高炉炼铁工艺.ppt

通常析碳反应量较少，对冶炼进程影响不大
锰的还原
Mn氧化物得还原顺序 MnO2 → Mn2O3 → Mn3O4 → MnO
MnO2，Mn2O3极不稳定，还原产物中H2O和CO2→100 ％,Mn3O4很容易还原，平衡气相成份中CO<10％ 这三类锰的氧化物在高炉上部就可全部转化为 MnO
还原皆为放热反应，热效应较大。其结果高温区 扩大，导致碳的气化反应过分发展，焦比升高
反应开始温度 Tb＝1923K＝1650℃ SiO2 (s)+C＝SiO(g)+CO △G0 ＝159200－78.7T
反应开始温度 Tb＝2022K＝1749℃
高炉冶炼温度条件下，硅的还原很困难
推测：高炉风口带的高温区时，Si才能开始还原 事实：高炉解剖研究的结果说明，在软熔带下沿形成的液态铁 水中含[Si]、[S]量即已开始增高，下降到风口水平面时[Si]、 [S]含量达到最大值。尔后，在炉缸下部铁滴穿过渣层时，[Si] 、[S]又转移入渣，最后降低至出炉成份
增大硫的挥发量；很有限 加大渣量；意味着多消耗熔剂，降低生产率，而且
随焦比升高，入炉S增加。不希望，必要时可采用 增大硫的分配系数LS。提高渣底脱S能力，生产中达
到LS值一方面取决于该条件下炉渣去S反应热力学平 衡，另一方面动力学
炼铁与炼钢脱S条件比较
条件பைடு நூலகம்温度
R r’[s]
FeO Ls
(3)提高生铁[Si]量：可促使渣铁接触时，[Si] 氧化为(SiO2)发生相应的耦合反应，(MnO)下降
硅的还原
Si的还原历程
Si的氧化物有二种：SiO2，SiO(气) ，逐级转化 ＞1500℃ SiO2—4SiO(气)—4Si ＜1500℃ SiO2—Si SiO2(s)+2C＝Si(s)+2CO △G0 ＝174300－90.6T
析碳反应
热力学条件：煤气中CO在上升过程中，当温度降到400— 600℃时：
2CO＝CO2十C
动力学条件：在高炉中存在催化剂新相金属铁，Fe3C、FeO 以及H2等，高炉内仍有一定数量的析碳反应发生。
危害：消耗高炉上部气体还原剂中的CO，析出的碳素渗入炉 墙可破坏炉衬，渗入炉料则可使炉料破碎、产生粉末阻碍煤 气流，其自身形成的粉末阻塞炉料间空隙，是透气性下降。
5）在保证高炉顺行及产品质量合格的前提下，炉渣还原 矿炉衬起保护作用：钛渣护炉（2－3％TiO2）
TiO2→[Ti] [Ti]+[C](或N) →Ti(C,N)>2000℃
Ti(C,N)在铁水中溶解度随温度升高而升高，随温度 降低而降低。一旦高炉炉底有侵蚀，传热加快，局部降温 Ti(C,N)在低温区富集→自动衬炉
铁及渣中含硫在炉腹以下沿炉高的变化
对高炉操作的影响：炉渣容纳了全部入炉硫量的约85%，随煤 气逸出炉外的＜10%，而生铁中的含硫小于总入炉硫量的5%。 S 的富集对高炉操作不产生K，Na,Zn类似的影响
降低[%S]应采取的措施：
降低硫负荷；硫负荷主要来源于焦炭，使用低S焦炭 如用高S焦炭，则应降低焦比
（1）初渣的生成
1)过程
①固相反应
主要变化：在温度较低 （500－700℃）的固体颗粒 状态下，即开始形成部分低 熔点化合物，是初渣的孕育 阶段。
位置：软熔带之上。
②矿石软化
主要变化：矿石在下降过程中 温度逐渐升高，当接近和达到其熔 化温度等温线水平时，开始出现微 小的局部熔化（矿石软化开始），
2.3.4炉渣去硫
研究炉渣去硫的意义
硫是钢铁产品中的有害杂质，操作中稍有失误即可能使生 铁含硫量超过规定标准。对高炉冶炼这一环节来说，研究硫 在高炉中的行为以及脱除硫的反应机理，以保证即使冶炼条 件发生一定范围的波动时仍可使含硫低于规定标准
硫的来源及分布
来源：矿石：块矿，烧结矿，球团矿－少
熔剂：石灰石，白云石 －少
概念：在铁渣界面中发生氧化还原反应引起元素的迁移 要点：a.氧化还原反应（不同物相）
b.元素迁移(不同物相)
2.3.1炉渣在高炉冶炼过程中的作用
炉渣来源
矿石脉石 焦炭灰分 炉衬破坏 操作加入
（2）造渣的目的及要求
1）造渣的目的 ①实现金属与氧化物脉石的机械或物理分离。 ②在化学上进一步实现Fe-O的分离(还原过程)及保 证生铁质量，
2）造渣的要求
①有良好的流动性，不给冶炼操作带来任何困难； ②有参与所希望的化学反应的充分能力，如[Si]、[Mn]或 其他有益元素的还原；吸收S及碱金属等； ③能满足允许煤气顺利通过及渣铁，渣气良好分离的力学条 件； ④稳定性好，不致因冶炼条件的改变，炉渣性能急剧恶化。
(3) 炉渣的作用
1）渣铁分离。 2）渣铁间进行合金元素的还原和脱S反应，起着控制 生铁成分的作用。 3）炉渣的形成造成高炉内的软熔带及滴下带，对炉 内煤气分布及炉料下降都有很大影响。 4）某些元素的富集，实现共生矿元素的分离。如高 炉富锰渣，稀土渣。
增大硫的挥发量；很有限 加大渣量；意味着多消耗熔剂，降低生产率，而且
随焦比升高，入炉S增加。不希望，必要时可采用 增大硫的分配系数LS。提高渣底脱S能力，生产中达
到LS值一方面取决于该条件下炉渣去S反应热力学平 衡，另一方面动力学
降低[%S]应采取的措施：
降低硫负荷；硫负荷主要来源于焦炭，使用低S焦炭 如用高S焦炭，则应降低焦比
燃料：焦，煤
－多（80%以上）
硫负荷：冶炼每吨生铁炉料带入硫的千克数称为“硫负 荷”。一般条件下，硫负荷＜10千克。
S在高炉中的行为 主要是在风口前发生 燃烧反应时，以气态化 合物的形式(如SiS、H 2升S、。C在S或煤C气OS与)随下煤降气的上炉 料和滴落的渣铁相遇时， 分别被吸收。在炉内高 温与低温区间存在一个 循环过程。被炉料和渣 铁吸收的硫少部份进入 燃烧带后再次气化，参 加循环运动，而大部份 在渣铁反应时转入炉渣 排出炉外
在风口区的SiO2的还原：
SiO2(焦炭)+C＝SiO(g)+CO SiC+CO＝SiO(g)+2C 2SiO2+SiC＝3SiO(g)+CO
lg PSiO PCO 35896 17.957
aSiO 2
T
lg PSiO 4296 0.197
PCO
T
lg PS2iO PCO 76088 36.11
炼铁 1400－1500℃
1.0-1.2 高[S][Si][P]↑
<1.0% 理论渣100－200， 实际20－50
炼钢 1600－ 1650℃
2.5-3.5 低
([C][P][Si]↓） <2.0%
理论 10， 实际接近10
生产中期望铁水【S】很低：炼钢成本低，能生产优质钢， 扩大钢种
MnO比FeO更难还原，只能用C还原
MnO的还原
MnO的还原只能用C进行，成渣后渣中(MnO)与赤热 焦炭反应，或与饱和[C]的液态铁液接触时渣铁之间 的反应：
(MnO)+C＝[Mn]+CO △Go ＝69050－50.20T
Mn在渣铁中的分配比的计算
KMn=α[Mn] PCO/α(MnO) αC α[Mn] = γMn′[%Mn] α(MnO)= γ(MnO) （%Mn） αC=1
位置：在高炉内从开始软化到 熔化滴落之前。
决定因素：a开始软化温度。
b软化温度区间。
对高炉冶炼的影响：矿石软化是造渣过程对高炉顺行最有影响 的一个环节。其产物是粘稠状物质。对煤气阻力很大，也降低 了炉料下降的（阻力增大）速度，严重时会造成炉子不顺（出 现悬料）
③初渣形成
主要变化：随温度升高，软 化了的物质开始熔化，并处于 向下流动状态。这时形成的渣 即为初渣。矿、焦呈分层状态， 只是固态矿石变成了软熔层。
6）冲洗渣：加入CaF2，MnO，FeO形成流动性很好的渣。 冲洗结瘤是事故处理底短期行为。
7）专用渣：在不影响炼铁的前提下，希望炉渣是一种 产品，如水泥掺和料。
2.3.2造渣过程简述
高炉渣按其成渣过程有初渣，中间渣，终渣之分。 初渣:指在高炉的适当温度区域（软熔带）刚开始 出现的液相炉渣。 中间渣:指处于滴落过程中成分、温度在不断变化 的液相炉渣。 终渣:指已经下达炉缸，并周期性地从炉内排出地 液相炉渣。
位置：出现初渣的区域是在 炉身下部，较晚的则是在炉腹 上部，高炉出现初渣的区域称 为成渣带（软熔带）。
2）初渣成分的特点
已大部分还原到FeO或金属铁，初渣中FeO含量较高，熔剂CaO很少参加 造渣，碱度与矿石本身的碱度相似，各处成分不均匀。
(2)中间渣
主要变化：初渣与煤气、焦 炭接触（在滴落过程中），在不 断的反应过程中，逐渐失去 （FeO）、(MnO）等。同时吸收焦 炭灰份及煤气中携带的物质如SiO、 SiS、碱金属（K,Na）的蒸汽等。 碱性熔剂（CaO,MgO）等也会在初 渣滴落过程中逐被吸收。这时炉 渣中能降低熔点的(FeO)，(MnO) 因还原而逐渐减少。能提高熔点 的CaO，MgO增加。
高炉
上部
软熔带
风口
熔池
新日铁
0.2
广田
0.2
俄罗斯
0.2
首钢
0.18
2.38
0.62
2
0.85
2.91
1.25
4.22
1.42
尚有其他类型的Si的还原过程存在
SiO2的还原机理
气相反应机理
内容：Si的还原是通过气相的SiO及SiS等中间化 合物进行的。在风口带的高温区内，焦炭及其灰 份中所含S以及SiO2，活度值大，与C的接触条件 极好，在高温下反应生成气相产物SiO及SiS，随 高温煤气而上升。当遇到由软熔带向下滴落的渣 及铁液时则被吸收。到风口带(气相物的发源地) 时吸收量达到了最大值