Ejercicios de Sider

UNIVERSIDAD JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALÚRGICA
ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA






PROBLEMAS DE SIDERURGIA I
















1. 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 :



Y a partir de ahí,
Si 100 gramos de carbonato cálcico dan 22,4 litros de CO2 , entonces
3 gramos de carbonato cálcico darán X litros de CO2.
Operando resulta X = 0,672 litros de CO2, pero como realmente hemos obtenido
0,5 litros, el rendimiento de la operación será :





2. Calcinando CaCO
3
obtenemos 8 litros de CO
2
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 litros
Con lo cual :



Litros de CO
2
. A partir de ahí,
Si 22,4 litros de CO
2
proceden de 100 gramos de carbonato cálcico, entonces
14,56 litros de CO
2
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:



de carbonato cálcico del 70 % de riqueza.
3. 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, entonces
100 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, entonces
157,34 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.



4. ¿Cuántos m
3
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.
Respuesta
Considerando 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 Oxígeno
10
6
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 m
3
de aire para la combustión
completa de una tonelada (10
6
g) de carbón.




6. Despreciando el gas carbónico que resulta de la descomposición de los
carbonatos de la carga, se puede representar globalmente la reducción de
óxido férrico en el alto horno mediante la ecuación:






( )
Sabiendo que la relación de los volúmenes de gas carbónico y del óxido de
carbono es igual a ½ se pide:

1. El valor de x en la ecuación anterior
2. El peso de coque (de 90% de carbono) necesario para reducir una tonelada
de oxido férrico.
3. El volumen de aire inyectado (0 °C , 1atm) correspondiente.
Solución:


1.





( )























Quedando la ecuación de la siguiente manera:



















2.

( )














()



()











()
()









Las cantidades de coque y de mineral que se necesita son usualmente mayores que
las calculadas, una primera razón es que ni el coque es puro carbón, ni el mineral
es puro oxido férrico III, por lo que la cantidad de coque a utilizar es más de
225000 gr.
Para garantizar las cantidades de de C necesarios para reducir 1tonelada de




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:



( )





( )

Necesitaremos 250kg de coque para reducir una tonelada de óxido férrico

3. primeramente calculamos los moles de aire seco inyectado se realiza por
un balance de nitrógeno
a) entrada del carbón




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

b) del aire (por diferencia)
12.4208 – 0.0455 = 12.3753mol - kg






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: