Problemas7 Hornos2

72.02 INDUSTRIAS I

Metodología problemas: AH – LD - HE

Fecha: 2/2010

Problema: Balance de Materiales Alto Horno
Enunciado:
Se carga un alto horno con mineral de hierro, caliza y coque con los siguientes
análisis:

Material
Mineral hierro
Caliza
Coque

Fe2O3
80

SiO2
12
4
10

Análisis en % (Peso)
MnO
Al2O3
1
3

H2O
4
1

C

CaCO3
95

90

El análisis 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 m³. Su
composición es:
Gases de salida:
CO: 26%
CO2: 12%
H2O: 4%
N2: 58%
Calcular:
A) La cantidad de coque utilizado por tonelada de arrabio
B) Composición de la escoria suponiendo que el hierro entra en laarrabio
como Fe2O3
C) Consumo de aire (m³) por tonelada de arrabio

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Fecha: 2/2010

Metodología problemas: AH – LD - HE

Resolución:
A) Se toma como base una tonelada de arrabio
Mineral hierro, 1750 Kg
(80% Fe2O3; 12% SiO2;
1% MnO; 3% Al2O3; 4% H2O )

Gas salida, 4200 m³
(26% CO; 12% CO2;
4% H2O; 58% N2)

Piedra Caliza, 500 Kg
(95% CaCO3; 1% H2O;
4% SiO2)

Alto
Horno

Coque
(10%SiO2; 90% C)
Aire
(79% N2)

(Fe2O3, SiO2, MnO,
Escoria Al2O3, CaO)
Arrabio, 1000 kg (4% C; 1,2% Si;
1% Mn; 93,8% Fe)

A) Balance carbón
C (en coque) + C (p. Caliza) = C (arrabio) + C (como CO2 + CO en gases de salida)
Como C + ½ O2
C + O2

CO
CO2

Coque

P. caliza

0,9. X
12

0,95 . 500 . 12
100
12

+

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

Arrabio

=

Gases salida

0,04 . 1000
12

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

+

71,25

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Metodología problemas: AH – LD - HE

Fecha: 2/2010

0,075 . X + 4,75 = 3,333 + 71,25
X = 69,833 / 0,075 ⇒

X = 931 Kg coque / tonelada arrabio

B) Composición 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
Ídem con los demás componentes.

C) Consumo aire (m³ / tonelada de arrabio)

N2 (aire) = N2 (gases salida)
Consumo de aire = 2436 . (100 / 79) = 3038,5 m³ / ton. de arrabio

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Fecha: 2/2010

Metodología problemas: AH – LD - HE

Problema: Determinación de Oxígeno necesario en Convertidor LD

Enunciado:

Convertidor: Capacidad 180 tons. Cargametálica.
70 % Arrabio
30% Chatarra
Características Arrabio – Acero

Arrabio
Acero

C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) T (ºC)
4,30
1,20
1,00
0,10 0,03 1370
0,06
0,00
0,20
0,015 0,015 1620

Características Proceso
•
•
•

Humos: 90% CO y 10% CO2
8 Kgs. de O2/ton arrabio se consumen en la formación de óxidos de
hierro.
Pureza O2: 99.5%

Otros datos: Pesos Atómicos

C
12

O
16

Si
28

Mn
55

P
31

Fe56

Determinar: Necesidades de O2 para obtener el acero

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Fecha: 2/2010

Resolución:
1) Eliminación 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 monóxido de carbono:
2 C + O2 (g) → 2CO (g)
2 x 12 + 16 x 2 → 56
→ 32 kg O2
24 kg de C
38,16 kg de C → X = 50,9 kg O2 / ton. arrabio

1.b) Como anhídrido carbónico:
Se determina como 1.a
El total de oxigeno es: suma de 1.a y 1.b
2) Eliminación 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 oxígenonecesario
3) Eliminación del Manganeso:
Proceso similar a punto 2.
4) Eliminación del Fósforo:
Proceso similar a punto 3.
NECESIDADES TOTALES DE OXIGENO ( kg. O2 / ton. arrabio)
Suma de necesidades parciales
1 molécula – gramo (mol) de O2 = 2 x 16 g = 32 g
Un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura (1
atmósfera y 273 K) ocupa 22,4 litros.
Se determina en metros cúbicos...