Muy Probable Problema de Alto Horno

Metodologia resolucion problemas AH_LD_HE pagina 2012

72.02 INDUSTRIAS I

Metodologa problemas: AH LD - HEFecha: 2/2012

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)MaterialFe2O3SiO2MnOAl2O3H2OCCaCO3Mineral hierro8012134

Caliza

4

1

95Coque

10

90

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 arrabioB) Composicin de la escoria suponiendo que el hierro entra en la arrabio como Fe2O3C) 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)

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

Aire(79% N2) (Fe2O3, SiO2, MnO, Escoria Al2O3, CaO)

Arrabio, 1000 kg (4% C; 1,2% Si;1% Mn; 93,8% Fe)

A) Balance carbnC (en coque) + C (p. Caliza) = C (arrabio) + C (como CO2 + CO en gases de salida) Como C + O2 COC + O2 CO2 nC = nCO + nCO2 = 48,75 + 22,5= 71,25 Kg C

Coque P. caliza Arrabio Gases salida

0,95 . 500 . 2

0,9. X12 1 + 100 =12 0,04 . 100012 + 71,25

(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

Balance SiO2

SiO2 (en mineral hierro) + SiO2 (en caliza) + SiO2 (coque) = SiO2 (escoria) + SiO2 ( Si en arrabio calculado como SiO2)

SiO2 (escoria) = 210 + 20 + 93,1 25,7 = 297,4 Kg.

Balance MnO

MnO (mineral hierro) = MnO (escoria) + MnO (Mn en arrabio calculado comoMnO)

MnO (escoria) = 17,5 12,9 = 4,6 Kg.

Balance Al2O3

Al2O3 (mineral hierro) = Al2O3 (escoria) Al2O3 (escoria) = 1750 . 0,03 = 52,5 Kg.

Balance CaO

CaO (caliza) = CaO (escoria)

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CaO (escoria) = 500 . 0,95 . (56 / 100) = 266 Kg.

Composicin escoria

Fe2O360 Kg.

8,82 %SiO2297,4 Kg.43,70%

MnO4,6 Kg.0,67%Al2O352,5 Kg.7,71%CaO266 Kg.39,10%680,5 Kg. 100,00%

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 % Arrabio30% Chatarra

Caractersticas Arrabio Acero

C (%)Si (%)Mn (%)P (%)S (%)T (C)Arrabio4,301,201,000,100,031370Acero0,060,000,200,0150,0151620

Caractersticas Proceso

Humos: 90% CO y 10% CO28 Kgs. de O2/ton arrabio se consumen en la formacin de xidos de hierro.Pureza O2: 99.5%

Otros datos: Pesos Atmicos

COSiMnPFe121628553156

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 %)4,24 kg. 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 O238,16 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 60Se 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 gUn mol de cualquier gas en condiciones normales de presin y temperatura (1atmsfera 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 oxidacinDeterminacin del oxgeno necesario para las reacciones de oxidacin

Datos:

Carga promedio del horno

Componentecantidad/coladacantidad/talHierro esponja52,3 t679 kg/talChatarra34,9 t453 kg/talCal mezcla3,6 t47 kg/talCarbn insuflado0,35 t4,5 kg/talCarbn por cinta0,35 t4,5 kg/talFinos1 t13 kg/talAcero77 t1000 kg/talEscoria9,9 t129 kg/tal

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ComponentesChatarraHierro esponjaAcero lquidoEscoriaFinosFeT

92,4

29,1661,9Femetlico9087,8

3,194,6FeO

5,7

25,9713,2C0,22,30,07-1,56SiO2

1,55

11,814,15Si0,2

Al2O3

0,76

4,630,8Al0,02

CaO

0,47

26,9412,5MgO

0,2

10,575,9MnO

0,1

2,752,55Mn0,6

0,04

P0,023

0,007-

P2O5

0,048

0,63

S

0,003

-0,32

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Resolucin:

1. Energa terica de las reacciones de oxidacin

1.1. Oxidacin del Silicio.

Si + O2 SiO2 H = -9 Kw h . kg SiCantidad de Si chatarra = 453 kg ch . 0,20 kg Si = 0,906 kg Si . tal 100 kg ch tal

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

Cantidad de Mn en la chatarra = 453 kg ch . 0,60 kg Mn = 2,718 kg Mn . tal 100 kg ch tal

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 Mn talEMn = 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 .2 kg Fe56 16 72

La cantidad de FeO formado presente en la escoria es:

= 25,97 kg FeO . 129 kg esc = 33,47 kg FeO .100 kg esc. tal tal

Cantidad de Fe que reacciona = 33,47 kg FeO . 56 kg FeO = 26,03 kg Fe . tal 72 kg FeO tal

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