procesos siderúrgicos parte aplicacion del modelo de rist y meysson al cálculo de la eficiencia...

7/24/2019 Procesos Siderrgicos Parte Aplicacion Del Modelo de Rist y Meysson Al Clculo de La Eficiencia Reduccion AH (1)

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APLICACIN DEL MODELO DERIST Y MEYSSON CALCULO DE LA

EFICIENCIA DEL PROCESO DEREDUCCION EN LOS ALTOS

HORNOS

Mario Flores


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INTRODUCCION Para un gran nmero de procesos dequmica industrial o de metalurgia, se

posee un esquema de funcionamiento idealque hace del equilirio t!rmico el nicolmite impuesto a los intercamios de calor," de algunos equilirios qumicos el nicolmite impuesto a los intercamios demateria

Una recta operatoria permite representar

los alances de o#geno, carono " gasreductor para un $lto %orno en r!gimenpermanente&

'l consumo unitario de coque est( ligado a

la pendiente de esta recta


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)'N'*ICIO+Un esquema de ese tipo rinde el dole sericio de- *i.ar el /n ltimo de los perfeccionamientos t!cnicos " Proporcionar un t!rmino de comparaci0n para de/nir el

rendimiento de una instalaci0n real&

$ su e1 la aplicaci0n de este m!todo gr(/co permite estudia2&'l efecto de ariaciones de un par(metro operacionalaislado, e.&-Temperatura de iento caliente In"ecci0n de petr0leo

Pre3reducci0n de la carga4&'l efecto de ariaciones acopladas en par(metrosoperatios, e.& In"ecci0n de alquitr(n " aumento de temperatura de

iento

In"ecci0n de petr0leo " o#geno en el iento Pre3reducci0n de la car a enri uecimiento de minerale


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$NT'C'D'NT'+ )asado en los traa.os de 5itae 62,47 "

de 8ichard 69, :, ;,


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FUNCIONAMIENTO IDEAL DEL ALTO

HORNO 'l esquema a que conducen los traa.osde 5itaie " de 8ichard se resumen encuatro puntos principales-

1.Las reacciones del Carono!.Los in"erca#ios de calor$.Los re%&eri#ien"os "'r#icos ( los

alances )or *onas

+.Los in"erca#ios de o,-eno )orred&cci/n indirec"a


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Las reacciones del

Carono 'l carono del coque puede considerarsecomo inerte qumicamente hasta unatemperatura caracterstica de alrededor de2>>> ?C&

$parte de la comusti0n e#ot!rmica delantede las toeras, el carono participa, atemperaturas sore los 2>>> ?C, enimportantes reacciones endot!rmicas

cali/cadas gloalmente de reducci0n directa& @a comusti0n " las reacciones directas

gasi/can el carono en CO&


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Los in"erca#ios de calor'l calor desprendido por lacomusti0n es cedido por elgas a la carga lquida o s0lidaen un intercamiador encontracorriente que a desde

el niel de toeras hasta elniel de carga&

@as reacciones endot!rmicasde reducci0n directa,

locali1adas en las regiones porsore 2>>>?C, aran la ra10nentre la capacidad calor/ca delos s0lidos con respecto a lacapacidad calor/ca de losgases&

Dichas reacciones con/eren al intercamiador, unacaracterstica particular que el diagrama de Reichardtresalta- a partir del tope " del niel de toeras, las

temperaturas de los gases " de los materiales s0lidos o?


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Per/l detemperatu

ras


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Los in"erca#ios de calor


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Los re%&eri#ien"os"'r#icos

( los alances )or *onas 'n la 1ona de elaoraci0n, a T A2 >>>?C, lasnecesidades t!rmicas est(n aseguradas por lacomusti0n del carono " por el iento caliente&

'l gas generado en esta 1ona a 2 >>> ?C es menosaundante a medida que el iento es m(s caliente& 'n la 1ona de preparaci0n, a T B2 >>> ?C, los

requerimientos t!rmicos son aseguradose#clusiamente por el gas caliente que entra a 2

>>> ?C @a temperatura del gas de tope es m(s a.a en la

medida que la cantidad de gas suministrado es m(sd!il o que la masa de materia a calentar es ma"or&


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Los in"erca#ios deo,-eno

)or red&cci/n indirec"a 'n la cua, que comprende el con.unto delintercamiador t!rmico superior " la 1onade resera t!rmica, el carono es inerte "la reducci0n de los 0#idos de /erro, ocurre

e#clusiamente por a indirecta, es decir,por conersi0n del CO en CO4 @a cua funciona idealmente cuando el

equilirio qumico entre gases " s0lidos se

alcan1a al estado de la ustita 6*eO2&>;7&'sta caracterstica se e#presagr(/camente por el diagrama deintercamio de o#geno


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E,)resi/n r2ca del alance de#a"eria del Al"o Horno )or la

rec"a o)era"oria

Fe

C

n

n

X

Y=

=


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Prod&cci/n de as red&c"or

@a producci0n de gas reductor en etala.es " crisol est( dada por lasreacciones- Reducci0n directa de los 0#idos de *e, cu"a reacci0n principal es-

131.45 FeO1.45 6 C 7 1.45 Fe 6 CO

Reducci0n de 0#idos que dan los elementos disueltos en arraio-

MnO 6 C 7 8Mn9 6 CO: SiO!6 C 7 : 8Si9 6 CO

135 P!O56 C 7 !35 8P9 6 CO

135 ;!O56 C 7 !35 8;9 6 CO

'ntrada en soluci0n del a1ufre en la escoria-

S 6 C 6


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El conjunto de estas reacciones consume

1 tomo de oxgeno y produce 1 mol de

CO por tomo de carbono gasificado.

Se representan globalmente en la ig porel segmento BE de proyecciones 1sobre

OXysobre OY.

!as reacciones parciales estn

representadas por los segmentos"

BC# de proyeccionesxde y

d# para la

reducci$n directa de los $xidos de %ierro.

CD# de proyecciones (xf+x

S) e (y

f+ y

S)

para la reducci$n de los $xidos &ue dan

los elementos disueltos en el arrabio y

para la entrada en soluci$n del a'ufre enla escoria#

DE# de proyecciones xve y

vpara la

combusti$n por el (iento caliente frente a

las toberas.


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Cualquiera sea la importancia

relatia de estas reacciones, setiene-

"dE "fE "+E "F G2H

#dE #fE #+E F 2 G4H @a ecuaci0n G2H detalla el

consumo de carono gasi/cado&'l consumo total de carono tieneun t!rmino suplementario 6atCJat *e7, que representa elcarono disuelto en el arraio&

@os consumos espec/cos decarono 6caron rate7 o de coque6coKe rate7 son proporcionales a


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'l consumo unitario de carono 8, en Kg por

tonelada de *e es-M 7 1444 , 1!355>?5 > 34,:4 3;,=< 2&W4

M>> 32,>3>,M4 32,W; 2,W;

2>>> > > 2,W=

22>> >,M9 2,WM 2,WM


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Datos T!rmicos


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Red&cci/n indirec"a del conJ&n"ode los /,idos de Kierro

'n el caso general, el t!rmino qies una suma de la formaqiF o>E 2,>; qiE 2,99 mqimE 2,; hqih

o>>#" Kse re/eren al metal, a la Xstita, a la magnetita " a la hematita

@os smolos representan el nmero de (tomos de /erro presentes en cadafase

@as letras %i las cantidades de calor, desprendidas por las siguientesreacciones-

67 *e4>5O E CO >,W; *e E CO!

%2>>>YC F 3:,29 Kcal

6m7 2J: *e$O+ E CO 9J: *e E CO!

%2>>>YC F 34,2> Kcal

6h7 2J9 *e!O$ E CO 9J4 *e E CO!

%2>>>YC F 39,>< Kcal


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Calor sensile del

arraio +iguiendo la f0rmula propuesta por8ichard 697 para representar los datosotenidos por +char1 6497-

ZfF => E >,2>>7 thJt arraio,

+e admite que tal f0rmula engloa lafusi0n de todas las fases supuestamenteformadas a 2>>>YC " particularmente*e9C, *e9P " *e9+i&


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Calor sensile de la

escoria @a compilaci0n de datos de Umino 64:7 "

\osKooiniKo 64;7 por Olette 64>>YC&


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*OR8$CION D'@ $RR$)IO

'l con.unto de elementos que entran ensoluci0n en el arraio, +i, 8n, P, V " Ti danlugar a un efecto t!rmico gloal (E%Equese descompone en-

"fqfF "+iq+i E "8nq8nE "PqPE "VqVE "TiqTi


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+ilicio

702

2,140==Siq 80,1=

g

Si

q

q

El t)rmino &Sies calculado con las siguientes %ip$tesis"

!a slice es reducida a partir del estado puro *por ejemplo en las ceni'asdel co&ue+,

El silicio forma a 1---C con el fierro el compuesto e/Si

Considerando los datos sobre el SiO0y el e

/Si dados en *1+# una

correcci$n sobre el calor de formaci$n de SiO0a 02C *0-+# la correcci$n

sobre el carbono del co&ue *13+# se tiene"SiO

0Si 4 O

25

1000C= 215,7 kcal

3 Fe + SiFe3Si 5

25C#

5

1000C= -18,8 kcal

2C (coque) + O22 CO 5

1000C= -56,74 kcal

SiO2+ 2C (coque) + 3FeFe

3Si + 2 CO 5

1000C= 140,2 kcal

KcalJatO


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8anganeso

'l t!rmino q8nes calculado como si el 0#ido demanganeso 68nO7 estuiera lire 6o en soluci0n ideal7 "como si el 8n entrara en soluci0n ideal en el /erro& Conlos datos de 62


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*0sforo'l t!rmino qPes calculado con las siguientes hip0tesis-

'l f0sforo es reducido a partir del fosfato tric(lcico] 'l f0sforo forma a 2>>>YC con el /erro el compuesto *e9P

Considerando el calor de formaci0n del P4O;^9CaO de )ooKe" 6427, "los otros datos dados en 62


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Vanadio 'l t!rmino qVes calculado con los datos de 62>>YC F 9;> Kcal;C 6coque7 E ;J4O4 ;CO %2>>>YC F 34M,9=^;

Kcal

V4O;E ;C6coque7 4V E ;CO %2>>>YC F42M&2; Kcal

De donde-

KcalJat O42

55218 ==Vq

07,1=g

V

q

q


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Titanio

'l t!rmino qTies calculado con los datosde 62>>YC F 44; Kcal

4C 6coque7 E O4 4CO %2>>>YC F 34M,9=^4Kcal

TiO4E 4C6coque7 Ti E 4CO %2>>>YC F

2


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Caruraci0n del arraio

8,0)6,1114,0()3,8075,0( =+=

q

2,418!,0

80,0==

q 10!,0=

gq

q

Se supone &ue el arrabio a 1---C contiene el C a la forma de

austenita con 1#26C y de cementita e/C. 7omando el calor deformaci$n de la austenita de Ellis# 8a(idson y 9ods:ort% *00+# los de la

cementita de *1+ y el calor de grafiti'aci$n del carbono del co&ue de

*13+# se tiene"

C *co&ue+C (au"e$ia co$ 1,5%C) 51000C = 8,3 kcal3 Fe + C (coque) e

3C

5

1000C= 1,6 kcal

&$ u$ a''aio *oa" co$ 3,8%C (;-#1at e y la segunda -#11? at C>at e. El efecto trmico global

entonces es"@cal>ate

@cal>at O#


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Reisar de aqu para

adelante


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Casos a anali1ar Recta de Operaci0n de los $ltos %ornos deC$P $cero


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Caso de iento hmedo con in"eccde comustiles au#iliares por lastoeras

Leyenda de los subttulos:

i " reducci$n indirecta de $xidos de fierro#

d " reducci$n directa de $xidos de fierro#

f " reducci$n directa de SiO0# AnO# B0O2#S " reacci$n de transferencia del S en la

escoria#

@ " %idr$geno del co&ue#

j " inyecci$n por las toberas de C50a

O0b

0c

( " combusti$n por el (iento#

e " (apor de agua del (iento.


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IN'CCION CO8)U+TI)@'

$UI@I$R


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HUMEDAD DEL ;IENTO!a %umedad de (iento entra en el balance t)rmico por (arios t)rminos

proporcionales a ye# nDmero de moles de (apor de agua introducidos portomo de fierro tratado. Este nDmero es a su (e' proporcional a y

(#

nDmero de tomos de oxgeno del (iento consumidos por tomo de fierro"

ye ; e y

(


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Descomposici0n de los caronatos

Cuando la cali1a se descompone,el CO4desprendido aumenta el`u.o de gas reductor"constitu"e un aporte de o#genoen el gas&Hi)/"esis de &na de

carona"aci/nins"an"neaa W>>YC$l niel donde loscaronatos sedescomponen 6punto 7, elgas se enriquece en CO4& +u

grado de o#idaci0naumenta mientras que eldel /erro permanece sincamios&

@a pendiente de la recta b es igual a-b F E "CO4


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Caso real de &na decarona"aci/n noins"an"nea.

'n general, este segmento ser(reempla1ado por un arco de curaque une las recta " b& 'l tra1ado

riguroso depender( de laselocidades simult(neas de lareducci0n " de la decaronataci0n&

Pero la regla de las rectasconcurrentes en un punto N del e.e

F4 permitir( siempre escoger untra1ado compatile por un lado con elcontenido de caronatos del lecho defusi0n " por otra parte, con algunaship0tesis simples sore el reparto deldesprendimiento de CO4 entre las

1onas del alto horno 6e.emplo de las


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'.emplo

Ver planilla e#cel caronatosls


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$plicaci0n a los $ltos %ornosde %uachipato C$P3$cero

+elecci0n perodo '#tracci0n " an(lisis de datos )alance de 8ateriales

)alance T!rmico 'stimaci0n p!rdidas t!rmicas 1ona

elaoraci0n C(lculo coordenadas recta de operaci0n $n(lisis de resultados $n(lisis de sensiilidad frente a principales

ariales de operaci0n


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'.emplo caso $%4 No 4>>;


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CALCULO DEL RADO DE OIDACION DELA CARA

FERRICADETERMINACION DE LAORDENADA DEL PUNTO A


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)iliografa 2J42& 5IT$'V 6)&I&7, I$ROC%'N5O 6I&&7, +OUTC%5OV 6V&D&7& [ 'changes thermiques

dans les fours cue& Traduction IR+ID, R&I& => 6d!cemer 2W;M7&4& 5IT$'V 6)&I&7, I$ROC%'N5O 6I&&7, @$$R'V 6)&@&7& [Troisimes ourn!es

Internationales de +id!rurgie, @u#emourg, 6octore 2W A.Ris"> N.Me(sson> Re&ede M'"al&rie> F'rier 1+>).1!!1+5

W& Qtude du %aut *ourneau aec Vent %umide et In.ections au# Tu"res, $&Rist,N&8e"sson, Reue de 8!talurgie, Noemer 2W&R!duction dun lit do#"des de fer par un ga1, , $&Rist, &)onniard, Reue de

8!tallurgie, 2W


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)iliografa 4J422& R!duction dun lit do#"des de fer par un ga1& Deu#ime partie, $&Rist,

&)onniard, Reue de 8!tallurgie, 8ars 2W


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