Luis R. Jaccard
ANTECEDENTES
Comprovamos que as fórmulas I = C3 . P2/3 e V = P1/3 / C3, habitualmente utilizadas para definir os parâmetros ideais dos fornos a arco submerso, estão equivocadas.
Baseados em princípios teóricos, confirmados através de experiências realizadas em fornos de redução de cassiterita, concluímos que, para determinado afastamento entre eletrodos, a tensão que define a posição ideal dos eletrodos ( mínimo consumo específico de energia ) é função do diâmetro de eletrodos e da potência: V = J0 . D / P1/4, onde D é o diâmetro dos eletrodos, P é a potência ativa e J0 é um fator que depende do material processado e do afastamento entre eletrodos. Também foi sugerido pelas experiências que, dentro de certo entorno, a tensão ideal é proporcional à raiz quadrada do afastamento entre eletrodos: V = J1 . D . S1/2 / P1/4, sendo S a distância entre centros de eletrodos e J1 um fator que depende apenas do material processado. Quanto maior a resistividade do material, maior é J1.
VALOR DE J1 PARA OS FORNOS DE REDUÇÃO DE CASSITERITA
Foram realizadas, durante dois anos, experiências em fornos para produção de estanho, a partir de cassiterita, variando as potências ativas entre os limites de 400 kW e 1000 kW aproximadamente, com diferentes diâmetros de eletrodos e diferentes afastamentos entre eletrodos. Para cada tipo de operação foi verificado o consumo específico de energia e calculados os valores de C3 ( Westly ), J0 e J1, comprovando-se que o fator C3 não correspondia à realidade, mostrando valores totalmente diferentes em casos nos quais a operação podia ser considerada ideal e valores similares para condições operacionais boas e ruins.
Como resultado das experiências foi concluído que para fornos de redução de cassiterita o fator J1 = V . P1/4 / D . S1/2 é igual a 0,607, utilizando as seguintes unidades:
V ( tensão eletrodo-soleira ), em Volts
D ( diâmetro eletrodos ), em centímetros
P ( potência ativa de uma fase ) em Watts
S ( separação centro a centro de eletrodos ), em centímetros.
VALOR DE J1 PARA REDUÇÃO DE ESCÓRIA
Normalmente, os fornos de estanho operam em dois estágios. No primeiro é reduzida até certo ponto a cassiterita e, no segundo estágio é reduzida a escória, relativamente rica em estanho, resultante da primeira fusão. O material processado no segundo estágio precisa de menos carvão e, por esse motivo, a resistência elétrica da carga é superior e, portanto, a tensão necessária também é superior.
Para redução de escória, o valor encontrado para o fator J1 foi: 0,75.
APLICAÇÃO DA FÓRMULA DO FATOR J1 PARA A CARGA DE CASSITERITA
Seja o caso de um forno com determinados diâmetro e afastamento de eletrodos no qual se deseja operar com uma determinada potência ativa.
A tensão ideal entre o eletrodo e a soleira será: V = 0,607 . D . S1/2 / P1/4.
A intensidade de corrente ideal será: I = P / V
A tensão em vazio V0, necessária no secundário do transformador para obter a tensão V na ponta do eletrodo, dependerá do fator de potência ( cosseno fi ): V0 = V / cos fi. O fator de potência poderá ser calculado conhecendo a reatância do circuito X ( habitualmente em mOhm ) e a resistência da carga R = V / I, sendo tan fi = X / R. Se o forno for trifásico será V0ff = 1,73 . V0 e, se o forno for bifásico, a tensão em vazio, entre fases será V0ff = 1,41 . V0.
OPERAÇÃO COM O ELETRODO FORA DA POSIÇÃO IDEAL
Para cada material processado existe apenas uma determinada posição ideal do eletrodo em relação à carga de minério e carvão. O eletrodo opera na posição ideal quando a tensão e a corrente são tais que o fator J1 é igual a 0,607 ( para o caso da cassiterita ). Qualquer pequeno desvio da tensão ideal, para mais ou para menos, provoca um forte aumento do consumo de energia e, portanto, uma forte redução da produtividade ( lembrar que a produtividade, para determinada potência ativa, é inversamente proporcional ao consumo específico de energia ).