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UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION FACULTAD DE INGENERIA METALURGICA Y QUIMICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE ING. METALURGICA

TRABAJO: PROBLEMAS DE SIDERURGIA II

ALUMNO:

MELGAREJO MENDEZ JUAN ALEXANDER

DOCENTE: ING. VEGA PEREDA NICADOR

HUACHO - PERÚ 2018

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión SIDERURGIA II

PROBLEMAS RESUELTOS DE SIDERURGIA II 1. Un convertidor Bessemer-ácido trata 20 toneladas de arrabio en 12 minutos. Se oxidan las siguientes impurezas. Calcule el volumen de aire requerido. C 4,0% SI 1,8% Mn 0,8% También se oxida el 3% del hierro. Asumir que el hierro es oxidado a una rata uniforme y que tres cuartos del C pasan al CO y un cuarto a CO2. SOLUCION En este proceso, el arrabio se carga al convertidor en estado líquido, y se introduce un soplo de aire frío con el fin de oxidar todas las impurezas. A pesar que no se carga ningún combustible, la carga y los productos se mantienen líquidos debido al calor generado por la oxidación de las impurezas. Se tratan en este tipo de convertidores, arrabios con muy poco o ningún P, pero altos en Sí. El proceso Bessemer-ácido se considera dividido en 2 períodos, el primero incluye la oxidación de todo el Si y el Mn, que por tener relativamente mayor afinidad por el oxígeno que el C, se oxidan primero. Durante el segundo período se oxida el C. Ocurre alguna oxidación del Fe en virtud de la gran cantidad que hay de este elemento en el arrabio y para efectos de cálculos, se asume que este se oxida a una rata uniforme durante c/u de los períodos. Con estas aclaraciones, procedamos a realizar los respectivos cálculos: Arrabio=15000 Kg. Si

SiO 2=20000 x 0,018=360 Kg

O de este=360 x 32/28=411.42 Kg Mn

MnO=20000 x 0.008=160 Kg .

O de este=160 x 16 /55=46.54 Kg . C en arrabio=20000 x 0,04=800 Kg C

CO=800 x ¾=600 Kg.

O de este=600 x 16 /12=800 Kg. C

CO 2=800−600=200 Kg.

O de este=200 x 32/12=533.33 Kg . Fe en arrabio=100 – 4 – 1,8 – 93,4 %

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Fe en arrabio=20000 x 0,934=18680 Kg . Fe

FeO=18680 x 0,03=560.4 Kg.

O de este=560.4 x 16 /56=160.11 Kg . O total para oxidación=411.42+ 46.54+800+533.33+160.11=1951.4 Kg .=1024,8 m3 Aire=1024,8 /0,21=4880 m 3 Volumen del aire requerido=4880 m3 2. Un convertidor Bessemer trata 30 toneladas de arrabio, recibiendo 680 metros cúbicos de aire por minuto. Las impurezas removidas del arrabio son: 4%C, 1.8%Si, 1.6%Mn. Tres cuartos del carbono pasan a CO y el resto a CO 2. Hacia el final del soplo se han oxidado 900 kg de hierro. Calcular el tiempo total de soplado. Solución: Arrabio=30000 kg C=30000∗0.04=1200 Kg Mn=30000∗0.016=480 kg Si=30000∗0.018=540 Kg Calculo del carbono: 1200∗3 =900 kg 4 1200∗1 C → C O 2= =300 kg 4 Calculando el total de O. 900∗16 O del CO= =1200.00 kg 12 300∗32 O del C O 2= =800.00 Kg 12 480∗16 O del Mn= =139.60 kg 55 5400∗32 O del Si= =617.14 kg 28 900∗16 O del Fe= =257.14 kg 56 O total de oxidacion=3013.88 kg :O2=2110 m3 C → CO=

AIRE=2110 /0.21=10047.6 m 3 : por lo tanto el tiempo de soplo será : 10047.6/680=14.8 min

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3. Una carga de 10000 kg de arrabio es tratado en un convertidor Bessemer, produciendo 527 kilogramos de escoria de la siguiente composición: 65.5%SiO 2; 13.5% MnO y 21.0%FeO. Los gases del convertidor totalizan 2760 metros cúbicos y contienen 6.0%CO2; 18.1%CO Y 75.9% N2. Calcular. a) La composición del arrabio utilizado. b) El hierro puro producido después del soplado. Solución: Para A: Arrabio utilizado: Fe + Si + Mn + C SiO 2 en escoria=527∗0.655=345.185 kg Sioxidado=

345.185∗28 =161.1 kg 60

MnO en escoria=527∗0.135=71.145 kg Mnoxidado=71.145∗55/71=55.11 kg Calculando el C total oxidado: C O2 en gas=22760∗0.06=165.60 m3 C en este=

165.6∗12 =88.7 kg 22.4

CO en este=2760∗0.06=499.56 m 3 C en este=

499.56∗12 =267.6 kg 22.4

C total oxidado=88.7+ 276.6=356.3 kg Calculando la composición del oxígeno. 161.1 ( 10000 )=1.61 % 55.11 Mn=100∗( =0.55 % 10000 ) 356.3 C=100∗( =3.56 % 10000 ) Si=100∗

Fe=100−1.61−0.55−3.55=94.28 % Para B: FeO en escoria=527∗0.21=110.67 kg Fe oxidado=110.67∗56 /72=86.1 kg Fe puro producido=9428 – 86=9342 kg :el fe puro producido es 9342kg

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4. Tomando los datos del ejerció anterior calcular el tiempo relativo ocupado para cada uno de los periodos. Solución: Calculamos los elementos oxidados durante el 1° periodo = Si + Mn + algo de Fe O del SiO2 =345.2−161.1=184.1 kg O del MnO=71.15−55.1=16.04 kg O del 1 ° periodo sin Odel FeO=184.1+16.04=200.14 kg Elementos oxidadosdurante el 2 ° periodo=C ( a CO ) +C ( a C O2 ) +algo de Fe 500∗1 =250 m3 =357 kg 2 165.6∗32 O del C O 2= =236.6 Kg 22.4 O del CO=

O del 2° periodo sin O del FeO=357 +236.6=593.6 Kg t 200.14 0.337 Relacion de tiempos= 1 = = ; larelacion de tiempos es t 1 :t 2=0.337 :1 t 2 593.6 1 5. Un convertidor Bessemer sopla una carga de arrabio a acero m 11 minutos. 1% del hierro en el arrabio es oxidado y escorificado. El peso de la escoria producida fue de 4200 libras consistiendo de 70%SiO2; 20%MnO y 10%FeO. Además del Sí y el Mn, el arrabio contiene 4.2%C. tres cuartos del carbono se oxidan a CO y el resto a CO 2. Asumir que el Fe se oxida a una rata uniforme. Calcular: a) El peso del arrabio cargado b) El volumen de aire suministrado por minuto, en pies cúbicos. Solución: Para A: Arrabio = Fe + Si + Mn + C. SiO2 en escoria=4200∗0.7=2940 libras Si del arrabio=

2940∗28 =137 2 60

MnO en escoria=4200∗0.2=840libras Mn del arrabio=

840∗55 =651 71

FeO en escoria=4200∗0.1=420 libras

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Fe de este=

420∗56 =32 7 72

Fe del arrabio=

327 =3270 0 0.01

95.8 % del arrabio=32700+651+1372=3472libras arrabio=

34723 =36245libras : es el peso del arrabio cargado . 0.958

Para B: C del arrabio=36245∗0.042=1522.29 libras C → CO=

1522.29∗3 =1141.72 4

C → CO2 =1522.29∗−1141.72=380.57 Calculando el O: O del CO=

1141.72∗16 =1522.29 libras 12

O del CO 2=

380.57∗32 =1014.85lbs 12

O del SiO2 =2940−1372=1568lbs O del MnO=840−651=189 lbs O del FeO=420−327=93lbs O total=1522+ 1015+1568+189+93=4387 lbs=49217 f t 3 aire total= aire=

49217 =234367 f t 3 0.21

234367 f t3 =213.6 totalde aire suministrado 11 min

6. Tomando como referencia el enunciado del problema 5 y con los mismos datos calcular el tiempo de duración de cada periodo. Solución: O del primer periodo ,sin el del FeO=¿ 1568+189=1757 lbs ¿ t 1 sin Fe O=

11∗1757 =4.4 min 4387

O del segundo periodo sin el del FeO=1522+1015=2537 lbs

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t 2 sin Fe O=

11∗2537 =6.36 min 4387

t 1+ t 2 sin FeO=4.4+ 6.36=10.76 min t FeO =

11∗93 =0.23 min 4387

t 1 total=4.4+

0.23∗4.4 =4.5 min , es para el primer periodo 10.76 t 2 total=6.36+

0.23∗6.36 =6.5 min :es la duracion del segundo periodo 10.76

7. Un convertidor básico es cargado con 20 toneladas de métricas de arrabio junto con cao como fundente, y es soplado hasta que tiene 17 toneladas de Fe y 5720 kilogramos de escoria que contiene 13% sio2; 5%mno; 19% P2O5; 27%feo Y 36%cao. Asumir que el Fe se oxida a una rata uniforme durante el soplado. Dos tercios del carbono pasan a CO y un tercio CO2. El tiempo de soplado es de 28 minutos. Calcular: El volumen total del aire requerido. Solución: El aire es utilizado para la oxidación de las impurezas, por eso, el O de los elementos reducidos de la escoria + el O del CO y del CO2; será el O del aire.

Arrabio oxidado:

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Calculo del C oxidado:

8. Un horno de hogar abierto (básico) para aceros procesa una carga de 80 toneladas de arrabio y chatarra que tiene en promedio la siguiente composición: C – 2.5 %, Mn – 0.7 %, Si – 1.0 %, P – 0.8 %, Fe – 94.8 % El metal final (listo para la carburación) debe contener un quinto del carbono original y un séptimo del magnesio original, pero nada de silicio ni fosforo. La oxidación de las impurezas está acompañada parcialmente por los gases del horno y parcialmente por la adición de un mineral que contiene 85 % de Fe2O3 Y 15% de SiO2; asumir la división de la oxidación del método siguiente: Si, todo por gases……………………………………………………. a SiO2 Mn, la mitad por gases y la mitad por mineral…………………… a MnO C, un quinto por gases, cuatro quintos por mineral…………...…. a CO P, todo por el mineral…………………………………..…………… a P2O5 La escoria deberá contener FeO equivalente al 2% del hierro en el arrabio y la chatarra cargado. El FeO esta oxidado la mitad por gases y la otra mitad es reducido del Fe2O3. Se carga suficiente CaCO3, como para producir una escoria con 40% de CaO. PREGUNTAS: a. El peso del mineral necesario b. El peso de la escoria producida SOLUCION a. En el mineral, el agente oxidante es el Fe2O3 Carga=80 x 2000=160 000libras . C=160 000 x 0.027=4230 C oxidado=4230 x 4/5=3456 C oxidado por elmineral=3456 x 4/5=2764.8 O de este=2764.8 x 16 /12=3686.4

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Mn=160 000 x 0.07=1120 Mn oxidado=1120 x 6 /7=960 Mn oxidado por el mineral=960 x 1/2=480 O de este=480 x 16/55=139.6 P cargado=160 000 x 0.008=1280 O de este=1280 x 80 /62=1651.6 Fe(arrabio+ chatarra)=160 000 x 0.948=151580 Fe FeO=151680 x 0.02=3033.6 Fe FeO del mineral=3033.6 x 1/2=1516.8 O de este=1516.8 x 16 /56=433.3 Sea X el peso delmineral O del Fe 2 O3=85 X x 48/160=0.255 X O aportado por el Fe 2 O 3=3686.4+ 139.6+1651.6+433.3=5911 5911=0.255 X X =5911/0.255=23180,4 Peso del mineral=23180.4 libras b. Escoria = SiO2 + MnO + P2O5 + FeO + CaO SiO 2 en mineral=23180 x 0.15=3477.1libras Sien arrabio+ chatarra=160 000 x 0.01=1600 SiO 2 formado=1600 x 60/28=3429 SiO 2 a escoria=3477.1+3429=6906.1libras MnO=960 x 71/55=1239.3 libras P 2O 5=1280 x 142 /62=2932libras FeO total=3033.6 x 72/56=3999.3 libras 60 % de escoria=SiO 2+ MnO+ P 2 O5+ FeO +CaO=14977,7 Escoria=14977,7 /0.6=24963 Peso de la escoria=24963 libras

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9. Un convertidor Bessemer acido sopla una carga de 20 toneladas métricas de un arrabio que contiene: C 3,6% Mn 0.7% Si 1,2% Se oxida también hierro en una cantidad equivalente al 2.8% del arrabio. Dos tercios del C pasa a CO y un tercio a CO2. Asumir que el hierro se oxida a una rata uniforme a través del soplado. El soplado tarda 13 minutos. Los gases salen del convertidor a 1500°. El calor de formación de la escoria es de 150 kilocalorías por kilogramo de SiO2. PREGUNTAS a. El volumen total de aire necesario para el soplado. b. El peso de la escoria y el volumen de los gases producidos. SOLUCION a. Arrabio=20000 kg C=20000 x 0.036=720 Mn=20000 x 0.007=140 Si=20000 x 0.012=240 Fe=20000 x 0.945=18900 C CO=720 x 2 /3=480 C CO 2=720 – 480=240 Fe FeO=20000 x 0.028=560 O delCO=480 x 16 /12=640 kg O delCO 2=240 x 32/12=640 kg O del Mn=140 x 16 /55=40.7 kg O del Si=240 x 32 /28=275 kg O del Fe=560 x 16 /56=160 kg O total de aire=17755.7=1229 m3 Aire=1229 /0.21=5852 m3 Aire necesario=5852m 3 b. Escoria=MnO+ SiO 2+ FeO MnO=140+40.7=180.7 kg SiO 2=240+275=515 kg FeO=560+160=720 kg Escoria=1415.7 kg

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