1°problemas de sider

7-5-2015

Facultad : Ing. Qumica y Metalrgica

EAP : Ing. metalrgica

Docente : Ing. Vega Pereda Nicanor Manuel

Curso : Siderurgia I

Ciclo : VIII

Presentado por :

Huamn Torres Rmulo

TEMA : Problemas resueltos de 1era unidad

Huacho Per

1 E.A.P Ing. Metalrgica

1. Calcinando CaCO3 obtenemos 8 litros de CO2 medidos a 27 C y 2 atmsferas.

Cuntos gramos de carbonato se han calcinado sabiendo que se trata de un

mineral impuro del 70 % de riqueza?

Solucin

Para saber que volumen ocupan en condiciones normales los 8 litros recogidos a 27 C

y 2 atmsferas, aplicamos la frmula de la ecuacin general de los gases perfectos:

Condiciones iniciales: P1 = 2 atmsferas; T1 = 300 K ; V1 = 8 litros

Condiciones finales : P2 = 1 atmsfera ; T2 = 273 K ; V1 = x litros

Con lo cual:

Litros de CO2. A partir de ah,

Si 22,4 litros de CO2 proceden de 100 gramos de carbonato clcico, entonces

14,56 litros de CO2 procedern de X gramos de carbonato clcico.

Operando: X = 65 gramos de carbonato clcico puro. Pero como la caliza es de una

riqueza del 70 %, tendremos:

de carbonato clcico del 70 % de riqueza.

2. Cuntos m3 de aire se necesitan para la combustin completa de una tonelada de

carbn? Se supondr que el aire contiene un quinto de su volumen en oxgeno.

Solucin:

Considerando que el carbn est, bsicamente, compuesto de carbono, podemos

plantear la siguiente ecuacin estequiometria:

que representa la combustin completa de un mol de carbono. Puesto que nos solicitan

el consumo de oxgeno expresado en metros cbicos, tendremos en cuenta la

equivalencia en volumen de un mol de cualquier sustancia gaseosa, simplificando a


condiciones normales de presin y temperatura. De ese modo podemos plantear:

Y aplicando una regla de tres simple:

Si 12 g de Carbn(o) reaccionan con 22,4 litros de Oxgeno

106 de Carbn(o) reaccionarn con X litros de Oxgeno.

De donde resulta que los metros cbicos de oxgeno necesarios sern: 1866,66. Si

suponemos que el aire contiene (1/5) de su volumen de oxgeno, tendremos finalmente

que: 1866,66 x 5 = 9333,33 son los m3 de aire para la combustin completa de una

tonelada (106 g) de carbn.

3. Despreciando el gas carbnico que resulta de la descomposicin de los carbonatos

de la carga, se puede representar globalmente la reduccin de xido frrico en el

alto horno mediante la ecuacin:

+ + + ( )

Sabiendo que la relacin de los volmenes de gas carbnico y del xido de

carbono es igual a se pide:

1. El valor de x en la ecuacin anterior

2. El peso de coque (de 90% de carbono) necesario para reducir una tonelada

de xido frrico.

3. El volumen de aire inyectado (0 C , 1atm) correspondiente.

Solucin:

1. 23 + 2 + 32 + ( 3)

2

= 1

2

3 2

2 1 2

= 2 3

1 = 6


Quedando la ecuacin de la siguiente manera:

23 + 6 2 + 32 + 3

23 + 3 2 + 32

2. (90% ) =?

1 23

23 + 3 2 + 32

1(160) 23 3(28)

1 106 23

= 1 106 3(28)

1(160)= 525 000

12 28

525 000

= 12 525 000

28= 225 000

Las cantidades de coque y de mineral que se necesita son usualmente mayores que las

calculadas, una primera razn es que ni el coque es puro carbn, ni el mineral es puro

oxido frrico III, por lo que la cantidad de coque a utilizar es ms de 225000 gr.

Para garantizar las cantidades de de C necesarios para reducir 1tonelada de 23 nos

preguntaremos lo siguiente:

Sabemos que el coque tiene 90% de pureza, esto es de cada 100gr de coque solo 90gr

son de carbono entonces para garantizar los 225 000gr de C se requiere de:

(90% ) = 225 000

90 100

(90% ) = 250 000 = 250

Necesitaremos 250kg de coque para reducir una tonelada de xido frrico

3. primeramente calculamos los moles de aire seco inyectado se realiza por un balance de

nitrgeno

a) entrada del carbn

250 0.0051

28= 0.0455


Salida al gas de alto horno seco: 12.4208mol - kg.

b) del aire (por diferencia)

12.4208 0.0455 = 12.3753mol - kg

= 12.4008

0.79= 15.66498

El aire seco hasta humedad baja antes de ser admitido a los precalentadores que

proporcionan el aire al alto horno. El contenido de humedad de aire por tanto es

despreciable.

Utilizando la siguiente formula calcularemos el volumen de aire inyectado:

=

=

=

0.082 273 15.6649

1= .

4. El arrabio producido en un alto para el horno sale libre de humedad, pero al

analizarlo se encontr que contena: Fe 84.72% en peso, C 3.15, Si 1.35 %, Mn

0.72%, H2O 10.06 %. cul ser el peso del hierro el salir del horno?

Solucin

Base de clculo 100kg de arrabio hmedo

Arabio seco: 100-10.06=89.94 kg

% de peso de Fe =(84.72/89.94)*100=94.19 % peso

5. Se desea analizar una caliza; se pesan 3 gramos de la misma y se atacan con cido

clorhdrico obtenindose 0,5 litros de CO2. Calcular la riqueza de la caliza.

Solucin

La reaccin que tiene lugar es:

Y a partir de ah,

Si 100 gramos de carbonato clcico dan 22,4 litros de CO2 , entonces

3 gramos de carbonato clcico darn X litros de CO2.

Operando resulta X = 0,672 litros de CO2, pero como realmente hemos obtenido 0,5

litros, el rendimiento de la operacin ser:


6. Una hulla est formado por C 75.6%, H2 6.2%, O2 4.9%, N2 1.1%, S 0.4%,

Humedad 2.7 %, Cenizas 9.1%.

Cuantos m3 de aire se necesita tericamente para la combustin de10kg de

carbn? , si el aire contiene 20.8 % en volumen de O2. La lectura del barmetro es

de 756 torr a17 C

Solucin

Base de clculo 10 kg =10000gr de C

Reacciones:

(i) C+O2---CO2

(ii) H2+1/2 O2---H2O

(iii) S+1/2 O2---SO2

Peso de los componentes: C = 7.56 kg

H2 = 0.62 kg

O2 = 0.49 kg

S = 0.04 kg

N2 = 0.11 kg

Hum y cenizas =1.18 kg

2 () =1

12 7.56 = 0.630

2 () =0.5

2 0.62 = 0.155

2 () =0.5

32 0.04 = 0.000625

Total =0.785625 mol-kg

2 () =0.49

32

= 0.0153125

2 = 0.785625 0.0153125 = 0.7703125


2 =0.7703125

756760

0.082

290 = 18.4153

:

2 =18.4133

0.208= 88.533653

7. El analisis de una piedra caliza es el siguiente:

. , %

. %

, %

a. Cuantas libras de podrian obtenerse de 4 toneladas de piedra caliza? b. Cuantos libras de se desprenden por cada libra de piedra caliza?

Solucion:

a.

Peso atomicos:

= 40; = 16; = 24

Pesos moleculares:

3 = 40 + 12 + 3 16 = 100

= 40 + 16 = 56

3 = 24 + 12 + 48 = 84

2 = 44

Vamos a suponer que se trata de 4 toneladas cortas de piedra caliza y 1 tonelada corta =

2000 libras.

El de la pregunta, proviene de la desconposicion del 3, en base ala reaccion:

(1) 3 = + 2

(1) 3 = + 2

= 420000 = 8000.

3 = 80000,9452 = 7561,6


De acuerdo a (1):

= 7561,6(56/100) = 4234,5

= 4234,5

b.

A mas de la reaccin (1), ocurre la siguiente reacin:

(2) 3 = + 2

Como se puede observar, el 2 se desprende de las reacciones (1) y (2), por tanto:

2() = 2(1) + 2 (2)

Como se trata de 1 libra de piedra caliza: 3 = 0,9452 , 3 =0,0416 .

2() = 0,9452(44/100) + 0,438

2 = 0,438

8. Una aleacin que contiene Fe (54.7% en masa),nquel(45.0%) y manganeso (0.3%

) tiene una densidad de 8.17 gr/cm3 ;

a) Cuntos moles de hierro ay en un arrabio solido (chancho) de aleacin que

mide 10cm*20cm*15cm?

b) Cuntos tomos de Mn hay en la mitad del bloque que se menciona?

Solucin:

A) 10 20 15 = 30003

=

= 8.17

3

= = (8.17

3) (30003) = 24510

= (24510 )(0.547 ) = 13406.97

13406.97 (1

55.845) = 240.075

B) Consideremos que el bloque es uniforme la mitad del bloque tiene 1500cm3


=24510

2= 12255

(12255)(0.003) = 36.765

(36.765 ) (1

54.938) = 0.67

0.67 (6.023 1023

1) = 4.03 1023

9. Una mezcla de % % se pasa dentro de un horno de laboratorio a

la velocidad de

, y deposita C por la reaccion.

+

El gas que sale del horno contiene % %.

a. calcular la cantidad de carbono depositado en horno, en mg/hr.

SOLUCION:

Dado que la reaccion no se realiza por completo, habra que calcular la cantidad de

CO que se descompone/min.

: 0,5 0,5

2 2 +

: 0,5 2 0,5 +

= 2

0,5 + = 2

0,5 2 =

= 0,5 2 + 0,5 + = 1

1) =0,5 2

1 = 0,49

2) 2 =0,5 +

1 = 0.51

Despejando x en (1):

= 0,006623

Despejando x en (2):

= 0,006623


Al final:

= 0,5 0,0066232 = 0,486754 = 49%

2 = 0,5 + 0,006623 = 0,506623 = 51%

0,993377

De acuerdo a la reaccin:

= 0,0013246(12/222,4) = 0,000355 /

= 0,000355(/)(1000/1)(60/1) = 212882

= 21.3/

10. Un convertidor de cu recibe una carga de 60 TM de mata que contiene 54 % de

FeS. El Fes es oxidado por soplo de aire al convertidor de acuerdo a la siguiente

reaccin :

2FeS+3O2=2FeO+2SO2

1) Calcular el vol tota de aire necesario

2) Calcular el vol de SO2 formado

3) Calcular los kilogramos de FeO formados.

4) Calcular el peso de la escoria formado , en TM, si el FeO constituye el 65% de

la escoria

Solucin

1. Para resolver este punto , debemos calcula el oxigeno requerido por la reaacion

, para luego convertir a aire:

Peso atomico:

O=16, Fe=56, S=32

Un mol de gas, expresada en kilogramos, ocupa 22.4 m3

Peso moleculares:

FeS=56+32=88

FeO=56+16=72

SO2=32+2*16=64

De acuerdo a la reaccin

2*88Kg de FeS reaccionan con 3*22.4m3 de O2, ,los 32400kg de FeS, lo harn con

X.

X=O232400*6702/176=1271 m3

Aire =12400/0.21=58910 m3

Aire requerido=58910 m3

2. El utilizado para calcula el O2 apatir de FeS, es valido para calcular el SO2

SO2=32400*2*22.4/176=8247.3 m3


A este mismo resultado se llega conparando el O2 con SO2 debido a que por estar

ambos en estado gaseoso, se relacionan mol a mol, asi:

3*22.4 m3 de SO2 cuando m3 de este ,producir 12371 m3 de O2

SO2=12371(2*224)/3*22.4)=8247.3 m3

Volumen de SO2 = 8247.3 m3

3. 2.88kg de FeS produce 2*72 kg de FeO, cuando FeO producir los 324000 kg

de FeS.

FeO= 32400(144/176)=26510 kg

FeO formado= 25610kg

4. Feo formado =26510 kg=26.51 tm

Escoria formado =26.51/0.65=40.78 tm

Escoria formada =40.78 tm

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