高爐冶煉基礎講課稿

1、高爐煉鐵工藝基礎理論金永龍現代煉鐵的工藝： 高爐 直接還原 熔融還原高爐煉鐵的基本過程 高爐是一種豎爐型的逆流反應器 高爐內爐料經歷：加熱、分解、還原、軟化、熔融、滴落、渣鐵熔體分離 五個區(qū)域：1 塊狀帶（氧化物熱分解、氣體還原劑的間接還原）2 軟熔帶（后面詳細講解）3 滴落帶（疏松區(qū)、死料柱）4 風口燃燒區(qū)（風口回旋區(qū)）5 渣鐵貯存區(qū)鐵氧化物還原 間接還原：1100 還原劑：CO、H2、C 還原特點：高價鐵氧化物向低價鐵氧化物逐級變化 570 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 570 Fe2O3+CO Fe3O4+CO2+37112kJ Fe3O4+CO FeO+CO2 -20878kJ

2、 FeO+CO Fe+CO2+13598kJ 1100 ，碳素溶損反應速度極快，使CO2不能存在。 對焦炭質量的影響：焦炭的反應性 對Fe-C-O系氣相平衡的影響H2的還原 570 3Fe2O3+ H2 2Fe3O4+H2O+21798kJ Fe3O4+ H2 3FeO+H2O -63555kJ FeO+ H2 Fe+H2O+27698kJ 1000 H2O+C=H2+CO-124390kJ 大噴煤對焦炭質量的要求 810 達到平衡的水煤氣反應 H2+CO2 H2O+CO-41162kJ 用H2還原鐵氧化物，相當于用CO還原鐵氧化物和水煤氣反應二者的合成，所以H2還原相當于是對CO還原的催化，

3、使反應中有較多的CO參加反應。 H2還原能力在810 以上大于CO的還原能力。 煤比增加對CO利用率的影響為什么CO和H2的利用率不能達到100% 反應可逆，需要超過平衡組分濃度的過量還原劑 如FeO還原 FeO+nCOFe+(n-1)CO+CO2 n=1+1/Kp固體碳直接還原 FeO+CO=Fe+CO2+13598kJ+) CO2+C=2CO-165686kJ- FeO+C=Fe+CO-152088kJ 強吸熱反應，高溫有利；催化劑作用十分有效。鐵氧化物還原的動力學 還原機理 1）氣相還原劑穿過邊界層向鐵礦物表面的外擴散，然后穿過還原產物層向反應界面的內擴散； 2）還原劑與鐵氧化物發(fā)生界面

4、化學反應； 3）還原產物通過還原產物層和邊界層向氣相擴散。還原劑與鐵氧化物界面化學反應機理 還原劑的表面吸附。H2的被吸附能力比CO強；N2也能被吸附，對還原過程不利； 吸附的還原劑與鐵氧化物的晶格發(fā)生作用，改變鐵離子的價位； 通過離子擴散，使反應界面向未反應區(qū)推移。還原反應速度 氣相擴散 =D/X傳質系數 D擴散系數 界面化學反應 一級反應速度 =C 反應速度常數CXCDJ、D與溫度的關系及對反應速度影響的范圍反應速度限制環(huán)節(jié)判別 反應速度決定于擴散或化學反應中最慢的環(huán)節(jié)。 反應過程范圍判別： 被還原塊礦中單位體積的空隙表面積； 為塊礦中的體積氣孔率； ro為塊礦的半徑。 S10為擴散范圍；

5、S0.1為動力學范圍；S=0.110為過渡范圍。rDS影響鐵礦石還原的因素 還原劑的氣相濃度 溫度 煤氣流速 煤氣壓力 礦石粒度、組成和孔隙度 煤氣成分直接還原度 鐵的直接還原度：經直接還原途徑從FeO中還原出的鐵量與被還原的全部鐵量之比。rd 高爐直接還原度 高爐冶煉過程中，直接還原奪取的氧量（包括還原 Fe、Mn、Si、P等）與還原過程奪取的總氧量之比值。直接與間接還原發(fā)展程度對還原劑消耗的影響 直接還原消耗的碳量與rd的關系 CF非鐵元素直接還原消耗的碳量dFdFdrFeCrFeCC214. 05612間接還原反應消耗碳量與rd的關系 Fe3O4+n1CO3 FeO+(n1-1)CO+C

6、O2 FeO+n2CO Fe+ +(n2-1)CO+CO2 )1(214.0dirFenC作為發(fā)熱劑的碳量消耗 qF、qz為鼓風帶入熱量和成渣熱； Q為冶煉每噸鐵的總熱量消耗； FeL爐料中金屬鐵量； 9797每kg碳素燃燒生成CO時的發(fā)熱量，kJ/kg； 23613每kg碳素燃燒生成CO2和生成CO時的發(fā)熱量差值，kJ/kg；zFdLRqqrFeFeQC9797214. 0)5 . 1)(23613降低碳素消耗的措施 降低rd，發(fā)展間接還原，提高煤氣利用率，使燃料比沿MK線下降； 降低總熱量消耗，改善冶煉條件使MK線下降。 未反應核模型還原反應過程還原反應過程 氣體還原劑的外擴散還原劑內擴散

7、還原氣體吸附界面化學反應氧化氣體脫附氧化氣體內擴散氧化氣體外擴散 未反應核模型濃度分布圖還原速率的數學模型還原速率的數學模型 在低溫下，界面反應阻力大，但隨溫度升高而減小。 還原初期內擴散阻力小，但很快隨溫度升高而占主要地位，高溫尤為明顯。 外擴散阻力在還原過程中比較小，不成為反應的限制性環(huán)節(jié)。 1 ：還原氣體在主流中的濃度與平衡濃度差 ，即反應的推動力，s/mol 2 ：邊界層擴散阻力， s/mol 3：內擴散阻力，s/mol 4：界面反應阻力，s/mRARA:還原反應速率；mol/s; - 邊界層傳質系數；Deff - 在微孔中有效擴散系數；k- 反應速度常數；K反應平衡常數；ro -原始半徑；r -未反應核半徑。krKKrrrrDrCCRooeffoA220411)(4141平提高還原速度的途徑： 溫度。擴大8001100的中溫還原