Luis R. Jaccard

ANTECEDENTES

Comprovamos que as fórmulas I = C₃ . P^2/3 e V = P^1/3 / 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 / P^1/4, 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 . S^1/2 / P^1/4, sendo S a distância entre centros de eletrodos e J₁ um fator que depende apenas do material processado ( J₁ = V . P^1/4 / D . S^1/2 ). Quanto maior a resistividade do material, maior é J₁.

APLICAÇÃO DO FATOR J₁ AOS FORNOS DE FeSi75

Para calcular o fator J₁ para os fornos de FeSi75 consideramos os casos reais de três fornos com dimensões, parâmetros de operação e resultados conhecidos. O primeiro dos fornos opera com consumo de energia de 7800 kWh/t e não acumula grandes depósitos de SiC na soleira, o segundo consome 8000 kWh/t, e sofre de um excessivo acúmulo de SiC na soleira e, o terceiro, consome 8500 kWh/t não havendo informação em relação aos depósitos de SiC na soleira.

Quer dizer, podemos inferir que o forno número 1 opera na condição ideal ou próximo da mesma, que o forno 2 opera em situação algo afastada da ideal e que o forno 3 opera com o eletrodo fora da posição ideal.

Para cada um destes fornos calculamos o fator J₁ e o fator C₃.

Se observa que o forno 2, que opera com forte geração de depósitos de SiC, possui um fator C₃ praticamente igual ao do forno que opera na condição ideal, entanto que o fator J₁ é 7,1 % diferente. Para o forno que opera na pior condição, o fator J₁ apresenta um desvio de 11,25 % em relação ao ideal, entanto que o fator C₃ denota apenas 4,7 %.

Do anterior pode-se concluir que o fator J₁ foi preciso na avaliação do comportamento dos fornos. Todavia, os exemplos se referem a fornos que operam razoavelmente bem, com algumas diferenças relativamente pequenas de desempenho. Vejamos, entretanto, que aconteceria se fosse realizado um forte aumento da potência no forno 2, mantendo o fator C₃ de referência ( 10,07 ). Admitamos que se deseje aumentar a potência para 20 MW sem aumentar o diâmetro nem o espaçamento dos eletrodos. De acordo com a fórmula do fator C₃, isto seria possível e dependeria apenas do eletrodo suportar o alto valor de corrente. Com base no fator C₃, a corrente deveria ser aumentada para I = 10,07 . 202/3 = 74,12 kA. Nesse caso, a tensão eletrodo - soleira seria igual a: 20.000 kW / ( 3 . 74,12 kA ) = 90 V. O fator J₁ seria igual a 90 V . ( 20.000 kW / 3 )1/4 / 115 cm . ( 276 cm )1/2 = 0,425. Tomando como referência o forno 1, o fator J₁ ideal seria igual a 0,350 e, portanto, o fator J₁, correspondente à modificação que tomou como base o fator C₃, será 21,4 % superior ao ideal, podendo-se prever que os resultados, no que se refere a consumo de energia, produtividade, consumos de eletrodos e depósitos de SiC serão muito ruins.

Pode-se concluir que o fator J₁ que define a posição ideal nos fornos de FeSi75, para o tipo de carga normalmente utilizada no Brasil, é igual a aproximadamente 0,350 ( calculado com P em Watts, S e D em cm e, V em Volts ).

Com base no fator J₁ é possível escolher os diâmetros e afastamentos de eletrodos ideais para cada potência, garantindo a posição ideal do eletrodo com valores de tensão e corrente adequados para obtenção do máximo rendimento elétrico e os mínimos consumos de energia e de eletrodos.

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