高炉型高钛渣中MnO还原的物理化学

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2忆一Z1-l99r#-6月东北丈学举报(自然科举版)Jua．1997第l8卷第3期JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Vol一18，No．3高炉型高钛渣中MnO还原的物理化学’兰生王。，三杜鹤桂Tf’，．～肛愫北大学与冶金学姗“⋯关键词古Mn亩钍渣警，歪厘里，反应速率巡篓鎏化能，扩散·犬嗽愀分类号至茎：墨孑=i⋯‘’1锰在渣铁间平衡分配。一一收刊@男，33·博士研竞生讲②男’。·教授·博士生导师维普资讯http://www.cqvip.com丑■第3期曲彦平等；高炉型高钛渣中Mn

2、O还原的物理化学243o

3、的质量分数／，‘MnO的质量分数／凰1MnO含量对r的影响圈2T：含量对工w。的影响(TiO2)一25，一1．1．(MnO)一1．5，一1，1．2高钛渣MnO还原动力学文献[2]指出，在高炉冶炼条件下，很多渣铁间反应都没有达到平衡，锰的平衡分配实验结果分析表明：渣中MnO在达到平衡时有6O～7O被还原，而工业试验结果是大约7O的MnO进入渣中，即MnO的还原率在3O左右由此可见，高炉内Mn0的还原反应亦未达到平衡，MnO的还原亦为动力学条件控制，因此t作者进行了渣中MnO还原动力学实验研究．2．1实验方法实验所用加热设备与平衡分配实验相同，采用双层石墨坩埚，尺

4、寸为6O×100．铁样9Og，渣样60g．在不同时间用石英管取铁样分析圈3碱度对L。的影响含锰量．(TiO2)=25，(MnO)一152，2实验结果根据渣中(％MnO)含量与时间t的关系，用作图法确定还原反应的级数，处理实验结果后，发现1／(MnO)与t成直线关系．如图4所示．因此可以认为渣中MnO的还原为二级反应，由图4的直线斜率可以求出该反应的速度常数(K-ms)在1500℃和l550℃时分别为2，38×10和3，118×10_“．根据不同温度下反应常数，由阿累尼乌斯公式求得MnO还原反应的表观活化能为143kJ／mo1．3讨论3．1高钛渣中反应(MnO)+[c]=[M口]+cO(

5、g)达到平衡的可能性Philbrook提出一种看法，认为在熔融渣系中除反应(SiO：)+2[c]一[i]2CO(g)达到维普资讯http://www.cqvip.com244东北大学学报(自然科学版)第l8卷平衡外，其它氧化物如(MnO)+[c]=[Mn]+cO(g)反应不能单独达到平衡，也就是说MnO的还原速率会受到(SiO：)还原速率的控制他的论断系以McCoy，Philhrook【3渣中crO还原速率数据为依据．但论断范围扩大到MnO并认为是普遍规律．赵彭年和邹元曦证明渣■但中VOs的还原确受硅一钒平衡的影响，似乎证=蛊0实了Philbrook的说法．但王渭源n一的实验结=J果则

6、表明MnO可以单独达到平衡，显然与IPhilbrook的看法不符．基于此，在进行锰的平衡分配实验之前，为确定高钛渣中MnO还原t／rain反应是否能单独达到平衡，及达到平衡所需时图41／(MnO)与反应时间的关系间，曾做了预备实验．实验所用加热设备和石墨●一155o℃；0—1500c坩埚均与动力学实验相同，只是采样时间不同．实验结果如表1所示．从表l可以看出t[MnO]在2～3h内即可达到平衡，[Ti]在4～5h内达到平衡，而[si]在实验时间内仍没有达到平衡．由此认为，Philbrook不问在何种渣系，何种氧化物而一概认为还原反应会受到SiO。还原所控制的论点未免有武断之嫌．表1含M

7、nO炉渣和Fe反应结果(质量分数)3．2渣中MnO还原机理根据炉渣离子理论，渣中MnO还原反应可由下式表示：(Mn)+(O)+[c]=[Mn]+CO(g)(1)依照一般渣铁反应机理，渣中MnO还原由下列几个步骤组成t(1)渣中Mn”离子通过渣扩散层向渣铁界面扩散}(2)在界面处进行反应；(3)还原的Mn向铁液扩散，CO气逸出．这些步骤中最慢的一个环节决定整个反应速度．实验结果表明，渣中MnO还原为二级反应，且其表观活化能为143kJ／too1文献载CaO—SiO2一At2O3渣系中ca离子扩散活化能为209376kJ／mol【

8、，125～293kJ／mol口。，63～188kJ／too

9、l【6；又S一离子扩散活化能为188～226kJ／mot．可见，作者求得的Mn离子扩散括化能与这些数据颇为相近．而与Fulton，Chipman。测得的高炉型渣中SiO的还原活化能418～669kJ／mol相去甚远．Fulton，Chipman，Wagner_9。均认为SiO。的还原为化学反应本身速度所控制．所以可认为MnO还原受渣中Mn扩散所控制．但应该指出，这一结论仅适合于硅锰、钛锰反应尚未达到平衡的情况．这是因为渣中MnO还原进入铁液的同