Lista de Exercicios - Processo de Obtencao de Ferro no Alto Forno

UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS Lista de exercício Unidade II 1 Considerações sobre altoforno Indique verdadeiro ou falso A cuba corresponde à parte do alto dentro onde se acumulam o metal fundido e a escória resultantes das reações que ocorrem no interior Devido à formação de escória e a consequente propensão à criação de depósitos que tenderiam a se agarrar as paredes a cuba tem secção troncocônica com a base maior apoiada sobre o ventre ou o cadinho A Rampa tem formato troncocônico invertido e corresponde à zona de fusão dos materiais zona mais quente do altoforno Na goela encontrase os dispositivos de carregamento e de saída dos gases A goela é revestida internamente de placas de desgaste que protegem o refratário do impacto da carga durante o enfornamento 2 No alto forno há o movimento da matéria sólida e dos gases O movimento dos gases no sentido ascendente e o da matéria sólida no sentindo descendente Comente sobre a importância desses movimentos para o trabalho do alto forno 3 Comente sobre as principais reações que ocorrem dentro do forno que se iniciam a baixas temperaturas e até a temperatura máxima durante o processo de obtenção do ferro 4 Quais as principais partes do alto forno Comente sobre a função de cada uma delas 5 A cuba tem secção troncocônica com a base maior apoiada sobre o ventre ou o cadinho Qual a razão para o aumento da base da cuba 6 É no topo do alto forno que se localiza os dispositivos de carregamento e de saída dos gases Cite quais são esses dispositivos bem como sua função 7 Explique como ocorre o carregamento da matériaprima no alto forno 8 Entre os equipamentos auxiliares do alto forno podese citar o coletor de poeira e o lavador de gás Qual a função desse equipamento e como é o funcionamento de cada um 9 Explique como funciona os regeneradores de calor 10 É através das ventaneiras que o ar soprado é injetado no alto forno e devido a este fato o forno alcança elevadas temperaturas em decorrência de reações de combustão entre o oxigênio do ar soprado e o carbono fornecido pelo coque portanto esse equipamento é de fundamental importância para o processo siderúrgico Como é feito o resfriamento das ventaneiras para que esta não venha a desgastar e perder sua funcionalidade 11 Considerando o gradiente de temperatura e as reações que ocorrem dentro do altoforno este pode ser dividido em diferentes zonas a saber zona granular zona de amolecimento ou coesiva zona de gotejamento zona de combustão e cadinho Comente sobre cada uma dessas zonas citando as reações químicas que ocorrem em cada uma 12 A zona de gotejamento é dividida em região de coque ativo e região de homem morto Explique a diferença entre estas duas regiões 13 A zona granular é formada por camadas intercaladas de minério de ferro e carvão À medida que a carga vai entrando no altoforno e a temperatura vai aumentando a carga começa a amolecer e fundir contudo a zona granular mantémse conservada graças as zonas de amolecimento e gotejamento homem morto Explique o que ocorre nessas zonas que fazem com que elas suportem o peso a carga no interior do altoforno 14 Dado o diagrama abaixo diferencie setor de preparação do setor de elaboração e cite as zonas do alto forno que fazem parte de cada setor Interprete o gráfico explicando os pontos A e B e as curvas 1 2 e 3 15 Em um alto forno desejase produzir ferro gusa com 4C e 1 Si Considere que a carga de um altoforno consiste de 1200 kg de Fe2O3 50 kg de SiO2 15kg de Al2O3 60 kg de CaCO3 e 350 kg de C Supõese que todo o ferro passe para o gusa e que os óxidos restantes formam a escória enquanto o CO2 do calcário é expelido e se incorpora nos gases Estime a massa de gusa bem a composição da escória expressando as quantidades dos compostos em mols 20 pontos Dados Peso molar do Fe 5585 gmol Si 2808 gmol C 12 gmol Al 2698 gmol Ca 4008 gmol e O 16 gmol 16 Um altoforno produz 2400 t de gusa por dia A análise química do gusa é 929 Fe4 C138 Si09 P08 Mn 002 S O minério carregado contém 722 Fe2O3 96 SiO2 78 Al2O3 62 H2O 31 MnO e 11 P2O5 O coque contém 89 C 8 SiO2 2 Al2O3 e 1 FeS O calcário contém 965 CaCO3 e 35 SiO2 O altoforno é alimentado com 1800 e 1200 t de coque e calcário por dia respectivamente Adicionalmente 985 de todo o Fe que entra sai efetivamente como gusa Calcular a O consumo diário de minério b A geração diária de escória e a sua composição química supondo que ela não contenha carbono 17 Considere que a carga de um altoforno consiste de 1600 kg de Fe2O3 74 kg de SiO2 20 kg de Al2O3 100 kg de CaCO3 e 500 kg de C São utilizados 266 Nm³ de Oxigênio no ar para processar a carga acima O metal produzido contém 49 de C e 1 de Si o resto sendo ferro e supõese que todo o ferro passe para o gusa Os óxidos restantes formam a escória enquanto o CO2 do calcário é expelido e se incorpora nos gases O carbono dos gases está presente como CO e CO2 e não existe oxigênio livre Estime a massa de gusa bem como a massa e composição da escória Resumo do balanço expressando as quantidades em mols Fe2O3 SiO2 Al2O3 CaCO3 CaO Fe C Si O2 CO CO2 Carga Ar Gusa Gases Escória Dica para responder à questão 2 A questão não dá a massa da escória e nem a porcentagem dos componentes na escória por isso os cálculos da escória levam em consideração o número de mols de cada componente Então o balanço de massa será feito entre cada componente da escória o n de mols que entra e que saem Fórmula para calcular o número de mols n massa gM gmol 1 Verdadeiro A cuba é a parte do altoforno onde ocorre a redução do minério de ferro resultando no metal fundido e na escória que se acumulam na parte inferior da cuba Verdadeiro A seção troncocônica da cuba do altoforno é projetada para permitir que a escória flua livremente e se acumule na base maior evitando que se acumule nas paredes e prejudique a operação do altoforno A base maior é geralmente apoiada sobre o ventre ou cadinho para permitir a remoção fácil da escória Falso A descrição se refere à Cuba não à Rampa A Rampa é a parte do alto forno que fica logo abaixo da Cuba e é responsável por préaquecer os materiais que serão alimentados no forno A Rampa tem uma seção retangular ou quadrada e é revestida com materiais refratários que suportam altas temperaturas A zona mais quente do altoforno é a região próxima ao vento que é onde ocorrem as reações químicas mais intensas Verdadeiro A goela é a parte superior do altoforno onde ocorre a entrada de matériaprima e a saída de gases resultantes das reações químicas É nessa região que estão localizados os dispositivos de carregamento como o funil de carregamento e os alimentadores e os dispositivos de saída dos gases como o coletor de gases e a chaminé A goela também é revestida com materiais refratários para suportar as altas temperaturas Verdadeiro As placas de desgaste são colocadas na goela do altoforno para proteger o revestimento refratário do impacto dos materiais que são carregados no forno Essas placas são feitas de materiais resistentes ao desgaste como aço e concreto reforçado e são substituídas regularmente durante a manutenção do altoforno A proteção da goela é importante para garantir a vida útil do refratário e evitar que ocorram vazamentos de material para fora do altoforno 2 O movimento dos gases no sentido ascendente e da matéria sólida no sentido descendente é fundamental para o funcionamento do altoforno Os gases que são produzidos a partir da combustão dos combustíveis e da reação química dos materiais da carga ascendem pelo forno gerando uma corrente ascendente que é responsável por aquecer e reduzir os materiais Esses gases também carregam consigo a escória que é separada do metal líquido e retirada na parte superior do forno Já a matéria sólida ou seja a carga metálica é alimentada na parte superior do altoforno e desce pelo forno reagindo com os gases e reduzindose até que o ferro líquido seja formado e acumulado na cuba Portanto a combinação do movimento ascendente dos gases e do movimento descendente da carga sólida permite que as reações químicas ocorram de forma adequada e que o processo de produção de ferro gusa seja eficiente Além disso o controle desses movimentos é importante para garantir a qualidade do produto final e evitar problemas operacionais como obstruções e entupimentos do altoforno 3 O processo de obtenção do ferrogusa no altoforno envolve uma série de reações químicas que ocorrem em diferentes faixas de temperatura Abaixo estão algumas das principais reações que ocorrem durante o processo Secagem a primeira etapa do processo é a secagem dos materiais da carga que ocorre a temperaturas relativamente baixas geralmente entre 100C e 200C Nessa etapa a umidade presente nos materiais é removida para evitar problemas na combustão posterior Préredução a préredução dos minérios ocorre entre 300C e 800C Nessa etapa a maior parte do óxido de ferro presente na carga é reduzida a ferro metálico em reações que envolvem principalmente o monóxido de carbono CO e o hidrogênio H2 produzidos pela combustão dos combustíveis Redução direta a partir de cerca de 800C a redução direta do óxido de ferro para ferro metálico se torna significativa Nessa etapa a redução ocorre principalmente pelo monóxido de carbono CO que é produzido a partir da reação dos combustíveis com o ar insuflado no altoforno Combustão do coque a combustão do coque para produção de CO e calor é uma reação importante que ocorre em todas as etapas do processo desde a préaquecimento até o final da operação do altoforno A combustão do coque ocorre a altas temperaturas e é responsável por grande parte do calor necessário para as reações químicas do processo Formação de escória a formação de escória é uma reação importante que ocorre a temperaturas elevadas acima de 1300C A escória é formada a partir dos materiais presentes na carga que não são reduzidos a ferro e que reagem com o óxido de ferro presente no altoforno A escória é removida na parte superior do forno e tem diversas aplicações na indústria Essas são algumas das principais reações que ocorrem durante o processo de obtenção do ferrogusa no altoforno e que são fundamentais para a produção do produto final de forma eficiente e com qualidade 4 As principais partes do altoforno são Cuba corresponde à parte interna do altoforno onde ocorrem as reações químicas que transformam o minério de ferro em ferro gusa Nesta região o minério é reduzido pelo monóxido de carbono produzido pela combustão do coque gerando o ferro gusa líquido e a escória Rampa é a região do altoforno que fica abaixo da cuba onde o minério de ferro o coque e o fundente são carregados É também a região mais quente do altoforno onde ocorre a fusão dos materiais sólidos Ventre é a parte inferior da cuba onde se acumulam o ferro gusa líquido e a escória A base da cuba é troncocônica e repousa sobre o ventre ou cadinho que é responsável por coletar o ferro gusa e a escória Goela é a parte superior do altoforno onde se encontram os dispositivos de carregamento do minério do coque e do fundente É também por onde saem os gases gerados no processo Chaminé é a estrutura que fica acima do altoforno e é responsável por conduzir os gases gerados no processo para a atmosfera Cada uma dessas partes tem uma função específica no processo de produção de ferro gusa no altoforno A cuba é o local onde ocorre a redução do minério de ferro e a produção de ferro gusa e escória A rampa é a região onde os materiais sólidos são carregados e onde ocorre a fusão desses materiais O ventre é a parte inferior da cuba onde o ferro gusa e a escória são coletados A goela é por onde o material sólido é carregado e os gases gerados são liberados A chaminé é a estrutura responsável por conduzir os gases para a atmosfera Em conjunto todas essas partes permitem que o processo de produção de ferro gusa seja efetuado de maneira eficiente e segura 5 O aumento da base da cuba do altoforno tem como principal razão a necessidade de proporcionar uma maior estabilidade estrutural uma vez que essa é a parte do forno onde se acumula o metal fundido e a escória resultantes das reações que ocorrem no interior A seção troncocônica da cuba é projetada para minimizar a aderência da escória nas paredes facilitando sua remoção e permitir a saída do metal líquido que é mais denso em direção ao fundo da cuba Além disso a base maior da cuba proporciona uma área maior de contato com o ventre ou cadinho onde é feita a injeção de ar quente e combustível para manter a temperatura do processo de redução em níveis adequados 6 Na parte superior do alto forno na área conhecida como goela estão localizados os seguintes dispositivos Carregador É responsável por carregar os materiais minério de ferro carvão e fundentes na parte superior do alto forno para que possam ser processados Válvula reguladora de pressão Permite a regulagem da pressão dos gases produzidos durante o processo Válvula de escape de gases Permite a saída dos gases gerados durante o processo para a atmosfera Tubo de vento É responsável por fornecer o ar necessário para a combustão do carvão no interior do alto forno Tubo de medição de temperatura Permite a medição da temperatura no interior do alto forno para monitorar o processo Esses dispositivos são essenciais para garantir a eficiência do processo de produção de ferro no alto forno e para assegurar a segurança dos trabalhadores envolvidos 7 O carregamento da matériaprima no alto forno é uma etapa crucial do processo de produção do ferrogusa Ele consiste na adição das matérias primas minério de ferro carvão e fundentes de forma contínua ou intermitente por meio da goela do alto forno O objetivo é manter um fluxo constante de material para as reações químicas dentro do forno Antes do carregamento o alto forno é preparado com um leito de coque uma camada de material poroso e inerte produzido a partir do carvão mineral que serve como suporte para as matériasprimas Em seguida a mistura de minério de ferro carvão e fundentes é despejada na goela do alto forno A carga é distribuída uniformemente em camadas sobre o leito de coque utilizandose um distribuidor ou bicos injetores de ar comprimido À medida que a carga é adicionada o material vai descendo em direção à parte inferior do alto forno onde ocorrem as reações de redução do minério de ferro e a fusão dos componentes da carga Durante esse processo ocorrem diversas transformações físicas e químicas como a eliminação da umidade a redução dos óxidos de ferro pelo monóxido de carbono gerado pela combustão do coque e a fusão dos componentes da carga para formar o ferrogusa líquido e a escória O carregamento da matériaprima no alto forno é um processo contínuo e monitorado constantemente para garantir a estabilidade e a eficiência do forno A quantidade e a qualidade das matériasprimas utilizadas são fundamentais para a obtenção de um produto final de qualidade e para a otimização do processo produtivo 8 O coletor de poeira e o lavador de gás são equipamentos auxiliares do alto forno que têm como objetivo remover as impurezas dos gases que são gerados durante o processo de produção do ferro O coletor de poeira é responsável por remover as partículas sólidas que são transportadas pelos gases que saem do alto forno Essas partículas podem ser compostas por poeira cinzas fuligem e outros resíduos sólidos O coletor de poeira utiliza um sistema de filtros para remover as partículas dos gases permitindo que eles sejam liberados na atmosfera com um nível de poluição mais baixo Já o lavador de gás é responsável por remover os gases ácidos como o dióxido de enxofre e o cloro que podem causar problemas ambientais e prejudicar a saúde humana O lavador de gás utiliza um sistema de lavagem com água para remover esses gases transformandoos em soluções líquidas que podem ser tratadas posteriormente antes de serem descartadas O funcionamento do coletor de poeira e do lavador de gás ocorre em conjunto com o alto forno Os gases gerados pelo alto forno passam primeiro pelo coletor de poeira onde as partículas sólidas são removidas e em seguida pelo lavador de gás onde os gases ácidos são neutralizados O resultado final é a liberação dos gases de forma mais limpa e menos poluente para o meio ambiente 9 Os regeneradores de calor são equipamentos utilizados em processos industriais que necessitam de altas temperaturas como em fornos e caldeiras O seu objetivo é recuperar e reutilizar o calor gerado pelos gases de combustão que seriam liberados para o meio ambiente reduzindo o consumo de combustível e consequentemente os custos do processo O funcionamento dos regeneradores de calor baseiase na alternância de fluxo de ar quente e ar frio que passam por camadas de material refratário geralmente tijolos de argila de alta densidade Durante um ciclo os gases quentes do processo industrial passam por um regenerador aquecendo os tijolos e transferindo calor para o ar que está saindo do outro regenerador Esse ar quente é então direcionado para o processo industrial onde é utilizado para aquecer a matéria prima ou fluido de trabalho Após um certo período de tempo os fluxos são invertidos e o ar quente passa a circular no outro regenerador enquanto o regenerador que estava aquecendo é resfriado pelo ar frio que sai do processo Esse processo é repetido de forma cíclica com os fluxos sendo alternados a cada período de tempo determinado pelo processo industrial Dessa forma os regeneradores de calor permitem a recuperação do calor gerado pelos gases de combustão reduzindo o consumo de combustível e aumentando a eficiência energética do processo industrial 10 As ventaneiras por serem responsáveis pela entrada de ar no alto forno ficam expostas a altas temperaturas e portanto necessitam de um resfriamento adequado para evitar o seu desgaste e perda de funcionalidade O resfriamento das ventaneiras é realizado por meio de um sistema de circulação de água que passa por canais internos no equipamento resfriandoo e mantendo a temperatura dentro de limites seguros Além disso em alguns casos pode ser utilizado um sistema de refrigeração a ar para auxiliar no resfriamento das ventaneiras Esse processo de resfriamento é fundamental para garantir a segurança e a eficiência do processo siderúrgico 11 As diferentes zonas do altoforno são definidas em função da temperatura e das reações químicas que ocorrem em cada uma delas Zona Granular É a região superior do altoforno onde ocorre a entrada do ar e a combustão do coque Nessa zona a temperatura pode variar entre 800C e 1000C As principais reações que ocorrem nessa zona são Combustão do coque C O2 CO2 calor Redução do minério Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 calor Reações de carbotermia FeO C Fe CO calor Zona de Amolecimento ou Coesiva É a região intermediária do altoforno onde o minério começa a fundir e as partículas começam a aglomerarse Nessa zona a temperatura pode variar entre 1000C e 1300C As principais reações que ocorrem nessa zona são Redução do minério Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 calor Reações de carbotermia FeO C Fe CO calor Formação de escória SiO2 CaO Al2O3 MgO escória líquida Zona de Gotejamento É a região intermediária do altoforno onde ocorre a separação do ferro líquido da escória Nessa zona a temperatura pode variar entre 1300C e 1500C As principais reações que ocorrem nessa zona são Separação do ferro líquido da escória FeO C Fe CO calor Formação de ferro líquido Fe2O3 3C 2Fe 3CO calor Zona de Combustão É a região inferior do altoforno onde ocorre a queima de gases e a redução final do minério Nessa zona a temperatura pode variar entre 1500C e 1800C As principais reações que ocorrem nessa zona são Combustão de CO e H2 CO 12O2 CO2 calor Redução final do minério Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 calor Cadinho É a região mais baixa do altoforno onde o ferro líquido é coletado Nessa zona a temperatura pode ultrapassar os 2000C A principal reação que ocorre nessa zona é a coleta do ferro líquido 12 A zona de gotejamento é a região do altoforno onde a temperatura é suficientemente alta para que o ferro líquido seja formado a partir da redução do minério de ferro Essa zona é dividida em duas regiões região de coque ativo e região de homem morto A região de coque ativo é onde o coque ainda não foi completamente queimado e é responsável pela redução do minério de ferro É nessa região que a temperatura é mais alta e o dióxido de carbono CO2 liberado pela queima do coque é reduzido a monóxido de carbono CO de acordo com a equação C CO2 2CO Esse monóxido de carbono reage com o minério de ferro para formar ferro líquido e dióxido de carbono de acordo com a equação Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 Já a região de homem morto é onde o coque já foi completamente queimado e não há mais redução do minério de ferro É nessa região que o ferro líquido coleta na parte inferior do altoforno e é retirado pelo cadinho A temperatura nessa região é menor do que na região de coque ativo e por isso é chamada de homem morto 13 A zona de amolecimento ou coesiva é a região do altoforno onde ocorre a formação da escória e a redução dos óxidos presentes no minério de ferro Nessa zona o minério começa a amolecer e a fundir formando pequenas esferas conhecidas como sínter que aderem aos grânulos de coque e formam uma camada coesa Nesse ponto ocorrem reações como a redução do Fe2O3 a Fe3O4 e a fusão da sílica presente no minério formando a escória Já a zona de gotejamento é a região do altoforno onde ocorre a fusão dos materiais e a separação do ferro líquido da escória É nessa zona que o ferro líquido se acumula no fundo do altoforno e é retirado periodicamente A zona de gotejamento é dividida em duas regiões a região de coque ativo e a região de homem morto Na região de coque ativo que fica acima da região de homem morto a carga está em contato com o coque quente e o ar injetado pelas ventaneiras Nessa região ocorrem reações de combustão entre o oxigênio do ar e o carbono do coque gerando calor e mantendo a temperatura elevada Essa região também é responsável pela redução dos óxidos presentes no minério de ferro Já na região de homem morto que fica abaixo da região de coque ativo a carga está em contato com o ferro líquido e a escória Nessa região a temperatura é mais baixa e as reações químicas são mais lentas É nessa região que ocorre a aglomeração dos grânulos de coque formando uma camada porosa que suporta o peso da carga acima e impede que ela se misture com o ferro líquido e a escória Além disso a camada de coque atua como isolante térmico impedindo que a temperatura da zona granular se eleve a ponto de causar a fusão completa dos materiais e o colapso do altoforno 14 O diagrama em questão se refere ao fluxograma de um processo siderúrgico que inclui tanto o setor de preparação como o setor de elaboração O setor de preparação se refere à preparação da matériaprima antes da entrada no altoforno enquanto o setor de elaboração inclui as etapas de redução do minério de ferro e produção do ferro gusa no altoforno As zonas do altoforno que fazem parte do setor de preparação são principalmente o pátio de minérios o pátio de carvão o pátio de coque e o sistema de transporte de matériasprimas Já as zonas do altoforno que fazem parte do setor de elaboração são a rampa a zona de combustão a zona de gotejamento e o cadinho No diagrama os pontos A e B representam a entrada e a saída do altoforno respectivamente As curvas 1 2 e 3 representam o perfil de temperatura e a distribuição dos gases e da carga no interior do altoforno ao longo de sua altura A curva 1 representa o perfil de temperatura que aumenta à medida que se aproxima do cadinho onde o ferro líquido é coletado A curva 2 representa a distribuição dos gases no interior do altoforno que se movimentam no sentido ascendente e ajudam a promover as reações químicas necessárias para a produção de ferro gusa A curva 3 representa a distribuição da carga que é composta principalmente por minério de ferro coque e calcário e que se move no sentido descendente para se fundir nas zonas de amolecimento e gotejamento 15 Para calcular a massa de gusa produzida precisamos determinar a quantidade de ferro presente na carga e quanto desse ferro será convertido em gusa Primeiro vamos calcular a quantidade de ferro presente na carga Fe2O3 1200 kg 2 mol Fe 1 mol Fe2O3 5585 g Fe 1 mol Fe 133080 g Fe C 350 kg 1 mol C 12 g C 5585 g Fe 1 mol Fe 13567 g Fe Total 146647 g Fe Agora podemos determinar a quantidade de ferro que será convertido em gusa Sabemos que todo o ferro presente será convertido portanto Massa de gusa 146647 g Para determinar a composição da escória precisamos calcular a quantidade de cada componente que não reage com o ferro e em seguida subtrair essas quantidades das quantidades totais Vamos fazer isso para cada componente SiO2 50 kg 1 mol SiO2 60 g SiO2 0833 mol SiO2 Al2O3 15 kg 1 mol Al2O3 102 g Al2O3 0147 mol Al2O3 CaCO3 60 kg 1 mol CaCO3 100 g CaCO3 06 mol CaCO3 Total de mols dos componentes não reativos 158 mol Agora podemos subtrair esses mols dos mols totais para obter a composição da escória Mols de Fe2O3 1200 kg 1 mol Fe2O3 160 g Fe2O3 75 mol Fe2O3 Mols de SiO2 75 mol Fe2O3 1 mol SiO2 1 mol Fe2O3 75 mol SiO2 Mols de Al2O3 75 mol Fe2O3 2 mol Al2O3 3 mol Fe2O3 5 mol Al2O3 Mols de CaCO3 06 mol CaCO3 Total de mols 20 mols Assim a composição da escória é Fe2O3 75 mol SiO2 75 mol 0833 mol 667 mol Al2O3 5 mol 0147 mol 485 mol CaO 06 mol 1 mol CaO 1 mol CaCO3 06 mol Total 1902 mol 16 a O consumo diário de minério pode ser calculado a partir da massa de gusa produzida e da composição química do gusa Massa de Fe no gusa 2400 t 0929 22296 t Massa de minério de ferro necessário 22296 t 722 2 3 463213 t Como a proporção de Fe2O3 para Fe no minério é 23 é necessário multiplicar a massa de Fe2O3 por 23 para obter a massa de Fe Portanto o consumo diário de minério é de aproximadamente 463213 t b A geração diária de escória pode ser calculada a partir da massa de gusa produzida e da quantidade de componentes presentes na carga que não reagem com o ferro Massa de escória gerada 2400 t 1 0985 36 t Composição da carga não reativa SiO2 96 2400 t 2304 t Al2O3 78 2400 t 1872 t MnO 31 2400 t 744 t P2O5 11 2400 t 264 t Total 5184 t Composição molar da escória SiO2 2304 t 6009 gmol 38316 mol Al2O3 1872 t 10196 gmol 18368 mol MnO 744 t 7094 gmol 10494 mol P2O5 264 t 14194 gmol 1858 mol Total 58636 mol Subtraindo os mols dos componentes não reativos da carga total Mols de Fe2O3 1804868 t 0722 15969 gmol 64 2396 mol Mols de SiO2 38316 mol 2304 t 6009 gmol 37656 mol Mols de Al2O3 18368 mol 1872 t 10196 gmol 16342 mol Mols de MnO 10494 mol Mols de P2O5 1858 mol Total 70 068 mol Composição molar da escória FeO 64 2396 mol 1 mol FeO 2 mol Fe2O3 321198 mol SiO2 37656 mol Al2O3 16342 mol MnO 10494 mol P2O5 1858 mol Total 41 7548 mol Massa molar da escória 321198 mol 17 Para calcular a massa de gusa produzida precisamos determinar a quantidade de ferro presente na carga A partir dos dados fornecidos podemos calcular Massa total da carga 1600 kg Fe2O3 74 kg SiO2 20 kg Al2O3 100 kg CaCO3 500 kg C 2294 kg Quantidade de oxigênio consumido 266 Nm³ A reação que ocorre no altoforno é a seguinte Fe2O3 3C 2Fe 3CO Podemos ver que para cada 1 mol de Fe produzido são consumidos 1 mol de Fe2O3 e 3 mol de C Portanto a quantidade de Fe produzida será determinada pela quantidade limitante entre Fe2O3 e C 1 mol de Fe2O3 2 mols de Fe 1 mol de C 1 mol de Fe Assim a quantidade de Fe produzida será igual a 500 kg a quantidade de C na carga A massa de escória será igual à massa total da carga menos a massa de gusa produzida Massa de escória 2294 kg 500 kg 1794 kg Os óxidos restantes na carga SiO2 Al2O3 e CaCO3 irão se combinar para formar a escória A equação para a reação é SiO2 2CaO Al2O3 Ca2SiO4 Al2O3 CO2 Podemos ver que para cada 1 mol de Ca2SiO4 produzido são consumidos 1 mol de SiO2 2 mols de CaO e 1 mol de Al2O3 1 mol de Ca2SiO4 1 mol de SiO2 1 mol de Ca2SiO4 2 mols de CaO 1 mol de Ca2SiO4 1 mol de Al2O3 Portanto a quantidade de Ca2SiO4 produzida será determinada pela quantidade limitante entre SiO2 CaO e Al2O3 A partir dos dados fornecidos podemos calcular Quantidade de SiO2 consumida 74 kg 60 gmol 123 mol Quantidade de CaO consumida 100 kg 56 gmol 179 mol Quantidade de Al2O3 consumida 20 kg 102 gmol 020 mol A quantidade limitante é a quantidade de Al2O3 portanto 020 mol de Ca2SiO4 serão produzidos A massa de Ca2SiO4 produzida será Massa de Ca2SiO4 020 mol x 172 gmol 344 kg Assim a massa e composição da escória serão Massa de escória 1794 kg 344 kg 17596 kg Composição da escória Ca2SiO4 344 kg Al2O3 20 kg CO2 446 kg