| REDISEÑO DEL SISTEMA DE ALIMENTACION DE HORNO FLASH EN BHP COPPER
ANTECEDENTES
 Las demandas por mayor producción los hornos de fundición flash existente han llevado a incrementar las tasas de alimentación de concentrado al quemador y el uso de concentrado con molienda más fina. Desafortunadamente, alimentar materiales más finos a tasas más altas aumenta la formación de flujo errático, o más aún, inundaciones desde el silo de carga al horno, generalmente ubicado arriba del horno. La operación segura y eficiente de cualquier horno flash depende de una alimentación continua, no-pulsante de la mezcla de carga seca, a una tasa controlada en forma exacta. BHP Copper operaba un horno flash de Outokumpu con un quemador único a 3.400 tons por día de concentrado seco en su fundición de cobre de San Manuel en Arizona.
EL PROBLEMA INICIAL
Los primeros seis meses de operación del horno estuvieron plagadas de serios problemas de inundaciones. El concentrado fino a veces se aireaba durante la descarga del silo y fluía como un líquido a gran velocidad, con tasas incontrolables hacia el quemador. Esto derivó en malas condiciones en el quemador de concentrado, derivando en pobres resultados metalúrgicos. Serios problemas de inundaciones también causaron la formación de grandes acreciones en la caldera recuperadora de calor, lo cual requería de largas detenciones para su remoción. El patrón de flujo en el silo de carga seca era de flujo embudo, el que ocurre cuando la tolva no es suficientemente inclinada y lisa para forzar al material a deslizarse a lo largo de las paredes, o cuando la abertura de descarga del silo no es completamente efectiva, como es casi siempre el caso cuando se usa una cadena de rastras como alimentador.
SOLUCIÓN INICIAL
En un silo de flujo másico, todos los sólidos fluyen sin regiones de estancamiento, cuando cualquier cantidad de sólido es descargado. Las ventajas de silos de flujo másico incluyen: flujo uniforme, densidad de alimentación independiente de la carga de sólidos en el silo, una secuencia de flujo primero en entrar - primero en salir, asegurando un tiempo de permanencia uniforme y mayor tiempo disponible para la deaireación; y minimización de efectos de segregación.
Al principio, cuando ocurrieron grandes problemas de inundaciones no hubo tiempo para convertir el silo a flujo másico. Para hacer funcionar nuevamente el horno, Jenike & Johanson, Inc (J&J) recomendó una interfase de sección creciente para ser ubicada entre la salida de la tolva y la cadena de rastras. Esto mejoró dramáticamente la operación de la tolva, creando un canal de flujo mucho más grande. Manteniendo el contenido de los silos entre 320 tons y 550 tons, se eliminó el derrame y se alcanzó una alimentación razonablemente homogénea al quemador. La operación continuó de este modo por los siguientes 10 años.
EL NUEVO PROBLEMA
Para aumentar la capacidad de fusión del horno flash, se debía aumentar la capacidad y confiabilidad del sistema de almacenamiento y alimentación de carga seca. Para la reconstrucción del horno flash programada para mayo de 1999, BHP definió el siguiente criterio de diseño:
- 360 toneladas métricas de capacidad viva operativa en el silo de almacenamiento;
- alimentación uniforme y continua al horno a una tasa nominal de 220 toneladas métricas secas por hora;
- probabilidad de derrame minimizada;
- efectos de segregación de partículas minimizados;
- selección de alimentadores para reducir costos de mantención.
Los polvos finos deben ser manejados manteniéndolos fluidizados o previniendo su fluidización y manejando el sólido en un lecho de contacto. Las propiedades de flujo de los polvos y la consistencia de alimentación requerida determinan la selección de una u otra alternativa. Para alcanzar la exactitud requerida para la tasa de alimentación de concentrado al quemador, se decidió hacer uso de un silo de flujo másico con bastante capacidad para permitir tiempo suficiente para que el material fluidizado se deairee durante el almacenamiento antes de ser descargado por el alimentador.
J&J ensayó una cantidad de mezclas de concentrado-fundente para determinar las propiedades de flujo a ser usadas en el diseño de un silo de flujo másico adecuado. Los ensayos hechos con un Jenike Shear Tester mostraron que la dimensión mínima de salida requerida para prevenir la formación de arcos en una tolva de flujo másico con forma de cuña era de sólo 0,1 pie, aún después de tres días de almacenamiento en reposo. Debido a esto, las dimensiones de abertura del silo debieron ser determinadas en base a consideraciones de tasas de flujo.
Los ángulos de fricción de pared fueron determinados para varias superficies, la placa de acero inoxidable con terminación 2B fue seleccionada como el mejor material de revestimiento del silo, requiriendo una tolva con las pendientes menos inclinadas para proporcionar flujo másico y mediante ésto maximizar la capacidad de almacenamiento dentro del espacio y la altura disponibles.
La abertura de salida de un silo debe ser lo suficientemente grande para alcanzar la tasa de descarga requerida. La tasa máxima de descarga de un polvo fino a través de la abertura de una tolva de flujo másico es baja comparada con la de un sólido grueso y granular. Los valores de permeabilidad son usados para calcular tasas de descarga críticas, en tolvas de flujo másico, como también el tiempo requerido para que los polvos finos se deaireen y decanten en los silos. La mezcla de concentrado y fundente tiene una permeabilidad muy baja, por lo cual J&J desarrolló un análisis de dos fases gas-sólidos para asegurar que el material fluiría desde el silo en modo de flujo uniforme. La tasa de flujo máxima calculada fue 350 toneladas métricas secas por hora, la cual es considerablemente más alta que lo requerido por BHP.
LA SOLUCION
 J&J recomendó remover el arreglo existente con tolva pantalón, instalando cuatro tolvas de flujo másico, y revistiendo todo el interior de las superficies inclinadas con acero inoxidable con terminación 2B. Este diseño proporciona un silo con capacidad viva efectiva de 370 tons métricas. Se fijó un nivel mínimo de 110 tons de mineral en el silo, proporcionando una retención mínima de 30 minutos para la deaireación (110 tons / 220 tph).
Para alcanzar un perfil de velocidad uniforme en el nuevo silo de flujo másico, J&J evaluó el uso de alimentadores multi-discos Stamet en conjunto con deslizadores de aire (air slides). Los alimentadotes Stamet utilizan un diseño innovador con una sola pieza móvil que proporciona una descarga medida y regular a todo el ancho de la salida. Este diseño único permite una fácil medición y alimentación de un amplio rango de materiales, incluyendo polvos finos, desde tasas bajas hasta muy altas. Los alimentadores son extremadamente resistentes y experimentan muy poco desgaste, aún con materiales abrasivos.
Dado que este tipo de alimentadores era nuevo para la industria del cobre y que había pocas, si es que había alguna instalación existente en cualquier industria que manejara polvos finos a tan altas tasas de alimentación, J&J construyó un modelo a escala de 1/6 de un cuarto de sección del silo. Los ensayos verificaron que los alimentadores Stamet producían un modelo de flujo másico con un perfil de velocidad uniforme en el silo. El flujo de descarga del deslizador de aire era uniforme, sin pulsaciones. El equipo de ensayos operó a tasas tan altas como 80 kg/min., lo que para la instalación de tamaño completo, es el equivalente a tres veces mayor que el requerimiento de diseño. Los ensayos demostraron que la combinación de un silo de flujo másico, alimentadores Stamet, y deslizador de aire, es un sistema robusto adecuado para alimentar la carga caliente a altas tasas al quemador de concentrado.
La ingeniería de diseño estructural y mecánico para la modificación, fue desarrollada por H.G. Engineering Ltd. Los alimentadores multi-discos fueron proporcionados por Carlingview Technologies Ltd., bajo licencia de Stamet Inc. La administración de la construcción del proyecto fue ejecutado por Fluor Daniel.
Debido a una baja en el precio del cobre, este nuevo sistema aún no ha comenzado a operar. Sin embargo, cuando sea puesto en marcha, los operadores pueden estar seguros que se comportará de acuerdo a lo deseado.
EL RESULTADO
Since startup, the system has been operating reliably and has allowed the mine and processing plant to work together more efficiently and reduce production costs.
|
