铁冶金学——第四章 高炉内物理化学反应2

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第4章：高炉中的传输现象
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炉料下降的条件
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炉料下降的条件
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影响炉料下降的因素
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影响炉料下降的因素
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煤气沿高炉截面的分布
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欧根公式
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对欧根公式的分析
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充液散料层的流体力学现象

超过1.3左右时，熔化温度将急剧升高。依据对结晶过程的 研究，如图6-3所示，碱度从0.7到1.3，MgO<20%的成分范 围是黄长石（Ca2MgSi2O7与Ca2Al2SiO7的固熔体），镁蔷 薇辉石（Ca3MgSi2O8）和钙镁橄榄石（Ca2MgSiO4）的初 晶区。这是最适宜于选用的高炉渣区域。
4.1 高炉炼铁还原热力学
4.3 造渣与脱硫
4.1 高炉炼铁还原热力学
4.3.3 高炉渣组成和性质及其对冶炼的影响 一、高炉渣的组成
高炉中凡没有或不能进入生铁的熔融物质都全部转入炉渣。
由表6-1可见，高炉渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO四种 组分组成。在用普通矿冶炼炼钢生铁的情况下，它们之和
4.3 造渣与脱硫
4.1 高炉炼铁还原热力学
三、炉渣性质及其对冶炼的影响 炉渣的性质及其化学成分密切相关，其中碱度对渣的性质 有很大影响。直接影响高炉冶炼的炉渣性质有熔化温度、 熔化性温度、粘度、稳定性和脱硫性能等。一般希望高炉 渣具有适宜的熔化性，较小的粘度，良好的稳定性和较高 的脱硫能力。炉渣的这些性质在冶金热力学和动力学中已 经讲过了，这里着重讨论它们对高炉冶炼的影响。
质基本稳定，变化不大。经风口区再氧化的铁及其它元素
在这里又可能还原到铁水中，使渣中FeO含量降低。铁水穿 过渣层和渣铁界面发生的脱硫反应使渣中CaS有所增加。一 般所说的高炉渣系指终渣。终渣对控制生铁成分，保证生
铁质量有重要影响。终渣应是预期的理想炉渣。若有不当，
应在实践中通过配料调整，使其达到适宜成分。
4.3 造渣与脱硫
4.1 高炉炼铁还原热力学
4.3.2 高炉造渣过程和软熔带的形成 现代高炉多用熔剂性熟料冶炼，基本上不直接加入熔剂。 由于在烧结（或球团）生产过程中熔剂已事先矿化成渣， 这就大大改善了高内造渣过程。 高炉渣按其形成过程有初渣、中间渣和终渣之分。 初渣是指在高炉的适当温度区域（软熔带，图6-2）刚开始 出现的液相炉渣；中间渣是指在处于滴落过程中成分、温 度在不断变化的炉渣（国外称炉腹渣）；终渣是指已经下 达炉缸，并周期的从炉内排出的炉渣。

实际rd更小，0.4－0.6 rd↓0.1,焦比50Kg↓ 措施：高风温，喷吹，精料
不同rd下还原剂的耗C量
2.2.3 气固相还原反应的动力学
研究目的 发展间接还原，提高冶炼效率，降低燃料消耗 研究历史 二部理论
1926年苏联学者Байков提出： MO＝M+1/2O2 O2+CO(或H2)＝CO2(或H2O) 存在的问题：
分解
结晶水 强烈分解温度：400℃～600℃。 影响：一般不影响高炉过程，有20％可能进入高温 区（800℃） H2O+C＝H 2+CO
碳酸盐
来源： MnCO3，FeCO3，MgCO3，CaCO3 影响：MnCO3，FeCO3，MgCO3分解对高炉影响不大 CaCO350％～70％进入高温区分解，耗碳 CO2十C＝2CO
1—4Fe3O4十O2＝6 Fe2O3 2—6 FeO十O2＝2 Fe3O4 3—2 CO十O2＝2 CO2 4—2Fe十O2＝2FeO 5一C十O2＝CO2 6—2C十O2＝2CO 7—2H2十O2＝2H2O 8—3/2Fe十O2＝1/2 Fe3O4 Fe2O3最不稳定， Fe3O4次之，FeO最稳定 小于950K时，还原能力CO＞H2＞C，高于此温度情况相反 标准状态下，FeO不能被CO和H2还原
2.2 还原过程
2.2.1 铁的氧化物及其特性
Fe: 温度911℃:α -Fe 体 心立方 温度>911℃ β -Fe 面心立方(不锈钢) γ -Fe 体心立方 浮土体：Fe++缺位的晶体, 以 FexO表示, O=23.16－ 25.60%, 温度＜570℃时， FexO将分解为Fe3O4＋Fe Fe3O4: 理论含O量27.64%, 温度高于800℃时，也有溶 解O2，或Fe++缺位的现象。 Fe2O3 理论含O量为30.06%, ＞1457℃时 , Fe2O3→ Fe3O4十O2 (体积增大)

G BO G MeO
式中：、——分别为B和Me与1molO2结合成氧化物的标准 生成自由能。
4.1.1 氧化物还原的一般原理
4.1 高炉炼铁还原热力学
图4-1例举了高炉中常见氧化物的标准生成自由能变化 （对1molO2而言）及其与温度的关系，可用它来判断 还原反应的方向和难易，并选择适宜的温度条件。图41中的各条线称为氧势线。氧势线位置愈低的氧化物， 其值愈小，愈难还原。凡是在铁氧势线以下的物质单质 都可用来还原铁氧化物。例如Si就可还原FeO。如果两 直线有交点，则交点温度即为开始还原温度。高于交点 温度，则是下面的单质能还原上面的氧化物；低于交点 温度，则反应逆向进行。如两直线在图中无交点，那么 下面的单质能还原上面的氧化物。
4.1 高炉炼铁还原热力学
4.1.2 铁氧化物的还原的一般规律
高炉下部铁氧化物的直接还原反应的进行取决于碳 的气化反应（4-13）和（4-15）的发展（即气化反 应的迟早和速率）。而碳的气化反应的发展则决定 于温度和焦炭本身的反应性。焦炭反应性愈好，碳 的气化反应可提前在较低的温度下进行，则直接还 原反应发展的早，进行的快，高炉内直接还原区扩 大。相反，焦炭反应性较差时，碳的气化反应需要 在更高的温度下进行，则直接还原反应发展的晚， 进行得慢，即直接还原区向高温区收缩。一般希望 适当扩大间接还原区，缩小直接还原区。因此，使 用反应性较差的焦炭反而有利。
4.1.1 氧化物还原的一般原理
4.1 高炉炼铁还原热力学
然而，还原剂的选择还必须适应大规模工业生 产的需要和经济效益的要求。显然在高炉中不 能用比铁昂贵的Al、Mg、Ca、Si、Mn来作为 还原剂。它们作为还原剂是不经济的。
C、CO和H2是高炉炼铁适宜的还原剂。它们由 原料带来，兼有热能和化学能的双重职能，焦