高炉块状带区钒氧化物的还原机理

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1、高炉块状带区机氧化物的还原机理严嘉荣I谢兵1王永红▽曾小义I黄青云I（1重庆大学材料科学与工程学院，400044；2沙钢钢铁研究院，215625）摘要：锐钛磁铁矿是攀枝花高炉冶炼的主要原料之一。本文通过实验模拟高炉实际冶炼情况，探索锐在高炉块状带区的还原机理。热力学计算表明，机可以无限溶于铁相屮；随着铁相的岀现，锐氧化物还原的PCO/PCO2临界值将明显降低。模拟实验在还原炉中进行，研究了锐钛磁铁矿在不同温度、粒度和锐钛矿配比条件下的还原过程。结果表明提高铁还原度右利于帆氧化物的还原。当铁还原度达到85%时，锐开始被还原。当铁还原度达到97.4%时，被述原的锐在铁屮的

2、最大含量可达0.083%。关键词：高炉，帆钛磁铁矿，锐还原，块状带锐是一种重要的资源，被广泛地运用在许多工业领域［㈡。世界上98%的锐赋存于帆钛磁铁矿屮。屮国四川的攀四地区冇大量的锐钛磁铁矿，攀钢是国内最大的帆生产企业⑶4〕。攀钢高炉生产过程中，铁水锐收得率仅为70%,远低于俄罗斯同类企业的80%⑸。由此可见，攀钢高炉的帆回收仍然有很大的空间。要提高锐的收得率，必须要清楚锐氧化物在高炉内的还原机理。乍凡氧化物的在高炉屮的还原主要发生在三个区域：块状带区、软熔滴落区、炉缸区［叫目前关于块状带区内铁氧化物的还原状况对飢氧化物还原的影响研究不多。本文将通过热力学计算和模拟实

3、验来研究帆在高炉块状带的还原机理以及锐氧化物和铁氧化物还原的关系。模拟实验主要考察帆钛磁铁矿的配比、矿石粒度和述原温度对飢氧化物述原的影响。2热力学计算高炉块状带区发生的还原反应主要是co与矿石的间接还原。热力学计算结果表明，在标准状态下CO只能把锐氧化物述原为非零价的低价态（如VO）。d.50%10-3.001104.501104.00110异-7.50il0硏9.00110•1.05x10■TUthO严lO'tl▼严•1.2011090012001500I$00210024002700温度.K图1相关反应的标准吉布斯自由能打温度关系图Fig.lTherelatio

4、nshipbetweenGibbsfreeenergyandtemperature如图1所示，在标准状态下铁氧化物的还原先于锐氧化物的还原。在非标准状态下，锐氧化物的还原反应主要冇两类，如下而的方程式(1)和(2)⑺：VO(s)+CO=V⑸+CO2△G=143750+5.19T-RTln(pco/pco?)(1)VO(s)+CO=[V]+CO2AG=106110-31T-RTLn(pCo/pco2)(2)由式⑴和⑵可以分析，在900°C下，⑴反应能够发生的条件是pco/pco2的临界值大于1.35x10—但是，在实际条件下，该条件很难达到。根据反应⑴和(2),将反应p

5、co/pco2值与温度的关系绘制成图，如图2所示。从图2可以看出,反应⑵的pco/pco2值远小于反应⑴。例如，当帆在金屈铁屮含量达到0.01%时,式⑵中的Pco/pco2的临界值能减小到1.3x10’，在这种情况下，反应(2)更容易发生。由于铁和帆右相近的原子半径固，帆可以无限制的溶解于铁相屮，因此铁的还原改变了帆氧化物还原的热力学条件，促进了帆氧化物的还原，即锐氧化物的还原依据(2)式进行。由此可见，铁氧化物的充分还原，有利于锐氧化物的还原。图2pco/pc（）2在不同的温度下的变化Fig.2Thedifferentpc（）/pc（）2valuewithdiffe

6、renttemperature图2同时也反映了反应⑴和反应(2)在不同的温度下，pco/pco2值的变化情况。从图可知,温度由1073K(800°C)升到1273K(1000°C)时，pco/pco2值降低。由此得出结论：温度的提高有利于铁氧化和锐氧化物的还原，铁氧化物的充分还原能够改善飢氧化物还原的热力学条件。3模拟研究3.1实验方案本研究采用三段式述原炉模拟高炉块状带的实际情况。述原设备的示意图如图3所示，实验所用的烧结矿和球因矿的化学成分如表1所示。采用控制变量法来变化锐钛矿配比、反应温度和矿石粒度三个因索。机钛矿配比的实验研究点分别是50%、65%、70%、7

7、5%、100%,矿石粒度釆用5・10mm、10-15mm>>20mm,实验温度分别为800°C.850°C、900°Co图3还原设备示意图Fig.3Theschematicdiagramofreductionfacility表1烧结矿和球团矿的化学成分(wt%)Table1Thechemicalcomposition(wt%)ofsinterandpellet成分TFeFcOSiO°CaOSV2O5TiO2烧结矿49.236.685.5612.150.0380.3496.5球团矿46.994.443.50.610.0550.6711.41本研究使用的