高炉炼铁基础理论概论.ppt

在高炉内如何控制各种还原反应来改善燃料的热能和化学能的利用，是降低焦比的关键问题。高炉最低的燃料消耗、并不是全部为直接还原或是全部为间接还原。而是在两者适当比例下获得。 1. 直接还原度rd与还原剂碳量消耗的关系(以吨铁为计算单位) 按冶炼1t生铁计算，直接还原消耗碳量Cd，包含非铁元素直接还原消耗碳量Cp与铁还原消耗碳量两部分: 二、直接还原与间接还原对焦比的影响 式中 [Fe]－吨生铁中的铁量，kg； rd－铁的直接还原度，%。 (2)用于间接还原的还原剂CO的碳量消耗量(Ci) 由于Fe3O4和FeO的间接还原反应是可逆的，反应平衡时的气相组成中w(CO)/w(CO2)保持有一定比例。为了使还原反应不断进行下去，必须使气相CO浓度超过平衡浓度才行，也即需要过量的CO才行。即: 对铁的还原来说，rd+ri=1，即:ri=1-rd(氢的还原归于在间接还原中)。这里的关键是找到恰当的n值。 以上分析看出，只从还原剂消耗看,还原产出1t生铁(不包括其它元素等直接还原耗碳)，全部直接还原的耗碳量要比全部为间接还原所消耗的碳素量要少。 综上所述，高炉中碳的消耗应满足二方面需求，即作为还原剂消耗在直接述原和间接还原方面，同时还应满足碳作为发热剂方面的消耗。为了说明，把Cd、Ci和冶炼一吨生铁时的热量消耗Q及以上三者与直接还原度rd的关系绘在同一图上 2.铁的直接还原度rd与消耗在发热剂的碳量的关系 从还原反应热效应看，间接还原是放热反应 还原反应动力学 1.二步还原论 氧化物首先分解为低价氧化物(或金属)与氧分子，分解出的氧然后与还原剂结合成氧化物。还原剂的作用是不断除去放出的氧，保证氧化物不断分解。以FeO被CO还原为例，还原按如下两步进行: 因为两步论认为前后两步理论是各自独立的，所以总的反应速度必然决定于两步中最慢的一步。绝大部分冶金反应(包括高炉内反应)都在较高温度下进行，还原剂和氧的反应必然很快(第二步)，所以第一步反应即氧化物的分解速度显然成了限制和决定整个还原速度的关键。但在900~1200℃ Fe2O3比FeO的分解压力大1010倍。如果用H2还原，从单位面积上夺取氧的速度几乎相同，Fe2O3, Fe3O4和FeO同样都容易还原成金属铁,这与二步论是矛盾的。同时热力学认为，铁氧化物自行分解是不可能的，因此这一理论已被否定。 2 吸附自动催化理论 按这一理论，还原过程如下: (1)还原气体被氧化物的表面所吸附; (2)还原气体的分子与氧化物中氧原子结合，破坏旧的晶格，产生新的晶格(化学变化与结晶变化同时发生); (3)反应生成的气体分子脱离吸附。当反应面逐步深入到固体内部后，还原剂分子须首先扩散穿过固体反应层，才能到达反应面。反应生成的气体分子也须扩散穿过固体反应层才能进入外界气相层，反应过程可用下式表示: 这一理论较圆满地解释了还原反应的吸附特性，但还没有全面解释整个反应过程。 3.固相扩散论 这种理论的要点是在铁氧化物的还原过程中，反应层内有FeO, Fe等原子或离子的固相扩散，从而使固体内部没被还原的部分裸露出来，促使反应不断进行，它实际上是吸附自动催化理论的补充和发展。 4 未反应核模型理论 它比较全面地解释铁氧化物的整个还原过程，是目前得到公认的理论。这种理论的要点是，铁氧化物从高价到低价逐级还原，当一个铁矿石颗粒还原到一定程度后，外部形成了多孔的还原产物—铁壳层，而内部尚有一个未反应的核心。随着反应推进，这个未反应核心逐渐缩小，直到完全消失，整个反应过程按以下顺序进行： (1)气化还原剂的外扩散; (2)还原剂气体的内扩散; (3)还原性气体被吸附; (4)界面化学反应; (5)氧化性气体的脱附， (6)氧化性气体的内扩散; (7)氧化性气体的外扩散。 * 高炉炼铁基础理论 内容提要 1、高炉内还原过程 2、渗碳和生铁的形成 3、造渣与脱硫 1、高炉内还原过程 1.1金属氧化物的还原 冶金还原反应就是用还原剂夺取金属氧化物中的氧，使之成为金属单质或其低价氧化物的过程。一般可表达为如下通式: Cu、Pb、Ni、Co、Fe 为易全部被还原的元素; Cr、Mn、V、Si、Ti 只能部分被还原; Al、Mg、Ca 不能被还原的。 铁氧化物的还原过程按照其氧势或分解压大小，从高价到低价逐级进行: T570℃ T570℃ 1、高炉内还原过程 1.2铁氧化物的还原 1.2.1 铁氧化物还原的一般规律 1.2.2铁氧化物还原的基本反应 在低温区和中温区, 570℃ t1000℃，用CO还原: 用H