“UNIVERSIDAD “UNIVERSIDA D NACIONAL
JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION”
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICA ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL INGENIERIA METALURGICA
IX CICLO V
DOCENTE ING. VEGA PEREDA NICANOR
CURSO SIDERURGIA II
AUTOR: SUSANIBAR KLER, ALEXANDER
HUACHO-PERÚ 2017
EJERCICIOS RESUELTOS 1. Una mezcla gaseosa de la siguiente composición en volumen CO: 30%, CO2: 10%, H2:10%, y N2: 50% entra como alimentación a un horno de fundición a 927ºC (1200K). Calcule la composición del equilibrio de la mezcla gaseosa suponiendo que la presión total en el horno es de 1 atm a partir de los siguientes datos:
+ / = ; = . + = ; = . = ; = + . + Suponga que todos los gases se comportan idealmente SOLUCION
Cuando la mezcla gaseosa que contiene CO, CO2 y H2, el N2 es inerte alimenta el horno, los gases tenderán a reaccionar unos con otros hasta establecer el equilibrio de la reacción.
+ / = ; = / = + ; = + . / + / = ; = + . / + = + ; = . A T=927ºC + 273K = 1200 K
= . () = / De la ecuación: = .
=
−(−/) − . = (./ )( ) = .
+ = + INICIO CAMBIO EQUILIBRIO
0.10 -x 0,10 – x
0.10 -x 0,10 – x
0.30 +x 0,30 + x
() () = () () = () () () () : () = , = ,+ .
0 +x x
() = , = . () = , = , . () = , = , . : ,+ . . .= , . , . , ,+,= =, Gas CO H20 CO2 H2 N2 TOTAL
Mol 0,3243 0,02430 0,0757 0,0757 0.5 1
% 32,4% 2,4% 7,6% 7,6% 50 100%
2. 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 kilocaloría 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 C Fe
CO = 720 x 2/3 = 480 CO2= 720 – 480= 240 FeO = 20000 x 0.028= 560
O del CO = 480 x 16/12 = 640 kg O del CO2 = 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 = 5852 m3 b. Escoria = MnO + SiO2 + FeO
MnO= 140 + 40.7= 180.7 kg SiO2= 240 + 275= 515 kg FeO= 560 + 160= 720 kg Escoria = 1415.7 kg Peso de la escoria = 1415.7 kg
3. Un artículo menciona los siguientes análisis para la operación de un convertidor que trata un arrabio bajo en silicio y alto en manganeso, por el proceso Bessemer Sueco, el soplado fue suspendido para retener carbono y manganeso en el acero. La carga es de 20 toneladas métricas, y el peso del acero fue de 18400 kilogramos. No se adiciona ningún fundente, pero hay corrosión del revestimiento del convertidor. El revestimiento no contiene manganeso.
ARRABIO (%) C Mn Si P Fe
4.36 2.98 0.95 0.02 91.69
ACERO AL FINAL DEL SOPLO (%) C 0.74 Mn 0.25 Si 0.04
ESCORIA (%) SiO2 MnO FeO Al2O3 MgO CaO P2O5
47.25 37.80 9.45 4.22 0.40 0.88 -----
PREGUNTAS a. El porcentaje removido de cada una de las impuresas b. La composición del revestimiento SOLUCION a. Arrabio = 20 000 kg C en el arrabio = 20 000 x 0.0436 = 872 kg C en el acero = 18400 x 0.0074 = 136.16 kg C removido = 872 -136.16 = 735.84 kg
Mn en el arrabio = 20 000 x 0.0298 = 596 kg Mn en el acero = 18400 x 0.0025 = 46 kg Mn removido = 596 - 46 = 550 kg Si en el arrabio = 20 000 x 0.0095 = 190 kg Si en el acero = 18400 x 0.0004 = 7.36 kg Si removido = 190 -7.36 = 182.64 kg Impurezas removidas: C= 735.84/872 = 0.844 C removido = 84.4%
Mn = 550/596 =0.923 Mn removido = 92.3 %
Si= 182.64/190=0.962 Si removido = 96.2 % b. Mn en escoria sin corrosión del revestimiento = MnO en escoria del revestimiento.
Escoria con revestimiento corroído= SiO2+MnO+Feo+Al2O3 +MgO+ CaO Escoria con corrosión del revestimiento= 710/0.378=1878,3 kg
Revestimiento corroído=1878,3 – 1270 = 608,3 kg Distribución de la escoria con revestimiento corroído en sus componentes: SiO2 = 1878.3 x 0.4725 =887.5 kg MnO = 1878.3 x 0.3780 = 710 kg FeO = 1878.3 x 0.0945 = 177.5 kg Al2O3 = 1878.3 x 0.0422 = 79.3 kg MgO = 1878.3 x 0.0040= 7.5 kg CaO = 1878.3 x 0.0088= 16.5 kg Composicion del revestimiento SiO2 = 887.5 - 391 =496.5 kg = 81.62% FeO = 177.5 - 169 = 8.5 kg = 1.40% Al2O3 = = 79.3 kg = 13.04% MgO = = 7.5 kg = 1.23% CaO = = 16.5 kg = 2.71 Total = 608.3 kg = 100%
4. 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 esta 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 cargados. 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= 80x2000 = 160 000 libras. C= 160 000 x 0.027= 4230 C oxidado = 4230x 4/5 = 3456 C oxidado por el mineral= 3456x4/5=2764.8 O de este= 2764.8 x 16/12=3686.4
Mn= 160 000 x 0.07= 1120 Mn oxidado = 1120x 6/7 = 960 Mn oxidado por el mineral= 960x1/2=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 del mineral O del Fe2O3=85X x 48/160 = 0.255X O aportado por el Fe2O3=3686.4 +139.6 + 1651.6 + 433.3 = 5911 5911=0.255X X=5911/0.255=23180,4 Peso del mineral = 23180.4 libras b. Escoria = SiO2 + MnO + P2O5 + FeO + CaO
SiO2 en mineral= 23180 x 0.15 = 3477.1 libras Si en arrabio + chatarra = 160 000 x 0.01= 1600 SiO2 formado= 1600 x 60/28 = 3429 SiO2 a escoria= 3477.1 + 3429 = 6906.1 libras MnO= 960 x 71/55 =1239.3 libras P2O5= 1280 x 142/62=2932 libras FeO total= 3033.6 x 72/56= 3999.3 libras 60% de escoria= SiO2 + MnO + P2O5 + FeO + CaO = 14977,7 Escoria= 14977,7/0.6 = 24963 Peso de la escoria = 24963 libras
5. ¿Cuáles son las tres unidades fundamentales de una planta siderúrgica convencional?
Una planta siderúrgica consta de tres unidades fundamentalmente: o
Una para producir arrabio.
o
Otra para convertir el arrabio en acero.
o
Otra para transformar por medios mecánicos el acero en productos siderúrgicos.
Alrededor de estas instalaciones están todas las unidades de servicio, apoyo y auxiliares. Esta configuración se adaptaba perfectamente para los inicios de la industria, cuando existía una abundancia relativa de mineral de hierro y de materiales reductores (carbón vegetal y carbón mineral coquizable) y una ostensible escasez de chatarra. Con el devenir del tiempo, a medida que la obtención de mineral apropiado se hacía más difícil, la generación de finos de mineral y la acumulación de chatarra, l a industria fue cambiando su configuración original para adaptarse a estas nuevas realidades.
