BALANCE DE CARGA Un alto horno de hierro funde de un mineral de magnetita, utiliza por día 912 toneladas cortas de mineral, 510 toneladas de coque y suficiente piedra caliza para producir una escoria de 40 por ciento SiO2. Supongamos que todo el fósforo, la mitad del manganeso, y una quinta parte de la carga de silicio se reducen y entrar en el arrabio, que contiene también por análisis de 4 por ciento de carbono. Asumir todo el azufre escorifica como CaS. 1 por ciento del hierro cargado se pierde en la escoria. La cantidad de viento es de 112,000 pies cúbicos. pies (medido a 60 °F., 30 pulgadas de presión) que contiene 9 granos de la humedad por pie cúbico, por tonelada de coque cargado. Los análisis de la mena, fundente, y el coque son los siguientes: Mineral (%) Fe3O4
70.3
Fe2O3
4.8
SiO2
10.2
P2O5
0.9
MnO2
3.6
A12O3
2.6
H2O
7.6
Fundente (%) CaCO3 95.4 MgCO3 2.5 A12O3 0.5 SiO2 0.9 H2O 0.7
Coque (%) C 87.2 SiO2 9.0 FeS 2.0 H2O 1.8
Calcular: 1. Un cuadro de balance carga completo del horno, en libras por día. 2. La composición porcentual del arrabio, la escoria y los gases. Solución: Introduzca los pesos de los componentes del mineral y coque en la columna de la carga del balance de situación, a continuación. Fe enFe3O4 = 168/32 X 1281 = 928 (miles de libras) Fe en FeS del coque = 56/38 X 20 = 13 Fe en Fe2O3 = 112/160 X 88 = 62 Fe total cargado = 1003 (miles de libras) 0.01 X 1.003 = 10 Fe perdido en la escoria (como FeO). 7% 6 X 10 = 13 FeO. Asumir que esto se ha tomado del Fe 2O3. 62 - 10 = 52 Fe que entra en el arrabio del Fe2O3. Mn en MnO2 = 55/87 X 66 = 42. Mn en el arrabio = 21. MnO en la escoria = 71/55 X 21 = 27. Antes de calcular el SiO2 será necesario para determinar el peso del fundente, puesto que el fundente contiene SiO 2. Si el peso del fundente se toma como X, el SiO2 cargado será 0.009X y el SiO2 total cargado será 186 + 92 + 0.009X, cuatro quintas partes de las cuales entra la escoria y constituye el 40 por ciento de los mismos. Los otros componentes de la escoria son los siguientes: Del mineral: FeO + MnO + Al2O3 = 13 + 27 + 47 = 87. Del fundente: CaO + MgO + Al2O3 = 0.534x + 0.012a; + 0.005x = 0.551x. Desde el coque: CaS, formado a partir de FeS utilizando algo del contenido de CaO del fundente (FeS + CaO + C = Fe + CaS + CO) = 72/88 X 20 = 16. CaO usado = 56/88 X 20 = 13.
Peso total de la escoria (incluyendo SiO 2) = 87 + (16 - 13) + 0.551 X + 4/5 (278 + 0.009 X) = 312 + 0.558 X Entonces: 222 + 0.007 X = 0.40 (312 + 0.558 X), de dónde X =449
Esto ahora se puede introducir en el balance general. El total SiO 2 cargado es 278 + 0.009 X = 282. Si en arrabio = 28/60 X 282/5 = 26. CaO en el fundente = 56/100 IOO X 429 = 240. CaO necesario para formar CaS = 56/68 X 20 = 13. Ca = 40/56 X 13 = 9. Peso total del arrabio sin carbón = 1047. Peso de C = 4/96 X 1047 = 44. Viento total = 510 X 112,000 = 57,100,000 pies cúbicos a 60°, 30 pulg. H2O en el viento = 9 X 57,100,000 = 514,000,000 granos = 73,400 Ib. Una mollibra de un gas ocupa 359 pies cúbicos a 0 °C, 760 mm., o 359 X (273+15.5)/273 X 760/762 = 378 pies cúbicos a 60 ° C, 30 pulg. 73,400 Ib. de H 2O = 73,400/18 X 378 = 1,540,000 pies cúbicos. Volumen de aire seco = 57,100,000 – 1,540,000 = 55,560,000 pies cúbicos. 1 pie cúbico de aire a 0 °C, 760 mm., pesa 0.0807 Ib., o 1 pie cúbico a 60 °F., 30 pulgadas, pesa 0,0807 X 273/385.5 X 762/760 = 0.07737 pies cúbicos. 55,560,000 X 0.07737 = 4,300,000 lb. de aire seco 0.232 X 4,300,000 = 997,600 lb. de oxígeno. Hoja de balance de carga (en libras por día dividido por 1,000) Carga
Arrabio
Escoria
Gases
Ore (1,824): Fe304 = 1,281
Fe = 928
Fe203
= 88
Fe = 52
FeO = 13
O = 23
Si02
= 186
Si = 26
SiO2 = 130
O = 30
P206
= 16
P =7
Mn02 = 66 A1203 H20
Mn = 21
= 47
O = 353
O=9 MnO = 27
O = 18
A12O3 = 47
= 138
H2O = 138
Flux (449): CaC03 = 429
CaO = 227
CO2 = 189
Ca = 9
O=4
MgCO, = 11
MgO = 5
CO2 = 6
A1203
Al2O3 = 2
=2
Si02
=4
H20
=3
SiO2 = 4 H2O = 3
Coke (1,020): C
= 890
Si02
= 92
FeS H20
= 20 = 18
C = 44
C = 846 SiO2 = 92
Fe = 13
S=7 H2O = 18
Blast (4,373): 0
= 998
O = 998
N
= 3,302
N = 3,302
H20
= 73
H=8 O = 65
Total = 7,664
1091
563
6,010
El balance puede ahora fácilmente ser completado. Es de interés señalar que los gases pesan más de cinco veces más que el arrabio, mientras que la escoria pesa aproximadamente la mitad que la de arrabio. Las composiciones porcentuales del arrabio y la escoria se obtienen a partir de los datos del balance, de la siguiente manera:
Arrabio Fe = 993 = 91,0 %
Escoria SiO2 = 226 = 40.2% CaO = 227 = Si = 26 = 2.4 40.4 Mn = 21 = MgO = 5 = 0.9 1.9 Al2O3 = 49 = P = 7 = 0.6 8,7 C = 44 = FeO = 13 = 2,3 4.0 MnO = 27 = 4,8 CaS = 16 = 2.8 La composición porcentual de los gases debe ser calculado por volumen. El peso total de carbono quemado del coque es 846,000 Ib. El peso total de oxígeno para combinar con esto es 1,500,000 Ib. (Obtenido mediante la adición de todos los elementos de oxígeno de la columna de los gases). Esto convertirá todo el carbono a CO y parte de este CO a CO 2. 846,000 X 16/12 = 1,128,000 Ib. de oxígeno requerido para el CO, formando 1,974,000 Ib. de CO y dejando 372,000 Ib. de oxígeno para convertir CO ->CO 2. Esto se oxidará 28/16 X 372,000 = 651,000 Ib. de CO, formando 1,023,000 Ib. de CO2 y dejando 1,323,000 Ib. de CO. Adicionando el CO 2 del fundente da 1,218,000 Ib. de CO2 total. El gas de alto horno: CO = 359/2 1,323,000 8 X CO2 = 389/4 1,218,000 4 X H 20 = 359/1 159,000 X 8 H 8,000 X 359/2
= 16,960,000 pie = 23.0 por cu. ciento = 9,940,000
= 13.5
= 3,170,000
= 4.3
= 1,430,000
= 1.9
N
= 359/1 = 42,340,000 = 57.3 3,302,000 4 X Total = 73,840,000 pie = 100.0 per cu. cent