高炉冶炼过程的物理化学反应.ppt

3.1 蒸发、分解与气化 3.1.1 蒸发 焦炭中水分蒸发，天然矿石和熔剂中少量吸附水蒸发。 水分蒸发耗热少，仅使炉顶温度降低，对高炉冶炼过程不产生明显影响。 3.1.2 结晶水分解 大多数结晶水在烧结过程中已分解，少量在高炉内分解。 冶炼铸造生铁和锰铁时，如结晶水析出过晚，落入800℃的高温区后发生如下反应： H2O + C = H2 + CO（水煤气反应） 该反应大量耗热并直接消耗固定碳，造成焦比升高。参加这一反应的量约占结晶水总量的20％～50％。 3.1.3 碳酸盐分解 当炉料中单独加入熔剂（石灰石或白云石）或炉料中尚有其他类型的碳酸盐时，随着温度的升高，当其分压pCO2超过炉内气氛的CO2分压时，碳酸盐开始分解。 FeCO3、MnCO3、MgCO3分解较容易，在炉内较高的位置即可开始。 以上三种碳酸盐的分解反应发生在低温区，对冶炼过程无大影响。但石灰石（CaCO3）开始分解的温度高达700℃，且其分解速度受熔剂粒度的影响较大。目前石灰石粒度多为25～40mm，有相当一部分CaCO3进入900℃以上的高温区后才发生分解。此时反应产物CO2会与固体碳发生碳素溶解损失反应： CO2＋C＝ 2CO 该反应吸收大量热量，并消耗碳素，对高炉能量消耗不利。计算中一般取石灰石在高温区分解的部分占50～70％。 炉料中碳酸盐来源：生熔剂(石灰石、白云石)、天然块矿 碳酸盐分解反应： FeCO3= FeO+ CO2 MnCO3= MnO+ CO2 MgCO3= MgO+ CO2 CaCO3= CaO+ CO2 碳酸盐分解条件 开始分解：Pco2(分解压) ≥Pco2(炉内CO2分压)??T开 化学沸腾：Pco2(分解压) ≥P总(炉内总压)??T沸 当气相中CO2分压为101 kPa时?? FeCO3： T开= 380－400℃在高炉上部低温区分解。?? MnCO3： T开= 525℃　仅消耗高炉上部多余热量?? MgCO3： T开= 640－668℃对高炉冶炼过程影响不大?? CaCO3： T开= 900－920℃??分解温度高、耗热大，对高炉过程影响大 碳酸钙分解对高炉冶炼的影响 ??大约有50%左右的CaCO3在1000℃以上的高温区发生分解。 ?? CaCO3高温分解产生的CO2在炉内与C会发生碳素熔损反应:CO2+C==2CO ?165.7 kJ/mol 危害：?? 分解反应本身要消耗高炉内的热量?? 分解反应放出的CO2冲淡了还原气体的浓度?? 与碳反应强烈吸热，消耗大量高温区宝贵热量?? 消耗固体碳素C，减少还原和热量作用的碳素?? 破坏焦炭强度(使得焦炭料柱骨架作用减弱) 3.1.4 析碳反应 高炉内进行着一定程度的析碳反应： 2CO ＝ CO2＋C 该反应是碳素溶解损失反应的逆反应。 从热力学反应角度分析，煤气中CO在上升过程中，当温度降到400～600℃时此反应即可发生；从动力学条件分析，由于温度低，反应速度可能过于缓慢。但实际生产中由于高炉中存在反应催化剂，高炉内仍有一定数量的析碳反应发生。 此反应对高炉冶炼过程有不利影响：渗入炉身砖衬中的CO若析出碳素则可能因产生膨胀而破坏炉衬，渗入炉料中的CO发生反应则可能使炉料破碎，产生粉末阻碍煤气流等。 3.1.5 气化 常见气化（蒸发或升华）物质：P、As、K、Na、Pb、Zn、S及还原中间产物SiO、Al2O和PbO；在高炉中生成的化合物SiS、CS以及由原料带入的CaF2等。 气态物质随煤气上升的过程中因温度降低而凝聚：少部分随煤气逸出，一部分被炉渣吸收而排除，相当部分随炉料再次下降至高温区而重复气化－凝聚过程。“循环累积” 气化物质在温度较低的炉壁和炉料表面