PROBLEMA 1 1. En un alto horno para hierro se va a cargar mineral de hierro, caliza y coque de los análisis siguientes: % Fe Mineral 50 Caliza Coque 1
SiO2 8 4 5
CaO
MgO
50
2
Al 2O3 3 1 3
H2O 10 1 2
Mn 2
P 0.05
C
S
86
1
El horno es operado para producir lingotes de hierro de primera fusión con un análisis de 94% Fe, 4% C y 1% Si, y una escoria con un %CaO + %MgO = %SiO 2 + %Al2O3. La experiencia previa indica que el consumo de coque será de 1800 lb por cada 2000 lb de lingote de hierro producido. Calcular los pesos del mineral y caliza a cargar por 2000 lb de coque.
SOLUCIÓN Balances de elementos: 1. C en el coque + C en la CaCO 3 = C en el arrabio + C en los gases 2. N2 en el aire = N2 en los gases del alto horno 3. H2O en el mineral, piedra caliza y coque = H2O en los gases del alto horno. 4. Fe en el mineral = Fe en el arrabio 5. CaO en la caliza = CaO en la escoria 6. MgO en la caliza = MgO en la escoria 7. Si en el mineral, piedra y coque = Si en la escoria + Si en el arrabio. 8. Al2O3 en el mineral, piedra y coque = Al2O3 en la escoria. Calculo de la carga: Bases, 2000 lb de coque.
El consumo de coque es de 1800 lb por 2000 lb de arrabio o lingote, por lo tanto en 2000 lb habrá:
El Fe según el enunciado es el 94 % del arrabio total:
El Fe de acuerdo a la tabla tabla representa el 50 % del mineral, mineral, por lo tanto:
Ahora calculamos el peso de la caliza:
Ingeniería Metalúrgica
Siderurgia I Sea x = peso de la caliza a cargar por 2000 lb de coque. Constituyentes de la escoria: SiO2 en la escoria = SiO 2 en el mineral + SiO2 en la caliza + SiO2 en el coque - SiO2 (como Si) en el lingote de primera fusión. = (0.08)(4180) + 0.04x + (0.05)(2000) – (0.01)( 2220) () = 334 + 0.04x + 100 – 48 = 386 + 0.04x (lb) Al2O3 en la escoria = Al 2O3 en el mineral + Al 2O3 en la caliza + Al 2O3 en el coque. = (0.03)(4180) + 0.01x + (0.03)(2000) = 125 + 0.01x + 60 = 185 + 0.01x CaO en la escoria = CaO en la caliza = 0.50x MgO en la escoria = MgO en la caliza = 0.02x
Según el enunciado del problema: CaO + MgO = SiO2 + Al2O3 Reemplazando valores: 0.50x + 0.02x = 386 + 0.04x + 185 + 0.01x Resolviendo: x= 1215 lb de caliza PROBLEMA 2 Calcinando CaCO 3 obtenemos 8 litros de CO 2 medidos a 27 ºC y 2 atmósferas. ¿Cuántos gramos de carbonato se han calcinado sabiendo que se trata de un mineral impuro del 70 % de riqueza?
Solución A condiciones normales de presión y temperatura: P=1 atm, V=22.4 litros, T=273° K Base=100 gramos de CaCO 3 La reacción que tiene lugar es:
Volumen de CO2 inicial: Condiciones iniciales: P1=1 atm, T1=273 °K ; V1= x Litros Condiciones finales: P2=2 atm, T2=27 + 273=300 °K ; V2=8 Litros
Pero como la caliza es de una riqueza del 70 %, tendremos:
PROBLEMA 3 ¿Cuántos m3 de aire a condiciones normales de presión y temperatura se necesitan para la combustión completa de una tonelada de hulla. Se supondrá que el aire contiene un quinto de su volumen en oxígeno.
Solución Ya que la hulla está compuesto básicamente de carbono (75-90 %), La reacción que tiene lugar es:
1 tonelada de hulla = 1000 kg = 106 gramos
De acuerdo a las condiciones iniciales, el aire contiene 1/5 de su volumen en oxígeno. Por lo tanto tenemos finalmente:
Siderurgia I PROBLEMA 4 Se mezclan 95 gramos de azufre (S) con 100 gramos de hierro (Fe) en polvo. Se introduce la mezcla en un crisol y se calienta fuertemente. Se forma sulfuro ferroso (FeS) y el azufre sobrante se volatiliza. Calcular el peso de FeS obtenido y el volumen de SO2 que se forma a temperatura normal.
Solución La reacción para obtener FeS es: Fe + S → FeS
