第二章還原過程

第二章還原過程2023/5/31第1頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)鐵的直接還原和間接還原3.Directreductionandindirectreductionofiron第四節(jié)非鐵元素的還原4.Reductionofnon-ferreouselement第五節(jié)生鐵的形成5.Formationofpigiron第2頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第四章高爐內(nèi)的還原過程

Chapter4ReductionprocessinBF第一節(jié)爐料的蒸發(fā)、揮發(fā)和分解Evaporation、volatilizationanddecompoundingofcharging第3頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三爐料中的水以吸附水和化合水兩種形式存在。吸附水存在于熱燒結(jié)礦以外的一切爐料中，吸附水一般在l05℃以下即蒸發(fā)。吸附水蒸發(fā)對(duì)高爐冶煉并無(wú)壞處，因?yàn)闋t喉煤氣溫度通常大于200℃，流速也很高，爐料中的吸附水在爐料入爐后，下降不大的距離就會(huì)蒸發(fā)完，水的蒸發(fā)僅僅利用了煤氣的余熱，不會(huì)增加焦炭的消耗；同時(shí)因水分的蒸發(fā)吸熱，降低了煤氣溫度，對(duì)裝料設(shè)備和爐頂金屬結(jié)構(gòu)的維護(hù)還帶來(lái)好處。此外，煤氣溫度降低，體積減小，流速也因之降低，爐塵吹出量隨之減少。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往因爐頂溫度過高，而向爐料或爐喉內(nèi)打水以降低煤氣溫度。

一、水分的蒸發(fā)Theevaporationofwater第4頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三爐料中的化合水，又稱結(jié)晶水，以化合物的狀態(tài)存在。褐鐵礦(nFe203·mH20)化合水最多，高嶺土(A203·2Si02.2H20)也含部分化合水?；纤挥性谒锓纸夂螅植艜?huì)蒸發(fā)。第5頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第6頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第7頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三爐料中碳酸鹽主要來(lái)自石灰石(CaC03)、白云石(MgC03)，有時(shí)也來(lái)自碳酸鐵(FeC()3)或碳酸錳(MnCO3)。

1．碳酸鹽的分解當(dāng)爐料加熱時(shí)，碳酸鹽按FeCO3、MnC03、MgCO3、CaCO3的順序依次分解。碳酸鹽分解反應(yīng)通式可寫成：MeCO3=MeO十C02一Q反應(yīng)式中Me代表Ca、Mg、Fe及Mn等元素。碳酸鹽的分解反應(yīng)是可逆的，隨溫度升高，其分解壓力升高，即有利于碳酸鹽的分解。

二、碳酸鹽分解Carbonatedecomposing第8頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

高爐冶煉最常見的碳酸鹽是作為熔劑用的石灰石。石灰石的分解反應(yīng)為：CaC03＝CaO十CO2—42500×4．1868kJ反應(yīng)發(fā)生的條件是：當(dāng)碳酸鈣的分解壓力(C02分壓)PCO2大于氣氛中C02的分壓PCO2時(shí)，該反應(yīng)才進(jìn)行。CaCO3在高爐內(nèi)的分解溫度與爐內(nèi)總壓力和煤氣中C02分壓有關(guān)。據(jù)測(cè)定表明，石灰石在高爐內(nèi)加熱到700一800℃開始分解，900—1000℃達(dá)到化學(xué)沸騰。第9頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三石灰石的分解速度和它的粒度有很大關(guān)系。因?yàn)镃aCO3的分解是由表及里，分解一定時(shí)間后，在表面形成一層石灰(CaO)層，妨害繼續(xù)分解生成的C02穿過石灰層向外擴(kuò)散，從而影響分解速度。當(dāng)大粒度分成若干小塊時(shí)，比表面積增加，在相同條件下，分解生成的石灰量增多，未分解部分減少，粉狀的石灰石在900℃左右即可分解完畢，而塊狀的要在更高的溫度下才能完全分解。粒度愈大，分解結(jié)束的溫度愈高。此外CaO層的導(dǎo)熱性差，內(nèi)部溫度要比表面溫度低；粒度愈大，溫差愈大。因此，石灰石因塊度的影響，分解完成一直要到高溫區(qū)域。第10頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．碳酸鹽分解對(duì)高爐冶煉的影響及其對(duì)策TheinfluenceofcarbonatedecomposingtoBFsmeltanditscountermeasure碳酸鹽在高爐內(nèi)若能在較高部位分解，它僅僅消耗高爐上部多余的熱量，但如前述CaCO3若在高溫區(qū)分解，必然影響到燃料的過多消耗。其影響可按以下分析進(jìn)行估量：(1)CaCO3分解是吸熱反應(yīng)，1kgCaCO3分解吸熱425×4．1868kJ，或者每分解出1kgC02吸熱956×4．1868kJ。第11頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

(2)CaCO3在高溫區(qū)分解出的C02，一般有50％以上與焦炭中的C發(fā)生氣化(溶損)反應(yīng)：

C02十C＝2CO一39600×4．1868kJ／kg分子

反應(yīng)既消耗C又消耗熱量。因耗C而減少了風(fēng)口前燃燒的C量，(兩者在數(shù)量上是相當(dāng)?shù)?即減少了C燃燒的熱量：C十1/202＝CO十29970x4.1868U／kg分子兩項(xiàng)熱量之和為69570×4．1868kJ／kg分子，第12頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)CaCO3分解出的CO2沖淡還原氣氛，影響還原效果。

綜上分析，CaCO3分解造成熱能損失，又影響還原和焦炭強(qiáng)度。據(jù)理論計(jì)算以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，每增加100kG石灰石，多消耗焦炭30kG左右。為消除石灰石作熔劑的不良影響，可采取以下措施：

a、生產(chǎn)自熔性(特別是熔劑性)燒結(jié)礦，使高爐少加或不加熔劑，實(shí)現(xiàn)熔劑搬家;b、縮小石灰石粒度，改善石灰石爐內(nèi)分解條件，使入爐熔劑盡可能在高爐內(nèi)較高部位完成分解；c、使用生石灰代替石灰石作熔劑.第13頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

高爐煉鐵的主要目的，即是將鐵礦石中鐵和一些有用元素還原出來(lái)，所以還原過程是高爐冶煉最基本的物理化學(xué)反應(yīng)。

第二節(jié)鐵氧化物還原的熱力學(xué)分析2.Reductivethermodynamicsanalyzingofironoxide第14頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、鐵氧化物還原條件Thedeoxidizingconditionofferriferous

oxide在鐵礦石中，主要是含鐵氧化物，也有少量非鐵氧化物——如硅、錳等氧化物。在高爐冶煉中，鐵幾乎能全部被還原，而硅、錳只能部分被還原，這主要決定于還原反應(yīng)的平衡狀態(tài)，即熱力學(xué)條件；也受達(dá)到平衡狀態(tài)難易程度的影響，即動(dòng)力學(xué)條件。所謂還原反應(yīng)，是指利用還原劑奪取金屬氧化物中的氧，使之變?yōu)榻饘倩蛟摻饘俚牡蛢r(jià)氧化物的反應(yīng)。還原反應(yīng)可表示為：MeO十B＝Me十BO反應(yīng)得以進(jìn)行，必須是還原劑B和氧的化學(xué)親和力，大于金屬M(fèi)e和氧的化學(xué)親和力。第15頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

衡量金屬或非金屬與氧親和力大小的尺度，可用元素與氧生成化合物時(shí)，系統(tǒng)中自由能△Z變化的大小來(lái)區(qū)別。如△Z負(fù)的絕對(duì)值越大，即自由能減少越多，該化合物越穩(wěn)定。自由能隨溫度不同而變化，如圖，可看出各種氧化物的生成自由能與溫度的關(guān)系。在一定溫度下，各種氧化物都有一定的生成自由能，其值愈小(即負(fù)的絕對(duì)值愈大)，該氧化物中的金屬和氧的親和力愈大．此金屬愈難還原；相反，氧化物的生成自由能愈大，該氧化物中的金屬和氧的親和力愈小，此金屬則易還原。依此，Cu、Ni比Fe容易還原，而Mn、Si比Fe則難還原。同時(shí)，與氧親和力大的金屬，可以作為還原劑，還原與氧親和力小的金屬氧化物。例如Al就可作為還原劑還原Ti；而且生成自由能越小的氧化物中的金屬，作為還原劑時(shí)其還原能力越強(qiáng)。隨著溫度的升高，各種氧化物的生成自由能變大，即各種元素與氧的親和力變小，則有利于元素的還原。第16頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三高爐冶煉主要是以CO和C作為還原劑，還原區(qū)域的溫度一般不大于1500℃，在此條件下，CaO、A1203和MgO在高爐冶煉過程中不可能被還原。第17頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第18頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氧化物中的金屬(或非金屬)和氧親和力的大小，也可用氧化物的分解壓力大小來(lái)表示，即氧化物的分解壓力越小，元素和氧的親和力越大，該氧化物越穩(wěn)定。高爐內(nèi)常見氧化物的分解壓力如圖所示。第19頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三 由圖可知，鐵氧化物的分解壓力比其它一些氧化物大，F(xiàn)eO即比MnO和Si02易于還原。鐵的高價(jià)氧化物分解壓力更大，如Fe203在1375℃時(shí)的分解壓力為0．02lMPa，在此溫度下。即使無(wú)還原劑，F(xiàn)e203也能熱分解，生成Fe3O4；而Fe3O4與FeO的分解壓力比Fe203小得多，F(xiàn)eO要達(dá)到3487℃時(shí)才能分解，高爐內(nèi)達(dá)不到這樣高的溫度，因此在高爐內(nèi)不能靠加熱分解以獲得鐵的低價(jià)氧化物直至金屬鐵，而需借助還原劑還原。

第20頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、鐵氧化物還原順序thedeoxidizeorderoftheferriferousoxide鐵的氧化物主要以三種形態(tài)存在：Fe2O3（赤鐵礦）、Fe3O4（磁鐵礦）、FeO（浮士體）。還原順序是從高價(jià)鐵氧化物逐級(jí)還原成低價(jià)鐵氧化物，最后獲得金屬鐵。其還原順序?yàn)椋?/p>

Fe2O3——Fe3O4——FeO——Fe由于FeO在低于570℃時(shí)是不穩(wěn)定的，所以還原情況是：

當(dāng)溫度大于570℃時(shí)：Fe2O3——Fe3O4——FeO——Fe當(dāng)溫度低于570℃時(shí)：Fe2O3——Fe3O4——Fe第21頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第22頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1。用CO還原鐵氧化物

(1)反應(yīng)特點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，CO能還原鐵的各級(jí)氧化物。

當(dāng)溫度大于570℃時(shí)，還原反應(yīng)為：3Fe203十CO＝2Fe3O4十CO2十8870×4．1868kJ（1）2Fe304十CO＝3FeO十C02—4990×4．1868kJ（2）FeO十CO＝Fe十CO2十3250×4．1868kJ（3）三、鐵氧化物的還原反應(yīng)Thereductionreactionoftheferriferousoxide

第23頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在溫度小于570℃時(shí)，由于FeO不能穩(wěn)定存在，F(xiàn)e304將被CO還原成金屬鐵，故反應(yīng)為：

3Fe203十CO=2Fe304十C02十8870×4.1868KJFe304十CO＝3Fe十4C02十4100×4.1868kJ（4）第24頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三上述諸反應(yīng)的特點(diǎn)是：1)從Fe2O3還原成Fe，除反應(yīng)（2）為吸熱反應(yīng)外，其余反應(yīng)均為放熱反應(yīng)；2)Fe2O3分解壓力較大，可以被CO全部還原成Fe3O4；

3)除從Fe2O3還原成Fe3O4的反應(yīng)為不可逆外，其余反應(yīng)都是可逆的，反應(yīng)進(jìn)行的方向取決于氣相反應(yīng)物和生成物的濃度。反應(yīng)在一定溫度下達(dá)到平衡，其平衡常數(shù)KP為：Kp＝PCO2/PCO=（%CO2）/（%CO）第25頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由于(％C02)十(％CO)=100％所以(％CO)＝100/（1+Kp）＝f(T)按Kp與溫度關(guān)系，上述各還原反應(yīng)的平衡常數(shù)為：反應(yīng)(1)：lgKp=2726/T十2．144(5)反應(yīng)(2)：lgKp＝1645/T十1．935(6)反應(yīng)(3)：lgKp＝429/T—1．140(7)反應(yīng)(4)：lgKp=2462/T—0．997(8)第26頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由(5)、(6)、(7)、(8)式，可計(jì)算出反應(yīng)(1)至(4)的平衡常數(shù)。據(jù)此便能算出各反應(yīng)平衡氣相中CO的濃度。由于各反應(yīng)的Kp不同，因而平衡氣相中％CO也不相同。(2)溫度對(duì)反應(yīng)的影響。各級(jí)鐵氧化物在不同溫度下，其平衡氣相成分是不相同的。將各種溫度下的平衡常數(shù)代入(％CO)＝100/（1+Kp）＝f(T)，便可以計(jì)算出各個(gè)反應(yīng)在不同溫度下的CO％，則可作出CO％—t曲線圖。曲線1、2、3、4，分別為反應(yīng)(1)、(2)、(3)和(4)的平衡氣相成分曲線。在570℃時(shí)，曲線2、3和4相交于一點(diǎn)。

曲線將平衡圖分成四個(gè)區(qū)域，即Fe、FeO、Fe3O4和Fe2O3的穩(wěn)定區(qū)。在曲線1以下為Fe2O3穩(wěn)定區(qū)；曲線1、2和4之間為Fe3O4穩(wěn)定區(qū)；曲線2和3之間為FeO穩(wěn)定區(qū)；曲線3和4之上為Fe的穩(wěn)定區(qū)。不在曲線上的點(diǎn)，表明體系處在非平衡狀態(tài)，并且反應(yīng)將向著該區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定存在的物質(zhì)方向轉(zhuǎn)化。第27頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三例如，將Fe放在曲線2和3之間，在＞570℃的任一溫度下，氣相組成中C02含量均大于曲線3上平衡氣相中的C02含量，或者說(shuō)氣相組成CO含量均小于平衡曲線3上的CO含量，所以反應(yīng)(3)將向左進(jìn)行，最終Fe會(huì)被氧化成FeO。第28頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第29頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三從圖也可看出，曲線1、3、4向右上方傾斜，曲線2向下斜，表明前者為放熱反應(yīng)，后者為吸熱反應(yīng)。同時(shí)FeO十CO＝Fe十C02反應(yīng)的平衡曲線位置最高，說(shuō)明它達(dá)到平衡需要的CO％量最大，所以FeO最難還原。例如900℃時(shí)，用C060％，C0240％的煤氣不可能將FeO還原成Fe，但這一組成的煤氣完全可以將Fe304還原成FeO。第30頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三煤氣上升過程中，CO將首先在高爐中下部把FeO還原成Fe，剩余的CO在繼續(xù)上升時(shí)，再將Fe04還原成FeO，最后將Fe203還原成Fe3O4，煤氣的化學(xué)能得到很好利用。衡量高爐內(nèi)CO利用程度的指標(biāo)為CO利用率，即高爐內(nèi)參加間接還原反應(yīng)的CO與爐內(nèi)CO總量之比值。一般表示為：

ηCO＝CO2/(CO2+CO)×100％

式中C02、CO——分別為高爐爐頂煤氣中CO2和CO的百分含量。第31頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）碳的氣化反應(yīng)及其對(duì)還原的影響在高爐內(nèi)進(jìn)行上述各級(jí)鐵氧化物的還原反應(yīng)，是在有碳素存在的情況下進(jìn)行的。而碳素在較高溫度下將發(fā)生氣化反應(yīng)(又稱貝一波反應(yīng)，溶損反應(yīng)，C02的還原反應(yīng))：C02十C＝2CO一39500×4．1868kJ／kg分子將C的氣化反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時(shí)的氣相組成，和CO％一t平衡圖繪于同一圖上，可得出鐵氧化物、碳氧化物和碳的平衡與溫度關(guān)系圖。由于反應(yīng)體系中有過剩的碳存在，最終的氣相組成，總是要達(dá)到碳的氣化反應(yīng)平衡曲線上，這必然對(duì)鐵氧化物還原反應(yīng)產(chǎn)生影響。第32頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三碳的氣化反應(yīng)平衡曲線5，與曲線2交于b點(diǎn)，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度Tb＝647℃。此點(diǎn)表示反應(yīng)：Fe3O4十CO＝3FeO十C02與反應(yīng)C02十C＝2CO的平衡氣相成分相等，(氣相中CO一40％，C02—60％)，也即Fe3O4開始還原成FeO的溫度為647℃。當(dāng)溫度低于647℃時(shí)，F(xiàn)e304不可能還原成FeO。因?yàn)樵诘陀?47℃的任一溫度下，碳的氣化反應(yīng)平衡曲線，位于反應(yīng)Fe3O4十4CO＝3Fe十4C02及反應(yīng)Fe3O4十CO＝3FeO十C02平衡曲線之下，即氣相中CO的含量低于這二個(gè)反應(yīng)平衡時(shí)的CO含量，F(xiàn)e或FeO都將被氧化成Fe3O4。第33頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第34頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三曲線5與曲線3相交于a點(diǎn)，此交點(diǎn)相應(yīng)的溫度為685℃。此點(diǎn)表示反應(yīng)FeO十CO＝Fe十C02與C02十C＝2CO的平衡氣相成分相等，(CO一59％，C02—41％)也即FeO開始還原成Fe的溫度是685℃。同上分析，在高于685℃時(shí)，F(xiàn)e3O4或FeO都將被還原成Fe。第35頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三如上分析，雖然鐵氧化物還原的熱力學(xué)條件與高爐實(shí)際不盡相同，但通過氣相平衡分析，可以查出在一定溫度下平衡氣相中CO／C02比值，這樣就可求出還原鐵氧化物時(shí)，CO還原劑的需要量，這對(duì)計(jì)算理論碳素消耗是不可缺少的，同時(shí)，也是理論分析的重要依據(jù)。第36頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、用固體碳還原鐵氧化物

反應(yīng)特點(diǎn)高爐內(nèi)有過剩的固體碳存在，鐵的各級(jí)氧化物也可被固體碳進(jìn)行還原，而且也是按逐級(jí)還原程序進(jìn)行，即：溫度大于570℃時(shí)：3Fe203十C＝2Fe3O4十CO一26300×4.1868kJFe3O4十C=3FeO十CO一44590×4.1868kJFeO十C＝Fe十CO一36350×4.1868kJ第37頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三溫度小于570℃時(shí)：Fe304十4C＝3Fe十4CO—153640×4．1868kJ上述反應(yīng)有兩個(gè)特點(diǎn)：(1)都是吸熱反應(yīng)，并直接消耗焦炭中的固定碳；(2)反應(yīng)是不可逆的。由于碳與鐵氧化物進(jìn)行固相反應(yīng)，接觸面很小;而且在鐵氧化物表面已被還原時(shí)，固體C也難以滲透擴(kuò)散到礦石中心去進(jìn)行還原。因此，碳與鐵氧化物相互作用，在高爐內(nèi)受到很大限制。第38頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三事實(shí)上在高溫下，C對(duì)鐵氧化物還原，主要通過以下兩步進(jìn)行：FeO十CO=Fe十CO2十3250×4．1868kJ+C02十C＝2CO一29600×4．1868KJ———————————————————————FeO十C=Fe十CO一36350×4．1868kJ所以固體碳還原鐵氧化物反應(yīng)，只表示最終結(jié)果，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)仍是CO在起作用，最終消耗的是碳素。第39頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反應(yīng)FeO十C＝Fe十CO的進(jìn)行，決定于C02十C＝2CO反應(yīng)的速度。實(shí)驗(yàn)指出：C02與C作用達(dá)到平衡，其速度是很慢的。650C時(shí)，大約需要12h；800C時(shí)需要9h；溫度愈低，用固體碳進(jìn)行還原愈難。由于高爐內(nèi)煤氣流速很高，在溫度大于700—730℃時(shí)，C02十C＝2CO反應(yīng)有可能達(dá)到平衡，即FeO可用C進(jìn)行還原。但因碳的氣化反應(yīng)速度很慢，C還原FeO的作用很小。只有在800～850Ｃ時(shí)，F(xiàn)eO被C還原才較明顯；激烈地進(jìn)行反應(yīng)則在1100℃以上。用固體碳進(jìn)行還原，還受C反應(yīng)性的影響.當(dāng)C的反應(yīng)性增加時(shí)，C的還原能力提高。此外，高爐內(nèi)在400一600℃區(qū)間，CO在鐵氧化物和海綿鐵等接觸劑作用下，將被分解并沉積出C黑；2CO＝CO2十C；析出的C顆粒極細(xì)又很活潑，它附在礦石表面和沉積在礦石氣孔中，在540℃時(shí)能還原氧化鐵：2CO＝CO2十C十39600×4．1868KJ+C十FeO＝Fe十CO一36350×4．1868KJ——————————————————————FeO十CO＝Fe十C02十3250×4．1868kJ第40頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三不難發(fā)現(xiàn)，碳黑也只是參與反應(yīng)，實(shí)際消耗的還原劑仍是CO；而且碳黑的還原速度極低，故影響很小。但C的沉積對(duì)高爐襯磚卻起破壞作用。高爐內(nèi)C的還原作用，還表現(xiàn)在與液體渣中FeO的作用，以及渣鐵界面上渣中FeO和鐵水中的C作用：(FeO)十C焦＝Fe十CO(FeO)十[Fe3C]＝4Fe十CO上述反應(yīng)的進(jìn)行，減少了鐵在碴中的損失。第41頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三總的說(shuō)來(lái)，固體碳對(duì)鐵氧化物的還原作用方式多樣，但主要是通過C02十C＝2CO反應(yīng)進(jìn)行的；直接進(jìn)行反應(yīng)的條件受限，數(shù)量不大。第42頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、用H2還原鐵氧化物高爐在不噴吹燃料條件下，煤氣中H2量一般在1．8—2．5％范圍內(nèi)，主要是鼓風(fēng)中水分被C還原產(chǎn)生的。在噴吹煤粉、天然氣等燃料時(shí)，煤氣中H2濃度顯著增加。H2和氧的親和力很強(qiáng)，可奪取鐵氧化物中的氧而作為還原劑。第43頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1）．還原反應(yīng)的特點(diǎn)用H2還原鐵氧化物，仍然遵守逐級(jí)還原規(guī)律：當(dāng)溫度大于570℃時(shí)

3Fe203十H２＝2Fe3O4十H20十5210×4．1868kJFe304十H2＝3FeO十H2O一15190×4．1868KJFeO十H2=Fe十H20一6620×4．1868KJ第44頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)溫度小于570℃時(shí)2Fe203十H2=2Fe304十H2O十5210×4．1868kJFe3O4十4H2=3FeO十4H20一35050×4．1868kJ反應(yīng)的平衡常數(shù)為：Kp＝PH2O/PH2＝%H2O/%H2因?yàn)椋2O十％H2＝100％所以％H2＝100/1+Kp＝f(T)根據(jù)H2還原鐵的各級(jí)氧化物的Kp＝f(T)關(guān)系，同樣可得到下圖：第45頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第46頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

用H2還原鐵氧化物的特點(diǎn)是：(1)反應(yīng)的氣相產(chǎn)物都是H20；(2)各反應(yīng)中唯3Fe203十H2＝2Fe304十H20是不可逆反應(yīng)，放熱；其余各反應(yīng)皆是可逆反應(yīng)，吸熱。從H2%——t平衡圖可以得到：圖中1、2、3、4條曲線分別表示H2的四個(gè)反應(yīng)。H2％一t平衡圖，也和CO％一t平衡圖一樣，四條平衡曲線區(qū)分出不同的穩(wěn)定區(qū)。高于570℃時(shí)，平衡圖也分為Fe3O4、FeO和Fe三個(gè)穩(wěn)定存在區(qū)；小于570℃分為Fe304和Fe的穩(wěn)定存在區(qū)。第47頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三如將CO％一t平衡圖和H2％一t平衡圖合并一起，便能看出用CO和H2作還原劑的明顯區(qū)別：1)由于H2的還原反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，因此隨溫度升高，平衡氣相中H2O含量增加，H2含量降低。這不同于用CO進(jìn)行還原；第48頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第49頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2)用CO和H2還原Fe304與FeO的平衡曲線，都相交于810℃，當(dāng)溫度小于810℃時(shí)，PH2O/PH2〈PCO2/PCO當(dāng)溫度等于810℃時(shí)，PH2O/PH2=PCO2/PCO當(dāng)溫度大于810℃時(shí)，PH2O/PH2〉PCO2/PCO

這一特點(diǎn)說(shuō)明H2的還原能力，隨著溫度的升高而不斷提高。在溫度大于810℃時(shí)，H2的還原能力比CO強(qiáng)；溫度小于810℃時(shí)，CO的還原能力則比H2強(qiáng)。

第50頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三高爐冶煉條件下，用H2還原鐵氧化物，還可促進(jìn)CO及C還原鐵氧化反應(yīng)的加速進(jìn)行。在低溫區(qū)，H2還原反應(yīng)生成的H20蒸汽，可與CO作用：

FeO十H2＝Fe十H20一6620×4．1868kJ+H2O十CO＝H2十C02十9870×4．1868kJ——————————————————————FeO十CO＝Fe十CO2十3250×4．1868Kj第51頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在高溫區(qū)，H2還原反應(yīng)生成的H2O蒸汽，可與C作用：FeO十H2＝Fe十H20—6620×4，1868kJ+H20十C＝H2十CO一29730×4．1868KJ——————————————————————FeO十C＝Fe十CO一26350×4．1868KJ由以上反應(yīng)可以看出，H2參加反應(yīng)只起著傳輸媒介作用，而最終消耗的還原劑是CO和C。第52頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反應(yīng)H2O十CO＝H2十C02十9870×4．1868kJ為水煤氣反應(yīng)，該反應(yīng)是可逆的。當(dāng)溫度大于810℃時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行；溫度小于810℃時(shí)，反應(yīng)向右進(jìn)行。2)．氫參加還原對(duì)碳素消耗的影響(1)氫還原降低了碳素消耗。高爐噴吹燃料后，尤其是H／C高的燃料，H2含量大大提高。燃料中H／C比愈高，生成的煤氣含H2愈高。煤氣中H2濃度增加，促進(jìn)了H2還原的發(fā)展。第53頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三H2參加還原既減少了CO、C的消耗，又改善了C()和C的還原條件。椐生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，在入爐的總H2中，約有30~50%的H2參加還原，余下的H2則隨煤氣逸出爐外。參加還原的H2主要是在高溫區(qū)內(nèi)，約占爐內(nèi)參加還原H2量的85~100%，而直接代替碳花園的H2又占H2量的80%以上，其余代替CO還原。第54頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三H2還原節(jié)約了熱量消耗。從FeO十C＝Fe十CO一26350×4．1868KJ和FeO十H2＝Fe十H20—6620×4，1868kJ，二個(gè)反應(yīng)可以得出，還原FeO時(shí)一公斤的H2不僅可代替6公斤的碳，而且還原等量的鐵所需熱量?jī)H為碳還原的六分之一，從而大大減少了高爐下部熱量消耗。在燃燒帶（2000℃以上），有部分H2發(fā)生熱分解為H，并吸收大量熱量，在離開燃燒帶后又合成為H2并放出熱量，降低了燃燒焦點(diǎn)溫度，有利于爐缸溫度均勻和爐況順行。第55頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三從動(dòng)力學(xué)分析，H2和H2O比CO和CO2的擴(kuò)散能力強(qiáng)，H2的存在促進(jìn)了還原過程和傳熱過程，有利于煤氣能的利用。（2）氫利用率ηH2:

ηH2是指高爐內(nèi)參加還原反應(yīng)的H2量與入爐總H2量之比值，表示高爐內(nèi)H2的利用程度。第56頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ηH2的計(jì)算公式如下：

ηH2=H2還/H2總×100%=［1—V煤氣（H2煤氣+2CH4煤氣）/H2總×

2/22.4］×100%式中，V煤氣——冶煉一噸生鐵的煤氣量，m3/t；H2煤氣、2CH4煤氣—爐頂煤氣中H2、CH4的百分含量，%；H2總—入爐總H2量，kg/t。H2在高爐內(nèi)的利用率隨生產(chǎn)條件不同而異，無(wú)噴吹高爐H2利用率只有1/3，隨H2含量的增加，H2利用率也增加，但到一定程度后，再增加就不明顯，有時(shí)反而降低。

第57頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、基本概念Basalconception二、高爐內(nèi)直接還原和間接還原的分布ThedistributingofdirectreductionandindirectreductioninBF三、直接還原度及其計(jì)算Directreductionandaccount四、直接還原與間接還原比較ThecompareofDirectreductionandindirect

第三節(jié)

鐵的直接還原和間接還原Directreductionandindirectreductionofiron第58頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)

鐵的直接還原和間接還原Directreductionandindirectreductionofiron一、基本概念Basalconception間接還原：凡是用CO（H2）作還原劑，其氣相產(chǎn)物為CO2（H2O）的還原反應(yīng)。

特點(diǎn)：主要為放熱反應(yīng)，消耗的還原劑多熱量少。直接還原：凡是用C作還原劑，其氣相產(chǎn)物為CO的還原反應(yīng)。

特點(diǎn)：吸熱反應(yīng)，需要的還原劑少但需消耗大量熱量。第59頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、高爐內(nèi)直接還原和間接還原的分布ThedistributingofdirectreductionandindirectreductioninBF

高爐內(nèi)進(jìn)行直接還原或間接還原，取決于焦炭反應(yīng)性的高低，和沿高爐高度上的溫度分布。焦炭反應(yīng)性好，直接還原可在較低溫度下進(jìn)行，間接還原區(qū)就相對(duì)縮?。桓郀t高溫區(qū)高，直接還原發(fā)生區(qū)域擴(kuò)大，間接還原區(qū)也相對(duì)縮小。反之，則相反。第60頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三間接還原從爐料加入高爐內(nèi)就開始進(jìn)行，隨著爐料下降，溫度升高，間接還原也愈發(fā)展，直到1100℃或更高溫度區(qū)域，反應(yīng)C02十C＝2CO激烈進(jìn)行，使氣相中CO2全部消失，則間接還原才終止；而直接還原則從碳的氣化反應(yīng)開始(約800℃)，直到1100℃以上的高溫區(qū)域才激烈進(jìn)行，最終在爐缸內(nèi)結(jié)束。第61頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三高爐直接和間接還原區(qū)，如圖所示。在溫度低于800℃的區(qū)域內(nèi)，幾乎全屬間接還原區(qū)；800一1100℃的區(qū)域內(nèi)，為間接還原與直接還原同時(shí)并存區(qū)；高于1100℃（或更高溫度）的區(qū)域內(nèi)幾乎全為直接還原區(qū)?？傊苯舆€原與間接還原區(qū)的分布，從實(shí)質(zhì)上看主要決定于碳的氣化反應(yīng)開始和終結(jié)的區(qū)域，該反應(yīng)開始進(jìn)行的部位愈低，間接還原的區(qū)間就愈大；反之，則間接還原區(qū)間則縮小。風(fēng)溫水平高，煤氣分布合理，都有利于擴(kuò)大間接還原區(qū)。第62頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、直接還原度及其計(jì)算Directreduceddegreeanditscalculating.

直接還原度是評(píng)價(jià)直接還原發(fā)展程度的指標(biāo)。直接還原度愈高，直接還原愈發(fā)展，高爐燃料消耗愈高。直接還原度包括兩個(gè)概念，即高爐直接還原度和鐵的直接還原度。在高爐冶煉過程中，除鐵的氧化物被還原外，還有其他元素的氧化物被還原(如Si、Mn、P等的氧化物)。這些元素的還原也主要是直接還原，如SiO2十2C＝Si十2CO一Q，MnO十C＝Mn十CO—Q，P2O5十5C＝2P十5CO—Q等。反應(yīng)的共同點(diǎn)是吸熱，消耗C，生成CO等。第63頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第64頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三此外，碳的氣化反應(yīng)，C和H20的反應(yīng)，在本質(zhì)上都同鐵的直接還原相似，如發(fā)生在高溫區(qū)，吸熱，消耗了碳素而導(dǎo)至焦比升高等。因此，把衡量包括上述反應(yīng)在內(nèi)的所有直接還原綜合發(fā)展程度的指標(biāo)，稱為高爐直接還原度。而僅限于評(píng)價(jià)鐵氧化物直接還原發(fā)展程度的指標(biāo)，則稱為鐵的直接還原度。在實(shí)際生產(chǎn)中，較少使用高爐直接還原度，得到廣泛應(yīng)用的是鐵的直接還原度。第65頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

1．鐵的直接還原度rd:

即將高級(jí)鐵氧化物還原成低級(jí)鐵氧化物，全部作為間接還原；而直接還原則認(rèn)為從FeO還原開始。因此，rd的定義是：由FeO直接還原的鐵量與全部鐵量之比，即：

rd=Fe直/（Fe生鐵—Fe料）式中，F(xiàn)e直—從FeO中直接還原的鐵量，kg/t；Fe生鐵、Fe料—分別為生鐵中的鐵元素量和爐料帶入的金屬鐵量，kg/t。第66頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、鐵的直接還原度rd的計(jì)算從前面已知，從FeO還原成鐵（Fe還），其途徑可由C直接還原（Fecd）、CO間接還原（FeCO）和H2還原（FeH2）而來(lái)。由此可得：Fe還=Fecd+FeCO+FeH2

用rd、rCO、rH2分別表示鐵的直接還原度、CO的間接還原度和氫還原度，則rd=1—rCO—

rH2=1—FeCO/Fe還—FeH2/Fe還=Fecd/Fe還（1）rCO的計(jì)算第67頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第68頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第69頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第70頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、直接還原與間接還原比較

Thecompareofdirectreductionandindirect

高爐冶煉中，降低碳耗一直是人們最關(guān)心的問題。法國(guó)冶金學(xué)家格留涅爾從直接還原耗熱，間接還原放熱的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為100％的間接還原是高爐的理想行程。而英國(guó)冶金學(xué)家克利門茨則從直接還原少耗還原劑、間接還原要多耗還原劑出發(fā)，又認(rèn)為100％直接還原是高爐的理想行程。第71頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三前者只注意到間接還原時(shí)碳的熱能利用，但忽視了化學(xué)能的消耗；相反，后者又只注意了碳的化學(xué)能利用，忽視了熱能的消耗。因此，結(jié)論都難免失之偏頗。事實(shí)上焦炭燃燒既發(fā)熱，又提供還原劑，而要完成冶煉過程，熱能和化學(xué)能的消耗，或者說(shuō)直接還原和間接還原的發(fā)展，在一定的冶煉條件下，有一個(gè)合適的比值，在此比值下，高爐冶煉需要的熱能和化學(xué)能都能得到滿足，從而可望獲得最小的燃料消耗，這也就是最合適的高爐行程。第72頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、還原耗C量計(jì)算（1）CO間接還原消耗C量：用CO還原鐵氧化物時(shí)，要保證還原反應(yīng)能正向進(jìn)行，必須有過量的CO以維持平衡時(shí)的CO2/CO比值。以FeO還原來(lái)講：

FeO+n1CO=Fe+CO2+（n1—1）CO上式中，n1稱為過量系數(shù)，在平衡條件下：KP1=%CO2/%CO=1/（n1—1）因此，n1=1+1/KP1

n1隨溫度不同而變化，在630℃時(shí)，n1=2.33。即在630℃的平衡條件下，還原1kg分子Fe，需2.33kg分子CO。由此，從FeO中還原出1kg鐵需C量為：

n1×12/56=0.214n1=0.214×2.33=0.4986kg第73頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

為了保證間接還原的進(jìn)行，還原FeO后的氣體產(chǎn)物CO2+（n1—1）CO，在上升過程中，必須滿足Fe3O4還原成FeO所需的還原劑量，即：

1/3Fe3O4+CO2+（n1—1）CO=FeO+4/3CO2+（n1—4/3）CO

第74頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三同理可得：

n2=4/3（1/KP2+1）上式中n2表示還原Fe3O4的過量系數(shù)，注意與還原FeO過量系數(shù)n1的區(qū)別。

當(dāng)n1=n2時(shí)，F(xiàn)e3O4與FeO的還原耗C量均可得到滿足。按Fe—O—C體系平衡氣相組成與溫度的關(guān)系，可求出鐵氧化物間接還原所需的過量還原劑量n1、n2（見下表與圖）第75頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第76頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第77頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三從以上圖表可知，要滿足二個(gè)反應(yīng)所需的還原劑量，還原劑過量系數(shù)n應(yīng)取n1、n2中的較大值。當(dāng)溫度為630時(shí)，對(duì)應(yīng)n1=n2=2.33，此時(shí)為還原劑的最小消耗量。當(dāng)n確定后，就可按下式計(jì)算CO間接還原耗C量：

Ci=12/56n（1—rd）×（F生—Fe料）第78頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)n=2.33時(shí)的間接還原最低耗C量為：

Ci=12/56×2.33（1—rd）×（F生—Fe料）=0.4986（1—rd）×（F生—Fe料）（2）直接還原耗C量Cd：

由反應(yīng)FeO+C=Fe=CO可得：

Cd=12/56rdFe還=0.214rd×（Fe生—Fe料）第79頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、作為發(fā)熱劑的C耗C熱：從高爐熱平衡可推導(dǎo)出作為發(fā)熱劑的C耗C熱為：從上式可知，當(dāng)冶煉條件一定時(shí)，作為發(fā)熱劑的碳素消耗量與直接還原度rd成正比，rd越高，消耗的碳素越多。第80頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、降低C耗分析從以上比較可以看出，直接還原和間接還原各有其特點(diǎn)，還原出相同數(shù)量的鐵，以消耗還原劑論，間接還原耗碳多于直接還原；從熱效應(yīng)看，直接還原又比間接還原多耗熱(碳)。在什么情況下，可以獲得最低的碳素消耗，即是以下討論的中心問題。第81頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在一定冶煉條件下，由Ci、Cd和C熱計(jì)算式，可以計(jì)算出全部間接還原、直接還原的碳耗，以及作為發(fā)熱劑的碳耗總量，據(jù)此，可繪出直接還原度和碳素消耗關(guān)系圖。第82頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三橫坐標(biāo)表示直接還原度rd，而間接還原度ri＝1一rd，rd十ri＝1(100％)若考慮H2還原時(shí)，應(yīng)扣除rH2?？v坐標(biāo)表示碳素消耗，以AOBF和CBGE線段分別表示間接還原和直接還原的碳素消耗，MOK線表示作為發(fā)熱劑的碳素消耗。EF線以下為溶解于生鐵和生成甲烷的碳量，這部分碳量基本上保持不變。從圖可作出如下分析：第83頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第84頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)作為還原劑的碳耗。直接還原與間接還原的碳素消耗線交于B點(diǎn)，在B點(diǎn)右側(cè)，作為還原劑耗碳為BC線，是直接還原消耗的碳，在反應(yīng)時(shí)生成的CO能滿足間接還原需要；在B點(diǎn)左側(cè)，還原劑耗碳為AOB線，如在O點(diǎn)對(duì)應(yīng)的還原劑耗碳為OI，其中直接還原耗碳為GI，間接還原耗碳為OG。總的還原劑碳耗為AOBC線。此時(shí)B點(diǎn)的還原劑碳耗即為最低碳耗；而對(duì)應(yīng)的rd即為碳素消耗最低時(shí)的直接還原度。第85頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

(2)同時(shí)滿足還原和發(fā)熱時(shí)的碳耗。高爐內(nèi)碳素消耗不僅滿足還原需要，也要滿足發(fā)熱需要。因此，總碳耗沿AOK線變化，低于此線的碳素消耗不能完成冶煉過程。O點(diǎn)右側(cè)，OK線以下表示供熱不足；O點(diǎn)左側(cè)A0線以下，還原劑碳素不足。O點(diǎn)為理論最低碳素消耗點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的直接還原度為適宜的直接還原度r‘d。第86頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)熱量消耗對(duì)r‘d影響。熱量消耗MOK線隨單位生鐵耗熱多少而變動(dòng)。當(dāng)熱量消耗增多時(shí)，MOK線上移，熱量消耗減少時(shí)，則MOK線下移。而MOK線上移時(shí)，r‘d向左挪動(dòng)，若移到AD線的A點(diǎn)，則r‘d＝O，即為100％間接還原，這時(shí)，碳耗為該條件下最低的，但仍然是很高的。當(dāng)MOK線下移到M`O`K`線時(shí)，r‘d增加，但碳耗卻下降。因此，適宜的直接還原度升高或降低，并不能說(shuō)明碳素消耗的升高或降低，它還受到熱量消耗的影響。第87頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三目前，高爐生產(chǎn)實(shí)際的直接還原度，大于適宜的直接還原度r‘d，在這種情況下，高爐焦比主要取決于熱量消耗一一嚴(yán)格地說(shuō)取決于熱量消耗的碳素與直接還原所耗碳素之和，而不決定于間接還原的碳素消耗量。因此，一切降低熱量消耗的措施均能降低焦比。同時(shí)，由于rd＞r‘d，所以高爐工作者奮斗目標(biāo)仍然是降低rd，這是當(dāng)前降低焦比的重要內(nèi)容。第88頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三降低直接還原度，包括改善CO和H2的還原作用，主要措施有：改善礦石的還原性，控制高爐煤氣的合理分布，采用綜合噴吹技術(shù)，(如富氧、高風(fēng)溫與噴吹燃料配合)，噴吹高溫還原性氣體等。第89頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三降低熱量消耗的主要措施有：提高風(fēng)溫、提高礦石品位，降低焦炭灰分，減少渣量，使用熔劑性燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、基本做到高爐內(nèi)不加或少加石灰石，增加生鐵產(chǎn)量以減少單位生鐵熱量損失，采用合適的冷卻制度，降低休風(fēng)率等。第90頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

一般生鐵中除含F(xiàn)e、C外還含有少量Si、Mn及S、P等，如冶煉復(fù)合礦石，還涉及V、Ti、Zn、Pb、Cu、Ni、Co等元素的還原。因此，了解非鐵元素在高爐冶煉條件下的還原過程是非常必要的。第四節(jié)非鐵元素的還原Reductionofnon-ferreouselement第91頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三根據(jù)氧化物生成自由能大小，可以看出在高爐冶煉條件下，銅、砷、鈷、鎳等元素極易還原，而錳、硅、釩、鈦等元素則較難還原。第92頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、錳的還原Manganicreduction高爐內(nèi)錳的還原，也是從高價(jià)氧化物逐級(jí)還原到低級(jí)氧化物，即：MnO2——Mn2O3——Mn3O4——MnO——Mn從MnO2到MnO的還原在高爐內(nèi)很容易被CO或H2還原第93頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三MnO是相當(dāng)穩(wěn)定的，高爐內(nèi)只能在高溫下由直接還原進(jìn)行，同時(shí)吸收大量熱量。MnO+C=Mn+CO—68640×4.18kJ從MnO直接還原出1kgMn要比直接還原1kg鐵多消耗約一倍的熱量，所以高溫是錳還原的重要條件。但高溫下錳易揮發(fā)，在高爐上部又被氧化成Mn3O4后隨煤氣逸出。第94頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在冶煉煉鋼生鐵時(shí)，Mn有5~10%被煤氣帶出，40~60%進(jìn)入生鐵，其余進(jìn)入爐渣。由于煉鋼技術(shù)的進(jìn)步，在冶煉煉鋼生鐵是無(wú)需加錳礦。用高爐冶煉錳鐵或鏡鐵時(shí)，為提高錳的回收率，要做到以下：1）要求錳礦含Mn高，含F(xiàn)e低，S、P和SiO2等要少；2）高風(fēng)溫、高富氧；3）合適的造渣制度，要有較高的堿度和適當(dāng)高的Al2O3含量。第95頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、硅的還原Siliciumreduction脈石和焦炭灰分中的SiO2是相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，在高爐內(nèi)只有少量SiO2高溫下被C直接還原成硅。SiO2+2C=Si+2CO—150090×4.18kJ還原1kg硅是還原1kg鐵所需熱量的8倍多，是還原1kg錳的4倍多。因此，硅的還原是相當(dāng)困難的，而且需要消耗大量熱量。第96頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三研究表明，硅的還原也存在逐級(jí)進(jìn)行：

SiO2——SiO——Si還原出來(lái)的中間產(chǎn)物SiO極易揮發(fā)，在1890℃時(shí)其蒸汽壓可達(dá)98066.5Pa，改善了和C的接觸條件，有利于硅的還原。第97頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三高爐內(nèi)硅還原途徑之一：在風(fēng)口帶焦炭灰分中的SiO2與焦炭中C反應(yīng)生成SiO，SiO隨煤氣上升過程中被鐵液吸收并與［C］反應(yīng)生成Si：SiO2+C焦=SiOg+COSiOg+C=Si+CO——————————SiO2+2C=Si+2CO氣態(tài)SiO隨煤氣上升，與［C］反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件很好，這是高爐內(nèi)Si還原的主要途徑。第98頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

未被還原的SiO被煤氣帶到高爐上部，被CO2重新氧化，凝結(jié)為SiO2微粒，隨爐料下降或隨煤氣逸出爐外。部分SiO沉積在爐料孔隙之間，惡化爐料透氣性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致爐料難行甚至結(jié)瘤。第99頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三硅還原的途徑之二：從液態(tài)渣中直接還原出Si：（SiO2）+2C=［Si］+2CO該反應(yīng)可能發(fā)生在渣鐵之間或渣焦之間進(jìn)行，與途徑一比較反應(yīng)速度要慢得多。第100頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在高爐冶煉條件下由于Fe的存在，F(xiàn)e與Si能形成穩(wěn)定化合物FeSi并放出大量熱量，從而改善了硅的還原。

（SiO2）+Fe+2C=［FeSi］+2CO—132490×4.18KJ高爐解體研究表明，在爐料熔化之前，硅在鐵中的含量極低，到爐腹處硅含量達(dá)到最大，通過風(fēng)口帶后硅含量又降低。（見圖）第101頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三高爐內(nèi)［Si］變化示意圖第102頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期三冶煉不同品種的生鐵，對(duì)硅的含量有不同的要求。因此研究加快及控制硅的還原條件對(duì)高爐生產(chǎn)具有重要意義。高爐冶煉條件下既能冶煉煉鋼生鐵（要求硅含量低為