“Análisis termodinámico y experimental de la reducibilidad de aglutinados a base de concentrado de hierro, residuos siderúrgicos y carbón no coquizable”

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ING. MISSAEL ALEJANDRO LARA CASTRO

 

Resumen.

La presente tesis consiste en estudiar la viabilidad para la fabricación de pre­ reducidos de Fe a partir de concentrados de mineral de hierro con texturas no aglomerables, principalmente goethita, residuos siderúrgicos con elevado contenido de contaminantes (óxidos de Na, K y Zn) y agentes reductores como carbones del tipo no coquizables, finos de coque y resinas plásticas.

A partir del análisis químico de la materia prima se diseñaron una serie de mezclas denominadas M1, M2 y M3, basadas principalmente en los criterios: 1) maximización de las unidades de hierro elemental (mínimo 50%), 2) índice de basicidad binario (IB2) cercano a la unidad y 3) maximización de la proporción de los residuos siderúrgicos. Las mezclas   M1, M2 y M3 fueron analizadas termodinámicamente mediante el módulo Equilibrium Compositions del software HSC Chemistry for Windows versión 5.1. El cálculo de concentraciones en equilibrio en función del contenido de carbono en la mezcla, en condiciones de sistema cerrado a la atmosfera, se enfoca en el análisis de los siguientes parámetros: a) reducción del Fe y b) remoción de Na, K y Zn vía gasificación. Los resultados del análisis termodinámico evidencian reducciones de hierro cercanas al 100% a temperaturas de cercanas a 1100 °C, paralelamente, la remoción de Na, K – Zn es cercana al 86% a partir de relaciones C/Fe2O3 de 28% en la mezcla. Demostrando la factibilidad de implementar las mezclas M1, M2 Y M3 para la fabricación de pre-reducidos de Fe.

Una vez determinada   la factibilidad termodinámica para cada mezcla se desarrollaron los aglomerados en base a mineral de hierro/carbón (AMHC). El mecanismo de aglomeración por el cual se fabricaron las briquetas en verde fue la briquetización en caliente, en el cual la aglomeración de partículas finas ocurre por la propiedad aglutinante del carbón a alta temperatura. Para el proceso de conformado de las briquetas en verde, se estudiaron una serie de parámetros que determinan las propiedades mecánicas y metalúrgicas del aglomerado los cuales son: I) Efecto de la temperatura de moldeo, II) efecto de la carga de prensado, III) efecto del tipo de material carbonoso como material aglutinante y IV) tamaño de partícula. Los resultados de conformado para la briqueta en verde señalan que la mezcla que mostró mejores resultados fue la mezcla M1, al presentar porcentajes de degradación del 0.9% y tener una alta resistencia a la compresión en frio. Las condiciones de conformado donde se presentan estos resultados son:

  • Temperatura de moldeo de 450 °C.
  • Carga de prensado de 4 ton.
  • Utilizando carbón mineral como material aglutinante.
  • Tamaño de partícula de 63 µm.

Las briquetas fabricadas de la muestra M1, se sometieron a un tratamiento de termólisis para generar pre-reducidos de Fe. El proceso de piro-consolidación se realizó en un reactor hermético a una temperatura de 1100 °C en un lapso de 60 min en condiciones de sistema abierto. Los resultados del análisis químico y de microestructura realizado a los pre-reducidos evidencian una alta remoción de contaminantes, contenido de unidades de hierro adecuados, buen comportamiento mecánico y metalúrgico en los pre-reducidos y formaciones de estructuras de Fe tipo fibra que mejora el proceso de reducción lo que representa una factibilidad tecnológica la fabricación de aglomerados de mineral de hierro-residuos siderúrgicos/carbón para su alimentación a los procesos de fusión.

 

“Análisis termodinámico y experimental de la reducibilidad de aglutinados a base de concentrado de hierro, residuos siderúrgicos y carbón no coquizable”


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