Pasantía en Ferroven

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 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

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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.

6

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)


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)


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)


ANALISTA DE RESPUESTOS (1)

ANALISTA DE ALMACÉN (2)

OPERADOR EQUIPOS AUXILIARES (1)

DIRECTOR DE FÁBRICA (1)

COORDINADOR DE VENTAS (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)


PLANIFICADOR(1)





SUPERV. MANTTO. METALMECANICO (1)

SUPERV. MANTTO. PREV. MECÁNICO (1)

MANTENEDOR (8)


MANTENEDOR (7)



PLANIFICADOR(1)

PLANIFICADOR(1)









SUPERV. MANTTO. METALMECANICO (1)SUPERV. MANTTO.

METALMECANICO (1)

SUPERV. MANTTO. PREV. MECÁNICO (1)SUPERV. MANTTO.

PREV. MECÁNICO (1)

MANTENEDOR (8)MANTENEDOR (8)




ORGANIGRAMA GENERAL




CONTADOR (4)










OPERADOR (4)








OPERADOR (6)

MANTENEDOR (2)



SUPERV. GENERALDE PRODUCCIÓN (1)



OPERADOR (28)

SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN (4)

OPERADOR (33)

MANTENEDOR (12)



















OPERADOR (4)


SALA TECNICA

INGENIEROS (2)

PROYECTISTA (1)


ORGANIGRAMA GENERAL


ORGANIGRAMA GENERAL









CONTADOR (4)





CONTADOR (4)











JEFE DE PERSONAL (1)JEFE DE PERSONAL (1)















OPERADOR (4)








OPERADOR (6)

MANTENEDOR (2)

OPERADOR (4)OPERADOR (4)









OPERADOR (6)

MANTENEDOR (2)



JEFE DE MAT. PRIMAS Y P. TERMINADOS (1)JEFE DE MAT. PRIMAS Y P. TERMINADOS (1)



ANALISTA CONTROL DE MATERIALES (4)ANALISTA CONTROL DE MATERIALES (4)





OPERADOR (6)

MANTENEDOR (2)







SUPERV. GENERALDE PRODUCCIÓN (1)SUPERV. GENERALDE PRODUCCIÓN (1)



SUPERVISOR DE COLADA (4)


SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN (4)SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN (4)
























ANALISTA DE COMPRAS (2)ANALISTA DE COMPRAS (2)






ANALISTA DE ALMACÉN (2)ANALISTA DE ALMACÉN (2)

















OPERADOR (4)


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





(Reducción)




Microsilice




de Microsilice


MERCADO CLIENTES

Partículasfinas

Partículasgruesas





(Reducción)




Microsilice




de Microsilice


MERCADO CLIENTES

Partículasfinas

Partículasgruesas






(Reducción)




Microsilice

HumosPlanta de HumosRecuperación de

Microsilice


Solidifación/LingontesSolidifación/Lingontes Silos de Densificación


de Microsilice


MERCADO CLIENTES

Silos de Densificación


de Microsilice


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

16

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.

17

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)

19

- 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

20

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)

21

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.

23

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

24

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

28

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.

32

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


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


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



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



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)


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


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

ión

de

desp

acho

Ele

vado

r de

ca

ngilo

nes

BE

-101

Tolv

as d

el

horn

o 1

2

Hor

no d

e ca

lcin

ació

n H

3

Pla

to

rota

dor

KL-

101

Tam

bor d

e en

friam

ient

o C

H-1

01

Tolv

a

Silo

de

antra

cita

ca

lcin

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Cin

ta

trans

porta

dora

Ele

vado

r de

ca

ngilo

nes

BE

-102

Ele

vado

r de

ca

ngilo

nes

BE

-103

Silo

po

st

enfri

amie

nto

Silo

su

b pr

oduc

tos

Crib

a Fi

ltro

Filtr

o de

m

anga

s S

G01

Torn

illo

trans

porta

dor s

in fi

n

Cin

ta

trans

porta

dora

Silo

17

Ven

tilad

or

filtro

FA

01

Tolv

a pr

inci

pal

Figu

ra A

.2. D

iagr

ama

del p

roce

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e ca

lcin

ació

n de

la a

ntra

cita

en

el h

orno

3 d

e la

Pla

nta

de P

asta

de

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

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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.

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Pasantía en Ferroven