1. Realice un resumen de la historia de la reducción directa.

Antes de la década de los años ’80 el material que nosotros conocemos como HDR se denominó hierro esponja. Se le dio este nombre debido al carácter poroso del producto originado por la manera como se realiza la reducción. Es interesante comparar la definición anterior del HDR con la definición del hierro esponja dada en 1954 por E. B. Barret, un notable investigador de la reducción de óxidos de hierro.Antes del siglo XIX los siderurgistas se interesaron en la posibilidad de producir hierro en el estado sólido directamente a partir del mineral, lo cual evitaría las altas temperaturas requeridas para su obtención en el estado líquido. También se incrementó el número de agentes reductores, tales como gases, que podrían usarse, evitando muchos de los problemas de refractarios asociados con los hornos de fusión del metal. Además, en aquellos días, las dificultades asociadas con la obtención de temperaturas por encima de los 1500°C (2730°F) aumentaron casi exponencialmente a medida que se aumentaba la temperatura. Sin embargo, debido a problemas técnicos y económicos, el proceso RD no compitió con el proceso indirecto de producir primero arrabio en alto horno y luego refinar el arrabio para obtener acero. En consecuencia el proceso RD empezó a perder interés.

Poco después de 1860 el método dominante para la fabricación de acero fue el proceso Bessemer, Este proceso usaba una carga que contenía sólo 6 a 8% de chatarra; Por esta razón se creó un desequilibrio de acumulación de chatarra y una acería basada completamente en el proceso Bessemer no resultaría apropiada de manera indefinida. Este se complementó con una segunda operación de fabricación de acero que podía consumir grandes cantidades de chatarra de acero. Tal proceso fue el Siemens-Martin. Se introdujo en la industria siderúrgica poco después del proceso Bessemer.

El proceso Siemens-Martin proporcionó una gran flexibilidad en cuanto al rango de proporciones de arrabio líquido/chatarra en la carga. Mientras el proceso Bessemer generaba cantidades excesivas de chatarra el Siemens-Martin podría emplear cargas muy altas en la misma, y aún podría usarse con una carga de 100% arrabio frío. En consecuencia, bajo las circunstancias existentes entre 1860 y 1960, el HDR no fue un elemento esencial en la industria del acero.

2. ¿Qué es la RD de un mineral de hierro?

Para la producción del hierro también se puede utilizar el método de reducción directa, el que emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados. El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos pellets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la producción de hierro con características controladas.

3. ¿Cómo se define la reducción directa?

La reducción directa (RD) se define como un proceso en el cual se produce hierro metálico mediante la reducción del mineral de hierro o de cualquier otro óxido de hierro, por debajo de la temperatura de fusión de los materiales involucrados. El producto del proceso de reducción directa se denomina hierro de reducción directa (HDR).

4. Describa la importancia del HDR en la fabricación de acero.

Inicialmente el valor del HDR se midió casi completamente comparando el costo del HDR con el de la chatarra. El HDR se usó únicamente cuando había una cantidad especial que podía hacerla deseable para algunos grados particulares de acero, o cuando el proceso de RD era especialmente apropiado para las materias primas disponibles en una localidad particular. Algunas de estas cualidades especiales son:

Libre de elementos de impurezas tales como Cu, Zn, Sn, Cr, Mo, W y otros que usualmente están presentes en la chatarra. Muy bajo contenido de S. La capacidad de usar combustibles de bajo grado y combustibles que son inaceptables para la siderurgia convencional.

5. Explique la termodinámica de la reducción del hierro-óxido

La termodinámica de la reducción de los óxidos de hierro trata principalmente con el equilibrio entre sus óxidos y estos agentes de reducción. La termodinámica dirá si una reacción puede tener lugar o no. Esto es indicado por el cambio de energía libre de formación como ya se anotó. Sin embargo, esta no dirá que tan rápido tendrá lugar la reacción. Esto depende de las condiciones que rigen la cinética de los procesos. Estas condiciones deben ser correctas para que la reacción proceda.

6. ¿Porque es importante industrialmente la reducción directa?

Es importantes por la alta confiabilidad y el bajo precio del mineral de hierro son los factores que han llevado a desarrollar el proceso de reducción directa. En esta decisión, el gas natural es una solución económica para la producción de productos de reducción directa, briquetas y hierro esponja.El hierro reducido por la reducción directa es una carga metálica de alta calidad, que:• Contiene los más bajos niveles de elementos residuales.• Permite producir aceros de alta calidad en el Horno Eléctrico de Arco.

7. Escriba las ecuaciones de la reducción por monóxido de carbono. Explique la reducción por hidrógeno. Explique brevemente la cinética de las reacciones de reducción directa.

(1) 3Fe2O + CO 2Fe3O4 + CO2

(2) Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

(3) FeO + CO Fe + CO2

La reducción de óxidos de hierro por hidrógeno es bastante similar a la reducción con monóxido de carbono. Esta reducción tiene lugar en tres etapas a temperaturas por encima de 560°C y dos etapas por debajo de 560°C.

Las reacciones involucradas son:

3Fe2O3 + H2 2Fe3O4 + H2O

Fe304 + H2 3FeO + H2O

FeO + H2 Fe + H20

¼Fe3O4 + H2 3/4Fe + H2O

La cinética de las reacciones en la reducción de los minerales de hierro tiene que ver con la velocidad a la cual los óxidos de hierro son convertidos a hierro metálico por eliminación del oxígeno. La cinética de la reducción del óxido de hierro ha recibido renovada importancia, porque la velocidad a la cual el mineral puede ser reducido determina la velocidad de producción del proceso. A su vez la velocidad de producción determina ampliamente su factibilidad económica y su competitividad con otros procesos.

La reducción del óxido de hierro en estado sólido, es una reacción heterogénea involucrando fases sólidas y gaseosas separadas por una interface. Las velocidades de las reacciones químicas reales, pueden controlar total o parcialmente la velocidad de reducción. Sin embargo, en casos donde las velocidades de las reacciones químicas son relativamente rápidas a la temperatura empleada en reducción directa, la adsorción de reactantes en la interfase entre el óxido y el reductor puede interferir con la velocidad de la reducción.

Algunas de las etapas determinantes de la velocidad en la reducción del mineral de hierro están asociadas con la naturaleza del sistema de reacción y del contacto entre las fases reactantes mientras otras están asociadas con la naturaleza del mineral. La última determina la facilidad con la cual el oxígeno puede ser

removido de los óxidos de hierro en el mineral por el gas reductor.

8. Escirba y describa La reacción de Boudouard.

CO2 + C « 2CO, Esta reacción es muy importante en la reducción de óxido hierro. En la reacción se observará que, cuando el dióxido de carbono reacciona con el carbono para formar monóxido de carbono, un volumen de dióxido de carbono produce dos volúmenes de monóxido de carbono a presión constante.

Similarmente, en un sistema de volumen constante, esta reacción ocasionará un incremento en la presión. A partir de esto se dice que si el sistema oxígeno-carbono está en equilibrio y si la presión aumenta, el equilibrio se desviará en el camino que la presión se alivie

9. Explique la reducción por mezclas de monóxido de carbono-hidrógeno e inscriba las ecuaciones implicadas.

La composición del gas de reducción puede variar ampliamente con respecto a la relación C/H dependiendo del origen del método de fabricar el gas. Los gases de reducción hechos por reformado del gas natural son ampliamente usados para reducción directa. La reformación del gas se realiza por reacciones de los siguientes tipos:

CH4 + ½O2 = CO + 2H2

CH4 + H2O = CO + 3H2

CH4 + CO2 = 2CO + 2H2

10. Escriba y explique las principales reacciones químicas que se presentan en el procesos de RD

Rta: a hierro metálico

11. Explique la reducibilidad de los minerales de hierro?

La reducibilidad de los minerales de hierro puede ser determinada experimentalmente de muchas formas. La mayoría de las medidas de reducibilidad son hechas con una muestra representativa de mineral suspendida de una balanza y colgada dentro de un reactor rodeado por un horno. El gas reductor pasa a través del reactor mientras su temperatura se mantiene constante por el horno. La eliminación del oxígeno es medida por la pérdida de peso de la muestra. Esto es conocido como el método de pérdida de peso. Graficando el porcentaje de pérdida de peso, (porcentaje de reducción) contra el tiempo, puede obtenerse una medida de la reducibilidad. La reducibilidad es inversamente proporcional al tiempo requerido para alcanzar algún grado de reducción seleccionado arbitrariamente.Cuando se benefician minerales por procesos de reducción directa debe prestarse una especial atención a la reducibilidad. Los pellets hechos a partir de la aglomeración de concentrados de alto grado, tienen excelente reducibilidad cuando son apropiadamente endurecidos, lo que es causado por su gran porosidad. Por otra parte, los sinters en los cuales las partículas se unen por el calentamiento al punto de fusión incipiente, tienen una pobre reducibilidad porque la fusión produce la formación de escoria o vidrio que recubren la superficie del óxido de hierro e impiden la reacción de los gases de reducción con los óxidos.

12. De un listado de las diferentes procesos de RD

Rta:

PROCESOS A BASE DE CARBON

KRUPP (CODIR) – horno rotatorio

DRN - horno rotatorio

ACCAR - horno rotatorio

SL/RN - horno rotatorio

SALEM – horno rotatorio

PROCESOS A GAS NATURAL REFORMADO

MIDREX - horno de cuba

HYL - lecho estático

HYL II1 lecho continuo

PUROFER - horno de cuba

ARMCO - horno de cuba

FlOR - lecho continuo

PROCESOS A BASE DE GAS DE COQUERIA

MIDREX

HYL III

NUEVAS TECNOLOGIAS

SKF - plasma

ELRED

INRED

ELECTROTERMICO MIDREX – horno de cuba

FOSTER WHEELER - D. plasma

WESTINGHOUSE

DLM

13. Explique los cambios estructurales durante la reducción progresiva de hematita a magnetita y Wüstita a hierro metálico, cambios en la estructura cristalina.

En la hematita los átomos de oxígeno están ordenados en estructuras hexagonales compactas pero en la magnetita y en la Wüstita forman una estructura fcc. Por tanto en la primera etapa de la reducción los átomos de oxígeno experimentan un severo reajuste dando como resultado un incremento del volumen en un 25%. En la transformación de magnetita a Wüstita la red de oxígeno permanece inalterada, mientras los átomos de hierro difunden para llenar los sitios vacantes de la red del hierro. Estos pueden ser acomodados con sólo un pequeño incremento del volumen. Debido a que la Wüstita tiene una composición variable, hay también un pequeño incremento en el volumen con sus cambios de composición desde aquel en el equilibrio con magnetita hasta aquel en equilibrio con hierro metálico. De otra parte, la nucleación y el crecimiento de los cristales de hierro traen como resultado una contracción y un gran incremento en la porosidad de la fase metálica; lo cual facilita extensivamente la difusión de los gases reductores desde la superficie exterior de la partícula hasta la interfase Wüstita-hierro.

14. Ventajas, uso de pre reducidos en horno eléctrico sobre la chatarra

Rta

- El HDR tiene muy bajo nivel de impurezas metálicas.

-Usando HDR se obtiene una fusión a menor costo.

-El HDR es fácil de transportar y de manipular.

-El HDR permite cargue continuo y automático.

- El HDR incrementa la productividad del horno.

- El ruido durante la fusión es menor con HDR que con chatarra.

- La composición química del HDR es conocida exactamente y es uniforme.

Se ha encontrado un rendimiento superior al 95% en horno de arco eléctrico donde ha sido usado como complemento o como sustituto parcial de la chatarra.

15. Haga un esquema de proceso Midrex-

El horno de RD es un recipiente de acero con revestimiento refractario interior en la zona de reducción. Los sólidos de la carga influyen continuamente dentro del tope del horno a través de alas de cierre. El horno de reducción está diseñado para permitir el movimiento uniforme en masa de la carga por alimentación por gravedad, a través de las zonas de precalentamiento, reducción y enfriamiento del horno. El HDR enfriado es descargado en forma continua a través de las alas de cierre, en el fondo del horno. El uso de alas de cierre para la carga y descarga de los sólidos elimina la necesidad de complejas tolvas de esclusas. Se inyecta gas inerte en las alas de cierre para evitar escape de gas de proceso. Al descargarse de la cuba, el HDR se criba para eliminar los finos.

Rta:

16. Describa los factores que controlan la velocidad de reducción.

Propiedades de la superficie reaccionante expuesta a la reducción por gases las velocidades de transferencia de masa y calor a través de la capa límite de flujo de gas en la superficie exterior de la fase

sólida. la velocidad de difusión del gas reductor hacia adentro y del gas producto que sale a través de las capas de hierro reducido

pueden controlar la velocidad de reducción de los óxidos de hierro. la reacción química en la interfase de Wüstita-hierro es la etapa que controla la velocidad de reacción con el tiempo. La presencia de impurezas en las menas también puede tener un profundo efecto sobre la velocidad de reducción. Entre más rico sea el gas en hidrógeno y/o CO, más rápida será la velocidad de reducción. Cuando carbono sólido en forma de carbón, coque, carbón vegetal o carbón de leña se usan en el alto horno o en procesos de

reducción directa en horno rotatorio, la velocidad de reducción estará grandemente influenciada por la gasificación del carbono para formar el monóxido de carbono mediante la reacción de Boudouard.

17. Haga un esquema del proceso HYL III- explique

Se alimenta el reactor con pellets de mineral de hierro que se transforman en hierro esponja al quitarle el oxígeno mediante un gas reductor. El gas reductor se produce al reaccionar el gas natural con vapor de agua en el reformador. Los equipos principales son: el reformador, calentador, enfriadores, absorbedora de co2, compresores y reactore.

18. Describa las etapas finales de la reducción.

En las etapas finales de la reducción (85% y más), la velocidad de reacción disminuye drásticamente mostrando que unas velocidades muy bajas determinando el proceso están tomando el control. El examen metalográfico de la sección transversal de partículas de mena reducida, muestran pequeños residuos aislados de Wüstita rodeados por densas capas de hierro metálico que impiden la penetración del gas de reducción. La reducción puede continuar solo por la difusión de átomos de oxígeno en estado sólido hacia afuera o, en el caso del monóxido de carbono, por la difusión de los átomos de carbono hacia adentro a través de la capa de hierro.

Se produce una lenta disminución de la velocidad de reducción que se atribuye usualmente a la sinterización y recristalización del recientemente formado hierro metálico, lo cual ocurre fácilmente a temperaturas por encima de 650°C y disminuye drásticamente la porosidad de las partículas.

19. Que efecto tienen las impurezas y aditivos en la reducción.

Las impurezas tienen un profundo efecto sobre la cinética de la reducción de minerales y aglomerados de hierro. Algunos mejoran la reducibilidad, mientras que otros tienen un efecto nocivo. Algunas impurezas en los minerales están en solución sólida en los óxidos de hierro y bajan la actividad de los últimos. En otros casos las impurezas forman una fase de liga, que cementa las partículas de óxido de hierro juntándolas. En estas circunstancias las fases de liga afectan la accesibilidad del reductor. En cualquier caso las impurezas del mineral pueden tener un efecto marcado, tanto sobre las velocidades de reacción química como sobre las características de difusión.Además, las impurezas y aditivos afectan grandemente la resistencia de las partículas de mineral y aglomerantes tanto antes como después de la reducción, asi como también la tendencia de las partículas a desintegrarse o a pegarse juntas durante la reducción.

20. Los pellets para reducción directa están sujetos a requerimientos diferentes a los de pellets para alto horno. Cual es este requerimiento?

Ambas clases de pellets deben tener una buena resistencia al transporte, pero los pellets para reducción directa deben tener un bajo contenido en ganga, alta reducibilidad y poca tendencia a la desintegración o apelmazamiento durante la reducción. El contenido de ganga, especialmente el contenido de sílice, eleva el costo de la fusión de los pellets en el horno eléctrico de arco durante la fabricación del acero. La alta reducibilidad es esencial debido a que el proceso total de reducción tiene lugar en el estado sólido y con temperatura más baja que en el alto horno.

21. Propiedades del producto con el uso de HDR.

Los aceros hechos con HDR tienen menores niveles de metales residuales, gases y otras impurezas en relación con los aceros hechos de chatarra. Como sería de esperarse, estos bajos niveles de impurezas producen aceros muy dúctiles con menores niveles de resistencia. Los niveles en las propiedades son más uniformes en el producto de HDR, con ductilidad mejorada y menor resistencia. Y, como sería de esperarse, la resistencia de estos aceros está por debajo de los aceros similares hechos de chatarra. El menor nivel de residuos extraños también produce una templabilidad ligeramente menor, aunque con una disminución en el ancho del rango de templabilidad experimentado generalmente con todos los grados de chatarra. Esta disminución en el ancho del rango de templabilidad permite una fabricación de acero más consistente a los niveles de templabilidad deseados, aunque frecuentemente se requieren agentes aleantes adicionales. Los productos planos laminados en frío hechos de cargas de HDR presentan características de envejecimiento sobresalientes a causa de sus muy bajos niveles de nitrógeno.

22. Cuales factores son involucrados que tienden a incrementar el consumo de electrodos?

Adición de energía requerida para producir una escoria de ganga en HDR; - Adición de energía requerida para recuperar los óxidos de hierro no reducidos en el HDR; - Adición de escoria de colada de electrodos (el contenido de C se incrementa tanto como aumenta el FeO en la escoria); - Altos niveles de corrientes resultantes de la operación de un arco corto, y; - Mantenimiento de alta energía y niveles de corriente cobre perídos largos. Aquellas tendientes a disminuir el consumo de energía incluyen: -Disminución del tamaño resultante de chatarra desmenuzada; - Aumento de la productividad del horno, y; - Disminución de la oxidación del electrodo como resultado de un alto contenido de CO en la atmósfera del horno.

23. Explique el proceso SL/RN mejorado.

La disponibilidad y capacidad de las plantas que utilizan la tecnología del primer proceso de RD SL/RN se vieron seriamente entorpecidas por la formación prematura de adherencias y por el daño a los tubos de admisión de aire y al revestimiento del horno para la combustión no controlada. Para corregir estos problemas, se equipó al horno del proceso SL/RN con boquillas para la inyección por debajo del lecho de aproximadamente 25% del aire de proceso en la zona de precalentamiento del horno. El aire está disponible para la combustión de la materia volátil del carbón dentro del lecho, en la zona de precalentamiento. Gracias a esto, el largo de la zona de precalentamiento del horno se reduce debido a una mejor transferencia de calor y utilización del combustible. Puede utilizarse una mayor proporción de la longitud del horno como zona de reducción, aumentando así la capacidad; la frecuencia de formación de adherencias disminuye, aumentando significativamente el tiempo de operación y disminuye la demanda total de combustible. También es una opción viable la inyección bajo el lecho de combustible líquido.

La carga del horno rotatorio, el enfriamiento del producto y la separación del producto en el proceso SL/RN mejorado no son significativamente diferentes de las descripciones anteriores de las plantas con la tecnología inicial.

24. Nombre 10 factores que influyen en el Consumo de energía eléctrica en los HRD?

La cantidad de elementos de aleación oxidables en la chatarra y el consumo de oxígeno La calidad de la chatarra y el rendimiento metálico. El tiempo de refinación requerido para diferentes grados de acero. La cantidad de cal, carbón y elementos de aleación Temperatura del cargue Nivel inicial de energía por tonelada de capacidad del horno La eficiencia térmica del horno (que es mayor para hornos grandes) Productividad, Prácticas de operación tales como programas de energía, etc Como una consecuencia de tales factores, el consumo de energía eléctrica usado para la fusión de la chatarra puede ser tan

bajo como 450 KWH/t cargada o puede exceder los 600 KWH/t cargada. Diferentes factores adicionales influyen en el consumo de energía usado en la fusión de HDR o mezclas de HDR y

chatarra en el horno de arco. Energía requerida para recuperar los óxidos de hierro no reducidos en el HDR Energía requerida para producir una escoria apropiada de ganga en el HDR Ausencia de elementos de aleación oxidables en el HDR Incremento de la energía útil inicial resultante de bajas pérdidas reactivas Más cortos tiempos de refinación resultantes de la combinación de fusión y afino Productividad mejorada y mejores pérdidas de calor por unidad

25. Como son las características en la composición química de los productos fabricados a por HDR?

El contenido de impurezas del HDR depende principalmente de la fuente del mineral; para el HDR generalmente se seleccionan minerales con muy bajo contenido de impurezas. Y segundo, los procesos de reducción tienen alguna influencia en los niveles de azufre. Por ejemplo, los procesos de reducción a base de gas, en los que se usan pelets endurecidos pueden producir niveles de azufre tan bajos como 0,005%, en tanto que en los procesos de reducción basados en carbono son más típicos los niveles de azufre de 0,02. El bajo nivel de impurezas del HDR permite al fabricante.

26. Efectos de la metalización en el proceso.

En la mayoría de los casos el oxígeno remanente en la metalización es removido, así que en la fabricación del acero se puede tener dos opciones con respecto a la wustita.- Para cierto acero se puede operar el horno sin permitir que se vaya mucho FeO en la escoria, puesto que ocurriría una pérdida adicional de hierro.

Se puede intentar recuperar la mayor parte del hierro como se muestra en la siguiente ecuación:

FeO + C = Fe + CO suministrando carbono adicional para la reducción de la wustita, con lo cual se incrementa la energía de fusión consumida y el tiempo de la operación

27. Como infieren las materias primas en la producción de HDR.

La selección de los materiales de alimentación para la producción de HDR debe tomar en consideración las exigencias dictadas por el tipo de proceso (cuba vertical, horno rotatorio o lecho fluidizado), las propiedades necesarias de los materiales alimentados para la máxima eficiencia del proceso, y la calidad del producto requerida para optimizar el funcionamiento del HDR en las operaciones subsecuentes de fabricación de acero.

28. Describa brevemente las características de las materias primas.

Distribución de tamaño: Para un proceso de reducción de cuba vertical, el tamaño óptimo superior para alimentar un mineral grueso es 25 mm (1 pulg), pero es aceptable un rango de 6 a 50 mm (1/4 a 2 pulg). Los minerales gruesos con un tamaño superior entre 13 y 50 mm (1/2 y 2 pulg) se consideran aceptables para la reducción en un horno rotatorio. Un material de alimentación deseable para un proceso de reducción de lecho fluidizado debería tener un tamaño superior de 2,8 mm (1/8 pulg).

Propiedades de resistencia: una buena alimentación de mineral grueso para un horno de cuba vertical debe tener un índice TUMBLER ASTM de por lo menos 80% más de 6,3 mm y un máximo de 10 menos 595 micras (índice de abrasión). De forma similar, una buena alimentación de pellets debe tener un índice TUMBLER ASTM de por lo menos el 92% más 6,3 mm y un máximo de 5% menos 595 micras. Los pellets deberán tener también una resistencia a la compresión mínima de 200 kg por pellets de -12,7 a -9,5 mm.Los requerimientos para las propiedades de resistencia en los materiales de alimentación en los procesos de reducción en horno giratorio son similares a aquellos de los procesos en cuba vertical.

Propiedades químicas: son muy importantes para la velocidad cinética de las reacciones ocurridas en el proceso.

29. Factores que influyen en la selección y preparación de la alimentación para procesos de reducción directa.

Clasificación de los minerales Materiales por producto. Trituración, tamaño y concentración. Aglomeración Adiciones de bentonita Adiciones de dolomita, caliza y cal hidratada Endurecimiento

30. Propiedades deseadas para buen pellet son:

Rango de tamaño estrecho y mínimo de finos, particularmente para procesos de cuba.

Buena resistencia en frío y resistencia a la degradación durante la manipulación.

Alta reducibilidad.

Resistencia a la degradación durante el calentamiento y la reducción.

Mínima cantidad de hinchamiento durante la reducción.

Pequeña tendencia a pegarse y formar acreciones a la temperatura de reducción.

Alta resistencia del producto terminado.

Resistencia a la reoxidación del producto reducido.

31. Defina el termino conminución relacionado con la aglomeración de los pellets en la RD.

La selección entre molienda seca o húmeda debe estar dictada por la naturaleza de la materia prima o por el tipo de proceso de beneficio, o aún por la disponibilidad de agua. La molienda en seco requiere más energía de molienda, pero tiene la ventaja de evitar la operación de secado. Esto es particularmente importante con la hematita y la goetita terrosas, algunas de las cuales son muy difíciles de deshidratar.

32. De qué depende la selección de combustibles para la producción de reductores para procesos de RD.

La selección de combustibles para la producción de reductores gaseosos para procesos RD es comparativamente amplia. El gas natural es corrientemente el más ampliamente utilizado para este propósito. Este tiene la ventaja de un bajo contenido de azufre y buena transportabilidad y puede ser convertido relativamente fácil en hidrógeno y monóxido de carbono por reformación catalítica con vapor.El uso de carbón fue previamente discutido en la producción de coque para el alto horno. Sin embargo, el carbón puede ser convertido a hidrógeno y monóxido de carbono para uso en procesos RD por gasificación con oxígeno. Otros combustibles, los cuales están disponibles en cantidades limitadas pero que pueden considerarse, son el gas de coquería y los desechos de gas de refinería. Estos gases contienen cantidades variables de metano y pueden reformarse de la misma forma que el gas natural, para producir hidrógeno y monóxido de carbono.

33. Describa la reforma catalítica para la producción de gases de reducción en el proceso de RD.

El proceso de reforma catalítica con vapor utiliza un catalizador de Niquel que se soporta sobre una base refractaria como la

alumina, la forma del catalizador es usualmente como pelets, formas especialmente coquizada tal como . Las reacciones químicas

son las siguientes:

CH4 + H20 = 3H2 + CO

CH4 + CO2 = 2H2 + 2CO

C0 + H20 = H2 + CO2

El proceso de reforma para producir las mixturas de monoxido de hidrógeno – carbono, se opera generalmente con una relación

vapor a mol carbón de 3.5 a una presión de 30.5 mg/cm3 ( 435ps) y una T° a las salida de 785° C. Para producir el gas de reducción

no es esencial la alta presión porque la mayor parte de los procesos DR operan por debajo de los 1.2 mg/cm3.

34. . En el proceso HYL II se ha logrado optimizar la utilización del gas reductor fundamentalmente mediante la remoción selectiva de carbón del circuito de reducción (en forma de CO2). Explique.

En cualquier proceso de reducción directa, el carbón elemental asociado a los hidrocarburos del gas natural debe ser removido del proceso global para satisfacer el balance de carbón. Para composiciones típicas de HDR, únicamente el 18% del carbón total se incorpora al producto en forma de carburo de hierro) y por consiguiente, el 82% restante debe ser purgado del sistema en forma de gas de colas. En el proceso HYL III, aproximadamente un 65% del carbón elemental se remueve selectivamente en forma de CO 2, y por ende, se logra casi una utilización total de los gases reductores al minimizar la purga de gas de colas del sistema. Unicamente se requiere una pequeña purga con el fin de mantener los niveles de inertes en el sistema y para el control de presión.

35. Industrialmente se presenta que el uso de oxigeno es menor cuando se funde DRI que cuando se funde chatarra ya que:

La entrada de oxígeno en DRI reduce los óxidos de hierro Se disminuye la necesidad de oxigeno ya que no se debe cortar como la chatarra Se disminuye la necesidad de oxígeno para la oxidación metálica de impurezas en el baño Los óxidos de hierro en DRI se reducen más fácil que los óxidos de hierro de la chatarra permitiendo menos uso de oxigeno

36. Explique mediante un diagrama el proceso de briquetización en caliente?

en este proceso La materia prima es alimentada con un tornillo que forza el material en caliente en medio de dos cilindros de rotación contraria en los cuales entra el material en las ranuras Sincrónicamente para formar las briquetas. Las briquetas caen a un separador de tambor o de impacto las cuales siguen a un circuito de almacenaje. En este proceso se producen finos los cuales son tamizados y realimentados a través de elevadores de cangilones para asi volver a iniciar el proceso. Este proceso se produce a altas temperaturas (por lo general aprox. 700° C) y altas fuerzas de compresión (por ejemplo, 120 kN por cm de ancho del rodillo activo.

37. Enumere cuales son las características que hacen importante al HBI? • No cambia la composición química en los procesos de briquetización. • Mínima perdida de metalización. solamente durante un largo tiempo de almacenado. •No causa problemas al productor y al usuario en el sitio de almacenaje. • Mínimo riesgo de recalentamiento durante el almacenaje. • No requiere de inertización especial en las bodegas y el transporte. • Manejo similar a los residuos, con una ventaja adicional de que es un producto de tamaño pequeño y uniforme. • Densidad aparente alta. • Baja saturación de humedad. • Precalentamiento eficiente para EAF.

38. La carga continua trae beneficios significativos en el funcionamiento del horno eléctrico de arco y son:

Menor tiempo de apagado: Eliminación de las cargas, retrasos en las grúas, etc., mejores resultados en la potencia máxima que se aplica durante una mayor parte del ciclo de calor. Menor pérdida de calor: Perdidas de calor resultantes de las cargas anteriores, en general se eliminan las pérdidas de calor por unidad de tiempo. Entrada superior de energía: Las pérdidas menores eléctricas resultantes de alimentación continua producen energía adicional para la fusión. Combinación de fusión y refinación: La composición química conocida del DRI y sus impurezas indeseables permiten el refino durante la carga continua y la fusión en curso. Mejora de la transferencia de calor en el baño y las reacciones metalúrgicas ocurren más rápido. La reacción del carbono con los óxidos de hierro sin reducción en el DRI induce una fuerte ebullición continua durante todo el período continuo de carga, que mejora en gran medida la transferencia de calor.

39. Cuáles son las principales reacciones químicas involucradas en lareoxidación de una Briqueta de HDR.

40. Cuales son las precauciones que deben satisfacerse tanto los embarques oceánicos así como los terrestres en el transporte de briquetas HDR.

a. El depósito del barco debe estar limpio y seco. b. Evitar el almacenamiento cerca de fuentes de calor o tubos de vapor del cuarto de máquinas.

c. No transferir o cargar en la lluvia, nieve, o llovizna lo suficientemente pesada para causar condensación en las briquetas. d. Después de cargar, chequear las temperaturas, insertando una termocupla de 15 -30 cm por debajo de la superficie de la pila. Si se observan temperaturas por encima de 100 grados, retener el barco hasta que se determine que la temperatura está disminuyendo.

41. La energía consumida en la fundición de chatarra EAF varía ampliamente en función, de varios factores.

a) La calidad de la chatarra metálica y el rendimiento b) El tiempo requerido para el acero refinado diferentes grados c) En la medida de carbono de cal, y las adiciones de aleación; d) Temperatura de toma; e) La entrada de energía por tonelada de capacidad del horno

42. En cuanto a la productividad, explique cómo influye la carga de DRI para la producción de aceros.

Debido a que el efecto que puede producir el DRI en la productividad del horno eléctrico se considera como una de las mayores preocupaciones, por tal razón se debe buscar cual es el método mas adecuado para la carga de DRI al horno, ya que puede cargarse en forma de lotes producidos o cargas continuas es importante tener en cuenta que las sustituciones de DRI en el horno eléctrico solo se han empleado para reemplazar cargas de chatarra de baja densidad, en conclusión las cargas de DRI se pueden realizar pero el método mas empleado es carga en lotes por sus costos al cargue, sin embargo con este la productividad de HEA es baja en comparación a la producción de horno con la chatarra, el método de carga con DRI en forma continua da mejores resultados de productividad pero muy elevados costos de infraestructura.

43. Escriba las propiedades físicas del proceso COREX.

El proceso de Corex tiene un horno de cuba para prerreducción. Las propiedades físicas de tamaño y fuerza recomendados para la alimentación de hierro son:  Tamaño del rango Tolerable

mineral triturado: 6-30 mm pellets: 6-30 mm sinter: 6-45 mm

 Preferido: 

mineral triturado: 8-20 mm pellets: 8-16 mm sinter: 10-30 mm

Denominación general: pellets 92-98%, finos 1-5% Mineral triturado 85-95%, finos 5-10%

   Resistencia a la compresión , pellets mayor a 250 Kg

44. Describa el proceso COREX

Este proceso Corex, esta en fase de desarrollo, con los sistemas de lecho fluidizado en lugar de un eje como la unidad de prerreducción, se usará principalmente con minerales finos. Los lechos fluidizados se utilizan para el precalentamiento, prerreducción y reducción. Al igual que en el proceso de FINMET, la sinterización natural de minerales de hasta 8 mm de tamaño será adecuado.

El proceso Corex es una alternativa para la fabricación de arrabio en la que el coque puede reemplazarse por una amplia gama de carbones. El reemplazo del coque es el objetivo principal que ayuda a reducir el costo del arrabio y la consiguiente contaminación ambiental.

El proceso COREX separa las etapas de reducción y fusión del mineral de hierro en dos reactores:

La reducción del gas reductor y la liberación de la energía del carbón para la fusión, tiene lugar en el horno FUSION GASIFICADOR.

La reducción del mineral de hierro se efectúa en un horno de cuba.

45. Que factores son necesarios para que ocurra la sinterizacion. Un humedecimiento del material para proporcionar una fuente de oxígeno,

Suficiente volumen de material para aislar contra pérdidas de calor,

Un HDR con una relación superficie volumen y una reactividad tales que la temperatura del lote aumente apreciablemente con las reacciones de reoxidación.

46. Nombre caracterisitcas físicas del HDR briqueteado.

Fragilidad

Densidad y ángulo de reposo

Facil Manejo

Facil Almacenamiento

Transporte por Agua

Transporte por Tren o Camiones

47. En el almacenamiento puede ocurrir la ignición espontánea, ya que las temperaturas de oxidación lo suficientemente altas para causar sinterización de los materiales. Mencione varios factores generalmente son necesarios para que ocurra tal reacción.

Un humedecimiento del material para proporcionar una fuente de oxígeno, Suficiente volumen de material para aislar contra pérdidas de calor. Un HDR con una relación superficie volumen y una reactividad tales que la temperatura del lote aumente apreciablemente

con las reacciones de reoxidación.

48. Describa como se realiza o como se debe realizar elalmacenamiento del HDR.

Se prefiere el almacenamiento cubierto para todos los tipos de HDR, pero se han hecho pruebas de almacenamiento al aire libre sin pérdidas indebidas de metalización o sobrecalentamiento, teniendo precauciones relativamente simples.

Las cantidades grandes recién producidas de pelets de HDR sin pasivarse deben almacenarse en silos limpiados con gas inerte o permitir que envejezcan bajo techo en áreas de almacenamiento bien ventiladas.

Durante este envejecimiento se produce algo de calor y esto tiene lugar rápidamente.

La altura de una capa de material fresco debe limitarse a 1.5 metros para permitir una rápida disipación de calor.

Los pelets HDR envejecidos pueden almacenarse seguramente en pilas si el producto se mantiene seco o bajo techo o cubierto con un encerado.

49. Describa el proceso Fior en reducción directa

la reducción de mineral de hierro en lecho fluidizado de Fior reduce los finos de mineral de hierro en una serie de cuatro reactores de lecho fluidizado. Los otros dos componentes principales del proceso Fior son un reformador para producir el gas reductor fresco y una sección de briquetación en la cual se compactan los finos de mineral de hierro reducidos.

Para aprovechar el flujo por gravedad de los sólidos entre etapas, los reactores de lecho fluidizado están montados sobre una estructura en forma de torre. Por lo tanto, el mineral que ha sido apropiadamente clasificado y secado debe elevarse hasta la parte superior de la estructura, ya sea por un elevador neumático o por vagonetas de elevación. Como el proceso Fior opera a elevadas temperaturas (información de los propietarios), el mineral elevado neumáticamente podría alimentarse directamente el primer reactor, pero el mineral elevado por medio de vagonetas exigiría el uso de un sistema intermedio de tolvas de compensación, para poder aumentar la presión a la presión de operación.

El mineral se carga en forma continua en el reactor de precalentamiento, donde se hace salir el agua residual y el mineral es calentado a aproximadamente 800C. Los productos de combustión se utilizan para fluidizar y calentar el mineral. A medida que aumenta el nivel de mineral en el precalentador, rebalsa hacia el primero de los tres reactores de reducción. En el primero, la temperatura de operación es de aproximadamente 700C y se lleva a cabo alrededor del 10% de la reducción antes de que el mineral rebalse sucesivamente hacia el segundo y tercer reactores. Los finos de mineral de hierro con un 91 a 93% de metalización salen del tercer reactor a una temperatura de aproximadamente 750C.

El gas reductor comprimido entra al fondo del reactor de más abajo y fluye en contracorriente al mineral que desciende.

50. La experiencia industrial ha mostrado, por lo general, un uso considerablemente menor de O2 gaseoso cuando se funde HDR en vez de chatarra. Nombre los diversos factores contribuyen a este meno uso de O2 gaseoso.

- El oxígeno de entrada en el HDR asociado con los óxidos de hierro no reducidos; - La disminución necesaria de O2 para el corte de la chatarra; - La disminución necesria de O2 para oxidar ciertas impurezas metálicas del baño, y; - El óxido de hierro no reducido en el HDR es usualmente suficiente para proveer los requerimientos de

escoria para óxido de hierro.