Problemas7_Hornos2_2

72.02 INDUSTRIAS I

Metodologa problemas: AH LD - HEFecha: 2/2010

Problema: Balance de Materiales Alto Horno

Enunciado:

Se carga un alto horno con mineral de hierro, caliza y coque con los siguientes anlisis:

Anlisis en % (Peso)

MaterialFe2O3SiO2MnOAl2O3H2OCCaCO3

Mineral hierro8012134

Caliza4195

Coque1090

El anlisis del arrabio producido es:

C: 4%

Si: 1,2 %Mn: 1 %

Fe: 93,8%

Se utilizan 1750 Kg. de mineral de hierro y 500 Kg. de piedra caliza por cada tonelada de arrabio producido.

El volumen de los gases de salida por tonelada de arrabio es 4200 m. Su composicin es:Gases de salida:

CO: 26%

CO2: 12%H2O: 4%N2: 58%

Calcular:

A) La cantidad de coque utilizado por tonelada de arrabio

B) Composicin de la escoria suponiendo que el hierro entra en la arrabio como Fe2O3 C) Consumo de aire (m) por tonelada de arrabio

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Resolucin:

A) Se toma como base una tonelada de arrabio

Mineral hierro, 1750 Kg (80% Fe2O3; 12% SiO2;

1% MnO; 3% Al2O3; 4% H2O )

Piedra Caliza, 500 Kg

(95% CaCO3; 1% H2O;

4% SiO2)

Coque

(10% SiO2; 90% C)

Gas salida, 4200 m (26% CO; 12% CO2; 4% H2O; 58% N2)

Alto

Horno

Aire

(Fe2O3,SiO2, MnO,

(79% N2)

Escoria Al2O3,CaO)

Arrabio, 1000 kg (4% C; 1,2% Si;

1% Mn; 93,8% Fe)

A) Balance carbn

C (en coque) + C (p. Caliza) = C (arrabio) + C (como CO2 + CO en gases de salida)

Como C + O2CO

C + O2CO2nC = nCO + nCO2 = 48,75 + 22,5= 71,25 Kg C

CoqueP. calizaArrabioGases salida

0,9. X+0,95 . 500 . 12100=0,04 . 1000+ 71,25

121212

(Peso atmico C=12) (Peso molecular CaCO3 = 100)

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0,075 . X + 4,75 = 3,333 + 71,25

X = 69,833 / 0,075

X = 931 Kg coque / tonelada arrabio

B) Composicin escoria

Componentes escoria: Fe2O3; SiO2; MnO; Al2O3; CaO

Balance Fe2O3

Fe2O3 (en mineral hierro) = Fe2O3 (en escoria) + Fe2O3 (hierro en arrabio calculado como Fe2O3)

Fe2O3 (en escoria) = 1400 1340 = 60 kg

dem con los dems componentes.

C) Consumo aire (m / tonelada de arrabio)

N2 (aire) = N2 (gases salida)

Consumo de aire = 2436 . (100 / 79) = 3038,5 m / ton. de arrabio

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Problema: Determinacin de Oxgeno necesario en Convertidor LD

Enunciado:

Convertidor: Capacidad 180 tons. Carga metlica. 70 % Arrabio

30% Chatarra

Caractersticas Arrabio Acero

C (%)Si (%)Mn (%)P (%)S (%)T (C)

Arrabio4,301,201,000,100,031370

Acero0,060,000,200,0150,0151620

Caractersticas Proceso

Humos: 90% CO y 10% CO2

8 Kgs. de O2/ton arrabio se consumen en la formacin de xidos de hierro. Pureza O2: 99.5%

Otros datos: Pesos Atmicos

COSiMnPFe

121628553156

Determinar: Necesidades de O2 para obtener el acero

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Resolucin:

1) Eliminacin del Carbono:

C arrabio C acero = 4,3% 0,06 %= 4,24 % 4,24 % x (1000 kg/100) = 42,4 kg. C / ton. arrabio

42,4 kg.: 38,16 kg. Se eliminan con el CO (90 %)4,24kg. Se eliminan con el CO2 (10%)

1.a) Como monxido de carbono:

2 C + O2 (g) 2 CO (g) 2 x 12 + 16 x 2 56

24 kg de C 32 kg O2

38,16 kg de C X = 50,9 kg O2 / ton. arrabio

1.b) Como anhdrido carbnico: Se determina como 1.a

El total de oxigeno es: suma de 1.a y 1.b

2) Eliminacin del Silicio:

Si arrabio Si acero = 1,2% 0,00 %= 1,2 %1,2 % x (1000 kg/100) = 12 kg. de Si/ ton. de arrabio

Si + O2 (g) SiO2 (g) 28 + 16 x 2 60

Se determina la cantidad de oxgeno necesario

3) Eliminacin del Manganeso: Proceso similar a punto 2.

4) Eliminacin del Fsforo: Proceso similar a punto 3.

NECESIDADES TOTALES DE OXIGENO ( kg. O2 / ton. arrabio) Suma de necesidades parciales

1 molcula gramo (mol) de O2 = 2 x 16 g = 32 g

Un mol de cualquier gas en condiciones normales de presin y temperatura (1 atmsfera y 273 K) ocupa 22,4 litros.

Se determina en metros cbicos referenciados a la pureza y al arrabio

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Problema Balance Trmico: Horno Elctrico de Arco

Enunciado:

Problema:

Determinacin de las energas tericas de oxidacin

Determinacin del oxgeno necesario para las reacciones de oxidacin

Datos:

Carga promedio del horno

Componentecantidad/coladacantidad/tal

Hierro esponja52,3 t679 kg/tal

Chatarra34,9 t453 kg/tal

Cal mezcla3,6 t47 kg/tal

Carbn insuflado0,35 t4,5 kg/tal

Carbn por cinta0,35 t4,5 kg/tal

Finos1 t13 kg/tal

Acero77 t1000 kg/tal

Escoria9,9 t129 kg/tal

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ComponentesChatarraHierro esponjaAcero lquidoEscoriaFinos

FeT92,429,1661,9

Femetlico9087,83,194,6

FeO5,725,9713,2

C0,22,30,07-1,56

SiO21,5511,814,15

Si0,2

Al2O30,764,630,8

Al0,02

CaO0,4726,9412,5

MgO0,210,575,9

MnO0,12,752,55

Mn0,60,04

P0,0230,007-

P2O50,0480,63

S0,003-0,32

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Resolucin:

1. Energa terica de las reacciones de oxidacin

1.1. Oxidacin del Silicio.

Si + O2 SiO2H = -9 Kw h .

kg Si

Cantidad de Si chatarra = 453 kg ch. 0,20 kg Si= 0,906 kg Si .

tal100 kg chtal

ESi = Energa de oxidacin del Silicio = 9 Kw h . 0,906 kg Si = kg Si tal

ESi = 8,15 Kw h .

tal

1.2 Oxidacin del Manganeso.

Mn + 1O2 MnO.H = -2,04 Kw h .

2kg Mn

Cantidad de Mn en la chatarra = 453 kg ch .0,60 kg Mn =2,718 kg Mn .

tal100 kg chtal

Cantidad de Mn en acero = 0,04 kg Mn . 1000 kg acero lq. 100 kg acero lq.

Cantidad de Mn en acero = 0,4 kg Mn .

tal

EMn = Energa de oxidacin del Mn = 2,04 Kw h . (2,718- 0,4) kg Mn .

kg Mntal

EMn = 4,73 Kw h.

tal

1.3. Oxidacin del Aluminio.

Similar a los anteriores

1.4. Oxidacin del Fsforo.

Similar a los anteriores

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1.5. Oxidacin del Hierro.

Fe + 1 O2 FeO.H = - 1,2 Kw h .

2kg Fe

561672

La cantidad de FeO formado presente en la escoria es:

= 25,97 kg FeO . 129 kg esc = 33,47 kg FeO .

100 kg esc.taltal

Cantidad de Fe que reacciona = 33,47 kg FeO . 56 kg FeO = 26,03 kg Fe .

tal72 kg FeOtal

EFe = Energa de oxidacin del Fe = 26,03 kg Fe .1,2 Kw h =

talkg Fe

EFe = 31,24 Kw h .

tal

1.6. Energa de las reacciones de oxidacin. Suma de las calculadas

2. Determinacin del oxgeno necesario para las reacciones de oxidacin.

Datos: Pesos Atmicos

O2 = O2 Silicio + O2 Manganeso + O2 Aluminio + O2 Fsforo + O2 Hierro

Se determina en metros cbicos por tonelada de acero lquido.

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