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LIBRO_REDUCCION_DIRECTA

Siderurgia para metalizar y obtener un acero de alto tenor

En la Figura No 22 se

En la Figura No 22 se muestra el comportamiento de la reducibilidad y el cambio del logaritmo de la concentración del óxido férrico en función del tiempo: Fig No 22. Gráficas. Reducibilidad vs tiempo y Ln (Fe 2 O 3 ) vs tiempo. La gráfica Ln (Fe 2 O 3 ) vs tiempo, es una recta con pendiente negativa, lo cual demuestra que en las condiciones de reducción aplicadas, la reacción es de primer-orden (o pseudoprimer-orden). La porosidad de la pella también es un factor a considerar en un ensayo de reducibilidad. Una pella debe tener una alta porosidad (> 20 %), sin que se vea afectada la resistencia a la compresión. La porosidad permite la entrada de los gases reductores al interior de la pella, por lo que la reducción avanza de fuera hacia adentro como se representa en la Figura No 23: Fig No 23. Corte transversal de una pella parcialmente reducida. CAMBIOS ESTRUCTURALES DURANTE LA REDUCCION. Durante el proceso de reducción la hematita pasa a magnetita, la magnetita a wustita y finalmente la wustita a hierro metálico, cambiando su estructura cristalina durante todo el proceso. En la hematita los átomos de oxígeno están ordenados en una estructura hexagonal compacta, mientras que en la magnetita y la wustita la estructura es cúbica centrada, por lo tanto durante la primera etapa de reducción los átomos de oxígeno se reordenan dando como resultado un incremento de volumen de aproximadamente un 25 %. Este cambio puede producir ruptura en el material (pella o mineral grueso) con la generación de finos. FACTORES QUE CONTROLAN LA VELOCIDAD DE REACCION. 52

Existen varios factores que pueden controlar la velocidad de reacción de la reducción del mineral de hierro. Uno de estos factores es la transferencia de masa y de calor a través de la capa límite, otro la velocidad de difusión de los gases reductores y otro la reacción química en la interfase wustita a hierro. En un proceso tan complejo, se propone un control que puede considerarse una combinación de estos tres factores, denominándose control mixto de la reacción [14]. La siguiente fórmula fue propuesta para calcular la constante de velocidad (k) a partir del logaritmo natural del porcentaje de reducibilidad y el tiempo de reducción: k = (1/t)Ln(1/(1-R)), donde t es el tiempo de reducción y R la reducibilidad, calculada por la relación: %R= (oxigeno eliminado) x 100 (Oxígeno reducible) La fórmula considera que el mecanismo cinético de reducción es de primer-orden, lo cual está de acuerdo con los ensayos experimentales. La constante de velocidad calculada por esta fórmula se puede comparar con el cálculo directo, a partir de la determinación gráfica del logaritmo natural del cambio de peso en función del tiempo. La determinación de la constante de velocidad a diferentes temperaturas, composición y flujo de gases reductores permite establecer el mecanismo de reacción para la reducción de los óxidos de hierro. Con base en todas estas consideraciones termodinámicas y cinéticas, y tomando en cuenta que la reacción de reducción del hierro se puede representar como reacciones consecutivas de primer orden tal como se especifica a continuación: 2Fe 2 O 3 + (CO/H 2 ) → 4FeO + (CO 2 /H 2 O) 2FeO + (CO/H 2 ) → 2Fe° + (CO 2 /H 2 O) Una representación gráfica del proceso de reducción de la hematita se muestra a continuación en la Figura No 24: Fig. No 24. Proceso de Reducción Directa vs tiempo. 53

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