第3章 高炉冶炼原理.ppt

第 三 章 高炉冶炼原理 第一节 高炉中蒸发分解及还原理论 高炉原料中的游离水对高炉冶炼有何影响？ 游离水存在于矿石和焦炭的表面和空隙里。炉料进入高炉之后，由于上升煤气流的加热作用，游离水首先开始蒸发。游离水蒸发的理论温度是100℃，但是要料块内部也达到100℃，从而使炉料中的游离水全部蒸发掉，就需要更高的温度。根据料块大小的不同，需要到120℃。或者对大块来说，甚至要达到200℃游离水才能全部蒸发掉。 一般用天然矿或冷烧结矿的高炉，其炉顶温度为150～300℃，因此，炉料中的游离水进入高炉之后，不久就蒸发完毕，不增加炉内燃料消耗。相反，游离水的蒸发降低了炉顶温度，有利于炉顶设备的维护，延长其寿命。另一方面，炉顶温度降低使煤气体积缩小，降低煤气流速，从而减少炉尘吹出量。 第一节 高炉中蒸发分解及还原理论 高炉原料中的结晶水对高炉冶炼有何影响？ 炉料中的结晶水主要存在于水化物矿石（如褐铁旷2Fe2O3·3H2O）和高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）中间。高岭土是粘土的主要成分，有些矿石中含有高岭土。试验表明，褐铁矿中的结晶水从200℃开始分解，到400～500℃才能分解完毕。高岭土中的结晶水从400℃开始分解，但分解速度很慢，到500～600℃迅速分解，全部除去结晶水要达到800～1000℃。 高温下分解出来的结晶水与高炉内的碳发生下列反应： 500～1000℃： 2H2O+C=CO2 +H2 -83134kJ 1000℃以上 H2O＋C=CO＋H2 -124450kJ 可见，高温区分解结晶水，对高炉冶炼是不利的，它不仅消耗焦炭，而且吸收高温区热量，增加热消耗，降低炉缸温度。 到达高温区分解参加上述反应的结晶水，一般达30～50％。 第一节 高炉中蒸发分解及还原理论 高炉内碳酸盐分解的规律 ？ 炉料中的碳酸盐主要来自熔剂（石灰石或白云石），有时矿石也带入一少部分。炉料中的碳酸盐主要有CaCO3、MgCO3、MnCO3、FeCO3等，这些碳酸盐在下降过程中逐渐被加热发生分解反应。碳酸盐分解反应的一般化学式为： MeCO3 ＝MeO＋CO2 -Q 式中，Me表示Ca、Mg、Mn、Fe等元素。 CaCO3开始分解的温度为T=530℃。因此。低于530℃时，CaO就要与空气中的CO2作用生成CaCO3。这就是自然界中找不到天然的游离状态的CaO，而遇到的总是碳酸钙的原因。 各种碳酸盐开始分解的温度（亦即总压为105Pa时开始“化学沸腾”的温度）为： BaCO3 CaCO3 MgCO3 MnCO3 FeCO3 ～1360℃ 900～920℃ 640～660℃ 525℃ 380～400℃ 第一节 高炉中蒸发分解及还原理论 第一节 高炉中蒸发分解及还原理论 高炉内碳酸盐的分解对高炉冶炼有重要影响 首先，碳酸盐的分解反应是吸热反应，要消耗一部分热量，增加高炉热支出。CaCO3的分解热为4045kJ/kgCO2，MgCO3的分解热为2487kJ/kgCO2。 其次，一部分石灰石在高温区分解（大约50％）产生的CO2与焦炭作用，一方面消耗热量： CO2+C=2CO-165805kJ 同时由于消耗了焦炭，减少了风口前燃烧的碳量。 此外，分解产生的CO2 冲淡了煤气，降低了煤气的还原能力。 由于碳酸盐分解造成上述三项高炉热能和化学能的损失，从而引起焦比升高，因此，生产中要求尽量少加或不加石灰石，同肘，加进去的石灰石希望尽量在高炉上部分解完毕，以免增加炉缸热消耗。 生产实践和理论计算表明，每吨铁少加100kg石灰石，可以降低焦比30kg（只考虑分解热和CO2的影响）。 第一节 高炉中蒸发分解及还原理论 为了消除碳酸盐分解的不良影响，采取如下措施： 1）采用自熔性或熔剂性烧结矿，不加或少加石灰石。熟料率低的高炉可配用高碱度或超高碱度烧结矿。 2）缩小石灰石粒度，改善石灰石分解条件，这对使用生矿物高炉尤为重要。 3）用生石灰代替石灰石。 第一节 高炉中蒸发分解及还原理论 什么叫还原剂？ 就高炉冶炼过程来说，还原剂就是从铁氧化物中夺取氧，使铁氧化物中的铁变为金属铁或铁的低价氧化物的物质。由于矿石中的铁都是以氧化物的形态存在，因此，必须夺取与铁结合的氧，使铁游离出来才能得到金属铁。所以，高炉冶炼过程中必须使用还原剂。高炉冶炼过程中的还原剂有C、CO和H2 。 第一节 高炉中蒸发分解及还原理论 铁的间接还原？ 用CO还原铁氧化物的反应叫作间接还原。因为高炉中的CO是由C被炉料和鼓