Determinación del tiempo de mezclado en cucharones de acero mediante el estudio de un modelo físico de agua

Abstract

Este trabajo tiene como objetivo la elaboración de un modelo físico en plexiglás transparente a escala 1/7 de un cucharón proveniente de La Empresa Minera Loma de Níquel, para estudiar la influencia de las variables: flujo de gas, altura del baño y localización de los inyectores con el fin de mejorar la eficiencia en los procesos de metalurgia secundaria, en especial la remoción de azufre. La metodología se desarrollo aplicando los criterios de similitud geométrica, cinemática y dinámica de un modelo a escala real y el prototipo, en el cual se simuló el baño metálico con agua, la escoria con aceite y el gas inerte con aire, esto debido a que la viscosidad cinemática del acero a 1600°C es similar a la del agua a temperatura ambiente lo que permitió estudiar el comportamiento del fluido. Para fines de este trabajo se estudiaron el tiempo de mezcla y la transferencia de masa entre las fases. Para la determinación del tiempo de mezcla se empleó una técnica de muestreo fuera de línea, la cual se basó en medidas de pH monitoreadas por un Software, donde se obtuvo el tiempo de mezcla, que es el tiempo en el que se alcanzó la homogeneización completa del baño, empleando como trazador ácido sulfúrico. Para la determinación del coeficiente de transferencia de masa, se desarrolló una técnica donde se empleó como trazador ácido benzoico del cual fueron tomadas muestras en intervalos de tiempo, cuyas concentraciones se determinaron titulando con hidróxido de sodio (NaOH). Finalmente se observó que a medida que el caudal de agitación es mayor, más eficiente es el mezclado dentro del baño, debido a que es más rápida la recirculación del líquido. Se observó que la presencia de escoria para las alturas de baño utilizadas, aumenta el tiempo de mezclado. La inyección excéntrica es más eficiente cuando el caudal es el más elevado. Se encontró para la configuración excéntrica del tapón poroso, que empleando el mayor caudal afecta disminuyendo la transferencia de masa. Para la configuración excéntrica se observó que a menor altura del baño hay una mayor transferencia de ácido benzoico. Para la configuración céntrica del tapón poroso se observó que al incrementar el caudal se produjo una mayor transferencia de masa teniendo mayor influencia cuando la altura del baño es mayor. Se espera que los valores de transferencia de masa obtenidos en este trabajo se comparen con la cinética de desulfuración a escala industrial, para un mejor control y eficiencia en los procesos de remoción del azufre.