1. Equilibrio de Boudouard y Estabilidad del Coque

A) ¿Cómo afecta el aumento de temperatura al equilibrio de Boudouard y a la estabilidad del gas (CO)?

El aumento de temperatura en el equilibrio de Boudouard desplaza la reacción hacia la derecha, favoreciendo la formación de CO. La representación gráfica de esta reacción muestra una curva sigmoidal con dos zonas:

• Zona de estabilidad del gas (CO).
• Zona de estabilidad del coque (C + CO2).

Si bien la zona derecha representa la estabilidad del gas, afirmar que el aumento de temperatura no favorece su estabilidad es incorrecto. El aumento de temperatura sí favorece la formación de CO, desplazando el equilibrio hacia la derecha.

B) ¿Cómo afecta un aumento en la concentración de CO a la constante de equilibrio (K) y al desplazamiento del equilibrio?

Un aumento en la concentración de CO incrementa el valor de K, desplazando el equilibrio hacia los reactivos (C + CO2). Esto favorece la estabilidad del coque (C).

C) ¿Cómo afecta la presión al equilibrio de Boudouard y a la estabilidad del coque?

Según el principio de Le Chatelier, un aumento de presión desplaza el equilibrio hacia el lado con menos moles gaseosos, favoreciendo la formación de coque (C + CO2). Una disminución de presión tiene el efecto contrario, favoreciendo la formación de CO y disminuyendo la estabilidad del coque.

2. Gruesos de Mineral de Hierro vs. Pellets en el Proceso Siderúrgico

¿Qué son los gruesos de mineral de hierro y en qué se diferencian de los pellets? ¿Se consumen en el mismo punto del proceso siderúrgico?

Los gruesos de mineral de hierro se utilizan directamente en el proceso siderúrgico sin aglomeración previa. Son más económicos que los pellets, pero con propiedades inferiores.

Comparativamente, los gruesos de mineral:

• Generan más finos durante su manejo.
• Presentan menor resistencia a la reducción y desintegración.
• Tienen un punto de fusión más bajo.

Los pellets son concentrados de hierro aglomerados en un disco rotativo, lo que les confiere un tamaño controlado y mejores propiedades.

El orden de consumo en el proceso siderúrgico, de mayor a menor, es: pellets, gruesos, sínter y concentrados.

3. Sistemas de Refrigeración en Hornos Altos Modernos

Nombrar dos tipos de elementos de refrigeración utilizados en la cuba de los hornos altos modernos y explicar sus diferencias.

Los hornos altos, operando a altas temperaturas y presiones, requieren sistemas de refrigeración robustos. Dos elementos comunes son las petacas y los staves.

Petacas:

• Cajas metálicas (cobre, acero o fundición) con canales internos para la circulación de agua.
• Instaladas en la coraza del horno y recubiertas con refractario.
• Ventaja: fácil reemplazo.
• Desventaja: ocupan un gran volumen interno.

Staves:

• Placas metálicas con canales internos para la circulación de agua.
• No requieren refractario, ocupando menos espacio que las petacas.
• Mayor sensibilidad a las condiciones extremas del horno.

4. Presión en la Planta de Sinterización

¿Una planta de sinterización opera en presión o depresión? Justifica tu respuesta.

Las plantas de sinterización operan en presión. Esto facilita la inyección de aire, esencial para la combustión controlada del combustible (carbón) y la creación de una atmósfera reductora que evita la oxidación del hierro. La presurización también protege el refractario del desgaste prematuro.

5. Condiciones Termodinámicas para la Eliminación de Fósforo en Acero Líquido

¿Cuáles son las mejores condiciones termodinámicas para eliminar el fósforo del acero líquido?

• Nivel adecuado de oxidación del hierro.
• Temperatura lo más baja posible.
• Mínima cantidad de cal sin disolver en la escoria.
• Escoria altamente básica, rica en cal.

6. Espumado de Escoria en Horno Eléctrico

(i) Describir el proceso de espumado de escoria en un horno eléctrico.

El espumado de escoria en hornos eléctricos mejora la eficiencia térmica durante el afinado del acero. El proceso implica:

• Inyección de oxígeno en el acero líquido para oxidar el hierro.
• Inyección simultánea de carbón pulverizado en la escoria para reducir el óxido de hierro.
• El CO generado crea la espuma en la escoria.

Beneficios del espumado de escoria:

• Incrementa la eficiencia térmica al cubrir los arcos eléctricos, permitiendo mayor potencia sin aumentar la carga térmica en las paredes del horno.
• Mejora la transferencia de energía del arco al acero.
• Facilita el desescoriado continuo.

Condiciones importantes para el espumado de escoria:

• Basicidad de la escoria entre 1.2 y 2.5.
• Derrame continuo de la escoria a través de la puerta correspondiente.