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PROBLEMAS RESUELTOS DE SIDERURGIA I
23-6-2014
FACULTAD
:
ING. QUIMICA Y METALURGICA
E.A.P.
:
ING. METALURGICA
TEMA
:
PROBLEMAS PROBLEMAS DE SIDERURGIA SIDERURGIA I
DOCENTE
:
IGN. NICANOR VEGA, Manuel
CURSO
:
SIDERURGIA SIDER URGIA I
CICLO
:
VIII
ALUMNO(A)
:
REGALADO REYES, Maghouston Maghouston
HUACHO - 2014
PROBLEMA 01.
En un alto horno, la hematita (Fe 2O3) es reducida por el monoxido de carbono, el cual es formado por la combustion del carbono en el coque por medio de un soplo de aire. Las condiciones de equilibrio quimico requieren que hay un exceso de CO presente para hacer que la reaccion de reduccion proceda de izquierda a derecha. La reaccion puede estar representada de la siguiente manera:
En un cierto horno, la relacion en los productos de la reacción arriba mencionada fue de 1,8:1, en volumen.
El horno redujo 800 toneladas métricas dehierro por día.
a. La ecuación que presenta la reducción, formad os en la relación1,8:1, balanceada con los mínimos números enteros. b. Los metros cúbicos de , producidos por día. c. El consumo teórico de coque, por toneladas métricas de Fe reducido; asumiendo que que el coque contiene 90%C. d. Los metros cúbicos del soplo (aire), necesarios para la combustión del carbono en el coque a CO; por toneladas de Fe reducido.
SOLUCION:
a. La relación ,
es igual a 1,8.1, esto se puede escribir así:
La reacción se convierte entonces en
Si multiplicamos por 5 con el objeto de eliminar decimales, y expresar la reacción con mínimos enteros, tendremos:
b. Sabemos que una tonelada métrica = 1000 Kg, por tanto, el Fe reducido fue = 800000 Kg., y 3 que en C.N,una mol de gas expresada en Kg. Ocupa 22,4 m , por tanto; 3
CO producido por día =800000(27x22,4/10x56) = 864000 m 3
CO2 producido por día = 864000(15/27)= 480000 m
c. Para determinar el consumo de coque, debemos calcular el C que se encuentra en CO Y CO 2 , una vez hecha esta determinación, consideramos el hecho de que el coque contiene 90%C. Para determinar el CO y el CO 2, procedemos como en los cálculos del punto anterior, solo que esta vez, el Fe reducido son 1000 Kg, 3
CO producido =1000(27x22,4/10x56) = 1080 m 3 CO2 producido =1000(15x22,4/10x56) = 600 m C en CO = 1080(12/22,4) = 578,6 Kg. C en CO 2 = 600(12/22,4) = 321,4 Kg. C(total) =578,4 + 321,6 = 900 Kg Coque consumido = 900/0,9 =1000 Kg.
Coque consumido por toneladas métricas de Fe reducido = 1000 Kg. (8-3)
d. El CO2 producido, por tonelada métrica de Fe reducido se considera que proviene de la reacción de oxidación del CO, así:
En el alto horno, el C formo CO y partede este luego forma CO 2, por tanto, el O2consumido proviene de la siguiente reacción:
Recordando que el aire contiene 21% O 2 en volumen: Aire necesario = 840/0,21= 4000 m
3
Aire necesario para combustión del C=4000 m
3
PROBLEMA O2:
El analisis de una piedra caliza es el siguiente:
a. Cuantas libras de b. Cuantos libras de
podrian obtenerse de 4 toneladas de piedra caliza? se desprenden por cada libra de piedra caliza?
SOLUCION: a.
Peso atomicos:
Pesos moleculares:
Vamos a suponer que se trata de 4 toneladas cortas de piedra caliza y 1 tonelada corta = 2000 libras. El
de la pregunta, proviene de la desconposicion del en base ala reaccion:
De acuerdo a (1):
b. A mas de la reacción (1), ocurre la siguiente reación:
se desprende de las reacciones (1) y (2), por tanto: Como se trata de 1 libra de piedra caliza: Como se puede observar, el
PROBLEMA 03:
Una mezcla de de
se pasa dentro de un horno de laboratorio a la velocidad
y deposita C por la reaccion.
El gas que sale del horno contiene a. calcular la cantidad de carbono depositado en horno, en mg/hr. SOLUCION:
Dado que la reaccion no se realiza por completo, habra que calcular la cantidad de CO que se descompone/min.
Despejando “x” en (1):
Despejando “x” en (2):
Al final:
De acuerdo a la reacción:
PROBLEMA 04:
En un crisol de platino bajo una atmósfera inerte se funde una escoria cuyo analisis es:
y se halla que 100g. de escoria pierden 1 gramo de hierro que se disuelve como Fe en el platino solido. No hay perdidas de Si ni de O. Determine el análisis de la escoria después de la función, como
SOLUCION:
En este caso, debido aque el grado de oxidacion de Fe en la forma de es mayor que en la forma debe desconponerse algo del primero; pero como no hay perdida de oxigeno debe oxidarse algo del segundo, veamos las siguientes reacciones:
Inicialmente:
Se disuelve 1 gramo de Fe que sale que se desconpuso, por tanto, de acuerdo a (1) De acuerso a (2):
Pesos finales:
Composicion final de la escoria.
PROBLEMA 05:
. Los
En un horno se quema pirita con un exceso de aire , para producir gases de la combustion procedentes del horno contienen 6,3% de , siendo el resto
a. Calcular por tonelada metrica de pirita, el consumo de aire teórico en m condiciones normales. b. El consumo real de aire en metros cubicos a C.N, por tonelada métrica de pirita. c. El porcentaje de aire en exceso. d. El volumen de los gases productos de la combustión.
3
a
SOLUCION:
a. Base = 1 ton. Metrica = 1000 kg. De pirita. Pesos moleculares:
Reacciones de combustión:
b. El aire real esta compuesto por aire teorico + aire exceso = :
De acuerdo a la reaccion:
c.
d.
PROBLEMA 06:
Una
mezcla
de
calcopirita .
analiza:
Calcular el analisis mineralogico. SOLUCION:
El calculo de analisis mineralogico, consiste en determinar la composicion de la mezcla en funcion de las especies minerales. Para ello, la composicion elemental dada la distribuimos entre los compuestos correspondientes. Veamos: Pesos atomicos:
Pesos moleculares.
Primero calculamos la composicion elemental de cada compuesto contenido en
Contenido de en
:
Contenido de en
:
Sea:
:
Ecuaciones:
Al resolver este sistema de ecuaciones da los siguientes resultados:
Analisis mineralogico
PROBLEMA 07:
Un mineral de hierro es reducido en un alto horno de acuerdo con la siguiente ecuación:
El CO necesario es obtenido por la combustion del coque en el fondo de horno. El coque contiene 90%C, del cual el 4% es absorbido por el hierro reducido y el 86% es quemado a CO; no se forma CO 2 en la combustión. a. El volumen de CO necesario para reducir una tonelada métrica de hierro, tal como es requerido por la ecuación. b. El peso teórico de coque requerido para reducir una tonelada métrica de hierro. c. El volumen de aire utilizado en quemar esta cantidad de coque. d. El volumen y composicion, (%), de los gases formados en la combustión. e. El volumen y composicion, (%) de los gases resultantes de la combustión, mas los que resultan de la reducción. SOLUCION:
a.
( )
b.
c.
d.
e.
PROBLEMA 08:
Un alto horno produce un arrabio que contiene:
El mineral contenía:
El coque (1 kilogramo por kilogramo de arrabio), contenía:
El fundente (o,40 kilogramo por kilpgramo de arrabio) era puro. El gas contenía 28%CO y 12%CO2. Por tonelada de arrabio producido: a. El peso del mineral utilizado. b. El peso de la esacoria producida c. El volumen del gas del alto horno SOLUCION:
a. Peso de Fe en arrabio = peso de Fe en mineral
b.
c.
Para el calculo del volumen de gas, utilicemos la siguiente expresión:
) ( 3
Supongamos 1m de gas:
.
PROBLEMA 09:
Un alto horno produce arrabio de la siguiente composición:
El mineral utilizado analizó lo siguiente:
Asumir que todo el Fe 2O3 es reducido a Fe. El coque contiene 90%C y 10% SiO 2, y se utiliza una tonelada por tonelada de arrabio producido. El fundente es CaCO3 puro, y se utilizo el suficiente como para producir una escoria con 45%CaO. a. los kilogramos de mineral utilizado por tonelada de arrabio producido. b. Los porcentajes de los totales de SiO 2 y MnO que son reducidos en el horno. c. El peso de la escordia producida por toneladas de arrabio, y su composición (%). SOLUCION: a.
( )
Peso del mineral utilizado = 1714 Kg (4-1)
b.
( ) ( ) c.
. Peso de la escoria = 551 Kg (4 - 3) Composicion de la escoria (4 - 3)
( ) ( )
PROBLEMA 10:
Un mineral hematita de hierro contiene 78% Fe 2O3. Este es reducido en un alto horno, utilizando un coque que contiene 83%C. El gas reducido en horno debe contener un exceso de CO, la ecuación de la reducción tiene la siguiente forma:
Asumir que la relación CO:CO 2 en el gas producido es 7:4. El arrabio producido contiene 93% Fe y 4% C. a. L a ecuación de reducción, balanceada con números enteros. b. El consumo de coque por toneladas métricas de arrabio. c. El CO para reducción se produce quemando el carbono del coque con aire (soplo).
SOLUCION: a.
Reacción de reducción
De la observación de esta ecuación se puede deducir que:
La ecuacion se puede ahora escribir de la siguiente manera:
Si multiplicamos por 4, tendremos: Ecuacion balanceada con numeros enteros
b.
c. La reaccion para producir CO:
⁄ PROBLEMA 11:
Un horno eléctrico que consume 600000ª y que está conectado a una tensión de 900V tiene una producción de 120 toneladas de acero cada 50 min. Sabiendo que el Kwh
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a. Potencia del horno. b. Energía gastada en cada hornada. c. supone que toda la chatarra que se introduce se convierte en acero.
P d k d btd f ut €hd
a.
b.
c.
( )
Sabiendo que el calor específico del arrabio es igual a 0,118kcal/kgºC y suponiendo que es valor sea igual al del mineral de hierro, fundente y ganga, y se mantenga constante hasta temperatura de fusión del producto ferroso, determina: a. Cantidad de carbón de coque necesario aportar diariamente a un horno alto si queremos obtener una producción de 8000 toneladas de arrabio diario. Supondremos que el poder calorífico del C de coque es de 6500 kcal/kg. b. Potencia del horno alto. Nota: 80% de En total se usa para fundir mineral de Fe y el 20% para fundir fundente y ganga Temperatura del acero=1650°C y temperatura ambiente= 3°C Se obtiene masa a fundir=104 toneladas.
a.
b.
Suponiendo que no se produzcan pérdidas de energía para fundir la chatarra de una aleación Fe-C (4,3%C) en un horno eléctrico, determina la I gastada si la carga del horno es de 90 toneladas de Fe (ce= 0,105 kcal/kg°C), la temperatura ambiente 30°C, la tensión 900V y el tiempo de calentamiento de 50 minutos.
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