curso metalurgia 2 capitulo i
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7/17/2019 Curso Metalurgia 2 Capitulo I
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ESCUELA PROFESIONAL DE
INGENIERIA QUIMICA
METALURGIA 2
ING. VICTOR ALVAREZ TOHALINO
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CAPITULO I
PIROMETALURGIA
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INTRODUCCION
• La mayor parte de metales básicos se extraendesde los sulfuros metálicos.
• A nivel mundial, el 90% del cobre primario seobtiene a partir de minerales sulfurados.
• En el país, todo el plomo y casi el 90% del cobrey zinc se producen desde especies sulfuradas.
• El tratamiento de la mayoría de los sulfuros se
realiza por concentracin ! fusin.• En la planta concentradora se obtienen los
concentrados metálicos "ue posteriormente seprocesan por vía pirometal#r$ica.
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TRATAMIENTO DE MINERALES SULFURADOS
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TRATAMIENTO DE MINERALES OXIDADOS
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PROCESOS PIROMETALURGICOS
La confi$uracin de las etapas depende de – Las características del concentrado. – El tipo de metal a obtener.
• Secado: –
Antes era la #ltima etapa de la concentracin. – Eliminacin del a$ua contenida en el concentrado. – Los nuevos procesos flas& y de produccin continua
necesitan muy ba'os niveles de &umedad.
• Tosac!"#: – Etapa opcional "ue &a perdido importancia. – Aumenta la capacidad de fusin. – Actualmente se usan reactores de lec&o fluidizado.
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PROCESOS PIROMETALURGICOS
•
F$s!"#: – (oncentrado y fundentes se calientan &asta alcanzarel estado lí"uido.
– )e produce la separacin de fases una sulfurada rica
en el metal y otra oxidada pobre de metal. – Aumenta la concentracin del metal a recuperar.
• Co#%e&s!"#: – *xidacin del ba+o fundido para eliminar azufre y
&ierro presentes en la fase sulfurada. – *btener cobre relativamente puro.
• P!&o'&e(!#ac!"# o &e(!#ac!"# )&*!ca: – A'usta el contenido de impurezas presentes.
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PROCESOS PIROMETALURGICOS
Secado
Tosac!"#
F$s!"#
Co#%e&s!"#
P!&o'&e(!#ac!"#
(oncentrados
(átodos
-*
)*-
Aire
undentes
Escoria
Aire
Escoria )*-
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PROCESOS PIROMETALURGICOS
-00 /00 00 100 2000 2-00 3 45(6
Secado
Tosac!"#
F$s!"#
Co#%e&s!"#
Re(!#ac!"#
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PROCESOS CLASICOS DE PIROMETALURGIA
TOSTACION
FUSION
CONVERSION
PIROREFINACION
Q +,- Q +'-
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PROCESOS PIROMETALURGICOS
•
La secuencia clásica es una sucesin alternadade etapas endot7rmicas y exot7rmicas.• Las más relevantes son fusin y conversin.• Aumento paulatino de la temperatura y de la
presin de oxí$eno en el sistema fundido.• 8oseen constantes de e"uilibrio muy altas.• La cin7tica de reaccin es muy rápida.•
El tiempo de residencia es muy corto.• El precio de los combustibles incentiva la
aparicin de nuevos procesos "ue a$rupanfusin y conversin en una sola etapa.
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PROCESOS PIROMETALURGICAS
• La con'uncin de procesos permite – tilizar el calor $enerado por las reacciones de
oxidacin para fundir el concentrado slido. – 8roducir en forma continua efluentes $aseosos más
concentrados. – :eutralizar con mayor facilidad los $ases txicos y
disminuir la contaminacin.
• usin y conversin desarrollados por separado
en reactores de ba'a eficiencia ener$7tica, se &antransformado a procesos continuos e inte$rados.• El &orno reverbero se reemplaza por e"uipos de
fusin en ba+o y flas& :oranda, *uto;umpu, etc.
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N$e%os P&ocesos P!&o*ea/&0!cos
SECADO
FUSION'CONVERSION+1&a Eaa-
CONVERSION +2da Eaa-
PIRORREFINACION
Q +,- Q +'-
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SECADO DE CONCENTRADOS
•
Etapa en "ue se elimina a$ua del concentradopor accin del calor para lle$ar al nivel de&umedad re"uerido.
• 8ara casos específicos, el $rado de &umedad
del concentrado es un parámetro importante.• En procesos de fusin flas&, el concentrado se
alimenta mediante una suspensin en aireenri"uecido o en oxí$eno.
• Los procesos *uto;umpu e <:(* consideranuna etapa de secado previa al tratamiento.
• Estos nuevos procesos re"uieren concentradoscon contenidos de &umedad inferiores al 0,-%.
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HORNO SECADOR ROTATORIO
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SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO
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TOSTACION DE CONCENTRADOS
•
Etapa opcional "ue se aplica a concentrados deba'a ley y alto contenido de impurezas parafacilitar su tratamiento posterior.
• El concentrado se calienta a temperatura inferior
a la de su fusin en presencia de reactivos.• Entre =00 y 1005( se producen las reacciones
slido!$as, las cuales dependen de los productos.•
>odifica la composicin "uímica del concentradoy elimina ciertos componentes volátiles.• La tostacin de la mayoría de sulfuros ocurre sin
necesidad de aporte exterior de ener$ía.
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CLASES DE TOSTACION
Tosac!"#
Red$co&a
O3!da#e
Co&$&a#e
?eactivos(arbn
idr$eno
?eactivo*xí$eno del aire
?eactivos(loro
(loruro de &idr$eno
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TOSTACION OXIDANTE
• *xidacin de los sulfuros del concentrado conoxí$eno 4*-6 del aire para la eliminacin parcialdel azufre como an&ídrido sulfuroso 4)*-6.
• @urante la elevacin de la temperatura ocurren
)ecado &asta 2-05(. )e elimina el -* contenida. (alcinacin 2-0!/005(. )e eliminan compuestos
"uímicamente combinados.
3ostacin desde /005(. Ata"ue del *- a los sulfuros.
• 8roceso aut$eno ener$7ticamente debido a Alto porcenta'e de sulfuros presente en los
concentrados.
Elevadas entalpías de reaccin.
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TOSTACION OXIDANTE
• La reaccin "uímica $eneral de la tostacin es
• @onde – > B >etal divalente 4(u-C, Dn-C, 8b-C6
– ) B Azufre, o ars7nico 4As6 o antimonio 4)b6• 3ostacin de calcosita, covelita, $alena y blenda
Kcal 94,79ΔH SOCuO1.5OCuS
Kcal ,7192ΔH 2SOOCuO5.1SCu
22
2222
−=+→+
−=+→+
Kcal 99,29-H SOPbO1.5OPbS 22 =∆+→+
Kcal 106,19-H SOZnO1.5OZnS22
=∆+→+
2SOMO21.5OMS +→+
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TOSTACION OXIDANTE
•
Las reacciones parciales de tostacin de la pirita,donde se elimina el azufre, son las si$uientes
• En atmsfera altamente oxidante se elimina todo
el azufre de la pirita para transformarla en e-*.
• FB !101,- Gcal, es decir 21 GcalH;$. de pirita.23222 8SOO2Fe11O4FeS +→+
4FeS4SO4O4FeS 222 +→+
4FeO4SO6O4FeS 22 +→+
322 O2FeO4FeO →+
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TEMPERATURAS DE IGNICION
S$($&os Te*e&a$&a +4C-Ta*a5o +**.-
1 1'2 2 " *6s
8irita8irrotitaEstibina>olibdenita(inabrio
(alcosita Ar$entitaIlendaJalena
-=/=0-90-/01
/00=/K==/
/0==-=!!!
!!!!
/K-=90/0=01/-0
K91K=K201/K
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HORNO DE TOSTACION 7EDGE
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HORNO DE LECHO FLUIDIZADO
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PLANTA DE TOSTACION CON REACTORDE LECHO FLUIDIZADO
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FUNDICI8N
•
8roceso en el "ue adiciona calor y fundentes alconcentrado para llevarlo al estado lí"uido ba'ociertas condiciones.
• El sistema fundido se separa en - fases li"uidas – >etal crudo, formado por el metal valioso. – Escoria, constituida por las sustancias est7riles.
• Los metales lí"uidos son solubles entre sí a altas
temperaturas.• El metal crudo contiene impurezas metálicas ydebe pasar por purificacin y refinacin.
• La escoria se descarta y envía al botadero.
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FUNDICION DE METALES
F$#de#es
Co#ce#&ado
Esco&!a
Mea c&$do
A botadero
A refinacin
Gases
A tratamiento
E#e&09a
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ESCORIA
•
)e forma a partir de la $an$a del mineral y de losfundentes apropiados "ue se a+aden.• ?eco$e la mayor parte de sustancias est7riles.• Está constituida por una variedad de sustancias
residuales de naturaleza "uímica no explicada.• La mayoría son silicatos y xidos solubilizados
"ue forman una solucin comple'a en fase #nica.•
)e producen en poco volumen y a costo mínimo.
Ga#0a F$#de#es Esco&!aC
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PROPIEDADES DE LA ESCORIA
•
Peso esec9(!co: – @ebe ser el conveniente para la rápida separacin enuna fase distinta a la de los metales valiosos.
• V!scos!dad ($!de;: –
Alta viscosidad demora la separacin de las fases. – ?etiene $lbulos "ue $eneran p7rdidas de metal.
• F$s!<!!dad: – (ada compuesto de la $an$a posee alto 8to de fusin. – La mezcla de ellos permite disminuir el punto de fusin.
– 8ero la fusin para ser econmica, se debe realizar a lamínima temperatura para evitar el excesivo consumo
de combustible y el rápido deterioro de los refractarios.
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DIAGRAMA DE FASES S!O2'CaO
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COMPOSICION DE LA ESCORIA
•
:o existe teoría satisfactoria para su constitucin.• Es una solucin de xidos a temperatura elevada.• Los cálculos se basan en teorías "uímicas y datos
empíricos, siendo los componentes xidos.• Acidez y basicidad son propiedades de las
escorias con amplias aplicaciones en fundicin.• )in embar$o en las escorias no &ay C ni *!.•
La fusin se lleva con el tipo de escoria, se$#n laspropiedades re"ueridas 4fusibilidad, viscosidad6.• 3ambi7n se aplica a la seleccin del material del
revestimiento refractario de los &ornos.
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CLASIFICACION DE LOS 8XIDOS ENLAS ESCORIAS
Ácidos Básicos Anfóteros
2O
3
S!O2
P2O5
CaOM"O
FeOaOZnO#!O
2
eOMnO $a
2O
%l2O
3
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CLASIFICACION DE LAS ESCORIAS
• Las escorias son silicatadas y no silicatadas.• La más com#n en fundicin es la silicatada.• ndice de silicatacin relacin entre oxí$enos.
S!!caada
S$<s!!caada
Mo#os!!caada
Ses=$!s!!caada
>!s!!caada
T&!s!!caada
2CaO.2FeO.S!O2
2FeO.S!O2
CaO.2FeO.2S!O2
CaO.FeO.2S!O2
CaOFeO.?S!O2
b&'!c(')*!+('l('enO*,"en(
',l!celaenO*,"en()n'!l!ca-ac!+en+!ce =
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LECHO DE FUSION
• La fusin busca eliminar la mayor parte de $an$a.• La composicin de la $an$a no permite formar
una escoria con las propiedades deseadas.• 8or ello se a+aden sustancias llamadas fundentes.
• @eben ser de fácil obtencin y ba'o costo.• La mezcla de concentrado y fundentes conforma
el Mlec&o de fusinN o Mcama de fusinN.•
@eterminar la proporcin concentrado ! fundentesse denomina Mcálculo del lec&o de fusinN.• En los cálculos de la cantidad de fundente &ay "ue
considerar "ue los fundentes no son puros.
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LECHO DE FUSION
(oncentrado undentesC B Lec&o de fusin
>ineralOalioso Jan$a C undentes EscoriaB
F$#de#es CaO
>6s!cos
S!O2
M0O
@c!dos
FeO
(uarzo
Arena(aliza
@olomita
>a$nesita
ematita
8irita
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FUNDICION DE CO>RE
• )e adiciona calor a la mezcla de concentrado yfundentes para "ue alcance el estado lí"uido.
• El sistema fundido se separa en - fases lí"uidas – Maa: mezcla de sulfuros "ue posee casi todo el cobre
in$resado en la alimentacin. – Esco&!a: $rupo de xidos con mínimo contenido de (u.
• La mata se encuentra constituida por (u, e y ).• En los cálculos se considera como una solucin
de (u-) y e).• Los sulfuros son miscibles por encima de 20005(.• 3ienen puntos de fusin inferiores a las escorias.
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FUNDICION DE CO>RE
• El fundamento del proceso es el diferente $radode afinidad del azufre con los elementos.
• El orden de afinidad para su combinacin es elsi$uiente
(u e (o :i! )n Dn 8b A$ $ Au As )b.• La mata pasa a una etapa de conversin para
obtener cobre metálico mediante oxidacin.•
La escoria se caracteriza y se descarta para serdepositada en el botadero.• *ro y plata se disuelven en las matas, para ser
colectados y recuperados como subproductos.
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FUNDICION DE CO>RE
F$#de#es
Co#ce#&ado
Esco&!a
Maa
A botadero
A refinacin
Gases
A tratamiento
E#e&09a
>ata (u-), e)Escoria )i*-, e*, e*/, (a*, >$*, Al-*
Jases )*-, :
-, *
-, (*, (*
-,
-,
-*
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FUNDICION DE CO>RE
•
En teoría el concentrado debería tener solo el )suficiente para combinarse con el (u, eliminar ele y alcanzar el mayor ratio de concentracin.
• En la práctica es imposible de'ar el peso exacto de
) para combinarse con (u, por las razones s$tes – El exceso de ) en la mata, como e), prote$e al (u de
la oxidacin y su consi$uiente disolucin en la escoria. – Eliminar alta proporcin de ) en tostacin es costoso. – La alta exotermicidad de la reaccin del e) sirve para
suministrar la ener$ía re"uerida para la conversin. – La mata con alto porcenta'e de (u tiene poco volumen
y no puede disolver y colectar Au y A$ adecuadamente.
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DIAGRAMA DE FASES C$2S ' FeS
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DIAGRAMA TERNARIO C$ Fe ' S
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HORNO DE REVER>ERO
•
3ipo de &orno $eneralmente rectan$ular, siendosus dimensiones lar$o -K!/0 m. y anc&o =!9 m.• (ubierto por una bveda de ladrillo refractario
"ue refle'a el calor producido.• El combustible no está en contacto directo con la
car$a "ue se va a fundir ni con la masa fundida.• El calentamiento es indirecto por medio de una
llama insuflada sobre el material fundido.• )e utilizan para la fundicin tanto de metales
ferrosos como de metales no ferrosos, entre loscuales están cobre, ní"uel, aluminio y esta+o.
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HORNO DE REVER>ERO
•
3ambi7n se emplean para la fusin de mezclasde metales para la obtencin de aleaciones comobronce y latn.
• 8or muc&os a+os fue utilizado para la fusin de
concentrados de cobre, pero ya está siendo porotros &ornos de las nuevas tecnolo$ías.
• Las paredes interiores situadas en la zona "ue
ocupan el ba+o fundido y las salidas de mata yescoria poseen refractarios de cromo!ma$nesita.• La bveda del &orno está formada por ladrillos
refractarios de ma$nesita!cromo
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HORNO DE FUSION TIPO REVER>ERO
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HORNO DE FUSION DE ARCO ELECTRICO
S SCO
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HERRAMIENTAS PARA MATA ESCORIA
VISTA LATERAL QUEMADOR DEL HORNO
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VISTA LATERAL QUEMADOR DEL HORNO
CABA DE QUEMADOR
DAMPER DE AIRE
FUNDA DE QUEMADOR
>OQUILLA
VALVULA DE CORTEDE FLUBO
DIAGRAMA OPERACION DEL QUEMADOR
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VAPOR DEATOMIZACION
PETROLEO
MEZCLADOR
TO>ERAINTERMEDIA
AIRE PRIMARIO
TO>ERA
DIAGRAMA OPERACION DEL QUEMADOR
PLACA DE GIRO
DEFLECTOR
PETROLEOATOMIZADO
HORNO REVER>ERO
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GRUAPUENTE
TOLVAS DEALIMENTACION
ALIMENTADOR
TOLVAS DECONCENTRADO GRUA DE
MANTENIMIENTO
CANAL DERETORNO
DE ESCORIA
QUEMADORES
PRINCIPALES
QUEMADORVERTICAL
SALIDA DEGASES
CANAL DE SALIDA DE MATA CANAL DE SALIDA DE ESCORIA
OLLAS DEMATA
FABATRANSPORTADORA
HORNO REVER>ERO
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ESCORIA DE REVER>ERO A >OTADERO
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ESCORIA DE REVER>ERO AL >OTADERO
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CONVERSION
• *xidacin rápida de una car$a lí"uida constituidapor metales o compuestos metálicos por mediode un flu'o de aire a presin.
• Los principios básicos son –
>ayor afinidad del oxí$eno por los diversos elementos"ue impurifican al metal valioso. – Autosostenimiento ener$7tico del proceso por"ue la
mayoría de reacciones son exot7rmicas.
•
La finalidad es separar el metal valioso de susimpurezas formando dos fases lí"uidas.
• )e aplica en las metalur$ias del &ierro, cobre,ní"uel y bismuto.
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CONVERSION
•
8roceso usual en tratamiento de matas de cobre.• Adaptacin del m7todo Iessemer usado en e.• (onsiste en la oxidacin de la mata lí"uida "ue
proviene de la fusin.• Los sulfuros fundidos se introducen a 22005(.• El calor $enerado por la oxidacin del &ierro y del
azufre es suficiente para &acerlo aut$eno.• )e remueve &ierro y azufre de la mata, para
producir cobre blíster de alta pureza 491 99%6.• 8osteriormente el cobre se somete a procesos
de refinacin t7rmica yHo electrolítica.
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CONVERSION
•
La conversin de la mata de cobre se lleva a caboen dos etapas• En la primera etapa se inyecta aire para producir
la oxidacin del &ierro 4e)6, se$#n la reaccin
2FeS , ?O2 2FeO , 2SO2 H '2?? ca
• El xido producido es escorificado mediante síliceformando un compuesto fayalítico más estable.
2FeO , S!O2 2FeO.S!O2 H 'J ca
DIAGRAMA DE ELLINGHAN
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DIAGRAMA DE ELLINGHAN
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CONVERSION
• En la se$unda etapa ocurre la reaccin deoxidacin del (u-), produci7ndose cobre blístery un $as rico en )*-.
C$2S , O2 2C$ , SO2 H ,K ca
• La mayor afinidad del oxí$eno por el &ierro "ue
por el cobre provoca la oxidacin selectiva dele) en la primera etapa y del (u-) en la #ltima.
DIAGRAMA >INARIO C$ S C$
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DIAGRAMA >INARIO C$2S ' C$
CO O S
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CONVERTIDORES
•
8ara conversin de matas de cobre se empleaconvertidores &orizontales.• El convertidor 8ierce )mit& es el más utilizado.• (onstituido por una carcasa cilíndrica formada
por c&apas de acero.• La carcasa puede $irar debido a "ue posee un
aro dentado "ue se une al motor a trav7s del
reductor.• El revestimiento interno está conformado porladrillos refractarios de ma$nesita y cromo!ma$nesita.
CONVERTIDOR PIERCE SMITH
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CONVERTIDOR PIERCE SMITH
CONVERTIDOR PIERCE SMITH
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AIRE DE PROCESO
GASES DE
CONVERSION
LINEA DE
TOBERAS
CONVERTIDOR PIERCE SMITH
CAMPANA EXTRACTORA
DE GASES
OLLA DE
MATA
SISTEMA
MOTRI LARGO !"#$%&
RODILLOS
PISTA DE
RODAD'RA
BOCA DEL
CONVERTIDOR
DIAMETRO
DE
TAMBOR(!#
$%&
CORONA
TAPA
LATERAL
TAMBOR
T'BOS DE
DISTRIB'CION
DE AIRE)'NTA
ROTATIVA
COMP'ERTA
DE CAMPANA
CONVERTIDOR PIERCE SMITH
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CONVERTIDOR PIERCE SMITH
CONVERTIDOR PIERCE SMITH
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CONVERTIDOR PIERCE SMITH
CONVERTIDOR MODIFICADO EL TENIENTE +CMT-
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CONVERTIDOR MODIFICADO EL TENIENTE +CMT-
ESCORIA
METAL >LANCO
GASES DESALIDA
CONC.SILICAM. FRIO
GAR'GUN
AIRE
ALIMENTADOR
>OCA
AIRE, OXIGENO
TO>ERAS
MATA
CONVERTIDOR MODIFICADO E TENIENTE
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CONVERTIDOR MODIFICADO E TENIENTE+CMT-
MOLDEO DE CO>RE
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MOLDEO DE CO>RE
COLADA DE CO>RE >LISTER EN RUEDA
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COLADA DE CO>RE >LISTER EN RUEDADE MOLDEO
DIAGRAMA DE FLUBO FUNDICION DE ILO
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(A>A) @E (*:(E:3?A@*
*?:*) @E?E3E:(<*:
CO>RE AMPOLLOSOA REFINERIA PUERTO
PLANTA DEOXIGENO
L.*.P )*8LA@*?46
CONVERTIDORESPEIRCE SMITH
+K-
(<>E:EA
POLVO
P.E.
P.E.
P.E.
CAMARA DEENFRIAM.
C.M.T.
OE:3<LA@*?@E JA)E)(AL<E:3E)
3*LOA)4/6
AREA DE PREPARACIONDE MATERIALES AREA DE FUNDICION PLANTA DE ACIDO
REVER>EROS+2-
CALDERO
E)(*?<A AI*3A@E?*
SECCION DE CONTACTOIALA:DA
.((.
O*L3EA@*?@E (A??*)
:@E:3E)
(*:(E:3?A@*
(*:OE?3<@*?
3*??E @E
AI)*?(<*:
SECCION DE LIMIPIEZA
LAOA@*?@E JA)E)
A LIXIVIACION
A(<@*)L?<(*
3A:QE) @E AL>A(E:A><E:3*
8E?3*
(*:(E:3?A@*
>E3ALILA:(*
>A3AE)(*?<A @E (*:O.
A(<@* @EI<L A:E3?AL<DA(<*:
3*??E @E)E(A@*
8.E.E:?<A@*?
RUEDA DE MOLDEO+2-
)<L<(A ?<*
LEENDACONCENTRADOESCORIAAIRE ENRIQUECIDOOXIGENOGAS A PLANTA DE ACIDOGAS A CHIMENEAMATA
FUNDENTEACIDO SULFURICO
3A:QE @E AL>A(E:A><E:3*
:@<(<*:
)*8LA@*?
)<L<(A ?<*
PLANTA DE CHANCADO
DA?A:@AO<I?A3*?<A
3*LOA (A:(A@*?A(*:<(A
(A:(A@*?A@E Q<RA@A
3?<88E?
8<LA) @E >A3E?<AL
3?<88E?
)<L<(A
SILICA ACMT CONV.
)*8LA@*?426
POLVO
Oentilador 4-6
8etrleo
J.*.P
DISPOSICION DE LA FUNDICION DE ILO
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8lanta Acido S2
8lanta de3ratamiento
de Efluentes S2
8lanta*xi$eno S2
3oma de A$ua de >ar
ornos?everberos
(>3
E)8
E)8
TI
(onvertidores8eirce )mit&
?eactor (>3
E)8
8lanta de
>oldeo :orte
8lanta de>oldeo )ur
E)8
DISPOSICION DE LA FUNDICION DE ILO
FUNDICION DE ILO
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FUNDICION DE ILO
NUEVA TECNOLOGIA FUSION'CONVERSION
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NUEVA TECNOLOGIA FUSION'CONVERSION
F$s!"# e# <a5o
F$s!"# !#*ed!aa
CMT
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A$s*e
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