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LIBRO_REDUCCION_DIRECTA

Siderurgia para metalizar y obtener un acero de alto tenor

(Fe 2 O 3 ) = (Fe 2 O 3

(Fe 2 O 3 ) = (Fe 2 O 3 )o x e –k1t (4) (FeO) = k 1 x (Fe 2 O 3 )o x (e –k1t - e –k2t ) (5) (k 1 – k 2 ) Conociendo las concentraciones de los óxidos Fe 2 O 3 , FeO, la concentración inicial del (Fe 2 O 3 ) y el tiempo de reducción, se pueden calcular las constantes de velocidad que intervienen en el mecanismo de reducción en dos pasos (k 1 y k 2 ). ENSAYOS DE REDUCCIÓN ESTÁTICA Los ensayos de reducción estática de mineral de hierro o aglomerados de mineral de hierro (pellas), permiten determinar la capacidad de reducción que tiene ese mineral o aglomerado, ante una mezcla reductora dada. Con el horno Gakushin se pueden realizar estos ensayos, colocando la muestra del material previamente pesado, dentro del reactor, siendo luego reducida a temperatura constante, durante un tiempo determinado (usualmente 90 minutos), usando una mezcla de gases hidrógeno (H 2 ) y monóxido de carbono (CO), que permiten simular las condiciones de procesos tipo Midrex y HyL. Como el horno Gakushin dispone de una balanza que permite llevar el control de la pérdida de peso por reducción en función del tiempo, y como esta pérdida es proporcional a la concentración del Fe 2 O 3 , se puede calcular la constante de velocidad graficando el logaritmo neperiano de la cantidad de oxígeno perdido en función del tiempo. Como la gráfica es una línea recta con pendiente negativa, se demuestra que la reducción de la hematita en las condiciones aplicadas en el Laboratorio, sigue un mecanismo cinético de primer-orden. La constante se puede calcular de la gráfica o usando la siguiente relación: k obs = 1 x Ln 1___ (6) t (1 – R) Relación que se deriva de considerar la reacción como de primer-orden, donde R es reducibilidad y viene dada por la siguiente relación: R = Peso inicial - Peso final (7) O.R./100 x Peso inicial Para el porcentaje de reducibilidad % R la relación es: % R = Peso inicial - Peso final x 100 (8) O.R./100 x Peso inicial ECUACIÓN DE ARRHENIUS. Como las constantes de velocidad presentan una dependencia de la temperatura que viene dada por la ecuación de Arrhenius: k obs = A e –Ea/RT , donde: A es el factor preexponencial, Ea la energía de activación, R la constante universal de los gases y T la temperatura en grados Kelvin, para una reacción química dada. Evaluando la constate de 60

velocidad a diferentes temperatura y graficando el logaritmo neperiano de la constante en función del inverso de la temperatura (1/T), la gráfica resultante es una recta con pendiente negativa, cuyo valor absoluto será la Energía de activación dividida entre la constante universal de los gases (p = - Ea/R). Con el desarrollo del presente proyecto, se espera evaluar el comportamiento cinético de la reducción de la pella PS5, determinando las constantes de velocidad de reacción a diferentes temperaturas, el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción, el mecanismo cinético y la energía de activación correspondiente, con base en la reducción propuesta, usando las ensayos de reducción estática en el horno Gakushin, con una mezcla de gases reductores tipo Midrex. Para el desarrollo del presente trabajo se escogió una muestra de pella PS5, de la fracción útil (1/2 ” < Tamaño < 3/4”) con la siguiente composición química: Pella = PS5 Análisis químicos: Fe Total (en %) Fe2O3 (en %) FeO (en %) O.R.(en %) C (en %) S (en %) Ganga (en %) 67,60 96,10 0,50 29,00 0,05 0,0006 3,34 (O.R. = Oxígeno reducible, oxígeno de los óxidos férrico y ferroso) y una mezcla tipo Midrex, con la siguiente composición química: CO2 (en %) CH4(en %) CO (en %) H2(en %) * B.M. (en %) 6,30 4,11 34,77 54,82 100,00 *Balance. % Gases reductores = 89,59. Tiempo de reducción 90 minutos. Se hicieron 6 ensayos a las temperaturas de 650, 700,750, 800, 850 y 900 oC, para cubrir un rango de temperatura que simule las condiciones de un reactor Midrex. Se calcularon los % de reducibilidad para cada temperatura usando la relación 8 y con la relación 6, se calcularon las constantes de velocidad k obs. Los resultados aparecen reportados en la siguiente tabla: TABLA I Temp. (en oC) Temp. (en oK) Reducibilidad (en %) K obs (en min -1 ) 650 923 46,96 0,0070 700 973 67,81 0,0126 750 1023 79,50 0,0176 800 1073 93,12 0,0297 850 1123 94,72 0,0327 900 1173 96,75 0,0381 Efecto de la temperatura 61

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