材料工程基础讲稿25.ppt

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1、炉内气体的氧位变化如图9-5所示。热风从（a）附近开始，在1500K、pO2在一定的压力条件下进入炉内，在风口前面的(b)附近的焦炭回旋运动区变成CO（g），温度达2400K，其后通过焦炭层，在1300K前后的（c）附近，气相接近于Fe-FeO平衡值。接着在1000~500K附近，成为CO/CO2≈1，由炉顶排出。该图与图9-9对照看。2、氧化铁晶体和分解Fe2O3——赤铁矿，六方晶体Fe3O4——磁铁矿，立方晶体-尖晶石型FeO——维氏体，立方晶体氧化物的分解：6Fe2O3(s)=4Fe3O4(s)+O2(g)ΔG0=526950-310.0T(9-8)2Fe3O4

2、(s)=6FeO(s)+O2(g)＞833KΔG0=586380-207.6T(9-9)2FeO(s)=2Fe(s)+O2(g)＞833KΔG0=528860-129.5T(9-10)3、还原反应1）碳的燃烧高炉风口前端：高炉热风中的O2（g）首先进行如下反应：C(s)+O2=CO2(g)ΔH0298=-393.5KJ(9-10)ΔG0=-393500-2.99TJ(9-11)由于风口前存在过剩碳，所以进一步按下式反应燃烧：CO2(g)+C(s)=2CO(g)ΔH0298=172.4KJ(9-12)ΔG0=171660-175.02TJ(9-13)可以表示成下式：2C

3、（s）+O2(g)=2CO(g)ΔH0298=-221.1KJ(9-14)ΔG0=-221840-178.0T(9-15)即送风口的O2（g）每1mol产生221.1KJ的热，生成2mol高温还原气体CO(g)。焦炭剧烈燃烧的风口前的燃烧空间——焦炭回转区是高炉中温度最高的区域，大约为2570K，与理论燃烧温度相近。焦炭回转区：CO2(g)+C(s)=2CO(g)在压力一定的条件下，CO/CO2的比值关系由平衡图确定。由于该反应是吸热反应，因此，温度升高反应向右方进行——碳溶解反应；温度低反应向左方进行——碳沉积反应。在2270~2570K的焦炭回转区，几乎全部为CO

4、。2）CO对氧化铁的还原平衡氧化铁有3种，还原顺序为：Fe2O3(s)→Fe3O4→FeO→Fe833~1650KFe2O3(s)→Fe3O4→Fe<833KCO（g）对氧化铁的还原平衡为：3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)ΔH0298=-52.46KJ(9-16)ΔG0=-19105-69.13TJ(9-17)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)ΔH0298=40.54KJ(9-18)ΔG0=10610-17.80TJ(9-19)FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)ΔH0298=-18.56KJ(9-

5、20)ΔG0=-18150+21.29TJ(9-21)在833K以下：Fe3O4(s)+4CO(g)=3Fe(s)+4CO2(g)ΔH0298=-15.14KJ(9-22)ΔG0=43840+46.06TJ(9-23)以上CO（g）对铁矿石的还原——间接还原（indirectreduction）。间接还原除了(9-18)外都是放热反应，生成物是CO2（g）。因此在还原反应中还原剂的利用率很高，与直接还原相比，更希望高炉内发生间接还原反应。3)碳对氧化铁的还原固体碳对氧化铁的还原—直接还原，可用下式表示：3Fe2O3(s)+C(s)=2Fe3O4(s)+CO(g)ΔH0

6、298=119.96KJ(9-24)ΔG0=152555-244.2TJ(9-25)Fe3O4(s)+C(s)=3FeO(s)+CO(g)ΔH0298=212.96KJ(9-26)ΔG0=182270-192.8TJ(9-27)FeO(s)+C(s)=Fe(s)+CO(g)ΔH0298=153.9KJ(9-26)ΔG0=154610-153.7TJ(9-27)Fe3O4(s)+4C(g)=3Fe(s)+4CO(g)＜833KΔH0298=674.54KJ(9-28)ΔG0=642800-654.02TJ(9-29)直接还原都是吸热反应，所以从对炉内热补偿的角度来说，是

7、不希望发生的反应。直接还原在低温部位几乎不进行，只在高温的炉腹部位以下进行一部分，而高炉内部到处都可以发生CO（g）所进行的间接还原反应。但是在炉内生成的CO2(g)又参加碳溶解反应，从炉顶煤气的分析来看，表观上直接反应进行得相当充分：FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)+CO2(g)+C(s)=2CO(g)FeO(s)+C(s)=Fe(s)+CO(g)间接和直接还原两者的比例取决于操作方法，但是间接还原占70~80%，直接还原占20~30%。此外，还有氢对氧化铁的还原反应。4）铁水中碳的溶解度在炉缸部积存铁水，炉缸部有过剩碳，铁水中的