1、1项目项目7 7-氧化物还原及生铁形成氧化物还原及生铁形成高炉炼铁技术任务7.2高炉中非铁元素的还原高炉中非铁元素的还原2 学习任务学习任务一二三高炉中锰、硅、高炉中锰、硅、磷还原顺序、磷还原顺序、反应式、反应反应式、反应特点特点锰、硅、磷锰、硅、磷还原的条件还原的条件高炉炼锰铁高炉炼锰铁时应该注意时应该注意的问题的问题37.2.1锰的还原锰的还原 高炉内锰氧化物的还原也是从高价向低价逐级进行的，顺序高炉内锰氧化物的还原也是从高价向低价逐级进行的，顺序为：为：MnOMnO2 2 Mn Mn2 2O O3 3 Mn Mn3 3O O4 4 MnO Mn MnO Mn 用气体还原剂用气体还原剂(C
2、O(CO、H H2 2)很容易把高价锰氧化物还原成氧化锰很容易把高价锰氧化物还原成氧化锰(MnO(MnO)，反应式如下：，反应式如下：2MnO2MnO2 2+CO+CO MnMn2 2O O3 3+CO+CO2 2 226797kJ226797kJ3Mn3Mn2 2O O3 3+CO+CO 2Mn2Mn3 3O O4 4+CO+CO2 2 170203kJ170203kJMnMn3 3O O4 4+CO+CO3 MnO3 MnO+CO+CO2 2 51906kJ 51906kJ 4 MnOMnO是相当稳定的化合物，它的分解压比是相当稳定的化合物，它的分解压比FeOFeO小得多，在小得多，在14
3、001400的条件下用的条件下用H H还原时平衡气相中只有还原时平衡气相中只有0.16%0.16%的的HOHO，用，用COCO还原时则只有还原时则只有0.03%0.03%的的COCO。由此可见，高炉冶炼条件下。由此可见，高炉冶炼条件下MnOMnO的还原不可能由低温区的间接还原反应获得，只能由高的还原不可能由低温区的间接还原反应获得，只能由高温区的直接还原反应获得。其反应式为温区的直接还原反应获得。其反应式为：5 MnMn 还原的条件：还原的条件：（1 1）高温是）高温是MnMn还原的首要条件，还原的首要条件，（2 2）高碱度是重要条件。）高碱度是重要条件。6高炉炼锰铁时应注意以下几点：高炉炼锰
4、铁时应注意以下几点：1 1锰矿含锰矿含MnMn量要高，含量要高，含FeFe要低，要低，P P、S S、SiOSiO2 2等含量越低越好。等含量越低越好。2 2高风温和富氧鼓风。高风温和富氧鼓风。3 3选择合理的造渣制度。选择合理的造渣制度。4 4减少锰的挥发。即炉温控制适当，减少锰的挥发。即炉温控制适当，Si=0.7Si=0.71.01.0。5 5保持适量的铁水。当有铁水存在时，还原出的保持适量的铁水。当有铁水存在时，还原出的MnMn立即溶于铁立即溶于铁水，使反应水，使反应MnO+C=Mn+COMnO+C=Mn+CO 向左进行向左进行。7Mn的还原：的还原：一般规律：一般规律：MnO2（550
5、间还）间还）Mn2O3（1100 间还）间还）Mn3O4（1000 间还）间还）MnO（1200 直接还原）直接还原）Mn Mn还原的特点：间接还原放热大，使炉顶温度还原的特点：间接还原放热大，使炉顶温度 直接还原吸热大，使焦比直接还原吸热大，使焦比 控制控制Mn还原的手段：提高炉缸温度，但会使还原的手段：提高炉缸温度，但会使Mn的挥发损失的挥发损失 提高炉渣提高炉渣R 生铁中保持一定生铁中保持一定Si 87.2.2硅的还原硅的还原 SiSi在自然界中以在自然界中以SiO2SiO2的形态存在，高炉中的的形态存在，高炉中的SiSi主要主要来自矿石和焦炭。来自矿石和焦炭。SiO2SiO2是较稳定的
6、化合物，它的生成热是较稳定的化合物，它的生成热很大：很大：Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 2 +116580KJ +116580KJ SiOSiO2 2+2C=Si+2CO +2C=Si+2CO 一一628277KJ628277KJ SiOSiO2 2+C=SiO+CO+C=SiO+COSiO+C=Si+COSiO+C=Si+CO9SiOSiO2 2+Si=2SiO+Si=2SiO+)2SiO+2C=2Si+2CO+)2SiO+2C=2Si+2COSiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO首先，在风口燃烧带高温条件下首先，在风口燃烧带高温条件下SiOSiO2 2还原产
7、生还原产生SiOSiO：SiOSiO2 2+C=SiO+CO+C=SiO+CO 而而SiOSiO的蒸汽压力很大，在的蒸汽压力很大，在18901890时达到时达到1 1个大气压，故个大气压，故很容易挥发。由于气态的很容易挥发。由于气态的SiOSiO与焦炭接触良好，因而促与焦炭接触良好，因而促进了进了SiSi的还原：的还原：SiOSiO气气+C=Si+CO+C=Si+CO10另外，风口前气化产生的另外，风口前气化产生的SiOSiO在上升过程中与下降的铁在上升过程中与下降的铁水接触，被铁水中的水接触，被铁水中的C C所还原，还原产生的所还原，还原产生的SiSi很容很容易进入生铁。易进入生铁。SiOS
8、iO气气+C=Si+CO+C=Si+CO 其次，由于还原产生的其次，由于还原产生的SiSi溶解于生铁中形成稳定的溶解于生铁中形成稳定的FeFeSiSi化合物，如化合物，如FeSiFeSi、FeFe3 3SiSi、FeFeSiSi2 2等，同时等，同时放出热量，抵偿了部分热消耗。放出热量，抵偿了部分热消耗。SiOSiO2 2+2C+Fe=FeSi+2CO +2C+Fe=FeSi+2CO 一一554603KJ554603KJ 由于铁的存在，有利于由于铁的存在，有利于SiSi的还原。的还原。11 为了加速为了加速SiSi的还原，可采取以下措施：的还原，可采取以下措施：1 1提高高炉下部温度提高高炉下
9、部温度：确切地说要提高炉渣的温度。渣：确切地说要提高炉渣的温度。渣温愈高，温愈高，SiSi还原量愈多、渣温高时，渣中还原量愈多、渣温高时，渣中FeOFeO量少，量少，SiSi再氧化反应也减少：再氧化反应也减少：2(FeO)+Si=(SiO2(FeO)+Si=(SiO2 2)+2(Fe)+2(Fe因此，生铁含因此，生铁含SiSi量的多少成为判断炉温水平高低的重要量的多少成为判断炉温水平高低的重要标志。标志。2 2改变造渣制度。改变造渣制度。3 3选用较好的原料选用较好的原料。12Si的还原的还原生铁中生铁中SiSi的要求：的要求：制钢铁制钢铁Si0.6 Si0.6 铸造铁铸造铁1.25Si4.2
10、51.25Si4.25 Si Si 还原的特点：还原的特点：大量吸热大量吸热 全部直接还原全部直接还原 KK Si Si 还原的途径：还原的途径：气化还原：气化还原：SiOSiO2 2+C=SiO+C=SiO（g g）+CO+CO SiO SiO（g g）+C=Si+CO+C=Si+CO 渣铁反应渣铁反应：（：（SiOSiO2 2）+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO控制控制Si Si 还原的因素：还原的因素：提高炉缸温度利于提高炉缸温度利于Si Si 的还原，的还原，炉渣炉渣R R利于利于SiSi的还原的还原137.2.3磷的还原磷的还原 磷在炉料中主要以磷酸钙磷在炉料中主要以磷酸钙(C
11、aO)(CaO)3 3P P2 20 05 5的形态存在，的形态存在，有时也以兰铁矿有时也以兰铁矿(FeO)(FeO)3 3P P2 20 05 5 8H8H2 20 0形态存在。形态存在。实验研究指出：兰铁矿脱水后比较容易还原，在实验研究指出：兰铁矿脱水后比较容易还原，在900900时用时用COCO作还原剂作还原剂(用用H H2 2则为则为700)700)，磷就可以还，磷就可以还原出来，到原出来，到1100110013001300时，还原进行完全，反应时，还原进行完全，反应式如下：式如下：142Fe2Fe3 3(P0(P04 4)3 3+16H+16H2 2=3Fe=3Fe2 2P+P+16
12、HP+P+16H2 20 02Fe2Fe3 3(P0(P04 4)3 3+16CO=3Fe+16CO=3Fe2 2P+P+16C0P+P+16C02 2 磷酸钙是比较稳定的化合物，它在高炉内首先进磷酸钙是比较稳定的化合物，它在高炉内首先进入炉渣，被渣中入炉渣，被渣中SiOSiO2 2置换出自由状态的置换出自由状态的P P2 20 05 5改善了还改善了还原条件，再进行直接还原。原条件，再进行直接还原。15磷几乎能全部还原进入生铁磷几乎能全部还原进入生铁，其原因是：，其原因是：（1 1）炉内有大量的焦炭；炉渣中有过量的，改善了）炉内有大量的焦炭；炉渣中有过量的，改善了磷的还原条件；磷的还原条件；
13、（2 2）P P2 20 05 5易挥发成气体，增加了与焦炭的接触机会；易挥发成气体，增加了与焦炭的接触机会；（3 3）还原出来的）还原出来的P P被被FeFe吸收进入生铁形成吸收进入生铁形成FeFe3 3P P；（4 4）高炉渣中）高炉渣中FeOFeO很少，使还原进入生铁中的很少，使还原进入生铁中的P P能够能够稳定存在。稳定存在。16 磷是生铁中有害成分。高炉要冶炼低磷生铁，磷是生铁中有害成分。高炉要冶炼低磷生铁，只有采用含磷低的原料。如果原料含磷高时，采用只有采用含磷低的原料。如果原料含磷高时，采用高碱度渣冶炼，就可以阻止高碱度渣冶炼，就可以阻止10102020的磷酸钙还的磷酸钙还原，而
14、直接进入炉渣。原，而直接进入炉渣。17课堂小结课堂小结 本节课主要讲述了高炉内本节课主要讲述了高炉内介绍高炉炼锰铁时应注意介绍高炉炼锰铁时应注意的问题，锰、硅、磷氧化物的还原过程及条件。的问题，锰、硅、磷氧化物的还原过程及条件。及为什么高炉中磷几乎及为什么高炉中磷几乎100%100%还原进入生铁。还原进入生铁。18评价观测点评价观测点 1.1.能否正确介绍高炉炼锰铁时应注意的问题能否正确介绍高炉炼锰铁时应注意的问题.2.2.能否正确介绍高炉中硅氧化物的还原过程及条能否正确介绍高炉中硅氧化物的还原过程及条件。件。3.3.能否正确介绍为什么高炉中磷几乎能否正确介绍为什么高炉中磷几乎100%100%还原进还原进入生铁。入生铁。
