Jose Faustino Sanchez: Ejercicios Resueltos

“UNIVERSIDAD
“UNIVERSIDAD NACIONAL
JOSE FAUSTINO SANCHEZ
CARRION”
FACULTAD DE INGENIERIA
QUIMICA Y METALURGICA
ESCUELA ACADEMICA
PROFESIONAL INGENIERIA
METALURGICA
IX CICLO
V
DOCENTE
ING. VEGA PEREDA NICANOR
CURSO
SIDERURGIA II
AUTOR:
SUSANIBAR KLER, ALEXANDER
HUACHO-PERÚ
2017
EJERCICIOS RESUELTOS
1. Una mezcla gaseosa de la siguiente composición en volumen CO: 30%,

CO2: 10%, H2:10%, y N2: 50% entra como alimentación a un horno de
fundición a 927ºC (1200K). Calcule la composición del equilibrio de la
mezcla gaseosa suponiendo que la presión total en el horno es de 1 atm a
partir de los siguientes datos:
 + / = ;  =   .  

 +  = ;  =   .  
 = ;  =  + .   
 + 
Suponga que todos los gases se comportan idealmente
SOLUCION
Cuando la mezcla gaseosa que contiene CO, CO2 y H2, el N2 es inerte alimenta
el horno, los gases tenderán a reaccionar unos con otros hasta establecer el
equilibrio de la reacción.
 + / = ;  =     /

 =  + ;  =  + .  /
 + / = ;  =  + .  /
 +  =  + ;  =   .  

A T=927ºC + 273K = 1200 K
 =   . () =  /

De la ecuación:  = .
− −(−/)
=  . = (./ )( ) = .
 +  =  + 
INICIO 0.10 0.10 0.30 0
CAMBIO -x -x +x +x
EQUILIBRIO 0,10 – x 0,10 – x 0,30 + x x
()  () = ()  ()

= ()  () ()  ()
:
() =    , = ,+
. 
() =    , = .
() =    ,  = ,. 

() =    , = ,
. 
:
,+ 
.  . 

.= ,
 .  ,
.  
, ,+,=
=,
Gas Mol %
CO 0,3243 32,4%
H20 0,02430 2,4%
CO2 0,0757 7,6%
H2 0,0757 7,6%
N2 0.5 50
TOTAL 1 100%
2. Un convertidor Bessemer acido sopla una carga de 20 toneladas métricas de

un arrabio que contiene:
C 3,6%
Mn 0.7%
Si 1,2%
Se oxida también hierro en una cantidad equivalente al 2.8% del arrabio.

Dos tercios del C pasa a CO y un tercio a CO2. Asumir que el hierro se
oxida a una rata uniforme a través del soplado. El soplado tarda 13
minutos. Los gases salen del convertidor a 1500°.
El calor de formación de la escoria es de 150 kilocaloría por kilogramo de
SiO2.
PREGUNTAS
a. El volumen total de aire necesario para el soplado.

b. El peso de la escoria y el volumen de los gases producidos.
SOLUCION
a. Arrabio = 20000 kg
C= 20000 x 0.036= 720

Mn= 20000 x 0.007= 140
Si= 20000 x 0.012= 240
Fe= 20000 x 0.945= 18900
C CO = 720 x 2/3 = 480

C CO2= 720 – 480= 240
Fe FeO = 20000 x 0.028= 560
O del CO = 480 x 16/12 = 640 kg

O del CO2 = 240 x 32/12 = 640 kg
O del Mn = 140 x 16/55 =40.7 kg
O del Si = 240 x 32/28 = 275 kg
O del Fe = 560 x 16/56 = 160 kg
O total de aire= 17755.7 = 1229 m3
Aire = 1229/0.21 = 5852 m3
Aire necesario = 5852 m3
b. Escoria = MnO + SiO2 + FeO
MnO= 140 + 40.7= 180.7 kg

SiO2= 240 + 275= 515 kg
FeO= 560 + 160= 720 kg
Escoria = 1415.7 kg
Peso de la escoria = 1415.7 kg
3. Un artículo menciona los siguientes análisis para la operación de un

convertidor que trata un arrabio bajo en silicio y alto en manganeso, por el
proceso Bessemer Sueco, el soplado fue suspendido para retener carbono y
manganeso en el acero.
La carga es de 20 toneladas métricas, y el peso del acero fue de 18400

kilogramos.
No se adiciona ningún fundente, pero hay corrosión del revestimiento del

convertidor. El revestimiento no contiene manganeso.
ARRABIO (%) ACERO AL FINAL ESCORIA (%)
DEL SOPLO (%)
C 4.36 C 0.74 SiO2 47.25
Mn 2.98 Mn 0.25 MnO 37.80
Si 0.95 Si 0.04 FeO 9.45
P 0.02 Al2O3 4.22
Fe 91.69 MgO 0.40
CaO 0.88
P2O5 -----
PREGUNTAS
a. El porcentaje removido de cada una de las impuresas

b. La composición del revestimiento
SOLUCION
a. Arrabio = 20 000 kg
C en el arrabio = 20 000 x 0.0436 = 872 kg
C en el acero = 18400 x 0.0074 = 136.16 kg
C removido = 872 -136.16 = 735.84 kg
Mn en el arrabio = 20 000 x 0.0298 = 596 kg

Mn en el acero = 18400 x 0.0025 = 46 kg
Mn removido = 596 - 46 = 550 kg
Si en el arrabio = 20 000 x 0.0095 = 190 kg

Si en el acero = 18400 x 0.0004 = 7.36 kg
Si removido = 190 -7.36 = 182.64 kg
Impurezas removidas:
C= 735.84/872 = 0.844
C removido = 84.4%
Mn = 550/596 =0.923
Mn removido = 92.3 %
Si= 182.64/190=0.962
Si removido = 96.2 %
b. Mn en escoria sin corrosión del revestimiento = MnO en escoria del

revestimiento.
Escoria con revestimiento corroído= SiO2+MnO+Feo+Al2O3 +MgO+ CaO
Escoria con corrosión del revestimiento= 710/0.378=1878,3 kg

Revestimiento corroído=1878,3 – 1270 = 608,3 kg
Distribución de la escoria con revestimiento corroído en sus componentes:
SiO2 = 1878.3 x 0.4725 =887.5 kg

MnO = 1878.3 x 0.3780 = 710 kg
FeO = 1878.3 x 0.0945 = 177.5 kg
Al2O3 = 1878.3 x 0.0422 = 79.3 kg
MgO = 1878.3 x 0.0040= 7.5 kg
CaO = 1878.3 x 0.0088= 16.5 kg
Composicion del revestimiento
SiO2 = 887.5 - 391 =496.5 kg = 81.62%

FeO = 177.5 - 169 = 8.5 kg = 1.40%
Al2O3 = = 79.3 kg = 13.04%
MgO = = 7.5 kg = 1.23%
CaO = = 16.5 kg = 2.71
Total = 608.3 kg = 100%
4. Un horno de hogar abierto (básico) para aceros procesa una carga de 80

toneladas de arrabio y chatarra que tiene en promedio la siguiente
composición:
C – 2.5 %, Mn – 0.7 %, Si – 1.0 %, P – 0.8 %, Fe – 94.8 %
El metal final (listo para la carburación) debe contener un quinto del

carbono original y un séptimo del magnesio original, pero nada de silicio ni
fosforo.
La oxidación de las impurezas esta acompañada parcialmente por los gases
del horno y parcialmente por la adición de un mineral que contiene 85 % de
Fe2O3 Y 15% de SiO2; asumir la división de la oxidación del método
siguiente:
Si, todo por gases……………………………………………………. a SiO2

Mn, la mitad por gases y la mitad por mineral…………………… a MnO
C, un quinto por gases, cuatro quintos por mineral………… ...…. a CO
P, todo por el mineral…………………………………..…………… a P2O5
La escoria deberá contener FeO equivalente al 2% del hierro en el arrabio

y la chatarra cargados. El FeO esta oxidado la mitad por gases y la otra
mitad es reducido del Fe2O3. Se carga suficiente CaCO3, como para
producir una escoria con 40% de CaO.
PREGUNTAS:
a. El peso del mineral necesario

b. El peso de la escoria producida
SOLUCION
a. En el mineral, el agente oxidante es el Fe2O3

Carga= 80x2000 = 160 000 libras.
C= 160 000 x 0.027= 4230
C oxidado = 4230x 4/5 = 3456
C oxidado por el mineral= 3456x4/5=2764.8
O de este= 2764.8 x 16/12=3686.4
Mn= 160 000 x 0.07= 1120

Mn oxidado = 1120x 6/7 = 960
Mn oxidado por el mineral= 960x1/2=480
O de este= 480 x 16/55=139.6
P cargado = 160 000 x 0.008 = 1280

O de este= 1280 x 80/62 = 1651.6
Fe ( arrabio + chatarra )= 160 000 x 0.948= 151580

Fe FeO= 151680 x 0.02=3033.6
Fe FeO del mineral = 3033.6 x 1/2=1516.8
O de este=1516.8 x 16/56=433.3
Sea X el peso del mineral
O del Fe2O3=85X x 48/160 = 0.255X

O aportado por el Fe2O3=3686.4 +139.6 + 1651.6 + 433.3 = 5911
5911=0.255X
X=5911/0.255=23180,4
Peso del mineral = 23180.4 libras
b. Escoria = SiO2 + MnO + P2O5 + FeO + CaO
SiO2 en mineral= 23180 x 0.15 = 3477.1 libras

Si en arrabio + chatarra = 160 000 x 0.01= 1600
SiO2 formado= 1600 x 60/28 = 3429
SiO2 a escoria= 3477.1 + 3429 = 6906.1 libras
MnO= 960 x 71/55 =1239.3 libras
P2O5= 1280 x 142/62=2932 libras
FeO total= 3033.6 x 72/56= 3999.3 libras
60% de escoria= SiO2 + MnO + P2O5 + FeO + CaO = 14977,7
Escoria= 14977,7/0.6 = 24963
Peso de la escoria = 24963 libras

5. ¿Cuáles son las tres unidades fundamentales de una planta siderúrgica
convencional?
Una planta siderúrgica consta de tres unidades fundamentalmente:
o Una para producir arrabio.
o Otra para convertir el arrabio en acero.
o Otra para transformar por medios mecánicos el acero en productos

siderúrgicos.
Alrededor de estas instalaciones están todas las unidades de servicio, apoyo

y auxiliares. Esta configuración se adaptaba perfectamente para los inicios
de la industria, cuando existía una abundancia relativa de mineral de hierro
y de materiales reductores (carbón vegetal y carbón mineral coquizable) y
una ostensible escasez de chatarra. Con el devenir del tiempo, a medida que
la obtención de mineral apropiado se hacía más difícil, la generación de
finos de mineral y la acumulación de chatarra, l a industria fue cambiando
su configuración original para adaptarse a estas nuevas realidades.

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“UNIVERSIDAD

ING. VEGA PEREDA NICANOR

SUSANIBAR KLER, ALEXANDER

1. Una mezcla gaseosa de la siguiente composición en volumen CO: 30%,

 + / = ;  =   .  

 + / = ;  =     /

 +  =  + ;  =   .  

 =   . () =  /

()  () = ()  ()

() =    ,  = ,. 

2. Un convertidor Bessemer acido sopla una carga de 20 toneladas métricas de

Se oxida también hierro en una cantidad equivalente al 2.8% del arrabio.

a. El volumen total de aire necesario para el soplado.

C= 20000 x 0.036= 720

C CO = 720 x 2/3 = 480

Fe FeO = 20000 x 0.028= 560

O del CO = 480 x 16/12 = 640 kg

Aire = 1229/0.21 = 5852 m3

Aire necesario = 5852 m3

b. Escoria = MnO + SiO2 + FeO

MnO= 140 + 40.7= 180.7 kg

Peso de la escoria = 1415.7 kg

3. Un artículo menciona los siguientes análisis para la operación de un

La carga es de 20 toneladas métricas, y el peso del acero fue de 18400

No se adiciona ningún fundente, pero hay corrosión del revestimiento del

a. El porcentaje removido de cada una de las impuresas

Mn en el arrabio = 20 000 x 0.0298 = 596 kg

Si en el arrabio = 20 000 x 0.0095 = 190 kg

b. Mn en escoria sin corrosión del revestimiento = MnO en escoria del

Escoria con revestimiento corroído= SiO2+MnO+Feo+Al2O3 +MgO+ CaO

Escoria con corrosión del revestimiento= 710/0.378=1878,3 kg

Distribución de la escoria con revestimiento corroído en sus componentes:

SiO2 = 1878.3 x 0.4725 =887.5 kg

Composicion del revestimiento

SiO2 = 887.5 - 391 =496.5 kg = 81.62%

4. Un horno de hogar abierto (básico) para aceros procesa una carga de 80

C – 2.5 %, Mn – 0.7 %, Si – 1.0 %, P – 0.8 %, Fe – 94.8 %

El metal final (listo para la carburación) debe contener un quinto del

Si, todo por gases……………………………………………………. a SiO2

La escoria deberá contener FeO equivalente al 2% del hierro en el arrabio

a. El peso del mineral necesario

a. En el mineral, el agente oxidante es el Fe2O3

Mn= 160 000 x 0.07= 1120

P cargado = 160 000 x 0.008 = 1280

Fe ( arrabio + chatarra )= 160 000 x 0.948= 151580

Sea X el peso del mineral

O del Fe2O3=85X x 48/160 = 0.255X

Peso del mineral = 23180.4 libras

b. Escoria = SiO2 + MnO + P2O5 + FeO + CaO

SiO2 en mineral= 23180 x 0.15 = 3477.1 libras

MnO= 960 x 71/55 =1239.3 libras

P2O5= 1280 x 142/62=2932 libras

FeO total= 3033.6 x 72/56= 3999.3 libras

60% de escoria= SiO2 + MnO + P2O5 + FeO + CaO = 14977,7

Escoria= 14977,7/0.6 = 24963

Peso de la escoria = 24963 libras

Una planta siderúrgica consta de tres unidades fundamentalmente:

o Una para producir arrabio.