Pirometalurgia I

Tipos de HornosCombustión

Principales características:

• Uso intensivo de energía (no autógeno)

• Bajas concentraciones de SO2 en los gases

• Bajas concentraciones de Cu en eje.

• Bajas concentraciones de cobre en la escoria

Fusión Horno Reverbero

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA

Principales Características Proceso energéticamente

autogeno. Alto enriquecimiento de

oxígeno. (llegando hasta 70%) Bajo volumen de gases

generado y altas concentraciones de SO2.

Bajas pérdidas calóricas

Fusión Flash Outokumpu

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA

Principales Características Produce metal blanco (realiza fusión y primera etapa de conversión) Inyección de concentrado y aire por toberas laterales, en el baño

fundido. Bajo enriquecimiento de oxígeno, altos volúmenes de gases

generados.

Fusión Teniente

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA

Principales Características Uso de oxígeno técnico. (sobre

95% O2) Bajo volumen de gases

generados. Bajas pérdidas de energía.

Fusión Flash Inco

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA

Fusión Ausmelt/Isasmelt

Principales Características

• Fusión en lanza, sumergida en el baño.• Horno vertical• Alto enriquecimiento de oxígeno• Requiere de un horno para separar el eje de la escoria.• Reducido tamaño• Requiere mayor preparación de la carga

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA

Principales Características Proceso integrado y continuo Uso intensivo de oxígeno Altas concentraciones de SO2 en lo

gases (15-30% SO2)

Proceso Mitsubishi Contínuo

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA

Combinación química de los elementos oxidantes del combustible con el oxígeno del aire.

Combustión completa ( CO2) o incompleta (CO).

COMBUSTIÓN

Tº de ignición, es la Tº mínima para iniciar la combustión de cualquier combustible.

Tº de inflamación, es aquella que, una vez encendidos el combustible, éstos continúan por si mismos el proceso de combustión.

Llama es el medio gaseoso en el que se desarrollan las reacciones de combustión; aquí es donde el combustible y el comburente se encuentran mezclados y en reacción.

COMBUSTIÓN

Combustibles

Los combustibles fósiles se originan en la tierra como resultado de la lenta degradación de la materia orgánica. Aparecen en tres formas básicas:Sólidos ----- carbonesLíquidos ----- petróleoGaseoso ----- gas natural

La clasificación de carbones mas aceptada es la propuesta por American Society for Testing of Materials (ASTM) según los cambios en la forma y estructura (metamorfismo) por la acción del calor, presión y agua.

Tipos de Carbones:

Antracitas: Presenta un alto contenido de carbono fijo, entre 86 y 98% de C y entre 2 y 14% de material volátil, tiene un alto poder calorífico.

Bituminoso: Presenta un alto contenido de carbono fijo, entre 46 y 86% de C y entre14 y 54% de material volátil. Su poder calorífico varía entre los 32.000 y 25.500 (kJ/kg) sobre muestra húmeda y libre de cenizas. Arde con facilidad especialmente en forma pulverizada.

Sub-bituminoso: Su poder calorífico varía entre los 26.700 y 19.300 (kJ/kg). Se suelen quemar en forma pulverizada.

Lingitos (leño o madera): Son los carbones de peor calidad en su mayoría se originan a contar de plantas y presentan valores elevados de humedad (hasta un 30%) como de material volátiles. Y su poder calorífico oscila entre 19.300 y 14.600 KJ/kg.

Turbas: En sentido estricto las turbas no consideran ningún tipo de carbón según la clasificación ASTM. Es material hetereogéneo formados por restos vegetales descompuestos y minerales inorgánicos. Pueden llegar hasta un 90% de humedad.

Tipos de Carbones:

Requisitos: Poder calorífico (cantidad de calor que puede generar), materia combustible y cenizas.

Procesos metalúrgicos: carbón, coque, petróleo y gas.

COMBUSTIBLE

Temperatura adiabática de combustión: También se denomina temperatura teórica de combustión o temperatura de combustión calorimétrica. Es la temperatura que se obtiene en una combustión estequiometria, con mezcla perfectamente homogénea sin pérdida de calor al exterior.

Calor disponible se define como aquel calor que liberarían los gases si se enfríen desde la temperatura adiabática de llama a la temperatura del proceso.

Temperatura máxima teórica de la llama

Es la temperatura que se alcanza cuando la cantidad de aire empleada en la combustión es la cantidad estequiométricamente necesaria para ello. Se trata de un valor ideal, ya que las condiciones estequiométricas son imposibles de conseguir en la realidad.

Las temperaturas máximas de la llama son en 200-300ºC inferiores a la temperatura máxima teórica de la llama.

298 K298 K

TemperaturaCombustible

TemperaturaComburente

Temperatura de Llama

Reactivos Productos

Temperatura de Llama

Reacción

Tem

pera

tura

298

T ecombustibl1

dT Cp

298

T comburente2

dT Cp

T(llama)

298 productos dT Cp

H(298)

Transferencia de Calor

Existen tres métodos para la transferencia de calor: conducción, convección y radiación.

Conocer cada tipo y saber cómo funciona le permite entender mejor los sistemas de aislamiento.

CONDUCCIÓN: Flujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas. Ejemplo alambre.

CONVECCIÓN: Es el flujo de calor mediante corrientes dentro de un fluido (líquido o gaseoso). La convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas.

RADIACIÓN: Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. Ejemplo, una moneda sobre un auto bajo los rayos del Sol directos.

Transferencia de Calor

Ejercicio 1

Un carbón pulverizado usado en un horno de fusión de cobre fue analizado y se obtuvo la siguiente composición:

Componente C H O H2O Cenizas

% 68,8 6,4 8,4 3,2 13,2

El combustible fue quemado con un 40% de aire en exceso. Suponer que el carbón entre al horno a 25ºC, el aire a 60 ºC. Los productos de la combustión salen del horno a 1200 ºC.

Realizar balance de masa y energía.

Ejercicio 2

En un gas natural se analiza lo siguiente

Componente CH4 C2H4 C6H6 H2 N2

% 85 3 3 5 4

Es quemado con un 20% de aire en exceso. El aire está húmedo y contiene 1,5% de vapor de agua.Determinar: 1.- Volumen (m3) de aire seco, teóricamente requerido para la combustión de 1 m3 de gas.2.- Volumen de aire húmedo usado, incluyendo el exceso.3.- El volumen de productos de combustión.

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