钢铁冶金学(炼铁)课件第3章A

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1、本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利杨世山63第三章高炉冶炼过程的物理化学3.1蒸发、分解与气化3.1.1物理水蒸发炉料物理水来源p原燃料的吸附水焦炭含水2~5%、天然块矿和熔剂含水~2%；p雨季造成的炉料带入的物理水p高炉顶温高时炉顶打水带入的物理水炉料物理水的去向$炉顶(煤气)温度在200℃左右；$在>100℃蒸发，以水蒸汽进入炉顶煤气。炉料物理水蒸发对高炉冶炼过程的影响物理水升温、蒸发吸热，可使炉顶温度降低；消耗高炉上部多余热量，对冶炼过程影响不大!本科生主干课《钢铁冶金

2、学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利杨世山63本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利杨世山643.1.2结晶水分解化学结晶水⎯⎯天然块矿和熔剂含有少量的结晶水z一般固溶结晶水⎯⎯120~200℃分解出来⎯→吸热−z以OH存在的结晶水：与金属氧化物结合的结晶水z针铁矿：Fe2O3yH2O(α−FeOxOH)z纤铁矿：Fe2O3yH2O(γ−FeOxOH)z水锰矿：MnO2yMn(OH)2(MnOxOH)300℃左右开始分解，吸热较少与脉石氧化物结合的结晶水z高岭土

3、：Al2O3y2SiO2y2H2Oz莫来石：(FexAl)2O3y3SiO2y2H2O500℃开始分解，吸热较多%炉料结晶水蒸发对高炉冶炼过程的影响z由于某种原因，当结晶水(20~50%)析出过晚，在>800℃的高温区析出时，则会发生水煤气反应：3H2O+C======H2+CO−7285kJ/kgH2O(5860kJ/mH2O)z危害：强烈吸热，消耗大量高温区宝贵热量消耗固体碳素C，破坏焦炭强度产生的还原性煤气H2、CO在上升过程中利用率不高（高炉中下部冷却器漏水时，也会发生类似问题。〕本科生主干课《钢铁冶

4、金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利杨世山64本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利杨世山653.1.3碳酸盐分解z炉料中碳酸盐来源：生熔剂(石灰石、白云石)、天然块矿z碳酸盐分解反应：FeCO3======FeO+CO2MnCO3======MnO+CO2MgCO3======MgO+CO2CaCO3======CaO+CO2z碳酸盐分解条件6开始分解：Pco2(分解压)≥Pco2(炉内CO2分压)⇐⇒T开6化学沸腾：Pco2(分解压)≥P总(炉内总压)⇐⇒T沸%

5、当气相中CO2分压为101kPa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也不大CaCO3：T开=900－920℃因分解温度高、耗热大，对高炉过程影响大本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利杨世山65本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利杨世山66%碳酸钙分解对高炉冶炼的影响z大约有50%左右的CaCO3在1000℃以上的高温区

6、发生分解zCaCO3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−165.7kJ/molz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)对策高炉应尽量使用全熟料(高碱度烧结矿或自熔性烧结矿配加酸性氧化球团矿)入炉，以少加或不加石灰石;以生石灰（CaO）代替石灰石;适当减少石灰石的粒度。本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北

7、京科技大学冶金学院吴胜利杨世山66本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利杨世山673.1.4碳素沉积反应(析碳反应)%高炉上部发生着一定程度的析碳反应2CO======CO2+C+165.7kJ/molT≤400~600℃!危害此反应消耗高炉上部的气体还原剂CO；渗入砖衬缝隙的CO在析出固体碳时，产生膨胀，破坏炉衬；在炉料孔隙内发生的析碳，可能使炉料破碎、产生粉末，阻碍煤气流；析碳反应生成的细微碳粉阻塞炉料间空隙，使炉料透气性降低。此反应在高炉内的热力学条件尚可，但动力学条件不足

8、。反应量较少←⎯→对高炉冶炼进程影响不大!3.1.5气化%少量低沸点物质在高炉中可发生气化(蒸发或升华)K2O、Na2O、ZnO、PbO、As2O3、Sb2O3以及SiO、CS、C2S等!危害“循环富集”⎯→下部气化、上部冷凝渗入砖衬缝隙，破坏炉衬阻塞炉料孔隙，降低炉料强度，增加煤气流阻力⇒高炉难行、悬料、炉墙结厚及结瘤等解决方案：限制入炉量增大随炉顶煤气逸出的量－TorV增加随