• Categories
• Arrabio
• Alto horno
• Hierro
• Manganeso
• Acero

Citation preview

72.02 INDUSTRIAS I

Metodología problema AH – LD - HE

Fecha: 2/2008

Problema: Balance de Materiales Alto Horno Enunciado: Se carga un alto horno con mineral de hierro, caliza y coque con los siguientes análisis:

Material Mineral hierro Caliza Coque

Fe2O3 80

SiO2 12 4 10

Análisis en % (Peso) MnO Al2O3 1 3

H2O 4 1

C

CaCO3 95

90

El análisis del arrabio producido es: C: 4% Si: 1,2 % Mn: 1 % Fe: 93,8% Se utilizan 1750 Kg. de mineral de hierro y 500 Kg. de piedra caliza por cada tonelada de arrabio producido. El volumen de los gases de salida por tonelada de arrabio es 4200 m³. Su composición es: Gases de salida: CO: 26% CO2: 12% H2O: 4% N2: 58% Calcular: A) La cantidad de coque utilizado por tonelada de arrabio B) Composición de la escoria suponiendo que el hierro entra en la arrabio como Fe2O3 C) Consumo de aire (m³) por tonelada de arrabio

72.02 INDUSTRIAS I

Metodología problema AH – LD - HE

Fecha: 2/2008

Resolución: A) Se toma como base una tonelada de arrabio Mineral hierro, 1750 Kg (80% Fe2O3; 12% SiO2; 1% MnO; 3% Al2O3; 4% H2O )

Piedra Caliza, 500 Kg (95% CaCO3; 1% H2O; 4% SiO2)

Gas salida, 4200 m³ (26% CO; 12% CO2; 4% H2O; 58% N2)

Alto Horno

Coque (10% SiO2; 90% C) Aire (79% N2)

(Fe2O3, SiO2, MnO, Escoria Al2O3, CaO) Arrabio, 1000 kg (4% C; 1,2% Si; 1% Mn; 93,8% Fe)

A) Balance carbón C (en coque) + C (p. Caliza) = C (arrabio) + C (como CO2 + CO en gases de salida)

B)Composición escoria Componentes escoria: Fe2O3; SiO2; MnO; Al2O3; CaO

Balance Fe2O3 Fe2O3 (en mineral hierro) = Fe2O3 (en escoria) + Fe2O3 (hierro en arrabio calculado como Fe2O3) Fe2O3 ( en escoria) = 1400 – 1340 = 60 kg

72.02 INDUSTRIAS I

Fecha: 2/2008

Metodología problema AH – LD - HE

Ídem con los demás componentes. C)Consumo aire (m³ / tonelada de arrabio) N2 (aire) = N2 (gases salida) Consumo de aire = 2436 . (100 / 79) = 3038,5 m³ / ton. de arrabio

Problema: Determinación de Oxígeno necesario en Convertidor LD Enunciado:

Convertidor: Capacidad 180 tons. Carga metálica. 70 % Arrabio 30% Chatarra Características Arrabio – Acero

Arrabio Acero

C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) T (ºC) 4,30 1,20 1,00 0,10 0,03 1370 0,06 0,00 0,20 0,015 0,015 1620

Características Proceso • • •

Humos: 90% CO y 10% CO2 8 Kgs. de O2/ton arrabio se consumen en la formación de óxidos de hierro. Pureza O2: 99.5%

Otros datos: Pesos Atómicos

C 12

O 16

Si 28

Mn 55

P 31

Fe 56

Determinar: Necesidades de O2 para obtener el acero

72.02 INDUSTRIAS I

Metodología problema AH – LD - HE

Fecha: 2/2008

Resolución: 1) Eliminación del Carbono: C arrabio – C acero = 4,3% – 0,06 %= 4,24 % 4,24 % x (1000 kg/100) = 42,4 kg. C / ton. arrabio 42,4 kg.: 38,16

kg. Se eliminan con el CO (90 %) 4,24 kg. Se eliminan con el CO2 (10%)

1.a) Como monóxido de carbono: 2 C + O2 (g) → 2 CO (g) 2 x 12 + 16 x 2 → 56 24 kg de C → 32 kg O2 38,16 kg de C → X = 50,9 kg O2 / ton. arrabio 1.b) Como anhídrido carbónico: Se determina como 1.a El total de oxigeno es: suma de 1.a y 1.b 2) Eliminación del Silicio: Si arrabio – Si acero = 1,2% – 0,00 %= 1,2 % 1,2 % x (1000 kg/100) = 12 kg. de Si/ ton. de arrabio Si + O2 (g) → SiO2 (g) 28 + 16 x 2 → 60 Se determina la cantidad de oxígeno necesario 3) Eliminación del Manganeso: Proceso similar a punto 2. 4) Eliminación del Fósforo: Proceso similar a punto 3. NECESIDADES TOTALES DE OXIGENO ( kg. O2 / ton. arrabio) Suma de necesidades parciales 1 molécula – gramo (mol) de O2 = 2 x 16 g = 32 g Un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura (1 atmósfera y 273 K) ocupa 22,4 litros.

Se determina en metros cúbicos referenciados a la pureza y al arrabio

72.02 INDUSTRIAS I

Metodología problema AH – LD - HE

Fecha: 2/2008

Problema Balance Térmico: Horno Eléctrico de Arco

Enunciado: Problema: • Determinación de las energías teóricas de oxidación • Determinación del oxígeno necesario para las reacciones de oxidación

Datos: Carga promedio del horno

Componente Hierro esponja Chatarra Cal mezcla Carbón insuflado Carbón por cinta Finos Acero Escoria

cantidad/colada 52,3 t 34,9 t 3,6 t 0,35 t 0,35 t 1t 77 t 9,9 t

cantidad/tal 679 kg/tal 453 kg/tal 47 kg/tal 4,5 kg/tal 4,5 kg/tal 13 kg/tal 1000 kg/tal 129 kg/tal

72.02 INDUSTRIAS I

Metodología problema AH – LD - HE

Componentes FeT

Chatarra

Hierro esponja Acero líquido

61.9

3.19

4.6

25.97 11.81

13.2 1.56 4.15

0.76

4.63

0.8

0.47 0.2 0.1

26.94 10.57 2.75

12.5 5.9 2.55

87.8

FeO C SiO2

0.2

5.7 2.3 1.55

0.2

Al CaO MgO MnO Mn P P2O5

0.02

Finos

29.16

90

Si Al2O3

Escoria

92.4

Femetálico

S

Fecha: 2/2008

0.6 0.023

0.07

0.04 0.007 0.048 0.003

0.63 -

0.32

72.02 INDUSTRIAS I

Metodología problema AH – LD - HE

Fecha: 2/2008

Resolución: 1. Energía teórica de las reacciones de oxidación 1.1.Oxidación del Silicio. Si + O2 ⇒ SiO2

ΔH = -9 Kw h . kg Si Cantidad de Si chatarra = 453 kg ch . 0,20 kg Si = 0,906 kg Si . tal 100 kg ch tal

ESi = Energía de oxidación del Silicio = 9 Kw h . 0,906 kg Si = kg Si tal

ESi = 8,15 Kw h . tal 1.2 Oxidación del Manganeso. Mn + 1 O2 ⇒ MnO. 2

ΔH = -2,04 Kw h . kg Mn

Cantidad de Mn en la chatarra = 453 kg ch . 0,60 kg Mn = 2,718 kg Mn . tal 100 kg ch tal Cantidad de Mn en acero = 0,04 kg Mn . 1000 kg acero líq. 100 kg acero líq. Cantidad de Mn en acero = 0,4 kg Mn . tal EMn = Energía de oxidación del Mn = 2,04 Kw h . (2,718 - 0,4) kg Mn . kg Mn tal EMn = 4,73 Kw h. tal

1.3. Oxidación del Aluminio. Similar a los anteriores 1.4. Oxidación del Fósforo. Similar a los anteriores

72.02 INDUSTRIAS I

Metodología problema AH – LD - HE

Fecha: 2/2008

1.5. Oxidación del Hierro. Fe + 1 O2 ⇒ FeO. 2 56 16 72

ΔH = - 1,2 Kw h . kg Fe

La cantidad de FeO formado presente en la escoria es: = 25,97 kg FeO . 129 kg esc = 33,47 kg FeO . 100 kg esc. tal tal

Cantidad de Fe que reacciona = 33,47 kg FeO . 56 kg FeO = 26,03 kg Fe . tal 72 kg FeO tal

EFe = Energía de oxidación del Fe = 26,03 kg Fe . 1,2 Kw h = tal kg Fe EFe = 31,24 Kw h . tal

1.6. Energía de las reacciones de oxidación. Suma de las calculadas 2. Determinación del oxígeno necesario para las reacciones de oxidación. Datos: Pesos Atómicos Σ O2 = O2 Silicio + O2 Manganeso + O2 Aluminio + O2 Fósforo + O2 Hierro Se determina en metros cúbicos por tonelada de acero líquido.