| "UNIVERSIDAD DE LEÓN
ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA MINERA
.PROGRAMA DE METALURGIA Y SIDERURGIA. CURSO 2009-2010
(Ingeniería Técnica de Minas)
TEMA 1. INTRODUCCIÓN.- Reseña Histórica. División de la Metalurgia. Definición y Conceptos. Diagramas de Flujo de Procesos. Clasificación de los tipos de Procesos
TEMA 2. TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS METALÚRGICOS.- Estado estándar de las sustancias Variación de entalpia estándar de una reacción. Reacciones exotérmicas y endotérmicas. Energía de Activación Ley de Hess. Efecto de la temperatura. Capacidades caloríficas Ecuación de Kirchoff.
TEMA 3. SISTEMAS TERMODINÁMICOS METALÚRGICOS.- Sistemas metalúrgicos abiertos, cerrados y aislados Funciones de estado intensivas y extensivas. Leyes de la Termodinámica, aplicación a los sistemas metalúrgicos. Variación de las funciones con los cambios de temperatura y los cambios de estado de las sustancias, aplicación a las reacciones . Energía libre. Ecuación de Gibbs-Helmholtz. Efecto de la temperatura. Temperatura de inversión
TEMA 4. EL EQUILIBRIO EN LAS REACCIONES METALÚRGICAS.- Ley de Acción de Masas. Actividades. Reacciones en curso de realización. Velocidad Directa e Inversa. Equilibrio. Factores que afectan al equilibrio
TEMA 5: RELACIÓN ENTRE LA VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE Y LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO EN LAS REACCIONES METALÚRGICAS.- Isoterma de Vant?Hoff o Isoterma de la reacción. Presiones parciales de equilibrio. Presión de Descomposición. Efecto de la temperatura sobre el equilibrio. Isócora de Vant?Hoff. Variación de la presión de vapor con la temperatura. Ecuación de Clausius-Clapeyron
TEMA 6. APLICACIÓN DE LOS DIAGRAMAS ENERGÍA LIBRE-TEMPERATURA O DIAGRAMAS DE ELLINGHAN A LA EXTRACCIÓN DE LOS METALES. - Diagramas de formación de óxidos y sulfuros. Disposición general de las líneas. Cambios dependiente. Temperatura de reducción de óxidos metálicos Determinación de otras líneas aplicando la Ley de Hess. Determinación gráfica de la constante de equilibrio. Escalas nomográficas auxiliares
TEMA 7. TOSTACIÓN SIMPLE.- Descomposición por tostación simple de distintos compuestos. Descomposición de carbonatos y sulfatos. Diagramas ?Gº/T de descomposición de carbonatos y sulfatos. Cálculo termodinámico del equilibrio. Presión de descomposición.
TEMA 8. TOSTACIÓN A MUERTE DE SULFUROS. - Condiciones operativas: Caudal y presión de viento, caudal de alimentación, temperatura de operación . Condiciones termodinámicas de la operación. Diagramas de Energía Libre-Temperatura para la oxidación de sulfuros. Cálculo del equilibrio. Presión de escape de SO2. Tipos de hornos empleados
TEMA 9. TOSTACIÓN AGLOMERANTE Ó SINTERIZACIÓN. - Finalidad del carácter aglomerante. Descripción del proceso Hornos continuos de parrilla móvil, tipo Dwight-Lloyd.Características químicas y físicas de la carga. Parámetros de operación: Caudal y presión de viento, altura del lecho, velocidad de avance. Tostación aglomerante con nodulización previa.
TEMA 10. EXTRACIÓN DIRECTA DE UN METAL POR OXIDACIÓN DE SU SULFURO.- Fundamento termodinámico. Diferencia de afinidad del azufre por el oxígeno y por el metal. Posición relativa de las líneas en el diagrama ?Gº/T. Posibilidad de oxidación del metal obtenido. Casos de la conversión de matas de Cu y de Ni. Otras condiciones termodinámicas
TEMA 11. TOSTACIÓN SULFATANTE.- Interés de la tostación sulfatante. Obtención de óxidos o sulfatos por tostación de sulfuros según la temperatura de operación. Diagrama combinado ?Gº/T de formación de óxidos y sulfatos.
TEMA 12. TOSTACIÓN REDUCTORA. - Fundamentos y condiciones termodinámicas. Ventajas del empleo de prerreducidos. Aplicación a la obtención de esponja y prerreducidos de hierro.
TEMA 13. TOSTACIÓN CLORURANTE DE OXIDOS Y SULFUROS. - Objeto de la tostación clorurante. Obtención de un compuesto más soluble o más volátil. Agentes clorurantes. Comparación del poder clorurante de distintos cloruros metálicos según los datos termodinámicos. Tostación clorurante de Oxidos. Tostación clorurante de sulfuros. Aplicación a la eliminación de impurezas y a la recuperación de metales preciosos
TEMA 14. OTROS TIPOS DE TOSTACIÓN - Tostación magnetizante: Definición de la operación. Aplicación a la concentración magnética de menas de hierro. Tostación carburante: Definición de la operación. Aplicación a la carburación del hierro en fase sólida dentro del Horno Alto
TEMA 15. FUSIÓN SIN MODIFICACIÓN QUÍMICA. - Introducción. Separación de un metal de su ganga. Colada de un metal. Preparación de una aleación. Aplicación a la licuación de los grasos cobrizos y de la Triple Aleación, procedimiento de la Cafetera.
TEMA 16. FUSIÓN REDUCTORA. - Agentes reductores de los óxidos metálicos. Posibilidad termodinámica de reducción. Reducción del óxido y obtención del metal en fase líquida. Aplicaciones industriales: Horno Alto Siderúrgico. Water Jacket para los metales no férreos.
TEMA 17. FUSIÓN OXIDANTE. - Oxidación selectiva de las impurezas según la posición relativa en el diagrama ?Gº/T. Aplicación al afino del arrabio, refino pirometalúrgico del Cu blister, recuperación de la plata por Copelacion
TEMA 18. FUSIÓN ESCORIFICANTE. - Generalidades. Gangas, fundentes y escorias. Separación por fusión escorificante de la ganga. Características operativas de las escorias Estructura ionica de las escorias silicatadas. Oxidos ácidos y óxidos básicos.Indices de una escoria. DIAGRAMAS TRIANGULARES DE ESCORIAS. Representación de las propiedades de las escorias. Isotermas de fusión y líneas de isoviscosidad Propiedades geométricas de los diagramas triangulares. Aplicación al cálculo de cargas.
TEMA 19. OTROS TIPOS DE FUSIÓN. - Fusión Sulfurante. Aplicación a las Garnientas de Ni. Fusión con precipitación. Fusión carburante. Aplicación a la obtención del arrabio y de la fundición de hierro.
TEMA 20. SIDERURGIA. FABRICACIÓN DEL HIERRO EN EL HORNO ALTO. - Descripción y partes de que consta. Funcionamiento. Transformaciones en la columna sólida descendente y en la columna gaseosa ascendente Reacciones químicas e intercambio térmico en las tres zonas operativas Justificación físico-química de las mismas Curvas de Chaudron y Curva de Boudonard
TEMA 21. FABRICACIÓN DEL ACERO. GENERALIDADES.- Oxidación selectiva de las impurezas según su afinidad relativa por el oxígeno.. El problema de la eliminación del fósforo. Procedimientos ácidos y básicos El efecto negativo del azufre. Imposibilidad de su eliminación en el procedimiento ácido. Dificultades y limitaciones en los procedimientos básicos Otros problemas: grado de oxidación al final del periodo. Efectos negativos del oxígeno y nitrógeno. Necesidad de desoxidar. Adicción de ferroaleaciones Aceros efervescentes y aceros calmados. Adiciones de Al, Ti y otros. Microinclusiones
TEMA 22.FABRICACIÓN DE ACERO EN CONVERTIDOR. PROCEDIMIENTOS BESSEMER, THOMAS Y LD.- Descripción del aparato y su funcionamiento. Peculiaridades distintivas. Exigencias de composición del arrabio. . Mecanismo de eliminación del fósforo. Marcha de la operación: Fases de la misma.
TEMA 23. FABRICACIÓN DEL ACERO EN HORNO DE SOLERA. PROCEDIMIENTO SIEMENS-MARTIN. - Fabricación del acero en horno de solera con precalentamiento del aire y del combustible. Disposición del horno y de los regeneradores de calor. Flexibilidad en la alimentación de chatarra y arrabio. Mecanismo de oxidación, escoria-metal, de las impurezas., Marcha de la operación: Duración del proceso. Fases del proceso. Control de la composición a lo largo de la operación. Calidad del acero. Comparación con los procedimientos de convertidor.
TEMA 24. FABRICACIÓN DE ACERO EN HORNO ELÉCTRICO DE ARCO CON DOBLE ESCORIA. - Facilidad de instalación. Flexibilidad de alimentación de materias primas. No necesidad de elementos termógenos. Ventajas del procedimiento de doble escoria. Eliminación de impurezas en la etapa de escoria básica y oxidante. Eliminación del azufre en la etapa de escoria básica y reductora. Reducción de las exigencias de desoxidantes. Reducción del contenido de microinclusiones y Nitrógeno. Aplicación a la fabricación de aceros finos
TEMA 25. METALURGIA DE LOS SULFUROS DE COBRE Y NIQUEL. - Tostacion de concentrados. - Afinidad relativa del hierro, cobre y níquel por el oxígeno y el azufre. Descripción del proceso. Fusión para mata: Fusión escorificante de concentrados tostados. Fusión directa de concentrados crudos. Conversión de matas de cobre ó niquel: Convertidor horizontal Peirce-Smith.Fases del proceso. Obtención del ?metal blanco? y del cobre blister. Dificultades para la obtención del níquel metálico en el convertidor horizontal. Convertidor vertical T.B.R.C.
.TEMA 26. REFINO DEL COBRE Y DEL NIQUEL. ? Refino pirometalúrgico: Oxidación selectiva de las impurezas del cobre blister en horno de reverbero. Enfriamiento lento controlado de la mata de níquel. Refino electrolítico: Descripción general de las celdas. Disposiciones eléctricas. Sistema Walker. Parámetros y marcha de la operación. Purificación de la solución.Recuperación de lodos anódicos.
TEMA 27. METALURGIA DEL ALUMINIO.- Preparación de la alúmina: proceso Bayer. Electrolísis de la alúmina en baño fundido: Disposición de las distintas partes de la celda.Alimentación de corriente. Anodos continuos Soderberg o tipo PB. Electrolito. Reacciones electroquímicas. Descripción del proceso. Parámetros de operación. Efecto anódico.
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