第三章钢铁冶金原理铁的还原.ppt

* 钢铁冶金原理 内蒙古科技大学 材料与冶金学院冶金工程系 第三章 铁的还原 自然界中铁不能以纯金属状态存在，绝大多数形成氧化物、硫化物及硫酸盐。常用的铁矿石有赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、褐铁矿(nFe2O3.m H2O)、菱铁矿(FeCO3)4种。在炼铁过程中，这些矿物被还原成铁。 地壳中铁的储量比较丰富，仅次于O、Si、Al而居于第4位。 §3.1.1 还原反应的热力学 Fe2O3、Fe3O4、FexO(x：0.87-0.95，含氧量25.60-23.26%) 理论含铁量：铁矿石中含铁氧化物的含铁量。 Fe2O3：70% Fe3O4：72.4% 还原难易程度：易→难， Fe2O3→Fe3O4→FexO（温度、还原剂用量） 1、铁氧化物的特性 还原反应是由高级铁氧化物到低级铁氧化物的顺序逐级进行的。 T570℃: Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe T570℃: Fe2O3→Fe3O4→Fe(FeO不能稳定存在) 2、铁氧化物还原的顺序性 ⑴用CO还原铁氧化物 T570℃: 3、铁氧化物还原的热力学： (1) (2) (3) T570℃: (1) （4） 各反应的共同特点：1molCO参加还原，生成1mol的CO2气体，反应前后气体CO+CO2的总mol数相等。 各反应达平衡时的CO%含量（体积）成为气相平衡组成。 特点： 以%CO平——T作图，称为气相平衡组成图。 ②反应⑵、⑶、⑷的平衡线在570℃相交，形成叉形，此点Fe、FexO、Fe3O4平衡共存。 ①k11，%CO平≈0 几乎与横轴重合，反应不可逆，Fe2O3很易还原。 ③4条曲线把图面分成4个区，分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe的稳定存在区。 ④曲线的走向取决于反应的热效应 放热T↑→%CO平↑；吸热T↑→%CO平↓ 1个吸热反应，3个放热反应，总热效应Fe2O3→Fe是放热的。 ⑵用H2还原铁氧化物： T570℃: (1) （4） (1) (2) T570℃: (3) 对于各反应：1molH2参加还原生成1molH2O ①CO还原铁氧化物，3个放热反应，1个吸热反应，总热效应为放热。 H2还原铁氧化物，3个吸热反应，1个放热反应，总热效应为吸热。 以各反应的%H2平——T作图，得到气相平衡组成图。 ⑶CO与H2还原的比较： ②两组曲线交于810℃ 高温有利于H2的还原，高炉中35%的H2参加还原，其中5%左右参加Fe3O4的还原，95%左右参加FeO的还原。 T810℃, T810℃, H2的还原能力大于CO CO的还原能力大于H2。 §3.1.2 铁氧化物还原的动力学 将正在还原中的矿球急冷剖开，断面分层结构，表明还原反应时逐级进行的。为典型的气-固相未反应核模型。因FexO→Fe最慢，一般只讨论FexO→Fe一个未反应核模型。据此模型，矿石的性质、煤气成分、还原温度对还过程有影响。 1、矿石的性质： 矿物组成、结构、气孔率等因素对还原均有影响 人造富矿天然矿；赤铁矿磁铁矿 ，ED：8.4-21 2、还原温度： T↑，k↑，D↑，Ek：62.8-117.2 T对k的影响大于D，低温下，界面反应为限制性环节，高温下扩散为限制 （n=0.75-3.0） 性环节。在复合限制条件下， *