Uno de los mayores elementos disuasivos para el uso de recuperadores y calderas de calor residual en hornos para fundición de aluminio es el uso de productos químicos para hacer fluir el metal fundido.
Muchos de estos compuestos contienen cloro o flúor, los cuales reaccionan con el hidrógeno en el metal para formar cloruro de hidrógeno o fluoruro de hidrógeno. En presencia de agua, ambos compuestos forman ácidos altamente corrosivos.
A continuación te hablaremos sobre las oportunidades que existen para el uso exitoso de calderas de calor residual y recuperadores metálicos en hornos de fusión de aluminio.
Técnicas de tratamiento del metal
Las tres razones fundamentales para tratar el aluminio son:
1. Para mover el hidrógeno disuelto en el metal (desgasificación)
2. Para eliminar la suciedad y otras impurezas en el metal
3. Para eliminar todo o parte del magnesio
Para lograr estos resultados, se utilizan una amplia variedad de metales y procesos:
Filtrando el metal fundido del horno a través de una cámara de filtrado, una cama de material sólido (generalmente alúmina) antes de que llegue a su destino. La cama filtrante elimina las impurezas sólidas del metal. Algunos filtros también están equipados para desgasificar el metal burbujeando nitrógeno o argón a través de él. El flujo de gas burbujea nitrógeno, cloro o una mezcla de ambos a través del metal fundido. Esto se puede hacer en la cámara del horno de fusión, en un horno de retención / refinado separado, o en un canal unido al horno de fundición. El nitrógeno elimina las impurezas sólidas y el gas hidrógeno mediante lavado mecánico sin producir subproductos corrosivos.
El cloro elimina las impurezas, hidrógeno y magnesio por acción química. Además, al mismo tiempo elementos como el cloruro de hidrógeno, pequeñas cantidades de cloruro de aluminio y cloruro de magnesio se crean desde la superficie del metal.
El uso descuidado del gas también puede liberar el exceso de cloro. Comparativamente, el cloro es un desgasificador mucho más efectivo y más limpio que el nitrógeno. Sin embargo, es más costoso e implica ciertos problemas ambientales.
Se utilizan mezclas de nitrógeno con hasta un 30% de cloro, conocidas como flujos combinados, en un intento de combinar las mejores características de ambos gases. La mezcla es mucho más efectiva que el nitrógeno puro, y al mismo tiempo no produce concentraciones tan altas de humos tóxicos y corrosivos.
Debido a problemas ambientales, el uso de cloro ha disminuido considerablemente en los últimos años. Algunas plantas lo han reemplazado completamente con fundente o filtrado de nitrógeno. Otros han reducido su uso cambiando a flujos combinados o ideando formas de hacer el mismo trabajo con menos gas. Uno de estos métodos es añadir la sales y generar el “fluxing” en un pozo abierto, en lugar de en la cámara principal del horno.
El volumen restringido del pozo abierto proporciona un mejor contacto de gas a metal. En una instalación diseñada adecuadamente, los gases fundentes son recolectados en una campana extractora en lugar de pasar a través de los conductos del horno.
El fluxing sólido implica tratar el metal con una mezcla de sales. Las sales utilizadas dependen del propósito del fundente.
Los flujos de desgasificación generalmente contienen hexacloroetano como ingrediente principal. También pueden contener cloruro de sodio, cloruro de potasio, fluoborato de potasio, fluoruro de potasio y criolita. Éstas sales también eliminan impurezas sólidas y magnesio. El uso de ellos produce cloruro de hidrógeno y, a veces, fluoruro de hidrógeno.
Los flujos de escoria o rebaba (limpieza de metales) generalmente también están basados en hexacloroetano y además pueden contener carbonato de sodio, nitrito de sodio, criolita, cloruro de sodio y cloruro de potasio. El cloruro de hidrógeno es el subproducto principal. Algunas mezclas también pueden proporcionar fluoruro de hidrógeno.
La eliminación de magnesio suele realizarse con ayuda de fluoruro de aluminio. Su subproducto previsto es el fluoruro de magnesio, el cual se queda atrapado en la escoria o rebaba en su mayoría, pero inevitablemente se forma algo de fluoruro de hidrógeno (gaseoso).
Ciclos operativos
Los ciclos de fluxing del fundido varían y pueden influir en la viabilidad del uso de calderas y recuperadores de calor residual.
Ciclo de fusión-fluxing. El horno se carga con metal frío. La carga se derrite, fluye y se extrae del horno. Luego el horno se carga nuevamente. Debido a que el fluxing se lleva a cabo en el horno propiamente dicho, los gases o humos de fluxing entran en el sistema de combustión, pero solo durante un corto período del ciclo del horno. Ciclo fusión-mantenedor. Se utilizan dos o tres hornos: un fusor, donde se descompone la carga fría, y uno o dos hornos mantenedores, en los que se extrae la carga. El fluxing se lleva a cabo en los hornos mantenedores. El sistema de extracción del horno de fusión no contiene ni nunca ve pasar gases o humos de fluxing. Por otro lado, el sistema de escape de gases del mantenedor lleva gases de fluxing una gran parte del tiempo. Ciclo de carga continua. Un solo horno se carga continuamente. Debido a la naturaleza de esta operación, el fluxing también es continuo. El fluxing se puede llevar a cabo en la cámara del horno principal o en un pozo abierto separado unido al horno.
Formación y acción de productos corrosivos
La corrosión es un problema potencial únicamente con aquellos flujos que contienen cloro y flúor. Ya sean sólidos o gaseosos, estos flujos reaccionan con el metal fundido para formar cloruro de aluminio y cloruro de magnesio. Cuando estos compuestos entran en contacto con el vapor de agua, reaccionan para formar cloruro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno, óxido de aluminio y óxido de magnesio.
El cloruro de aluminio es el peor problema, ya que se sublima aproximadamente a 180°C (356°F) y entra fácilmente en el sistema de combustión. También es altamente higroscópico y reacciona rápidamente con vapor de agua.
El cloruro de hidrógeno seco y el fluoruro de hidrógeno no son particularmente corrosivos para los aceros al carbono o inoxidables. Sin embargo, una vez que entran en contacto con el agua líquida, forman ácidos clorhídrico y fluorhídrico altamente corrosivos, que atacan el acero al carbono y la mayoría de las aleaciones inoxidables.
Por encima de los 110°C (230°F), el ácido clorhídrico no se condensará en superficies metálicas. El ácido fluorhídrico sigue siendo vapor por encima de los 120°C (248°F). Teóricamente, la corrosión no debería ser un problema por encima de estas temperaturas, y la mayoría de los recuperadores y las calderas de calor residual funcionan muy por encima de estas temperaturas. En la práctica, sin embargo, todos los hornos y sistemas de recuperación de calor se apagan o enfrían de vez en cuando, y es entonces cuando pueden ocurrir problemas de corrosión.
El cloruro de aluminio también representa un peligro predominante. Incluso si el sistema de extracción está completamente purgado de gases de fluxing, el cloruro de aluminio puede haberse acumulado en el dispositivo de recuperación de calor y en los conductos. Tan pronto como entre en contacto con el vapor de agua (de la humedad atmosférica o de los productos de la combustión), se formará ácido clorhídrico.
En teoría, las temperaturas normales en los gases de combustión en los hornos fundidores de aluminio proporcionan una ventana en el comportamiento a la corrosión de los metales expuestos al cloruro de hidrógeno y al fluoruro de hidrógeno. En la práctica, sin embargo, las fluctuaciones y/o variaciones de temperatura durante las operaciones normales hacen que esta ventana sea riesgosa de usar. En consecuencia, los dispositivos de recuperación de calor están expuestos a un alto riesgo de falla por corrosión cada vez que el sistema de combustión del horno transporta gases de cloruro o fluoruro.
Diversas opciones
Debido a la gran variedad de prácticas de fluxing y fusión en uso, cada aplicación potencial tiene que ser evaluada según sus propios méritos. La Figura 1 divide este proceso de evaluación en una serie lógica de pasos.
Las calderas de calor residual y los recuperadores metálicos se pueden aplicar a hornos de fusión de aluminio si se utilizan métodos de tratamiento de metales sin halógeno, o si los gases de flux de halógeno no pasan a través del sistema de combustión del horno. Si la chimenea del horno se usa para extraer continuamente los residuos de fluxing, no se debe utilizar equipo de recuperación de calor.
Si el fluxing se realiza de manera intermitente en el horno, se puede usar equipo de recuperación de calor si se toman medidas para evitarlo durante las operaciones de fluxing. Esto requiere la instalación de un sistema de doble chimenea y válvulas de aislamiento en el dispositivo de recuperación de calor. Esto puede ser algo difícil, pero es completamente viable.
Figura 1. Tipos de operaciones de fundición de aluminio donde los equipos de recuperación de calor pueden y pueden no ser aplicados.
En Nutec Bickley somos expertos en la instalación y personalización de sistemas de recuperación de energía para hornos industriales. Acércate a nosotros si estás interesado en una solución completa o una actualización de tus equipos actuales.
