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LIBRO_REDUCCION_DIRECTA

Siderurgia para metalizar y obtener un acero de alto tenor

C + CO 2 → 2CO Fe 2 O

C + CO 2 → 2CO Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2 Combinando adecuadamente las reacciones anteriores, se obtiene la reacción para los reactivos sólidos: Fe 2 O 3 → 2Fe + 3/2O 2 3/2(C + O 2 → CO 2 ) 3/2(C + CO 2 → 2CO) Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2 2Fe 2 O 3 + 3C → 4Fe + 3CO 2 para esta reacción, el ΔH (Cambio en la Entalpía) y el ΔG (Cambio en la Energía Libre de Gibbs) vienen dados respectivamente por las siguientes expresiones: ΔH (en Cal/mol) = 180.808 - 70,90xT(en K) y ΔG (en Cal/mol) = 172.342 - 130,29xT(en K) Esta reacción es endotérmica en el rango de trabajo para el proceso de reducción y espontánea a temperaturas mayores a 1.323 K (1.050 oC). Al calentarse el carbono, la presencia de aire y la formación de CO 2 , entra en juego la reacción de Boudouard, en el sentido inverso, o sea, la formación de monóxido de carbono (CO): C + CO 2 → 2CO y como el monóxido de carbono no es removido, éste reacciona reduciendo los óxidos de hierro según la reacción planteada con anterioridad: Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe° + 3CO 2 Reacción es exotérmica y espontánea en todo el rango de operación en reducción directa, desde la temperatura ambiente hasta la máxima temperatura alcanzada en el proceso. Esto plantea la existencia de dos reacciones competitivas: Fe 2 O 3 + 3/2C → 2Fe + 3/2CO 2 Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe° + 3CO 2 Donde como es lógico está favorecida la reducción con monóxido de carbono por su condición de gas que permite interaccionar mejor con la fase sólida, planteando un mecanismo de reducción entre dos fases sólidas a través de un intermediario gaseoso (CO), como se muestra a continuación: 44

3/2 ( C + CO 2 → 2CO ) Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe° + 3CO 2 Fe 2 O 3 + 3/2C → 2Fe + 3/2CO 2 Termodinámicamente existen semejanzas entre la reducción con monóxido de carbono y carbono sólido, por lo tanto, se pueden aplicar cálculos cinéticos y termodinámicos comunes. Entre las tecnologías que usan carbono sólido como agente reductor están las siguientes: Corex, Krupp-Renn, SL/RN, DRC, Kawasaky, Hoganas. 3.- DEPOSICIÓN DE CARBONO. Los procesos de reducción directa que usan mezclas de hidrógeno y monóxido de carbono depositan carbono durante el proceso de reducción, este contenido de carbono es siempre inferior a 1%. Cuando se necesitan mayores contenidos de carbono en el HRD, entonces debe inducirse la deposición de carbono a través de un proceso adicional, generalmente aplicado en la etapa de enfriamiento. El contenido de carbono tiene como finalidad aprovechar los óxidos de hierro residuales (FeO y Fe 2 O 3 ) en el HRD, estando en relación estequiométrica con el contenido de oxígeno unido al hierro. Este oxígeno reducible, recibe también la denominación de Oxígeno Reducible Residual (O.R.R.) u oxígeno remanente. Las consideraciones estequiométricas están basadas en la siguiente reacción: FeO + C → Fe + CO 16 g de O 12 g de C Relación Carbono/ Oxígeno = 12/16 = 0,75 Para aprovechar mejor el hierro sin reducir en una muestra de HRD, la relación carbono/oxígeno debe ser mayor a 0,75, y para lograr contenidos de carbono superiores a 1%, e incluso mayores a 2%, debe incluirse un proceso adicional después de la reducción, que deposite carbono, garantizando el contenido necesario. Este proceso recibe el nombre de deposición de carbono y en él pueden participar las reacciones que depositan carbono, ellas son: 1.- Reacción de Boudouard: 2CO → CO 2 + C ΔG(en Cal/mol) = - 40.935 + 41,98xT(en K) 2.- Consumo de Reductores: CO + H 2 → H 2 O + C ΔG(en Cal/mol) = - 33.637 + 37,72xT(en K) 3.- Crakeo de metano CH 4 → C + 2H 2 ΔG(en Cal/mol) = 20.626 - 25,22xT(en K) Las dos primeras son exotérmicas, mientras que la tercera es endotérmica y el cambio de energía libre (∆G) para las tres reacciones se muestra en el gráfico siguiente (Fig. No 19): 45

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Orosco, P., D. Lavarra, E. Perino, M. del C. Ruiz y J. González. 2008.