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LIBRO_REDUCCION_DIRECTA

Siderurgia para metalizar y obtener un acero de alto tenor

En este caso se puede

En este caso se puede observar que si se aumenta la concentración de monóxido de carbono (CO) o disminución de la relación pCO 2 /pCO a una temperatura determinada, aumenta el porcentaje de carbono en solución. También por el aumento de la temperatura manteniendo una relación pCO 2 /pCO constante, disminuye el porcentaje de carbono. La zona por debajo de la línea de equilibrio de reversión de CO, puede representar la posible formación de una segunda fase de Fe 3 C, como también la fase soluble austenita. Para obtener altos contenidos de carbono soluble del orden de 1.5 a 1.7% de C, es requerido un rango de temperatura de 930ºC a 1.050ºC disminuyendo la relación pCO 2 /pCO que indica altos porcentajes de CO. El método más aceptado para obtener altos contenidos de carbono soluble y promover el depósito de carbono, es por el uso del tratamiento a temperaturas altas posibles, con gases ricos en CO. El diagrama de equilibrio del sistema Fe-C-O, muestra para composiciones de los gases bajo línea de equilibrio de reversión de CO, la formación de carbono es favorecido termodinámicamente. Para composiciones del gas por encima de la línea de equilibrio de reversión del CO, el carbono libre no es favorecido termodinámicamente. En este diagrama de fase se toma en cuenta la formación de la solución del C en el Fe y que puede ofrecer la explicación de obtener más % de carbono presente, el cual es mayor a los datos por las relaciones de los diagramas normales de Fe-O-C. Un análisis de formación del carbono muestra que bajo ciertas condiciones, la formación de carbono puede ocurrir aun cuando el equilibrio de reversión de CO predice que el carbono como grafito libre es inestable. Esta formación de carbono es atribuida a una solución sólida estable en el Fe austenítico la cual ofrece la explicación adecuada. En un sistema Fe-C a las condiciones normales de temperatura y composiciones del proceso, el carbono puede existir como grafito libre y varias soluciones sólidas. DEPOSICIÓN DE CARBONO POR METANO Reacciones termodinámicas del equilibrio Fe- CH 4 : CH 4 → C + 2H 2 (Endotérmica) ΔG (en Cal/mol) = 21.175 - 28,19*T (en K), La reacción es extremadamente rápida a altas temperaturas. Por la razón de espontaneidad de la reacción y suficiente cantidad de CH 4 disponible, la deposición de carbono debe ser mayor comparada con la reacción de Boudouard. Formación de Fe 3 C. CH 4 C + 2H 2 3Fe + C Fe 3 C 3Fe + CH 4 Fe 3 C + 2H 2 ΔG (Cal/mol) = 26.292 - 30,41*T T (en K), Esta reacción es espontánea a temperaturas mayores a 865 K (592 oC). Esta reacción representa la formación del carburo de hierro termodinámicamente. El cálculo de la constante de equilibrio termodinámica de esta reacción es más complejo, debido a que el carbono o cementita producido no puede ser tratada como una sustancia pura con actividad igual a uno 48

(1), por la razón de que ésta es un tipo de “solución” en el Fe, así que la actividad del componente carbono en “solución” debe ser tomada en cuenta. La formación del carbono, como grafito y en solución en hierro metálico, todos indican la necesidad de tener mayor metalización en el hierro esponja y más superficie con centros activos para obtener óptimos valores de transformaciones. PREGUNTAS Y PROBLEMAS: 1.- Calcule los porcentajes de hierro y oxigeno en los minerales 100 % hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4) y wustita (FeO). Observe como aumenta el contenido de hierro (reducción) al pasar de hematita a magnetita y luego a wustita. 2.- La limonita es un trihidrato del óxido férico de color amarillo con fórmula molecula Fe2O3.3H2O, calcule el porcentaje de hierro en este trihidrato y comparelo con el contenido de hierro en hematita. 3.- Calcule el porcentaje de reducibilidad de una pella de mineral de hierro con contenido de hierrpo total FeT = 66,50 %, si al reducirla en un horno Gakushin se obtubieron los siguientes resultados: peso inicial = 500 g, peso final = 370 g 4.- Defina Hierro Total Inicial (FeT)o, y calcule los contenidos de (Fe2O3)o, (Ganga)o y O.R. 5.- Calcule el hierro total máximo que se obtendría en un proceso de reducción directa 100 % efectivo si su contenido de hierro total inicial (FeT)o = 66,75 %. 6.- Para siguiente proceso de reducción directa calcule los espacios vacíos usando estequiometría y balance de masa. Considere que todo el O.R.R. está como FeO. Pella % HRD % (FeT)o 66,75 FeT 90,00 (Fe2O3)o C 1,50 (Ganga)o Ganga O.R. O.R.R. C 0,01 FeO Fe+2 Fe° MTZ 7.- La siguiente reacción está involucrada en el proceso de reformación de gas natural: CH 4 + CO 2 → 2CO + 2H 2 , el cambio de energía libre de Gibbs se expresa según la siguiente relación: ΔG (en Cal/mol) = 52.803 – 59,29xT(en K), calcule el rango de temperatura en el cual la reacción es espontánea. 8.- Señale al menos tres diferencias entre un reformador estequiométrico y un reformador “a vapor”. 9.- Calcule para ambas mezclas de gases el contenido de vapor de agua en equilibrio a 850 °C, para esa temperatura la constante de equilibrio para la reacción Shift tiene un valor de K = 0,89 49

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