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Acería
4.3 Mecanismo de reacción propuesto
El mecanismo propuesto se basó en lo explicado previa-
mente (sección 2.3) y se muestra en la figura 4. De acuerdo
con la suposición 7, la producción de FeO (Ec.2) ocurre en
la zona de metal líquido y se transfiere a la zona de escoria,
donde las reacciones más relevantes ocurren. El orden re-
lativo se describe a continuación:
Figura 4
1)
2)
Ocurre la reducción de la Ec. 4, que reduce el FeO.
La burbuja de CO rodea a la(s) partícula(s) de gra-
fito. El FeO remanente busca alcanzar la interfase
gas-líquido de la burbuja de CO, que de cierta for-
ma es entorpecido por la concentración del óxido
de silicio [9] , al lograrlo ocurre otra reducción Ec. 3.
3)
El CO se regenera por la Ec. 5. Esta reacción provo-
ca una disminución de la temperatura de esta zona,
ya que es exotérmica.
4)
Si existe contenido de Fe 2 O 3 , podría descomponer-
se en la zona de escoria produciendo O 2 y FeO extra.
5) y 6) Con el oxígeno extra, se da lugar a las reacciones:
Ec. 10 y Ec. 11.
(10)
(12)
La técnica de optimización del “punto interior” se empleó
para minimizar la Ec. 6 con la finalidad de encontrar las com-
posiciones correspondientes de los gases en el equilibrio.
4.5 Simulaciones preliminares
Uno de los aspectos importantes de este modelo es la esti-
mación de la tasa de fusión de chatarra, la cual depende de
la energía suministrada por el arco eléctrico, los quemado-
res y el calor transferido por el metal líquido. La Fig. 5 mues-
tra la simulación de la desaparición de la zona de chatarra
en una colada de 72 minutos. Para este caso, una carga de 55
Ton es agregada a los 5 minutos del proceso, momento en el
que se aumenta la potencia del arco hasta alcanzar el baño
plano. El tiempo en que inicia la agregación del HRD indica
que al menos 40% de la zona de chatarra ya ha desapare-
cido, esto indica una aproximación aceptable del módulo.
Mecanismo de reacción propuesto para el modelo de BMET en el HAE.
de moles N eq , dando lugar a B eq (Ec.12), que es la restricción de
moles de elementos que se encuentran en la zona de gases.
(11)
Debido a la interacción entre interfases, la escoria es la
zona crítica de reacciones. Tal como se observa en Fig. 6, la
evolución de las concentraciones tiende a tener “picos” de
inflexión, que se atribuyen a la agregación de materiales y a
las reacciones químicas, por ejemplo, al momento en que la
concentración de FeO es mayor, el máximo flujo de oxígeno es
suministrado. Las concentraciones de CaO, MgO, dependen
en gran medida de la agregación de cales, mientras que la de
Fe 2 O 3 a la de HRD. En los primeros minutos de la colada, el car-
bón se mantiene relativamente constante, al avanzar el tiempo
su concentración baja al contrarrestar (reducir) al FeO, produ-
ciéndose al mismo tiempo CO; a pesar de que visualmente la
concentración es baja, por las temperaturas se expande pro-
duciendo un volumen considerable de espumamiento.
Estas concentraciones fueron comparadas con análisis quí-
micos de escoria muestreada al inicio, a intervalos de 10 min y
al final de la colada, obteniendo aproximaciones aceptables.
Figura 5
Las constantes de velocidad fueron consultadas en bases de da-
tos [16,17] , así como en diversos artículos: [12] , [18–20] , donde son con-
sideradas como elementales. Es importante mencionar que esta
clase de leyes de velocidad de reacción pueden introducir dife-
rencias importantes entre los resultados teóricos y los experimen-
tales. Se recomienda ajustarlo de acuerdo con la operación real.
4.4 Minimización de energía libre de Gibbs en la zona de gases
La metodología que se emplea no requiere establecer un
mecanismo de reacciones específico [15] . Se declaran las ener-
gías libres de Gibbs estándar de cada uno de los elementos de
(kJ/mol) fueron tomadas de la li-
las zona de gases, las
teratura [21] . Posteriormente, se “arregla” una matriz de balance
atómico A eq que es multiplicada por una matriz de acumulación
Tasa de fusión de la chatarra.