Últimos desarrollos en el reciclado de chatarra y - Dross engineering

Dross EngineeringÚltimos desarrollos en el reciclado de chatarra y escoria de aluminio utilizando hornosrotatorios basculantes y máquina de carga PrémeryJohn SimpsonDross Engineering SA15 rue du Four77340 Pontault-CombaultFranceÚltimos desarrollos en el reciclado de aluminio utilizando hornos rotatorios basculantes(HRB) tomando como referencia una nueva planta 30 000 TPY de segunda fusión enFrancia.La planta está equipada con dos Hornos Rotatorios Basculantes de 12 toneladas para fundirchatarra comercial general y un Horno Rotatorio Basculante de 7,5 toneladas usadoprincipalmente para fundir escoria de aluminio junto con dos hornos de afinado/mantenimientode 30 toneladas, secadero de viruta, equipo de colada y apilador de lingotes automatizado. Eldocumento también compara la nueva planta con la planta original del propietario que estáequipada con hornos rotatorios tradicionales de eje fijo (FARF).Antecedentes:La empresa SNR fué fundada hace 40 años en un emplazamiento situado a 50 km al oeste deParís, en St Arnoult. La Planta está equipada con:• 3 hornos rotatorios de eje fijo. Capacidad por unidad: 7,500kg. Fusión en baño de sales• 1 horno de afinado/mantenimiento: Capacidad: 20,000 kg• 1 máquina lineal de collar lingotes: Capacidad: 6,000 kg/h

• 1 Secador de virutas: capacidad 2,000 kg/hLa capacidad de producción anual en St Arnoult es actualmente de 15.000 toneladas y cadaturno de trabajo opera con 11 personas. La planta se especializa en colada de aleaciones porgravedad y a presión.Es imposible para cualquier empresa permanecer “estática” incluso o algunos diríanespecialmente en la situación económica actual, sin embargo la empresa SNR tomó la decisiónde aumentar considerablemente su volumen de producción para satisfacer la fuerte demandadel sector del automóvil.La empresa no podía expandirse más en su emplazamiento original y por ello, tras 3 años deinvestigación, reflexiones y comparación de los equipos, SNR tomó la decisión de implantar susegunda refinería de aluminio en Prémery, a 250km al sur de París, en un solar abandonadoantes ocupado por Bostik (fabricantes de pegamento). SNR ha invertido 7 millones de eurosen la nueva planta.Los objetivos de la empresa al diseñar una planta nueva empezando desde cero eran:• Crear una herramienta de producción coherente y de alto rendimiento.• Ser capaces de procesar la gama completa de chatarra comercial, incluyendo escoriautilizando técnicas sin sales.• Durante los tres años de estudios preliminares, SNR revisó las diferentes opciones ylos últimos procedimientos de fundición que ofrecía el Mercado: hornos de reverbero(con y sin bombas), hornos de solera seca y hornos rotatorios basculantes antes deoptar por la última solución.Hornos Rotatorios Basculantes para la fusion de chatarra o escoria de aluminioUn horno rotatorio de basculamiento (TTRF o TRF) es, de hecho una “cuba rotatoriainclinada” que aúna las ventajas de los hornos rotatorios, hornos de reverbero y hornos desolera seca en una sola máquina. De hecho, la idea de estos hornos ha estado presentedurante muchos años y se utilizó antes de la Segunda Guerra Mundial en la industria delcobre. Sin embargo, la tecnología de aquellos tiempos no fue capaz de obtener todos losbeneficios de este diseño tan sencillo pero ingenioso. Hoy en día, con los avances en laingeniería mecánica, hidráulica, refractaria y en el control de los procesos, este conceptopuede demostrar todas sus ventajas:Eliminación o considerable disminución de la necesidad de utilizar sales y/o fundentes en elproceso de fusión.-• Mejora las condiciones de trabajo de los fundidores• Fundición de una amplia gama de materia prima para refinería:• Disminución o eliminación de la contaminación del metal por elementos traza en lacarga (por hierro libre por ejemplo)• Facilita la mezcla y homogeneidad de la carga• Promueve la “auto limpieza” del revestimiento• Ofrece un bajo consumo de energía y alto rendimiento térmico.• Asegura unos índices de fusión más rápidos: 2 a 3 veces más altos que con los hornostradicionales.Hornos rotatorios basculantes comparados con los hornos rotatorios de eje fijoSi comparamos el concepto de los Hornos Rotatorios Basculantes (HRB) con los hornosrotatorios tradicionales de eje fijo (HREF), las ventajas de los primeros son evidentes. Lacámara de HREF no es más que un tubo o cubeta rotatoria con un quemador en un extreme yun conducto en el otro. El horno opera bajo presión negativa y recoge aire frío del exterior de la

cámara, por lo tanto es virtualmente imposible controlar la atmósfera del horno que está casisiempre expuesta a oxidación (aire puro). Este fenómeno hace necesario la utilización degrandes cantidades de sales (NaCl/KC) para proteger la carga y obtener producciones de metalaceptables. La carga, según se va hacienda líquida, permanece más o menos estática. Al igualque con todos los hornos de alta temperatura, la transferencia de calor se obtienefundamentalmente mediante la radiación y reradiación (vía el revestimiento refractario) peronunca de manera tan eficiente como con un HRB.Por otro lado, el HRBes de cámara cerrada con un único punto de entrada y salida. Elquemador y el conducto van montados en la puerta. El horno opera bajo presión positive ycuando el quemador está en funcionamiento no hay entrada de aire exterior y por lo tanto elhorno puede operar reduciendo ligeramente el gas de la atmósfera lo que elimina la necesidadde utilizar una capa de sales de protección. Además, como el horno opera en ángulo, la cargase mezcla de manera parecida a la de una hormigonera. Ello hace que mejore lahomogeneidad y la transferencia de calor resultando en una alta eficiencia térmica.Hornos de Dross EngineeringSNR comparó los hornos rotatorios basculantes ofertados por varios proveedores antes deoptar por los diseñados y fabricados por Dross Engineering.Las características de los HRB de Dross Engineering son:• Diseño compacto• Máximo uso de uniones de rotación eliminando el uso de mangueras flexibles.• Panel de control de abordo, paquete de potencia y ventilador de aire• Chasis auto sustentado• Eliminación de costosas cimentaciones• Accionamiento positivo y directo• Sistema de control del vari- gas del quemador• Control de temperatura de última generaciónLos TRF fabricados por Dross Engineering han tenido aplicaciones en las industrias no férreasy se utilizan para la fusión de cinc y aluminio y reducir los óxidos de plomo, estaño y bismuto,demostrando así la destacable versatilidad de este horno.La Planta en Prémery de SNR• El plan de conjunto de la planta en Prémery tiene una estructura lógica y divide lafundición en “zonas de actividad”.• Recepción de materiales, almacenaje y “afinado en frío”• Preparación de los materiales: Secado de viruta 2000 kg/h• Taller de fundición: hornos rotatorios basculantes 2 x 5m3 (12,000kg) y 1 x 3m3 (7,500kg). Dos máquinas de carga para alimentar a los 3 hornos. Régimen de fusión paracada horno: 3,000kg/h• Afinado: 2 hornos de mantenimiento basculantes de 30,000kg cada uno.• Colada/ apilado de lingotes: 1 máquina de colada lineal de 6,000kg/h, apiladoraautomática y una estación de transporte del metal líquido para 14 cucharas detransporte.• Dross Engineering suministra la planta de fusión y de carga, los hornos demantenimiento/afinado, el equipo de colada y apilado de lingotes, el secadero devirutas, etc.La planta de Prémery tiene una capacidad anual de 30,000 toneladas y emplea a 7 fundidorespor turno de trabajo.Control de la polución

tanto era imperativo a la hora de elegir el sistema de combustión asegurarse de que losquemadores de oxy-combustible pudieran beneficiarse del sistema de control innovadordesarrollado por Dross Engineering: Vari-Gas.

Las ventajas del sistema Vari-GasEl sistema de control de la combustión Vari-gas que se desarrolló originalmente para losquemadores de aire-combustible de Dross Engineering y los ingenieros de software de su socioindustrial, PELSS permite al usuario final:• Ajustar la potencia del quemador (máx., media o baja) y definir ajustes de potenciaintermedios.• Ajustar la atmósfera del horno: reduciendo ligeramente el exceso de gas u oxidandoligeramente el exceso de aire.• Definir y guardar en la memoria una “curva atmosférica” en relación a los productosque se van a fundir. Por ejemplo: el programa de fusión para la carga de materia primacontaminada podría empezar por “oxidación”, cambiar a “ligera reducción” y terminarpor “neutra”.• Todas estas operaciones se programan utilizando algunas de las teclas de la interfazdel operario.El sistema Vari-Gas es fundamentalmente una herramienta de control del horno que, en manosde un fundidor experimentado, permite obtener un rendimiento térmico y productividad delmetal excepcionales.Consumo de combustibleComo ya hemos visto anteriormente, el concepto básico de los hornos rotatorios basculantestiende a proporcionar un alto rendimiento térmico. Los índices de transferencia del calor a lacarga mediante radiación (y re-radiación) y conducción se optimizan. Cuando este tipo dehorno se equipa con quemadores de oxi-combustible, las reducidas concentraciones de N2resultan en una radiación de gas más fuerte y hay un aumento considerable del calor parafundir la carga (aproximadamente un 50% más con relación a los quemadores de aire/gas atemperaturas de 1100ºC con un 95% de oxígeno puro y gas natural).Sin embargo hay que destacar que la temperatura de la llama más alta “localizada” no es laúnica forma de lograr más altos índices de transferencia del calor y por tanto mayorproductividad, el aumento de la temperatura “ambiente” también afecta enormemente. Losactuales quemadores de oxi-gas ofrecen una gran homogeneidad de la llama y mayoruniformidad entre las temperaturas de la llama y del horno. Con el quemador Albatch de AirLiquide se produce una llama 3 veces más grande que con los quemadores de oxi-gasconvencionales. El combustible y el oxígeno se introducen en el horno a través de inyectoresseparados, inyectando el oxígeno por encima del combustible para mejorar la estabilidad,prevenir “los trazados” y reducir la temperatura máxima de la llama. La descomposición térmicadel combustible mejora, conduciendo a la formación de partículas de carbono altamenteradiantes.Si tuviéramos que comparar el rendimiento térmico y consumo de combustible con un hornorotatorio de eje fijo equipado con un quemador tradicional de aire-combustible, no sería posible.El concepto del horno rotatorio de eje fijo es bien conocido por su mediocre rendimiento térmicoy, además, el baño de sal necesita calentarse antes de empezar a fundir la carga de metal.Teóricamente, la energía necesaria para fundir una tonelada de aluminio es 310kW a un 100%de eficiencia, i.e. 31Nm3 de gas natural (con un LCV de 10). En un horno rotatorio de eje fijocon un quemador de aire-gas, la eficiencia térmica es muy pobre y el consume de energía portonelada fundida está en el orden de 100Nm3 de gas natural (mínimo). Por otro lado, en unHRB con eficiencia térmica optimizada se puede esperar un retorno de energía de 50-60Nm3

con una instalación de aire-gas y 35-38Nm3 (plus 70 – 75Nm3 oxígeno). Al utilizar el sistemaVari-gas y si la carga contiene partículas orgánicas como grasa, barnices, etc…es posibleexplotar esta energía latente en lugar de enviar los hidrocarburos no utilizados al filtro; en talescasos hemos registrado retracciones de energía de menos de 20Nm3 (en algunos casos tanbajo como 12Nm3) por tonelada fundida.Productividad del metalEs difícil hablar de la productividad del metal para las distintas categorías de chatarra dealuminio, ya que hay demasiadas variedades. Sin embargo, para fundir una carga de fundiciónlimpia hemos registrado producciones de más de un 97%. Los operarios en las dos plantas dePrémery y St Arnoult, confirman que del conjunto de chatarra reciclada en las dos plantas, hanregistrado un tanto por ciento de mejora de la producción en la planta de Prémery con los HRBa diferencia de la planta de St Arnoult que opera con hornos de eje fijo, además de laconsiderable ventaja adicional de operar sin sales en la de Prémery.ConclusiónEl Horno Rotatorio Basculante demuestra ser una herramienta para un alto rendimiento de laproductividad, permitiendo tanto a las fundiciones como a las fábricas de segunda fusiónbeneficiarse de una mejora en su producción de hasta un 45% y de un ahorro de combustiblede más de un 50%. La planta de SNR en Prémery se puso en marcha en el verano de 2005 yahora está operando 3 turnos diarios. Entre los objetivos a alcanzar por la empresa además deaumentar significativamente la producción, están:• Crear una herramienta coherente para un alto rendimiento de la producción• Ser capaz de procesar la gama completa de chatarra comercial incluyendo escoriamediante técnicas sin utilizar sales..