冶金概论4-高炉冶炼的基本原理(一)ppt课件.ppt

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1、§2.5高炉冶炼基本原理高炉生产示意图通过国内外高炉解剖研究得到如图2-14(P35)所示的典型炉内状况。高炉内炉料状态示意图按炉料物理状态，高炉内大致可分为五个区域或称五个带：1)块状带（固体炉料区）：炉料仍保持块状状态；2)软熔带：矿石从开始软化到完全软化；3)滴落带：铁水和炉渣沿焦炭之间缝隙下降；4)风口带（焦炭回旋区）：焦炭作回旋运动；5)渣铁带（炉缸带，渣铁贮存区）：贮存渣铁、完成渣铁反应。一炉料在炉内的物理化学变化吸附水的蒸发结晶水的分解碳酸盐的分解挥发分的挥发还原过程炉渣形成碳素的燃烧1吸附水的蒸发焦炭如果用水熄焦，一般含有4%～5%的水，高者

2、可达10%。天然矿石和熔剂虽为致密块状也会吸附一定量的水，特别是雨季。炉料中的水份在有一定温度的炉顶煤气的作用下会逐渐升温直至沸腾而蒸发。蒸发热值不大，仅仅使炉顶温度降低，对高炉冶炼过程不产生明显影响。2结晶水分解结晶水在高炉内大量分解的温度：400～600℃。分解反应如下：褐铁矿：2Fe2O3·3H2O=2Fe2O3+3H2O400～500℃高岭土：A12O3·2SiO2·2H2O=A12O3·2SiO2＋2H2O500～600℃某些结晶水将在800℃以上的区域才发生分解，反应为：H2O+C=H2+CO这些反应都是吸热反应，消耗高炉内的热量。3碳酸盐的分解

3、碳酸盐种类：白云石（CaCO3·MgCO3），碳酸铁（FeCO3）和碳酸锰（MnCO3）：一般在高炉上部分解完毕，对高炉冶炼影响不大。分解反应：石灰石（CaCO3）：分解温度较高约910℃，吸热反应，对高炉冶炼影响较大。CaCO3=CaO+CO2–178.5kJ/mol4挥发物的挥发包括：燃料挥发物挥发，如焦炭及煤粉中的挥发分。其它物质挥发。如S、P、As、K、Na、Zn、Pb、Mn和SiO、PbO、K2O、Na2O等。二还原过程2.1基本概念还原反应是高炉内最基本的化学反应。（1）还原反应还原反应通式：MeO十X＝Me＋XO常用还原剂：固体碳C、CO、H2

4、<570℃时：Fe2O3→Fe3O4→Fe>570℃时：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe(2)铁氧化物还原顺序（P61）由高级向低级、逐级还原：2.2铁氧化物的还原过程t<570℃时，3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+Q(1)Fe3O4+4CO3Fe+4CO2+Q(2)t>570℃时，3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+Q(1)Fe3O4+CO3FeO+CO2-Q(3)FeO+COFe+CO2+Q(4)(1)用CO还原铁氧化物2.2铁氧化物的还原过程10,50234570,601200,17CO/%温度/℃12008004008040CO还

5、原铁氧化物平衡相图01300,78平衡相图:化学反应达到平衡时CO浓度与温度关系图。CO浓度：反应体系中气相（由CO和CO2组成的混合气体）中CO所占的体积百分比。CO平衡浓度：化学反应达到平衡时CO浓度，即为反应开始浓度。t<570℃时：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O+Q(5)Fe3O4+4H23Fe+4H2O-Q(6)t>570℃时：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O+Q(5)Fe3O4+H23FeO+H2O-Q(7)FeO+H2Fe+H2O-Q(8)56781300，0.5400，801300，50温度/℃1200800400图6H2还

6、原铁氧化物平衡相图H2/%80400570，72(2)用H2还原铁氧化物2）H2还原铁氧化物主要发生在高炉较高温区域（高炉中部）。1)得到Fe所需H2浓度高（在高炉内，H2将铁氧化物还原成Fe很困难）。用H2还原铁氧化物的特点：用固体碳还原铁氧化物反应：FeO+C=Fe+CO-Q（9）(3)用C还原铁氧化物碳的直接还原反应特点：1）反应吸收大量的热量，反应在高温下才能发生；2）金属铁可完全被还原出来。这是高炉炼铁的主要反应。铁矿石在下降过程中，从400℃开始就被CO和H2按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe逐步从高价铁还原到低价铁，直到金属铁，当矿石进入高

7、温区（850～1000℃）后，又被固体碳还原。2.3直接还原与间接还原的比较从还原剂需要量角度看，直接还原比间接还原更有利于降低焦比。从热量的需要角度看，间接还原比直接还原更能有利于降低焦比。直接还原反应是不可逆的，虽然它还原单位铁所消耗的还原剂量少，但它是吸热反应，需要燃烧更多的焦炭来补偿反应的吸热量。间接还原的特点之一是反应可逆。为使反应向我们所要求的方向-形成低价氧化铁和金属铁的方向进行，就要用过量的还原剂CO和H2。2.4非铁元素还原铜、砷、钴、镍：在高炉内几乎全部被还原；锰、钒、硅、钛等：较难还原，部分还原进入生铁。(1)锰的还原还原顺序：MnO2

8、→Mn2O3→Mn3O4→MnO→Mn在高炉内MnO