju
lio
Agosto
Septie
mbre
Octubre
Noviembr
e
MW
H
100105110115120125130135140
Pas
ta E
lect
ródi
ca (T
n)
MWH Pasta Electródica (Tn)Lineal (MWH) Lineal (Pasta Electródica (Tn))
Figura 6.10. Gráfica de la Energía consumida. Vs. Consumo de Pasta.
74
La figura 6.10 es similar a la 6.9, solo que en lugar de compararse la cantidad de pasta
consumida con la producción de ferrosilicio, se compara con la energía consumida por el horno.
Al observar el comportamiento de ambas gráficas y de las líneas de tendencias, se puede apreciar
que mantienen una relación lineal ascendente, es decir, si se aumenta el consumo de energía,
también se incrementa el consumo de pasta. Las líneas de tendencias, hacia el final de año,
muestran como el consumo de energía se incrementa más rápido que el consumo de pasta, esto se
debe a que durante los primeros meses del año, se alimentó al horno con briquetas de FeSi, lo que
genera un incremento en la producción respecto a un mes en el cual no se utiliza briquetas en el
horno. Ya en los últimos meses del año el uso de las briquetas ha disminuido. Este
comportamiento está más asociado al uso de las materias primas.
3600
3800
4000
4200
4400
4600
Enero
Febrer
oMarz
oAbri
lMay
oJu
nio Julio
Agosto
Septie
mbre
Octubre
Noviembre
Desl
izam
ient
o (c
m/m
es)
100105110115120125130135140
Past
a El
ectró
dica
(Tn)
Deslizamiento Toneladas de PastaLineal (Deslizamiento) Lineal (Toneladas de Pasta)
Figura 6.11. Gráfica de los Deslizamientos continuos vs. Consumo de Pasta.
La figura 6.11 muestra dos curvas, una que indica la cantidad de centímetros que se
deslizaron en los electrodos durante cada mes y la otra indica la cantidad de toneladas de pasta
utilizadas en cada mes. Pese a que estas curvas presentan un comportamiento similar, se observa
como sus líneas de tendencias tienen un cambio de pendiente. Este comportamiento está
relacionado con el cambio de la densidad aparente de la pasta electródica, ya que el valor de la
densidad es el que permite calcular la cantidad de pasta consumida, tomando como variable la
cantidad deslizada para poder conocer el volumen de pasta desplazado.
75
4,60
4,80
5,00
5,20
5,40
5,60
5,80
Cons
umo
de P
asta
(Kg/
MW
H)
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
Prod
ucci
òn d
e Fe
Si (T
n))
Lineal (Prod. FeSi) Lineal (Csmo. de Pasta)
Csmo. de Pasta 5,58 5,47 5,43 5,30 5,38 5,48 5,55 5,24 4,94 5,37 5,61
Prod. FeSi 2542 2647 2862 2797 2656 2734 2950 2973 2658 2825 2821
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV
Figura 6.12. Gráfica del Consumo Específico de Pasta vs. Producción de FeSi.
La figura 6.12 presenta una gráfica de barra en la cual se observa el comportamiento del
consumo específico de pasta (Kg/MWH) con respecto a la producción. La tendencia que se
aprecia en la gráfica, es que la producción tiende a aumentar mientras que el consumo específico
disminuye. Para explicar este comportamiento vale la pena destacar que en los meses en los
cuales se realizó el seguimiento con la nueva pasta (octubre y noviembre), la producción se
mantuvo y el consumo específico de pasta se incremento. Si se comparan los meses de octubre y
noviembre con los de marzo y abril, se puede establecer una comparación más directa de cómo es
el comportamiento de la pasta con la fracción de sólidos de 50:50 y la de fracción 60:40, ya que
durante estos meses la producción fue bastante parecida. El consumo específico de pasta
(Kg./MWH) en los meses de marzo y abril es menor, aunque bastante similar al de los meses de
octubre y noviembre.
La variación de la producción alcanzada durante los meses de marzo, abril, octubre y
noviembre oscila en un 3%, mientras que el incremento del consumo de pasta de los meses de
octubre y noviembre con respecto a los meses de marzo y abril es del 5%. Esto sugiere que estas
variaciones son debidas a las modificaciones de la pasta. Sin embargo si se considera un
promedio del consumo de pasta en función de la energía consumida por el horno entre los meses
de enero y septiembre, el valor obtenido es de 5,4±0,2 Kg./MWH y entre los meses de octubre y
76
noviembre es de 5,5±0,2 Kg./MWH. La diferencia entre estos dos valores es menor al 2%, es
decir, que el consumo específico de pasta se incrementó en un 2%.
Se puede concluir que el consumo específico de pasta en función de la energía consumida
se incremento en un 2%, lo cual puede considerarse como un comportamiento constante, ya que
el valor promedio obtenido para la pasta de composición en sólidos de 60:40 se encuentra dentro
de la desviación del valor promedio para la pasta con la fracción de 50:50 en sólidos.
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
Cons
umo
de P
asta
(Kg/
Tn F
eSi)
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
Prod
ucci
òn d
e Fe
Si (T
n))
Lineal (Prod. FeSi) Lineal (Csmo. de Pasta)
Csmo. de Pasta 46,73 43,23 44,38 42,62 43,47 44,55 45,44 42,63 41,46 45,36 46,11
Prod. FeSi 2542 2647 2862 2797 2656 2734 2950 2973 2658 2825 2821
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV
Figura 6.13. Gráfica del Consumo Específico de Pasta vs. Producción de FeSi.
La figura 6.13 es similar a la 6.12, sólo que en vez de utilizar el índice de consumo de
pasta con relación a la energía consumida, se utiliza el índice de consumo con relación a las
toneladas de ferrosilicio producido. En esta gráfica se puede apreciar que la tendencia del
consumo de pasta se mantiene casi invariable. Al igual que la figura 6.12, al comparar los meses
de marzo y abril con los de octubre y noviembre, se puede ver como se ha incrementado el
consumo de pasta levemente. Pese a este incremento, el consumo de pasta se mantiene dentro del
rango establecido por la literatura para la producción de FeSi 75% que va desde 40-90 Kg./T.
El incremento del consumo de pasta de los meses de octubre y noviembre con respecto a
los meses de marzo y abril es del 5%. Ahora tomando un promedio del consumo de pasta en
función de la producción de FeSi 75% entre los meses de enero y septiembre, el valor obtenido es
77
de 44±2 Kg./T y entre los meses de octubre y noviembre es de 45,7±0,5 Kg./T. La diferencia
entre estos dos valores es menor al 4%, es decir, que el consumo específico de pasta se
incrementó en un 4%.
La producción de ferrosilicio promedio durante los meses desde enero hasta septiembre
fue de 2.758±148 T y la de los meses de octubre y noviembre de 2.823±3 Tn. Se aprecia un
incremento de la producción del 2%. Esto se debe en parte al incremento del consumo energético
que se presentó que fue del 4%, ya que durante los primeros nueve meses del año el promedio
que se tuvo fue de 22.492±1204 MWH y el de los meses de la evaluación fue de 23.511±476
MWH. Cuando la energía se incrementa, la producción también lo hace. Ahora bien, los
incrementos observados se encuentran dentro de las desviaciones de los promedios de los
primeros meses, es decir, que la producción no se ha visto afectada por el cambio en la pasta
electródica.
Se puede concluir que el consumo de pasta se ha incrementado levemente y este
incremento puede ser considerado como aceptable, ya que los valores alcanzados en el consumo
de pasta se encuentra dentro del rango establecido por la literatura acercándose a su valor límite
inferior. Además, el aumento del consumo de pasta se ha mantenido dentro de la desviación que
se tenía anteriormente. De igual forma, la producción no se ha visto afectada por el cambio en los
electrodos, ya que la misma se ha incrementado en los meses durante los cuales se efectuó la
prueba.
Adicionalmente, los electrodos no presentaron problemas de segregación, rupturas o
despuntamientos, que tuvieran su origen en la pasta electródica utilizada.
A pesar que el consumo de pasta electródica se incrementó levemente con el aumento de
la plasticidad de la pasta, el que se haya reducido la cantidad de material fino al momento de
fabricar la pasta electródica en la Planta de Pasta representa un gran beneficio para la empresa, ya
que el tiempo de uso del molino de bolas se disminuye considerablemente. Con el menor uso de
este equipo se puede prolongar su vida útil y se disminuyen las operaciones de mantenimiento del
mismo. Además el ahorro energético que se tiene por el poco uso que se le dará al mismo debe
ser tomado en cuenta como un punto positivo del cambio realizado. Es decir, el ahorro energético
78
de la Planta de Pasta puede compensar el pequeño incremento del consumo de la pasta
electródica en los electrodos.
Otra de las ventajas que presenta el poder utilizar para la producción de ferrosilicio una
pasta electródica con una plasticidad mayor es que para la Planta de Pasta no va a ser necesario
elaborar dos tipos de pasta diferentes, ya que para el proceso de ferromanganeso es necesario
tener una plasticidad mayor debido a que la temperatura de trabajo es menor con relación al
ferromanganeso, es decir, se puede trabajar con una pasta que tenga la misma plasticidad en
ambos procesos que se llevan a cabo en la empresa, sin que se vea afectada la producción de las
ferroaleaciones.
79
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
7.1. Conclusiones.
• El cambio de plasticidad en la mezcla produjo un incremento del 2% en términos del
consumo específico de pasta en función de la energía consumida (Kg/MWH). Este
incremento resulta despreciable pues se encuentra dentro de la desviación del valor
promedio para la pasta con la fracción previamente utilizada en sólidos.
• El consumo específico de pasta en función de las toneladas de FeSi producidas (Kg/Tn
FeSi) se ha incrementado en un 4% y el mismo se puede considerar como aceptable, ya
que los valores alcanzados en el consumo de pasta se encuentra dentro del rango
establecido por la literatura acercándose al valor del límite inferior. Además, el aumento
del consumo de pasta se ha mantenido dentro de la desviación que se tenía en los meses
anteriores a la prueba realizada.
• La producción no se ha visto afectada por el cambio en la composición de la pasta
electródica de los electrodos, ya que la misma se incrementó en un 2% en los meses
durante los cuales se efectuó la prueba. Este incremento se encuentra dentro de la
desviación del promedio registrado durante los meses desde enero hasta septiembre.
• El cambio de plasticidad en la mezcla no produjo (durante el período evaluado) problemas
de segregación, rupturas o despuntamientos.
• Con la nueva formulación utilizada para fabricar la pasta electródica, al utilizar menor
cantidad de finos, se bajan los costos, ya que el tiempo de molienda se disminuye.
• Se puede utilizar una pasta electródica que posea una mayor plasticidad para la
producción de ferrosilicio, de forma tal, que esta misma pueda ser utilizada para la
producción de ferromanganeso y se pueda evitar la producción de dos tipos de pastas
diferentes para cada uno de los procesos (ferrosilicio y feromanganeso).
80
7.2. Recomendaciones.
• Realizar los respectivos ensayos mecánicos a una probeta de pasta con la nueva
composición de sólidos, de manera que se puedan conocer las propiedades mecánicas de y
de esta forma poder comparar las propiedades mecánicas, con la formulación que se venía
preparando anteriormente.
• Llevar un registro de la densidad de pasta cruda como un parámetro adicional de control,
de forma que se pueda utilizar un valor más preciso en los cálculos de la producción diaria
de los hornos de ferrosilicio.
• Una variable que afectó los resultados al momento de establecer la comparación fue la
cantidad de briquetas de FeSi suministradas al horno durante la prueba, se recomienda que
para futuros trabajos esta variable pueda ser controlada.
81
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
1. MORENO, Enrique. “Tecnología de producción del ferrosilicio”. 3era Edición. Venezuela
2005.
2. GONZÁLEZ, Oscar. “Control de Calidad de la Pasta Söderberg”
3. http://es.wikipedia.org/wiki/Antracita Fecha y hora: 26/10/2006 4:25 pm.
4. PINTO, Liliana. “Utilización de brea residual de CVG Venalum en la fabricación de
electrodos Söderberg”.Unexpo Guayana. Junio 2002.
5. A.G. Arneses, R. Innvaer, L. Olsen y S. Okstand. Operación de Electrodos Söderberg.
ILAFA-Ferroaleaciones 78.
6. David G. de Oliveira, Eduardo N. Cernach. O Electrodo Söderberg, Sua Operaçao esen
consumo. II Seminario sobre operación del electrodo Söderberg. Victoria –ES. 1986.
7. CEGARRA, César. “Evaluación y optimización del proceso de obtención de antracita
calcinada en planta de pasta de la empresa Ferrov. S.A.”. Unexpo Guayana. Enero 2005.
8. Manual de operaciones de Planta de Pasta. Empresa Ferroven.
9. REIDAR, Innvader, KRUT, Fidje, TERJE, Sira. “Three dimensional calculations on
smelting electrodes”. II Seminario sobre operación del electrodo Söderberg. Victoria-
España 1986.
10. Per. H. Hyldmo. “Producción de ferroaleaciones en hornos eléctricos de reducción, con
especial énfasis en las aleaciones de silicio”. ILAFA 1975.
11. SHEI, Andres. “The chemistry of ferrosilicon production”. Tidsskr, Kjemi Bergv. Vol.
27. 1967.
12. Manual de Elkem. “Elektrokemisk A/S”. Oslo – Noruega. Enero 1960.
13. Manual de operaciones de los hornos de reducción de Ferroven.
14. RISCILLI, Thomas y WHINTER, Jhon. “Investigation & improvements in Söderberg
electrode operation.” United States 1982.
15. BOULET, Benoit, VACULIK, Vit y WONG, Geoff. “Control of non-ferrous electric arc
furnaces”. Canada 1997.
16. ORD, R.J, SCHOFIELD, J.G y TAN; C.G. “Improved performance of Söderberg
electrodes”. Canada. CIM Bulletin. Junio, 1995. Pág. 97-101.
82
IX. APÉNDICES Y ANEXOS.
9.1 Apéndices.
Apéndice 1. Cálculo de la resistividad eléctrica de la antracita calcinada.
hIqE
××
=ρ Ec. 11
Donde:
ρ: resistividad eléctrica (Ω.mm2/m).
E: caída de voltaje en voltios.
q: sección recta de la probeta en mm2.
I: corriente continua en amperios.
H: altura de la probeta del cilindro en metros.
Ejemplo de cálculo:
E: 19,8 mV = 0,0198 V
q: 925 mm2
I: 1 A
H: 0,025 m
mmmmAmmV
/.6,732025,017070198,0 2
2
Ω=××
=ρ
Apéndice 2. Cálculo de la densidad aparente.
Vm
=ρ Ec. 12
Donde:
ρ: densidad (g/cm3)
m: masa (g)
V: volumen (cm3)
Ejemplo de cálculo:
m: 170,6 g
V: 108 cm3
33 /58,1
1086,170
cmgcm
g==ρ
83
Apéndice 3. Cálculo de los kilogramos de pasta.
hm ×= 322,31 (densidad 1,63 g/cm3) Ec. 14
hm ×= 624,29 (densidad 1,57 g/cm3) Ec. 15
Ejemplo de cálculo:
h: 50 cm
Kgm 156650322,31 =×=
Kgm 148150624,29 =×=
Apéndice 4. Cálculo del índice de consumo.
producidoioferrosilicdeTconsumidaspastadeKg
TKgPastadeConsumo =)/( Ec. 16
MWHconsumidaspastadeKgMWHKgPastadeConsumo =)/( Ec. 17
Ejemplo de cálculo: para los datos de enero (ver anexo 11)
FeSiTKgT
KgTKgPastadeConsumo /73,46
69,2541118780
)/( ==
MWHKgMWH
KgMWHKgPastadeConsumo /58,5
21290118780
)/( ==
9.2. Anexos.
84
Anexo 1. Flujograma de Horno 1 y 2 de Planta de Pasta
Figu
ra A
.1. D
iagr
ama
del p
roce
so d
e ca
lcin
ació
n de
la a
ntra
cita
en
los h
orno
s 1 y
2 d
e la
Pla
nta
de P
asta
de
Ferr
oven
85
Anexo 2. Flujograma de Horno 3 de Planta de Pasta
Alim
enta
dor
vibr
ante
V
F-10
1
Cam
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de
desp
acho
Ele
vado
r de
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ngilo
nes
BE
-101
Tolv
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el
horn
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2
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3
Pla
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KL-
101
Tam
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H-1
01
Tolv
a
Silo
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-102
Ele
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BE
-103
Silo
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G01
Torn
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Pla
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asta
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Ferr
oven
86
Anexo 3. Estufa para la cocción de un electrodo de prueba.
Figura A.3. Esquema y foto de la estufa para realizar la cocción del electrodo de prueba.
Anexo 4. Molde para hacer un electrodo de prueba.
Figura A.4. Esquema y foto de un electrodo de prueba.
87
Anexo 5. Equipos para efectuar el ensayo de resistividad eléctrica de la antracita
calcinada.
Figura A.5. Esquema y foto del equipo para realizar los ensayos de resistividad eléctrica.
Anexo 6. Equipos para realizar el ensayo de plasticidad.
Figura A.6. Esquema del pistón y de la estufa para realizar los ensayos de plasticidad de la pasta electródica.
88
Anexo 7. Formato para la recolección de los datos (Hoja de Cálculo de Excel).
Deslizamiento Número de cilindros Toneladas de Pasta Fecha Producción MWH
E1 E2 E3 Tot E1 E2 E3 Tot E1 E2 E3 Tot
01/01/2006 95400 777 38 49 49 136 0 0 0 0 1,13 1,46 1,46 4,05 02/01/2006 86780 723 31 58 46 135 3 3 3 9 0,92 1,73 1,37 4,02 03/01/2006 90680 769 23 45 52 120 2 3 3 8 0,69 1,34 1,55 3,58 04/01/2006 84070 710 30 42 42 114 2 3 3 8 0,90 1,25 1,25 3,40 05/01/2006 90180 775 41 48 51 140 2 2 3 7 1,22 1,43 1,52 4,17 06/01/2006 69700 625 28 48 66 142 2 2 2 6 0,83 1,43 1,97 4,23 07/01/2006 88010 757 51 48 53 152 2 3 3 8 1,52 1,43 1,58 4,53 08/01/2006 96460 773 43 47 48 138 0 0 0 0 1,28 1,40 1,43 4,11 09/01/2006 86000 713 41 42 44 127 3 3 3 9 1,22 1,25 1,31 3,78 10/01/2006 63400 579 33 57 59 149 3 3 3 9 0,98 1,70 1,76 4,44 11/01/2006 96130 722 51 44 52 147 2 3 3 8 1,52 1,31 1,55 4,38 12/01/2006 90840 776 35 47 52 134 2 3 3 8 1,04 1,40 1,55 3,99 13/01/2006 91070 755 35 44 50 129 1 2 3 6 1,04 1,31 1,49 3,84 14/01/2006 96230 773 30 45 55 130 2 2 3 7 0,89 1,34 1,64 3,87 15/01/2006 95150 773 33 48 53 134 0 0 0 0 0,98 1,43 1,58 3,99 16/01/2006 95130 784 37 48 54 139 2 3 3 8 1,10 1,43 1,61 4,14 17/01/2006 97980 783 55 50 57 162 2 3 4 9 1,64 1,49 1,70 4,83 18/01/2006 97690 777 41 52 54 147 3 3 3 9 1,22 1,55 1,61 4,38 19/01/2006 97460 777 43 49 50 142 2 3 3 8 1,28 1,46 1,49 4,23 20/01/2006 95020 790 39 51 53 143 2 2 3 7 1,16 1,52 1,58 4,26 21/01/2006 96120 780 48 49 52 149 3 3 3 9 1,43 1,46 1,55 4,44 22/01/2006 94440 774 55 48 50 153 0 0 0 0 1,64 1,43 1,49 4,56 23/01/2006 90360 764 47 47 47 141 3 3 3 9 1,40 1,40 1,40 4,20 24/01/2006 81810 725 40 48 48 136 3 3 3 9 1,19 1,43 1,43 4,05 25/01/2006 94110 777 43 50 53 146 3 3 4 10 1,28 1,49 1,58 4,35 26/01/2006 95240 784 29 50 54 133 2 3 3 8 0,86 1,49 1,61 3,96 27/01/2006 56600 431 45 50 53 148 1 3 3 7 1,34 1,49 1,58 4,41 28/01/2006 2080 56 19 4 21 44 2 2 2 6 0,57 0,12 0,62 1,31 29/01/2006 33450 415 4 16 16 36 0 0 0 0 0,12 0,48 0,48 1,07 30/01/2006 37240 341 21 31 24 76 1 2 2 5 0,62 0,92 0,72 2,27 31/01/2006 56860 532 16 21 27 64 1 0 1 2 0,48 0,63 0,81 1,91
Producción MWH Deslizamiento Cilindros Toneladas
Totales 2541690 21290 3986 199 118,78
Promedio 81990 686,8 129 6 3,83
Desviación 22874 168,3 31 3 0,92
89
Anexo 8. Resultados de las distribuciones granulométricas para el material grueso y fino.
Tabla A.1. Promedio mensual de la Distribución Granulométrica de la Antracita Calcinada (Hornos de calcinación).
Distribución Material Grueso
Mes mm 19 12,5 9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,85 0,6 Env
Enero 0 0 11,7 0 72,2 9,5 3,2 1 0,9 1,5
Febrero 0 0 7,5 0 70,7 11,5 4,3 1,1 1 3,8
Marzo 0 0 10 0 70,8 10,2 4,6 1,2 1,3 1,8
Abril 0 0 11,4 0 67,5 12,4 4,2 1,1 1,1 2,2
Mayo 0 0 9,9 0 70,2 11,1 3,4 0,8 1,3 3,2
Junio 0 0 10,4 0 70 10,3 3,1 1,1 1,8 3,2
Julio 0 0 15,6 0 61,6 10,5 3,6 0,9 0,9 6,7
Agosto 0 13,1 28,5 32,2 13,7 10,2 4,1 1,2 1,1 7,3
Septiembre 0 14,4 32,7 27,9 7,7 8,9 3,1 0,9 0,7 3,7
Octubre 0 9 24 33,4 10,6 11,9 4,4 1,4 0,9 4,4
Noviembre 0 7,1 20,1 40,9 11,5 12,1 3,7 0,9 0,7 3,1
Promedio 0,00 10,90 16,53 33,60 47,86 10,78 3,79 1,05 1,06 3,72
Desviación
Porc
enta
je R
eten
ido
0,00 3,42 8,54 5,41 3,55 1,11 0,55 0,18 0,32 1,84
Tabla A.2. Promedio mensual de la Distribución Granulométrica de la Antracita Calcinada (silo 16).
Distribución Material Fino
Mes mm 0,5 0,42 0,297 0,149 0,075 Env
Enero 0 0,15 1,41 14,3 33,1 51
Febrero 0 0,9 1,7 14,3 35,3 47,8
Marzo 0 2,3 3,2 15,2 33,7 45,6
Abril 0,0 2,2 2,6 14,8 32,8 47,7
Mayo 0,0 2,7 3,1 15,3 28,3 50,7
Junio 0,0 2,3 3,2 14,7 31,9 47,9
Julio 0,3 2,7 5,2 19,1 29,5 42,9
Agosto 0,3 0,6 2,3 30,1 31,9 34,9
Septiembre 0,1 0,3 1,2 29 33,3 36,2
Octubre 0,1 1,3 3,4 25,4 30,6 39,1
Noviembre 0,1 0,3 2,2 24,5 40,1 32,8
Promedio 0,08 1,43 2,68 19,70 32,77 43,33
Desviación
Porc
enta
je R
eten
ido
0,12 1,03 1,13 6,30 3,13 6,55
90
Anexo 9. Valores de la resistividad eléctrica y plasticidad.
Tabla A.3. Valores de la resistividad eléctrica promedio por cada mes.
Resistividad Eléctrica
Mes Mezcla Promedio Desviación
Enero 878 37
Febrero 892 52
Marzo 896 38
Abril 920 12
Mayo 890 39
Junio 925 10
Julio 77
0+77
0+44
0 902 26
Agosto 682 141
Septiembre 820 111
Octubre 905 16
Noviembre 980+
560+
440
889 42
Tabla A.4. Valores de la plasticidad promedio por cada mes.
Plasticidad
Mes Mezcla Promedio Desviación
Enero 28,6 0,7
Febrero 29,0 0,6
Marzo 28,9 0,5
Abril 29,0 0,5
Mayo 28,9 0,9
Junio 31,9 2,5
Julio
770+
770+
440
31,3 2,2
Agosto 32,5 1,9
Septiembre 31,7 1,7
Octubre 30,8 1,3
Noviembre 980+
560+
440
30,6 2,4
91
Anexo 10. Valores para la evaluación del consumo de la pasta en los electrodos.
Tabla A.5. Valores promedios de la producción mensual para 2006.
Pasta Electródica Consumo de Pasta Mes Producción (T) MWH Deslizamiento
(cm) Cilindros Toneladas Kg/MWH Kg/Tn FeSiEnero 2541,69 21290 3986 199 118,78 5,58 46,73 Febrero 2646,63 20903 3840 181 114,43 5,47 43,23 Marzo 2861,89 23407 4262 216 127,00 5,43 44,38 Abril 2796,66 22509 4000 191 119,19 5,30 42,62 Mayo 2656,3 21461 3875 196 115,47 5,38 43,47 Junio 2734,27 22222 4088 199 121,82 5,48 44,55 Julio 2950,08 24138 4499 215 134,06 5,55 45,44 Agosto 2972,88 24197 4253 211 126,73 5,24 42,63 Septiembre 2658,13 22303 3698 177 110,19 4,94 41,46 Octubre 2825,01 23849 4300 196 128,13 5,37 45,36 Noviembre 2821,09 23172 4365 204 130,07 5,61 46,11
Anexo 11. Ficha técnica de las propiedades de las materias primas para la producción de
pasta electródica.
La antracita verde o cruda debe tener las siguientes especificaciones para poder ser
utilizada en el proceso de calcinación. Características Valores Máximo Admisible
< 6 mm 5% Granulometría > 16 mm y < 19 mm 5%
Mínimo Máximo Característica Deseable Admisible Deseable Admisible Humedad - - - 10% Volátiles - - 2,5% 4% Cenizas - - 4% 6% Azufre - - 0,5% 0,6%
La antracita calcinada debe tener las siguientes especificaciones para poder ser utilizada
en la fabricación de Pasta electródica. Parámetro Cantidad
Humedad 0,10% Cenizas 8,5% Volátiles 0,50% max. Carbono fijo 90,8% Resistividad eléctrica 600-1100 Ωmm2/m Densidad real 1,9 g/cm3 Densidad bulk 930 Kg/m3
92
Se caracteriza por alto contenido de carbono fijo 86% mínimo, bajos contenidos de
materia volátil 5% máximo y bajos contenidos de cenizas 8% máximo.
En la siguiente tabla se detalla el rango de variación de los parámetros de control de
calidad para las breas de alquitrán de hulla. PARAMETRO RANGO UNIDAD
Punto de reblandecimiento 39 - 100 °C Temperatura de equiviscosidad (a 2200 mPa.s) 87 - 168 °C Densidad 1,26 – 1,34 g/cm3
Ratio C/H 1,64 – 1,95 - Residuo de coquización Alcan 40,6 – 61,3 % Destilado en Vacío (a 4,8 torr) 10,6 – 33,2 % Azufre 0,43 – 0,81 % Nitrógeno 0,83 – 1,48 % Insolubles en quinoleína 3,4 – 14,1 % IQ primarios 2,4 – 14,1 % IQ secundarios 0,0 – 7,4 % Insolubles en tolueno 19,1 – 40,5 % IT – IQ (resinas β) 15,5 – 29,8 % Solubles en tolueno (resinas γ) 59,5 – 80,9 %
Los suministradores de brea para FERROATLÁNTICA deben cumplir con las siguientes
especificaciones. Característica Mínimo Máximo
Punto de reblandecimiento (K&S) 60 °C 70 °C Punto de reblandecimiento (Mettler) 64 °C 70 °C Carbono fijo 47 % - Cenizas - 0,1 % Insolubles en quinoleína/antraceno 8% - Insolubles en tolueno 26 % -
Composición química (%) Mínimo Máximo Típico
Volátiles crudo - 14,5 13 Volátiles cocidos - - 0,3 Azufre - - 0,7 Carbón Fijo (pasta cocida) - - 91,2 Cenizas (pasta cocida) - 7,5 6,5
Propiedades Mecánicas Mínimo Máximo Típico Densidad aparente (g/cm3) 1,57 - 1,62 Plasticidad (%) 25 35 30 Densidad aparente cocida (g/cm3) 1,38 - 1,4 Densidad real (g/cm3) - - 1,9 Resistencia a la compresión (Kgf/cm2) 130 - 135 Resistencia a la flexión (N/mm2) 2,7 - 3,7 Modulo de elasticidad (KN/mm2) 2,6 - 2,8 Resistividad eléctrica (μΩm) - 110 80
93
Anexo 12. Equipo utilizado para la realizar el tamizado de la antracita calcinada.
Figura A.7. Foto del equipo utilizado para realizar los ensayos de granulometría de la antracita.