Horno convertidor

(Peirce Smith)

ÍndiceResumen..................................................................................................................3

Introducción..............................................................................................................1

................................................................................................................................. 1

Peirce Smith.............................................................................................................2

Función del convertidor Peirce Smith.......................................................................3

Convertidor Peirce Smith está compuesto de los siguientes sistemas y equipos.. .4

Diagrama de bloque cíclico de conversión...............................................................8

Funcionamiento Operación de un Convertidor Peirce-Smith...................................9

Componentes eléctricos.........................................................................................10

Componentes mecánicos.......................................................................................13

Planos Mecánicos..................................................................................................16

Mantención del Equipo...........................................................................................17

Conclusión..............................................................................................................19

Bibliografía.............................................................................................................20

Resumen

A partir de una exhaustiva búsqueda de información logramos obtener los siguientes temas tratados en este trabajo.

Comenzamos por la historia del horno convertidor Pierce Smith (nombrado así haciendo referencia a sus inventores) la cual se encarga de explicar su origen, desde sus inicios hasta el horno que conocemos hoy en día utilizado en grandes compañías mineras como CODELCO Chile. Luego continuando en orden de los temas tratados en este trabajo, el siguiente es la descripción de cada una de las piezas o partes del nombrado horno, luego las mantenciones que se le deben realizar periódicamente para alargar su vida útil y así mantenerlo operativo, y además también se muestran planos del mismo. Por ultimo otro de los temas tratados es el funcionamiento y operación correcta del horno convertidor Pierce Smith.

1

Introducción

En los procesos de obtención de cobre hay muchos pasos antes de llegar a su producto final.

La calcopirita es el principal mineral del que se extrae el cobre. Este último posee sulfuros de cobre y hierro, pero el mineral contiene otros compuestos, por lo que se debe separar la mena de la ganga. Para este efecto se lleva a cabo una trituración y molienda del mismo en donde la separación se lleva a cabo por flotación.

Como dijimos anteriormente el cobre se extrae de la calcopirita en un proceso piro metalúrgico que se divide en dos etapas:

-se realiza un proceso de fusión en el cual la calcopirita es sometida a 1200°C donde pasa de solido a líquido. Aquí es donde se obtiene la mata de cobre, la cual consta de una mezcla de hierro y cobre.

-luego de este proceso la mata de cobre se ingresa a un horno PIERCE-SMITH donde se someterá a procesos de oxidación entre otros los cuales tienen como fin obtener cobre Blíster de un 96 – 98 % de pureza.

Estos tipos de hornos se ven en plantas muy conocidas como lo son ENAMI y fundición CALETONES división EL TENIENTE DE CODELCO CHILE.

Este tipo de horno es complemento de otros procesos al cual es sometido el cobre pero uno de los más importantes.

2

Peirce Smith

Historia

El nombre de este reactor se debe a sus creadores, los Sr. William Peirce y E.A.Cappelen Smith, Gerente y Metalurgista Jefe, respectivamente, de la Baltimore Copper Smelting & Rolling Company de Perth Amboy, New Jersey, quienes a principios del siglo 20 desarrollaron un proceso para purificar eje o mata de cobre y producir cobre de alta pureza llamado cobre blíster.

El convertidor consiste en un reactor semicontinuo de burbujeo, cilíndrico, de aproximadamente 4.5 metros de diámetro por 11 metros de largo.

El proceso es cerrado, es decir, la carga es la misma, tratada y llevada hasta el final del proceso sin recarga de material. De este modo mejoran las condiciones de trabajo y se reducen las emisiones ambientales.

3

Función del convertidor Peirce Smith

El convertidor Peirce-Smith es el equipo o dispositivo más ampliamente utilizado en la producción de cobre. Se trata de un reactor semi-continuo en el que la transformación de eje, mata y metal blanco a cobre blister se realiza mediante la inyección de aire y oxígeno en el baño fundido para generar un burbujeo que provocan las reacciones de oxidación del proceso. Por ser éste un proceso lote, la operación se realiza en dos etapas: en la primera de ellas se realiza de desulfuración del sulfuro ferroso (FeS) con escorificación del hierro y en la segunda, se realiza la desulfuración del sulfuro cuproso (Cu2S) hasta producir cobre blíster de 98,5 a 99,2% de pureza.

Primeras representaciones de este reactor realizados por Peirce y Smith entre los años 1987 y 1906, conformado por tres soportes giratorios y una

adición de alimentación en la parte trasera.

4

Convertidor Peirce Smith está compuesto de los siguientes sistemas y equipos.

A. Reactor cilíndrico con boca para carguío/salida de gases.B. Máquina de punzado de toberas.C. Sistema de alimentación de fundente.

i. Sistema motriz.ii. Frenoiii. Motoriv. Limitorquev. Cardánvi. Reductor de velocidadvii. Sistema de acoplamiento al Convertidor.

D. Sistema de suministro de aire comprimido y oxígeno técnico.E. Campana primaria.F. Campana secundaria.G. Dispositivo de Espectroscopia Óptica.

A. Reactor cilíndrico con boca para carguío/salida de gases.

Es el equipo principal del proceso de conversión. Consiste básicamente en un cilindro horizontal provisto de un sistema motriz que le permite moverse sobre su eje de rotación desde la posición de operación (“posición de soplado”) hacia la posición de alimentación (“posición de carguío”).

5

B. Máquina de punzado de toberas.

Esta máquina tiene como objetivo mantener destapadas las toberas del reactor, a fin de permitir el ingreso del aire de soplado requerido para el proceso de conversión.

En la actualidad, existe una máquina de punzado para cada CPS. Esta se desplaza sobre un riel que está ubicado paralelamente a la línea de toberas del reactor y obtiene su fuerza motriz de presión neumática de la red de aire comprimido de 90 psi que existe en la Fundición.

C. Sistema de alimentación de fundente.

El sistema de alimentación de fundente (sílice, SiO2), consiste en dos tolvas de 80 ton de capacidad cada una que alimentan por gravedad una correa transportadora de velocidad constante que introduce el material requerido a un buzón que lo conduce al interior del reactor. Este buzón se encuentra incorporado a un carro móvil, que en el momento de adicionar sílice, se desplaza hacia el reactor, posicionando la punta del buzón al interior del convertidor.

6

D. Sistema motriz.

El movimiento basculante del reactor se logra mediante el uso de un sistema de polines que descansan a su vez en una estructura de acero y concreto armado. Los polines permiten girar el horno en torno a su eje longitudinal por dos pistas de rodado ubicadas una a cada extremo del cilindro y que se extienden por todo el perímetro del cilindro.

El horno descansa en un total de 8 polines, 4 por cada pista de rodado. El sistema motriz de los Convertidores, o sistema mecánico que permite el giro reversible, consta de un número de componentes claramente identificables.

Estos componentes son:

Freno Motor Limitorque Cardán Reductor de velocidad Sistema de acoplamiento al Convertidor.

El sistema de acoplamiento corresponde a la forma mecánica en que el torque o parMecánico generado por el motor, se aplica finalmente al giro del cilindro.

7

E. Sistema de suministro de aire comprimido y oxígeno técnico.

El sistema de aire de soplado para Convertidores Peirce-Smith, consiste en una red de cañerías que comienza en la planta termoeléctrica y termina en las toberas de soplado de cada convertidor.

Desde la Planta de aire comprimido, específicamente del sistema principal de distribución nace un arranque que alimenta aire comprimido a una presión de 20 psi y a una temperatura de 100 °C a todos los Convertidores de la Fundición.

El oxígeno técnico a una presión de 50 psi es suministrado por las tres plantas de oxígeno que posee la Fundición a través de una cañería principal que se distribuye a cada convertidor. Este se une a la línea de aire de 20 psi después de la válvula de control que posee cada convertidor.

F. Dispositivo de Espectroscopia Óptica.

Para el control del avance o evolución del proceso de conversión, cada reactor cuenta con un dispositivo que permite realizar un análisis espectrométrico de la luz que emiten algunos componentes del gas metalúrgico que se generan durante cada etapa del proceso (PbS, PbO, CuOH). A medida que cambian las propiedades físicas del baño y de la escoria, se modifica la composición de los gases de salida.

La información que despliega el sistema en los monitores dispuestos enTerreno permite identificar las siguientes condiciones operacionales:

Término del Soplado a Escoria Falta de Fundente (Sílice). Exceso de oxidación durante el Soplado a Escoria (sobre-soplado) Proceso con Primer Escoriado listo para realizarse. Escoriado Perfecto. Soplado a cobre perfecto.

8

Diagrama de bloque cíclico de conversión

Carguio inicial 4 ton o 15 toneladas

Soplado a escoria

aire / oxigeno 700 Nm³/hfundente silice 13 a 15 toneladas

Evaciacion de escoria

Escorias /escorias a flotacion

Soplado a cobre

Evacuacion de escoria

Evaciacion de cobre blister

Preparacion del ciclo

siguiente

250 toneladas de cobre

9

Funcionamiento Operación de un Convertidor Peirce-Smith.

La conversión en reactores de Peirce-Smith es un proceso lote que implica un estado inicial y uno final con etapas intermedias. Este comienza con el carguío deEje o mata (4 ollas conteniendo 37 ton del material cada una) y escoria de la etapaDe soplado a cobre (1 olla conteniendo 35 ton), luego del cual se mueve el reactorHasta la “posición de soplado”, en la cual la boca de gases se ubica hacia la campana primaria y simultáneamente la línea de toberas queda en posición paraIniciar la inyección de aire y oxígeno.

Conforme avanza el proceso, se adiciona fundente (sílice) a través de la compuerta lateral de la campana para formar la escoria faya lítica y se recarga con una 5ª olla de eje (se mueve el reactor hacia la posición de carguío y posteriormente, se vuelve a la posición de soplado). Durante este tiempo, se realizan vaciados parciales de escoria hacia ollas. Mientras tanto, el operador observa el despliegue gráfico del sistema Espectroscopia Óptica que le indica el estado de avance del proceso. Una vez que se detecta el final de la etapa de soplado a escoria, el operador mueve el reactor a la posición de descarga para transferir la escoria remanente.

Posterior al vaciado de escoria de la primera etapa de soplado, se recarga con metal blanco y se inicia nuevamente la operación de soplado a cobre. Durante la primera media hora, se adiciona otro fundente (carbonato de calcio) para favorecer la escorificación de impurezas y mejorar la viscosidad de la escoria. Se realizanRecargas parciales de carga fría, metal blanco y chatarra de cobre para completar la carga. Durante la etapa de soplado a cobre se realizan vaciados parciales de escoria hacia ollas. El proceso continúa hasta el final del soplado, cuando el sistema Espectroscopia Óptica indica al operador que el ciclo ha terminado, realizando el vaciado del convertidor y se transfiere el cobre blíster a los hornos de refinación anódica.

10

Componentes eléctricos

Motores Eléctricos

Cada Convertidor Peirce Smith es accionado por un motor eléctrico de corriente continua, excitado en serie. Sus principales características son: Marca Westinghouse, Tensión 550 Vcc, Potencia 70 HP, Velocidad 480 rpm, Excitación en serie, Modelo MCA 70 serie 222590.

Frenos Magnéticos

Este elemento proporciona la energía necesaria para detener el convertidor. Consiste en una bobina en serie de 550Vcc. Cuando la bobina está sin energía las balatas mantienen frenado el motor. Cuando la bobina recibe una tensión, se genera un campo magnético que separa las balatas permitiendo el movimiento del motor. Entre sus principales características se encuentran: Marca Westinghouse, Bobina de excitación en serie de 550Vcc, Diámetro del tambor 19”, Serie 2432631.

11

Contactores Electromecánicos

Son elementos que mediante la energización de su bobina, abren o cierran su contacto, permitiendo de esta manera realizar la lógica de control. Sus principales características son: Marca Westinghouse, Modelo MD, Serie 857D505G02 y Bobinas de excitación en 550Vcc y 120 Vcc.

Resistencias

Estos elementos forman parte del sistema de aceleración del motor. La aceleración del motor se origina al ir eliminando paulatinamente estas resistencias. Sus características principales, son: Marca Westinghouse, Modelo LG.

R elés de Tiempo Electromecánicos

Estos elementos forman parte del sistema de aceleración del motor. El ajuste de tiempo de este relé es mecánico. Al cumplirse el tiempo, cierran su contacto asociado, energizando la bobina de los contactores electromecánicos que cortocircuitan las resistencias de aceleración. Sus características principales son: Marca Westinghouse, Modelo AZ-12S y Serie 1292490.

Master del Operador

Elemento manipulado por el operador de terreno. Está formado por una palanca de mando que origina el cierre de una serie de contactos internos. Posee siete posiciones, neutro (off) y tres para cada lado (subir y bajar). Mediante este elemento el operador controla el sentido de giro, velocidad de rotación y posición del convertidor. Su Marca es Westinghouse y su m Modelo es SM.

Límites Switch

12

Son elementos que entregan al sistema de control una señal del equipo a controlar cuando se ha alcanzado una posición definida. Sus Marca es Westinghouse, modelo HDH, de serie 201A363G0

Safety Switch.

Son elementos que se emplean para protección. Están instalados en los TFC y en terreno para manejo del operador. Están destinados principalmente a desenergizar los circuitos de fuerza, control y volteo. Su Marca es Westinghouse, modelo HDH, serie NP186P853H01A.

Contactores de Control

Operan con bobinas de 125 Vdc, marca Westinghouse con 24 años en operación. Este elemento al inducirse una corriente en sus terminales, genera un campo magnético que abre/cierra un contacto. En la actualidad ante una falla el elemento es reemplazado

Contactores de Fuerza

Operan con bobinas de 550 Vdc, marca Westinghouse con 24 años en operación. La falla más recurrente es que se quemen las bobinas.

13

Componentes mecánicos

Acoplamientos de transmisión.

Son una masa compacta con flange incluido, que une directamente un eje con otro, con pernos rígidos que no permiten desalineamientos de ningún tipo. Se usan en caletones en ejes de transmisión de puentes y carros de grúas puente.

Reductores CMD.

Se denomina caja reductora a un mecanismo que consiste, generalmente, en grupo de engranajes, con el que se consigue mantener la velocidad de salida en un régimen cercano al ideal para el funcionamiento del generador. Usualmente una caja reductora cuenta con un tornillo sin fin el cual reduce en gran cantidad la velocidad.

14

Eje cardanico.

El cardán es un componente mecánico que permite unir dos ejes que giran en ángulo uno respecto del otro. Su objetivo es transmitir el movimiento de rotación de un eje al otro a pesar de ese ángulo. En los vehículos de motor se suele utilizar como parte del árbol de transmisión, que lleva la fuerza desde el motor situado en la parte delantera del vehículo hacía las ruedas trasera.

Engranajes, Piñón - Corona.

Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia mecánica entre las distintas partes de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales a la mayor se le denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto e ruedas dentadas.

15

Tornillo sin fin.

Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cortan a 90º. Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, sobre todo en grandes relaciones de transmisión y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero 34 templado con el fin de reducir el rozamiento.

16

Planos Mecánicos

17

Mantención del Equipo

Sistema motriz.

Soplar freno. Revisar protección de freno. Revisar polea de freno. Revisar ajuste zapatas. Revisar pernos anclaje de frenos. Revisar balatas. Revisar perno regulación del freno. Chequear regulación entre hierro (1/16’’). Revisar motor eléctrico (anclaje y estructura). Revisar acoplamiento motor / reductor (ver ajuste). Revisar reductor (anclaje y estructura). Revisar cardan primario. Revisar protección cardan primario.

Bogiflex.

Revisar barras de reacción lado motor y nave. Revisar bomba manual lubricación centralizada y estado del lubricante

presente. Revisar barra torsión (ajustar pasador – descanso). Revisar crucetas (estructura y pasadores). Revisar cardan primario y secundario.

18

Sistema rodado.

Verificar correcto funcionamiento rodillos. Revisar pista rodado. Verificar limpieza sistema rodado (solicitar limpieza a operaciones). Revisar cañerías lubricación.

Lubricación

Nivel aceite BOGIFLEX Revisar niveles. Cardan Grasa EP-2. Sinfín y corona Mobil gear 636. Reductor entrada Aceite ISO-320. Nivel aceite cajas Revisar niveles y estado de los carters y sellos. Cremallera/engranaje 126 EP-0 bel-ray.

19

Conclusión

El horno convertidor PIERCE SMITH forma parte fundamental en el proceso de obtención del cobre, debido a que cuando sale el cobre blíster de este convertidor se encuentra con un 96 – 98% de pureza. Por este motivo es el más ampliamente utilizado en la producción de cobre. Se puede también tener en cuenta que el proceso de oxidación es muy utilizado por el hecho de hacer ingresar aire y oxígeno para realizar un burbujeo que provoca este.

Cabe concluir que este horno es muy completo debido a la cantidad de cobre producido y su alto porcentaje de pureza que se obtiene en el final de este proceso. También se ve una gran preocupación en su mantenimiento por la importancia de este en el proceso final.

Este horno es una gran ayuda para las empresas mineras, ya que le facilita el trabajo humano y a gran escala ayuda al ingreso económico nacional y a ser uno de los países con mayor ingreso a nivel mundial por la obtención del cobre,

20

Bibliografía.

http://www.sinia.cl/1292/articles-52008_Exp_098_119.pdf

https://www.google.cl/search?q=convertidor+peirce+smith+pdf&oq=convertidor+peirs+&aqs=chrome.2.69i57j0l3.13089j0j8&sourceid=chrome&es_sm=93&ie=UTF-8

http://campuscurico.utalca.cl/~fespinos/Patricio_A_Casanova_Q.pdf

http://itzamna.bnct.ipn.mx/dspace/bitstream/123456789/9543/1/247.pdf