Resumen

Se estudiaron experimentalmente la termodinámica y la cinética de la reducción del polvo de horno de arco eléctrico (EAFD). El potencial de oxígeno en los sistemas se determinó por el método de la fuerza electromotriz (FEM). Se derivaron ecuaciones experimentales para ΔG = f(T). Se determinó el contenido de CO a diferentes temperaturas. El mayor grado de reducción se observó en la relación EAFD/agente reductor - 1:2 a una temperatura de 1 173 K. Se modelaron matemáticamente los cambios en la masa durante el calentamiento, la velocidad de los procesos y el grado de reducción. La energía de activación es de 74,7 kJ/mol para EAFD: agente reductor 1:1 y aumentó a 95,2 kJ/mol para la relación EAFD: agente reductor 1:2,5. El análisis de la cinética de reacción mostró que el proceso de reducción estaba controlado principalmente por la кinética química.

INTRODUCCIÓN

En la metalurgia ferrosa, el horno de arco eléctrico (HEA) genera un polvo de entre 10 y 30 kg/t de acero líquido [1]. El polvo está finamente disperso y se forma debido a la evaporación del metal en la zona de actividad de los arcos eléctricos y a la posterior condensación y oxidación. La dispersión de las partículas depende de la composición química de los materiales, el régimen tecnológico, el período y las condiciones de condensación. La chatarra de acero contiene principalmente hierro y algunos metales no férreos. El contenido de zinc es más significativo [2,3]. En la producción de acero inoxidable, el contenido de zinc se sitúa entre el 2 y el 25 %, en el acero de alta aleación, entre el 2 y el 15 %, y en el acero de baja aleación, entre el 21 y el 43 % de Zn.

La reacción del óxido de cinc con el carbono puede expresarse como:

ZnO (s) + CO (g)→ Zn (g)+ CO₂(g)

ΔG_Т =ΔG⁰ (RT ln K_p(T) + RT en P_CO /P_Zn .P_CO2

La velocidad de la reacción heterogénea es:

r = k ( P_CO-P_Zn.- P_CO2 /Kp)

La reducción del polvo del EAF está controlada principalmente por la reacción de Boudouard [4].

Existen docenas de estudios en la literatura sobre el procesado de los EAFD y la reducción del óxido de zinc, pero aún así, sólo el 32 % del polvo se utiliza en el proceso Waelz, y una parte significativa del mismo se deposita. Se han estudiado la reducción carbotérmica del óxido de zinc puro con diversos aditivos [5], bajo atmósfera de nitrógeno [6], la reducción cinética del óxido de zinc [7], la eliminación selectiva del zinc del polvo de EAF mediante microondas [8], etc. 

• Materias:Modelado matemático Cinética Hornos Energía de activación Termodinámica
• Subjects:Mathematical modeling Kinetics Furnaces Activation energy Thermodynamics
• Palabras claves:Polvo de horno de arco eléctrico; Termodinámica; Cinética; Método EMF; Energía de activación
• Keywords:Electric arc furnace dust; Thermodynamics; Kinetics; EMF method; Activation energy