INGENIERIA QUIMICA Y METALURGIA

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL ING. METALURGICACURSO: Siderurgia I

TEMA: Ejercicios de siderurgia I

DOCENTE: Ing. Nicanor Manuel Vega Pereda

ALUMNA: Flores Cervantes Flor Elisa

CICLO: VIII

HUACHO – PERU – 2014

PROBLEMA1. Se desea analizar una caliza; se pesan 3 gramos de la misma y se atacan con ácido clorhídrico obteniéndose 0,5 litros de CO2. Calcular la riqueza de la caliza.

La reacción que tiene lugar es:

100g [Co3Ca] + 2ClH ---22.4 [CO2] + Cl2Ca+ H2O

Y a partir de ahí,

Si 100g CO3Ca--- 22,4 litros CO2, entonces 3g--- X = 0,672 litros de CO2

, pero como realmente hemos obtenido 0,5 litros, el rendimiento de la operación será :

O, 5000,672

X 100=74 %

PROBLEMA2. Calcinando CaCO3 obtenemos 8 litros de CO2 medidos a 27 ºC y 2 atmósferas. ¿Cuántos gramos de carbonato se han calcinado sabiendo que se trata de un mineral impuro del 70 % de riqueza.

Para saber que volumen ocupan en condiciones normales los 8 litros recogidos a 27 ºC y 2 atmósferas, aplicamos la fórmula de la ecuación

general de los gases perfectos: Condiciones iniciales : P1 = 2 atmósferas ; T1 = 300 ºK ; V1 = 8 litros

Condiciones finales : P2 = 1 atmósfera ; T2 = 273 ºK ; V1 = x litrosCon lo cual :

Litros de CO2. A partir de ahí, Si 22,4 litros de CO2 proceden de 100 gramos de carbonato cálcico,

entonces14,56 litros de CO2 procederán de X gramos de carbonato cálcico.

Operando: X = 65 gramos de carbonato cálcico puro. Pero como la caliza es de una riqueza del 70 %, tendremos:

PROBLEMA3. Se mezclan 95 gramos de azufre (S) con 100 gramos de hierro (Fe) en polvo. Se introduce la mezcla en un crisol y se calienta fuertemente. Se forma sulfuro ferroso (FeS) y el azufre sobrante se volatiliza. Este azufre arde dando anhídrido sulfuroso (SO2). Calcular el volumen de SO2 que se forma, medido a temperatura normal, y el peso de FeS obtenido.

La reacción para obtener FeS es:

Y a partir de ahí, Si 55,8 gramos de Fe dan 87,8 gramos de SFe, entonces100 gramos de Fe darán X gramos de SFe.Operando: X = 157,34 gramos de SFe.Al mismo tiempo, Si 87,8 gramos de SFe proceden de 32 gramos de S, entonces157,34 gramos de SFe procederán de X gramos de S.Operando: X = 57,57 gramos de S. Por consiguiente, nos quedan : 95 – 57,57 = 37,43 gramos de azufre.La reacción para dar anhídrido sulfuroso es :

Y a partir de ahí, Si 32 gramos de azufre dan 22,4 litros de SO2, entonces

37,43 gramos de azufre darán X litros de SO2.

Operando: X = 26,2 litros de SO2.

PROBLEMA4.¿Cuántos m3 de aire se necesitan para la combustión completa de una tonelada de carbón. Se supondrá que el aire contiene un quinto de su volumen en oxígeno.

RespuestaConsiderando que el carbón está, básicamente, compuesto de carbono, podemos plantear la siguiente ecuación estequiométrica:

que representa la combustión completa de un mol de carbono. Puesto que nos solicitan el consumo de oxígeno expresado en metros cúbicos, tendremos en cuenta la equivalencia en volumen de un mol de cualquier sustancia gaseosa,simplificando a condiciones normales de presión y temperatura. De ese modo podemos plantear:

Y aplicando una regla de tres simple:Si 12 g de Carbón(o) reaccionan con 22,4 litros de Oxígeno106 de Carbón(o) reaccionarán con X litros de Oxígeno.

De donde resulta que los metros cúbicos de oxígeno necesarios serán: 1866,66. Si suponemos que el aire contiene (1/5) de su volumen de oxígeno, tendremos finalmente que: 1866,66 x 5 = 9333,33 son los m3

de aire para la combustión completa de una tonelada (106 g) de carbón.

PROBLEMA5. El siguiente carbón se utiliza para fabricar coque:CHONCeniza

80 %6 %8 %1 %5 %

El coque obtenido contiene 92% de C y 8% de cenizas. El análisis de los gases de coquización es:

C 2 H4CH 4COCO2

H2

N2

4 %35 %8 %4 %44 %5 %

Todos los análisis están en base seca. El alquitrán puede despreciarse. Calcular los kilogramos de coque y el volumen en m3 (CNTP) de gas seco producido a partir de 1tonelada de carbón.

Solución:

B.C=1000kg de carbón Se toma como sustancia de enlace la ceniza del carbónCoque producido =50x (100/8)=625kgCarbono en el coque = 0.92x625=575kgCarbono en gases =800-575=225kg=18.75kg-atPor cada 100kg-mol de gases hay:(4x2+35+8+4)=55kg-at CGases producidos=18.75X(100/55)=34.09kg-molVolumen=34.09x22.4=763.62m3 (CNTP)

ProblemaN6:Un alto horno utiliza mineral y produce un arrabio de la siguiente composición: Mineral Arrabio

Fe2O3 84% Fe 94,0% SiO2 9 Si 2,2 Al2O3 3 C 3,8 H2O 4

El fundente (90 libras por 100 libras de arrabio) es :

C 84%SiO2 10Al2O3 3H2O 3

El análisis de los gases (secos):

CO 27%CO2 14N2 59

Asumir que no hay en la escoria.

PREGUNTAS: a) El peso del mineral fundido, por la tonelada de arrabio.

SOLUCION

a) 1 tonelada corta = 2000 libras

Peso del Fe en mineral = peso del Fe en arrabio.

Fe en arrabio = 2000 x 0,94 = 1880 lbs. Fe en mineral = 84 (112/160) = 58,8% Mineral = 1880/0,588 = 3197,3 lbs.

Problema 7Un alto horno produce un arrabio que contiene:

C 3,6%Si 1,4%Fe 95,0%

El mineral contenía: Fe2O3 80%

SiO2 12%Al2O3 8%

El coque (1 kilogramo por kilogramo de arrabio), contenía:

SiO2 10%C 90%

El fundente (0,40 kilogramos por kilogramo de arrabio) era CaCO3 puro.El gas contenía 28%CO y 12%CO2.

PREGUNTAS:Por tonelada de arrabio producido:

a)El peso del mineral utilizadob)El peso de la escoria producida

SOLUCIONa) Peso de Fe en arrabio = Peso de Fe en mineral Fe en arrabio = 1000x0,95 = 950 kg

Fe en mineral = 80(112/160) = 56% Mineral = 950/0,56 = 1696 Kg.

Peso del mineral = 1696 Kg./ton. de arrabio

EJERCICIO 9: Requerimientos energéticos para la reducción directa del hierro hematites por el C.

Como estimación, se puede señalar que el gasto energético necesario para obtener una tonelada, 1,0 Tm de acero, es de 16,96 GJ/Tm

Reducción directa del carbono:Fe2O3 + 3 C⇔ 2Fe + 3CO

( x 32) 2C + O2⇔ 2CO ΔG (273)≈ΔH (273)=− 65 Kcal

mol O2

( x −32

) 43

Fe + O2⇔23

Fe2O3 ΔG (273)≈ΔH (273)=− 120 Kcalmol O2

Fe2O3 + 3 C⇔ 2Fe + 3 CO ΔG (273)≈ΔH (273)=85 Kcal2 mol Fe

Ronda de factores de conversión:82 ,5 Kcal2 mol Fe

⋅1 mol Fe56 gr

⋅4 ,18 Jcal

⋅106 grTm

≈ 3⋅109 JTm

3 GJ/Tm

EJERCICIO 10: Requerimientos energéticos para la obtención de hierro (acero) en horno eléctrico.

Como valor estimativo, la cantidad de energía necesaria para obtener una tonelada de acero en horno eléctrico es de 5,6 GJ/Tm.

Energía necesaria: C p (1.538 - 25) + LCalor latente del Fe, L = 3.658 cal/molCalor específico a presión constante del hierro: C p 0,15 cal/ºC · g

3658 calmol

⋅1 mol Fe56 gr

⋅4 ,18 Jcal

⋅106 grTm

= 0 ,27⋅109 JTm

C p ΔT =(1538−25 )ºC 0 ,15 calºC gr

⋅4 ,18 Jcal

⋅106 grTm

= 0 ,95⋅109 JTm

La energía necesaria será 1,22 GJ/Tm

PROBLEMA10 El calor de reacción correspondiente a la descomposición térmica del carbonato de calcio es -42,49 kcal .mol−1, siendo los productos de reacción que se obtienen oxido de calcio y dióxido de carbono calcule:

a) El consumo de carbón mineral que hay que añadir a un horno de calefacción para obtener una tonelada de óxido de calcio, suponiendo que el rendimiento térmico del horno sea del 70%, se sabe que la entalpia de la reacción:

C + O2 CO2 el igual a ∆ H=−94,52 Kcal .mol−1

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) ∆ H=42,49 kcal

Calor necesario para obtener una tonelada de CaO es:106 gCaO 1molCaO

56 gCaO42,49 Kcal1molCaO

=7,6∗105 Kcal

Como el rendimiento térmico es del 70%:7,6∗105 Kcal

100 Kcal (teorico )

70 Kcal (real )=1,09∗106 Kcal

Relacionando este calor con el que se desprende en la combustión del carbono:

1,09∗106 Kcal 1 molC94,52 Kcal

=1,15∗104 molC

Suponiendo que el carbón contiene 100% de C, la masa correspondiente es:

1,15∗104 molC 12gC1 molC

=1,38∗105 gC