鐵的氧化物的還原PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1鐵的氧化物的還原鐵的氧化物的還原第1頁(yè)/共37頁(yè)3.1高爐內(nèi)還原過程高爐內(nèi)還原過程3.2.1鐵的氧化物及其特征鐵的氧化物及其特征 Fe Fe2 2O O3 3 六方晶系，含氧量六方晶系，含氧量30.06% 30.06% FeFe3 3O O4 4 立方晶系，含氧量立方晶系，含氧量27.64% 27.64% 在較低溫度下極易還在較低溫度下極易還原原FeFe2 2O O3 3 Fe Fe3 3O O4 4 ，體積膨脹體積膨脹 FexO ( FexO (浮氏體浮氏體) ) 立方晶系，立方晶系，x=0.870.95x=0.870.95，（含氧量（含氧量 23.1724.77%23.1724.7

2、7%）為方便起見，常簡(jiǎn)寫為為方便起見，常簡(jiǎn)寫為FeOFeO低溫下，低溫下，F(xiàn)exOFexO不能穩(wěn)定存在，溫度不能穩(wěn)定存在，溫度 570570時(shí)，時(shí)，分解分解FeFe3 3O O4 4 + + FeFe第2頁(yè)/共37頁(yè)3.1高爐內(nèi)還原過程高爐內(nèi)還原過程鐵氧化物還原的熱力學(xué)鐵氧化物還原的熱力學(xué) 熱熱 力力 學(xué)學(xué) 解解 決決 的的 問問 題題(1) (1) 在高爐冶煉過程中還原反應(yīng)能否進(jìn)行在高爐冶煉過程中還原反應(yīng)能否進(jìn)行 G G(2) (2) 反應(yīng)進(jìn)行的程度，即還原的數(shù)量反應(yīng)進(jìn)行的程度，即還原的數(shù)量 K K(3) (3) 反應(yīng)所消耗的能量反應(yīng)所消耗的能量 H H1、還原的順序性、還原的順序性 570

3、Fe2O3 Fe3O4 Fe 570Fe2O3 Fe3O4 FexO Fe 570FexO Fe3O4 + Fe第3頁(yè)/共37頁(yè)第4頁(yè)/共37頁(yè)第5頁(yè)/共37頁(yè)分析：分析：（1） 氧化物的氧勢(shì)線越低，該氧化物越穩(wěn)定。因此在標(biāo)氧化物的氧勢(shì)線越低，該氧化物越穩(wěn)定。因此在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氧勢(shì)線在下的氧化物的對(duì)應(yīng)元素可以還原氧勢(shì)準(zhǔn)狀態(tài)下，氧勢(shì)線在下的氧化物的對(duì)應(yīng)元素可以還原氧勢(shì)線位置在上的氧化物。線位置在上的氧化物。 （2） 如果二氧勢(shì)線在某溫度下相交，在該溫度下，對(duì)應(yīng)如果二氧勢(shì)線在某溫度下相交，在該溫度下，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)氧化物的穩(wěn)定性相同，也可以說(shuō)兩種氧化反應(yīng)同處的兩個(gè)氧化物的穩(wěn)定性相同，也可以說(shuō)兩種氧化反

4、應(yīng)同處平衡狀態(tài)。此溫度稱為轉(zhuǎn)化溫度。平衡狀態(tài)。此溫度稱為轉(zhuǎn)化溫度。 （3） 由碳和氧生成由碳和氧生成CO反應(yīng)的氧勢(shì)線向右下方傾斜，而反應(yīng)的氧勢(shì)線向右下方傾斜，而絕大多數(shù)氧化物的氧勢(shì)線卻向右上方傾斜。二者必然相交絕大多數(shù)氧化物的氧勢(shì)線卻向右上方傾斜。二者必然相交，交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度就是碳還原該氧化物的溫度，這就是，交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度就是碳還原該氧化物的溫度，這就是用碳還原法生產(chǎn)金屬的基本原理?？梢钥闯?，只要溫度足用碳還原法生產(chǎn)金屬的基本原理?？梢钥闯?，只要溫度足夠高，從理論上講，碳可以還原所有的金屬氧化物。夠高，從理論上講，碳可以還原所有的金屬氧化物。第6頁(yè)/共37頁(yè)應(yīng)用：應(yīng)用： （1） 能粗略地得

5、出給定溫度下能粗略地得出給定溫度下的的 G G。 （2） 表明了各種氧化物在給定溫度下的穩(wěn)定性順序。表明了各種氧化物在給定溫度下的穩(wěn)定性順序。 （3） 選擇氧化物的還原劑。選擇氧化物的還原劑。（4） 氧勢(shì)圖配合氧勢(shì)圖配合PO2 專用標(biāo)尺可用來(lái)直接量出各專用標(biāo)尺可用來(lái)直接量出各MeO在給定溫度下的離解壓在給定溫度下的離解壓PO2，或量出在給定外壓下或量出在給定外壓下PO2下的離解溫度。下的離解溫度。（5）氧勢(shì)圖配合）氧勢(shì)圖配合Pco/ Pco2或或PH2/ PH2O 專用標(biāo)尺可專用標(biāo)尺可用來(lái)直接量出各用來(lái)直接量出各MeO在給定溫度下在給定溫度下，用用CO或或H2還原的還原的氣相平衡分壓比，或量出

6、在給定氣相分壓比條件下的還氣相平衡分壓比，或量出在給定氣相分壓比條件下的還原溫度。原溫度。第7頁(yè)/共37頁(yè)第8頁(yè)/共37頁(yè)2.各種鐵氧化物還原的熱力學(xué)各種鐵氧化物還原的熱力學(xué) 用用CO、H2還原的還原反應(yīng)還原的還原反應(yīng) (間接還原間接還原)： CO： (1) 3 Fe2O3 + CO= 2 Fe3O4 + CO2 + Q (2) Fe3O4 + CO= 3 FeO + CO2 Q (3) FeO + CO = Fe + CO2+ Q (4) 1/4 Fe3O4 + CO = 3/4 Fe + CO2+ QH2：(1) 3 Fe2O3 + H2= 2 Fe3O4 + H2O + Q (2) Fe

7、3O4 + H2= 3 FeO + H2O Q (3) FeO + H2= Fe + H2O Q (4) 1/4 Fe3O4 + H2= 3/4 Fe + H2O Q第9頁(yè)/共37頁(yè)100 %COKp%CO100%CO1+Kp%CO2 + %CO = 100 2n100%H1+K p平衡常數(shù)平衡常數(shù) Kp = %CO2 %CO Kp = %H2O %H2第10頁(yè)/共37頁(yè)又又 Kp = f(t)Kp = f(t) 即平衡常數(shù)為溫度的函數(shù)即平衡常數(shù)為溫度的函數(shù)將將Kp和和Kp與溫度的關(guān)系式與溫度的關(guān)系式代入，代入， 求得各反應(yīng)不同溫度下的平衡濃度求得各反應(yīng)不同溫度下的平衡濃度%CO和和%H2，

8、作圖得到作圖得到“叉子曲線叉子曲線”(書中圖書中圖3 3)。第11頁(yè)/共37頁(yè)CO還原鐵氧化物的平衡三相成分與溫度關(guān)系圖還原鐵氧化物的平衡三相成分與溫度關(guān)系圖第12頁(yè)/共37頁(yè)第13頁(yè)/共37頁(yè)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Fe2O3叉子曲線叉子曲線 第14頁(yè)/共37頁(yè)分析分析“叉子叉子”曲線曲線 對(duì)對(duì)COCO還原，除還原，除FeFe3 3O O4 4FeOFeO曲線向下斜（為吸熱反應(yīng)）之外，其余均為曲線向下斜（為吸熱反應(yīng)）之外，其余均為向向 上斜（為放熱反應(yīng)）；上斜（為放熱反應(yīng)）； 對(duì)對(duì)H H2 2還原，全部曲線向下斜，均為吸熱反應(yīng)。還原，全部曲線向下斜，均為吸熱反應(yīng)。 在低于在

9、低于810810時(shí)，時(shí)，COCO的還原能力的還原能力 H H2 2的還原能力的還原能力 在高于在高于810810時(shí)，時(shí)，H H2 2的還原能力的還原能力 COCO的還原能力的還原能力 由由水煤氣置換反應(yīng)水煤氣置換反應(yīng)得以解釋：得以解釋：CO + HCO + H2 2O = COO = CO2 2 + H + H2 2 G G = = 30460 + 28.137T30460 + 28.137T J/mol J/mollg Kp = 1591lg Kp = 1591 T T 1.470 1.470 當(dāng)當(dāng) 810810時(shí)，時(shí)， G G0 0，反應(yīng)向左進(jìn)行，反應(yīng)向左進(jìn)行 H H2 2奪氧能力強(qiáng)于奪氧

10、能力強(qiáng)于CO CO 當(dāng)當(dāng) 810810時(shí)，時(shí)， G G0 0，反應(yīng)向右進(jìn)行，反應(yīng)向右進(jìn)行 COCO奪氧能力強(qiáng)于奪氧能力強(qiáng)于H H2 2 第15頁(yè)/共37頁(yè) 對(duì)對(duì)COCO還原，還原，F(xiàn)eOFeOFeFe線位置最高，故線位置最高，故 FeO FeO Fe Fe 最難還原最難還原 對(duì)對(duì)H H2 2還原，還原，F(xiàn)eFe3 3O O4 4FeFe線位置最高，故線位置最高，故 FeFe3 3O O4 4 Fe Fe 最難還原最難還原理論上，理論上，570570以下也可還原出金屬以下也可還原出金屬FeFe，實(shí)際上動(dòng)力學(xué)條件差，很難，實(shí)際上動(dòng)力學(xué)條件差，很難 還原出金屬還原出金屬FeFe。FeFe2 2O O

11、3 3極易還原，極易還原，KpKp很大，平衡還原劑濃度很低，曲線幾乎與橫軸重合很大，平衡還原劑濃度很低，曲線幾乎與橫軸重合。高爐內(nèi)的反應(yīng)為逆流反應(yīng)，故氣相的化學(xué)能利用高。高爐內(nèi)的反應(yīng)為逆流反應(yīng)，故氣相的化學(xué)能利用高。原因：原因：a.a.從從“叉子叉子”曲線看，下部還原低價(jià)鐵氧化物的平衡還原劑曲線看，下部還原低價(jià)鐵氧化物的平衡還原劑(CO(CO、H H2 2) ) 濃度足以還原上部的高價(jià)鐵氧化物；濃度足以還原上部的高價(jià)鐵氧化物； b.b.從還原反應(yīng)本身看，從還原反應(yīng)本身看， FeO FeO Fe Fe，需，需 1 molCO(H1 molCO(H2 2) ) molFe molFeFeFe3 3

12、O O4 4 FeO FeO，需，需 1/3 molCO(H1/3 molCO(H2 2) ) molFe molFeFeFe2 2O O3 3 Fe Fe3 3O O4 4，需，需 1/6 molCO(H1/6 molCO(H2 2) ) molFe molFe故故實(shí)際還原劑需要量是由實(shí)際還原劑需要量是由 FeO FeO Fe Fe 這一步?jīng)Q定的這一步?jīng)Q定的 ! !第16頁(yè)/共37頁(yè) 高爐內(nèi)除高爐內(nèi)除Fe2O3 Fe3O4外，還原反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，還原劑外，還原反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，還原劑CO、H2需要過量。即氣相還原有一個(gè)過剩系數(shù)。需要過量。即氣相還原有一個(gè)過剩系數(shù)。氣體還原劑過剩系數(shù)的計(jì)算氣

13、體還原劑過剩系數(shù)的計(jì)算由由“叉子叉子”曲線，以曲線，以CO為例，在為例，在1000下還原下還原FeOCO平衡平衡 70%CO利用率：利用率： 故為使還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)抑制逆反應(yīng)，故為使還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)抑制逆反應(yīng)， 要求氣體還原劑過量要求氣體還原劑過量FeO + n CO = Fe + CO2 + (n 1) CO式中式中 n 稱為過剩系數(shù)。稱為過剩系數(shù)。由由 2CO2%CO30%CO+%CO2%CO1Kp%COn111Kpn 故故1000下，下，n = 1 0.3 3.33 即，還原每即，還原每kg鐵，需消耗鐵，需消耗3.33 12 56 = 0.7136 kgC， = 0.84 k

14、g焦炭，來(lái)制造還原劑焦炭，來(lái)制造還原劑CO。n1CO第17頁(yè)/共37頁(yè)CO還原鐵氧化物的平衡三相成分與溫度關(guān)系圖還原鐵氧化物的平衡三相成分與溫度關(guān)系圖3.1高爐內(nèi)還原過程高爐內(nèi)還原過程第18頁(yè)/共37頁(yè)第19頁(yè)/共37頁(yè)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Fe2O3叉子曲線叉子曲線 第20頁(yè)/共37頁(yè)分析分析“叉子叉子”曲線曲線 對(duì)對(duì)COCO還原，除還原，除FeFe3 3O O4 4FeOFeO曲線向下斜（為吸熱反應(yīng)）之外，其余均為曲線向下斜（為吸熱反應(yīng)）之外，其余均為向向 上斜（為放熱反應(yīng)）；上斜（為放熱反應(yīng)）； 對(duì)對(duì)H H2 2還原，全部曲線向下斜，均為吸熱反應(yīng)。還原，全部曲線向下斜

15、，均為吸熱反應(yīng)。 在低于在低于810810時(shí)，時(shí)，COCO的還原能力的還原能力 H H2 2的還原能力的還原能力 在高于在高于810810時(shí)，時(shí)，H H2 2的還原能力的還原能力 COCO的還原能力的還原能力 由由水煤氣置換反應(yīng)水煤氣置換反應(yīng)得以解釋：得以解釋：CO + HCO + H2 2O = COO = CO2 2 + H + H2 2 G G = = 30460 + 28.137T30460 + 28.137T J/mol J/mollg Kp = 1591lg Kp = 1591 T T 1.470 1.470 當(dāng)當(dāng) 810810時(shí)，時(shí)， G G0 0，反應(yīng)向左進(jìn)行，反應(yīng)向左進(jìn)行 H

16、 H2 2奪氧能力強(qiáng)于奪氧能力強(qiáng)于CO CO 當(dāng)當(dāng) 810810時(shí)，時(shí)， G G0 0，反應(yīng)向右進(jìn)行，反應(yīng)向右進(jìn)行 COCO奪氧能力強(qiáng)于奪氧能力強(qiáng)于H H2 2 第21頁(yè)/共37頁(yè) 對(duì)對(duì)COCO還原，還原，F(xiàn)eOFeOFeFe線位置最高，故線位置最高，故 FeO FeO Fe Fe 最難還原最難還原 對(duì)對(duì)H H2 2還原，還原，F(xiàn)eFe3 3O O4 4FeFe線位置最高，故線位置最高，故 FeFe3 3O O4 4 Fe Fe 最難還原最難還原理論上，理論上，570570以下也可還原出金屬以下也可還原出金屬FeFe，實(shí)際上動(dòng)力學(xué)條件差，很難，實(shí)際上動(dòng)力學(xué)條件差，很難 還原出金屬還原出金屬Fe

17、Fe。FeFe2 2O O3 3極易還原，極易還原，KpKp很大，平衡還原劑濃度很低，曲線幾乎與橫軸重合很大，平衡還原劑濃度很低，曲線幾乎與橫軸重合。高爐內(nèi)的反應(yīng)為逆流反應(yīng)，故氣相的化學(xué)能利用高。高爐內(nèi)的反應(yīng)為逆流反應(yīng)，故氣相的化學(xué)能利用高。原因：原因：a.a.從從“叉子叉子”曲線看，下部還原低價(jià)鐵氧化物的平衡還原劑曲線看，下部還原低價(jià)鐵氧化物的平衡還原劑(CO(CO、H H2 2) ) 濃度足以還原上部的高價(jià)鐵氧化物；濃度足以還原上部的高價(jià)鐵氧化物； b.b.從還原反應(yīng)本身看，從還原反應(yīng)本身看， FeO FeO Fe Fe，需，需 1 molCO(H1 molCO(H2 2) ) molFe

18、 molFeFeFe3 3O O4 4 FeO FeO，需，需 1/3 molCO(H1/3 molCO(H2 2) ) molFe molFeFeFe2 2O O3 3 Fe Fe3 3O O4 4，需，需 1/6 molCO(H1/6 molCO(H2 2) ) molFe molFe故故實(shí)際還原劑需要量是由實(shí)際還原劑需要量是由 FeO FeO Fe Fe 這一步?jīng)Q定的這一步?jīng)Q定的 ! !第22頁(yè)/共37頁(yè) 高爐內(nèi)除高爐內(nèi)除Fe2O3 Fe3O4外，還原反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，還原劑外，還原反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，還原劑CO、H2需要過量。即氣相還原有一個(gè)過剩系數(shù)。需要過量。即氣相還原有一個(gè)過剩系數(shù)。

19、氣體還原劑過剩系數(shù)的計(jì)算氣體還原劑過剩系數(shù)的計(jì)算由由“叉子叉子”曲線，以曲線，以CO為例，在為例，在1000下還原下還原FeOCO平衡平衡 70%CO利用率：利用率： 故為使還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)抑制逆反應(yīng)，故為使還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)抑制逆反應(yīng)， 要求氣體還原劑過量要求氣體還原劑過量FeO + n CO = Fe + CO2 + (n 1) CO式中式中 n 稱為過剩系數(shù)。稱為過剩系數(shù)。由由 2CO2%CO30%CO+%CO2%CO1Kp%COn111Kpn 故故1000下，下，n = 1 0.3 3.33 即，還原每即，還原每kg鐵，需消耗鐵，需消耗3.33 12 56 = 0.7136

20、kgC， = 0.84 kg焦炭，來(lái)制造還原劑焦炭，來(lái)制造還原劑CO。n1CO第23頁(yè)/共37頁(yè)3.1.2用固體用固體C還原的還原反應(yīng)還原的還原反應(yīng) 3 Fe2O3 + C = 2 Fe3O4 + CO QFe3O4 + C = 3 FeO + CO Q FeO + C = Fe + CO Q 1/4 Fe3O4 + C = 3/4 Fe + CO QC的直接還原的直接還原均為吸熱反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)第24頁(yè)/共37頁(yè)反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理 3.1.2用固體用固體C還原的還原反應(yīng)還原的還原反應(yīng) C + CO2= 2 CO C氣化反應(yīng)氣化反應(yīng)FeO + CO= Fe + CO2 CO間接還原反應(yīng)間接還原反

21、應(yīng)FeO + C = Fe + CO C的直接還原反應(yīng)的直接還原反應(yīng)或或C + H2O = CO + H2 水煤氣反應(yīng)水煤氣反應(yīng)FeO + H2= Fe + H2O H2間接還原反應(yīng)間接還原反應(yīng)FeO + C = Fe + CO C的直接還原反應(yīng)的直接還原反應(yīng) C C的直接還原反應(yīng)是通過碳的氣化反應(yīng)或水煤氣反應(yīng)進(jìn)行的的直接還原反應(yīng)是通過碳的氣化反應(yīng)或水煤氣反應(yīng)進(jìn)行的 ! ! 該反應(yīng)是借助于氣該反應(yīng)是借助于氣 固固( (液液) )相反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)固相反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)固 固固( (液液) )相反應(yīng)相反應(yīng) ! ! 第25頁(yè)/共37頁(yè)020401008060137310738736731273FeOFe3O4F

22、eFeO+COFe+CO2Fe3O4+CO3FeO+CO2C+CO22COCO (%)1/4Fe3O4+CO3/4Fe+CO2（）（）溫度（溫度（K）固體固體C直接還原鐵氧化物的平衡狀態(tài)圖解直接還原鐵氧化物的平衡狀態(tài)圖解647 685 第26頁(yè)/共37頁(yè)第27頁(yè)/共37頁(yè)曲線曲線5與曲線與曲線2和曲線和曲線3分別相交于分別相交于b點(diǎn)和點(diǎn)和a點(diǎn)（點(diǎn)（Tb=920K，即即647；Ta=958K，即，即685）。這就是說(shuō)，在有過剩碳）。這就是說(shuō)，在有過剩碳存在的條件下，存在的條件下，F(xiàn)e3O4還原為還原為FeO，F(xiàn)eO還原為還原為Fe的開始溫的開始溫度已不是度已不是570，而分別是，而分別是647和

23、和685。在。在b點(diǎn)，平衡氣點(diǎn)，平衡氣相成分相等（約相成分相等（約40%CO）。當(dāng)溫度低于）。當(dāng)溫度低于647時(shí)，時(shí)，F(xiàn)e3O4不不能還原成能還原成FeO。 例如，例如，600時(shí)，反應(yīng)（時(shí)，反應(yīng)（4-6）的平衡氣相成分為）的平衡氣相成分為44.8%CO，而反應(yīng)（，而反應(yīng)（4-13）的平衡氣相成分僅約）的平衡氣相成分僅約25%CO，按此建立平衡不能滿足曲線按此建立平衡不能滿足曲線2的要求，故反應(yīng)（的要求，故反應(yīng)（4-6）向左）向左，即向生成，即向生成Fe3O4的方向進(jìn)行。在的方向進(jìn)行。在a點(diǎn)，反應(yīng)（點(diǎn)，反應(yīng)（4-7）與（）與（4-13）的平衡氣相成分相等（約）的平衡氣相成分相等（約59%CO）。

24、）。第28頁(yè)/共37頁(yè) 當(dāng)溫度高于當(dāng)溫度高于685時(shí)，時(shí)，F(xiàn)eO還原為金屬還原為金屬Fe，因?yàn)檫@時(shí)，因?yàn)檫@時(shí)反應(yīng)（反應(yīng)（4-13）按曲線）按曲線5上建立平衡的氣相組成大于上建立平衡的氣相組成大于59%CO，足以滿足反應(yīng)（足以滿足反應(yīng)（4-7）向右，即向生成）向右，即向生成Fe方向進(jìn)行的要求。方向進(jìn)行的要求。 以上是從還原反應(yīng)熱力學(xué)方面來(lái)探討的。實(shí)際上在高爐以上是從還原反應(yīng)熱力學(xué)方面來(lái)探討的。實(shí)際上在高爐內(nèi)溫度低于內(nèi)溫度低于685的上部區(qū)域已有金屬鐵還原出來(lái)。這主要的上部區(qū)域已有金屬鐵還原出來(lái)。這主要是因?yàn)楦郀t內(nèi)煤氣流速極快，在爐內(nèi)停留時(shí)間僅是因?yàn)楦郀t內(nèi)煤氣流速極快，在爐內(nèi)停留時(shí)間僅26秒，在秒

25、，在這種情況下，各反應(yīng)均不可能達(dá)到平衡。這種情況下，各反應(yīng)均不可能達(dá)到平衡。 此外，反應(yīng)（此外，反應(yīng)（4-13）一般要在）一般要在1000以上才能較快進(jìn)行以上才能較快進(jìn)行，在較低溫度下則進(jìn)行很緩慢。實(shí)際高爐內(nèi)，在較低溫度下則進(jìn)行很緩慢。實(shí)際高爐內(nèi)CO/CO2遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于還原反應(yīng)平衡氣相中的還原反應(yīng)平衡氣相中的CO/CO2，因而能滿足還原反應(yīng)的要，因而能滿足還原反應(yīng)的要求。求。第29頁(yè)/共37頁(yè) 基于熱力學(xué)平衡的理論分析：基于熱力學(xué)平衡的理論分析： 高爐條件下，體系的平衡氣相成分高爐條件下，體系的平衡氣相成分CO CO2由溫度影響較大的碳由溫度影響較大的碳的氣化反應(yīng)的氣化反應(yīng)C + CO2 =

26、2CO控制控制,故鐵氧化物和金屬鐵的穩(wěn)定存在區(qū)故鐵氧化物和金屬鐵的穩(wěn)定存在區(qū)域是由溫度域是由溫度T決定的。決定的。T 685的區(qū)域，的區(qū)域， 氣相中氣相中CO濃度濃度 各級(jí)鐵氧化物的各級(jí)鐵氧化物的CO平平濃度濃度 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 即為即為Fe穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)647 T 685區(qū)域，區(qū)域， 氣相中氣相中CO濃度濃度 Fe2O3 、Fe3O4的的CO平濃度平濃度 Fe2O3 Fe3O4 FeO 即為即為FeO穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)T 647區(qū)域，區(qū)域， 氣相中氣相中CO濃度濃度 Fe2O3的的CO平濃度平濃度 Fe2O3 Fe3O4 即為即為Fe3O4穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)固體固體C直接還原鐵氧化物

27、的平衡狀態(tài)圖解直接還原鐵氧化物的平衡狀態(tài)圖解第30頁(yè)/共37頁(yè)從以上鐵氧化物還原的熱力學(xué)分析來(lái)看，盡管熱力從以上鐵氧化物還原的熱力學(xué)分析來(lái)看，盡管熱力學(xué)條件和高爐實(shí)際不盡相同，如溫度、壓力、氣流學(xué)條件和高爐實(shí)際不盡相同，如溫度、壓力、氣流速度和濃度等，但通過氣相平衡分析，用圖速度和濃度等，但通過氣相平衡分析，用圖4-3、圖、圖4-4和圖和圖4-5可以查處在一定溫度下，平衡氣相中可以查處在一定溫度下，平衡氣相中CO與與CO2和和H2與與H2O 的比例，從而求出相應(yīng)還原劑的相的比例，從而求出相應(yīng)還原劑的相應(yīng)量。這對(duì)計(jì)算理論焦比和進(jìn)行理論分析都是十分應(yīng)量。這對(duì)計(jì)算理論焦比和進(jìn)行理論分析都是十分重要的

28、依據(jù)。重要的依據(jù)。 第31頁(yè)/共37頁(yè)直接還原與間接還原直接還原與間接還原 間接還原間接還原： 還原劑為氣態(tài)的還原劑為氣態(tài)的CO或或H2，還原產(chǎn)物為，還原產(chǎn)物為CO2或或H2O， 不直接消耗固體碳，但還原劑需要過剩系數(shù)不直接消耗固體碳，但還原劑需要過剩系數(shù)(n 1) 如：如：FeO + nCO= Fe + CO2+ (n 1) CO 放熱反應(yīng)放熱反應(yīng) + 13.6 kJ/mol FeO + nH2= Fe + H2O + (n 1) H2 吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng) 27.7 kJ/mol直接還原直接還原：還原劑為碳，還原產(chǎn)物為還原劑為碳，還原產(chǎn)物為CO，直接消耗固體碳，伴隨著強(qiáng)烈的，直接消耗固體碳，伴

29、隨著強(qiáng)烈的吸熱，但還原劑不需要過剩系數(shù)吸熱，但還原劑不需要過剩系數(shù)(n 1)如：如：FeO + C = Fe + CO 2710 kJ/kgFe 因?yàn)橹苯舆€原反應(yīng)吸熱，所以要額外消耗碳來(lái)補(bǔ)充熱量。因?yàn)橹苯舆€原反應(yīng)吸熱，所以要額外消耗碳來(lái)補(bǔ)充熱量。第32頁(yè)/共37頁(yè) 直接還原度直接還原度 rd rd 定義定義 從從FeO FeO Fe Fe中，通過直接還原反應(yīng)方式還原出來(lái)的鐵量與還中，通過直接還原反應(yīng)方式還原出來(lái)的鐵量與還原出來(lái)的總鐵量之比。原出來(lái)的總鐵量之比。假定：假定： Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 全部間接還原全部間接還原 直接直接 + 間接間接 直接還原度直接還原度 : 間接還原度間接還原度 ri ： ri = 1 rdSi+Mn+PdC -C -C-C12 56 FeFeFeFerdFe風(fēng)氧石灰生料生料第33頁(yè)/共37頁(yè)直接還原與間接還原區(qū)域的分界線：直接還原與間接還原區(qū)域的分界線