MODELAMIENTO DE LAS REACCIONES DE REDUCCIóN DURANTE LA SINTERIZACIóN DE HIERROS PULVIMETALúRGICOS (PM) ( MODELING REDUCTION REACTIONS DURING SINTERING OF POWDER METALLURGY IRONS )

摘要

Este trabajo estudia las interacciones sólido-gas durante la sinterización de hierros pulvimetalúrgicos integrando balances de momentum, energía y masa en un modelo no-estacionario. La consolidación de un compacto pulvimetalúrgico requiere la eliminación de los óxidos nanométricos que recubren las partículas. Teóricamente, esto se logra mediante el ajuste de la composición de la atmósfera de entrada al reactor, de tal forma que a la temperatura de proceso se asegure la reducción. En el caso de atmósferas basadas en mezclas N 2 /H 2 , con niveles residuales de H 2 O, la capacidad reductora depende del cociente entre las presiones parciales de hidrógeno y agua. Sin embargo, la composición real de la atmósfera en el interior de una pieza porosa es difícil de predecir dado que el agua que se produce durante la reducción incrementa puntualmente la relación p H 2 O/pH 2 . Este estudio propone una metodología para el desarrollo de modelos que permitan evaluar la degradación local de la atmósfera y calcular el tiempo necesario para que se lleven a cabo las reacciones de reducción en un compacto pulvimetalúrgico. Se desarrolló un caso de estudio para la reducción de wüstita sobre hierro y se evaluó la influencia que la temperatura del sólido y el flujo del gas de entrada tienen en el proceso. In this study solid-gas interactions during sintering of powder metallurgy (PM) irons are simulated by coupling mass, heat, and momentum phenomena in a non-stationary model. The consolidation of a PM compact requires the elimination of the nanometric oxides covering the particles. Theoretically this is achieved by adjusting the inlet atmosphere composition to guarantee thermodynamically reductive values at the processing temperature. That depends on the quotient of hydrogen and water partial pressures when N 2 /H 2 mixtures are employed. However the actual atmosphere composition inside the porous part is not easy to predict because water produced during reaction can locally increases the pH 2 O/pH 2 value. This work proposes a methodology to study the effects of local atmosphere degradation on reduction times. The influence of compact temperature and external gas velocities during the processing of the iron/wüstite system was evaluated.