高爐煉鐵基礎(chǔ)理論

1、高爐煉鐵基礎(chǔ)理論內(nèi)容提要1、高爐內(nèi)還原過(guò)程2、滲碳和生鐵的形成3、造渣與脫硫1、高爐內(nèi)還原過(guò)程1.1金屬氧化物的還原 冶金還原反應(yīng)就是用還原劑奪取金屬氧化物中的氧，使之成為金屬單質(zhì)或其低價(jià)氧化物的過(guò)程。一般可表達(dá)為如下通式:BOMeBMeOCu、Pb、Ni、Co、Fe 為易全部被還原的元素;Cr、Mn、V、Si、Ti 只能部分被還原;Al、Mg、Ca 不能被還原的。鐵氧化物的還原過(guò)程按照其氧勢(shì)或分解壓大小，從高價(jià)到低價(jià)逐級(jí)進(jìn)行:FeFeOOFeOFe4332T570FeOFeOFe4332FeOFeFeOSS)(43)(41、高爐內(nèi)還原過(guò)程1.2鐵氧化物的還原1.2.1 鐵氧化物還原的一般規(guī)律

2、1.2.2鐵氧化物還原的基本反應(yīng)在低溫區(qū)和中溫區(qū), 570 t1000，用CO還原:用H2還原:間接還原間接還原特點(diǎn)1、除了Fe2O3Fe3O4之外，其余都為可逆反應(yīng)，并在一定溫度下達(dá)到平衡2、由于是可逆反應(yīng)，還原劑不可能被全部利用，因此需要一定的濃度3、Fe2O3分解壓力較大，可以全部被CO全部還原為Fe3O4，由于反應(yīng)很容易進(jìn)行對(duì)冶煉過(guò)程無(wú)影響，一般不加以討論CO間接還原反應(yīng)的限度：從熱力學(xué)可知，G主要是解決反應(yīng)的可能性問(wèn)題，而平衡常數(shù)K主要是解決反應(yīng)的限度問(wèn)題。對(duì)以上反應(yīng)，平衡常數(shù)的計(jì)算方法如下：%22COCOppKCOCOPPPKCOCOCOCOKCOCO1100%1%100%100%

3、CO100CO%100%22則：所以：故：又：CO間接還原由圖可看出，曲線a、c、d向上斜，曲線b向下斜，前者為放熱反應(yīng)，后者為吸熱反應(yīng)。而其中FeO的還原具有特殊的意義，因?yàn)镕eO+COFeCO2反應(yīng)的平衡曲線位置最高，說(shuō)明它平衡要求的CO最多，所以FeO最難還原。例如900時(shí)，用CO60的煤氣（COCO2100）不可能將FeO還原成Fe，但完全可以將Fe3O4還原成FeO。根據(jù)煤氣在爐內(nèi)分布特點(diǎn)可知，F(xiàn)eO的還原主要產(chǎn)生在高爐的中下部，而Fe3O4還原成FeO，以及Fe2O3還原成Fe3O4主要在高爐的上部。根據(jù)高爐內(nèi)煤氣與爐料運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，高溫的CO在風(fēng)口前端上升過(guò)程中首先把FeO還原為F

4、e，而剩余的CO也完全可以把Fe3O4還原成FeO。因此高爐的化學(xué)能利用率很高。H2間接還原)(%)(%2222HOHPPKHOHp上列反應(yīng)平衡常數(shù)為：當(dāng)溫度低于810：PH2O/PH2PCO2/PCOH2與CO的還原相比有以下特點(diǎn):(1)與CO還原一樣，均屬間接還原。反應(yīng)前后氣相體積沒(méi)有變化，即反應(yīng)不受壓力影響。(2)除Fe2O3,的還原外，F(xiàn)e3O4、FeO的還原均為可逆反應(yīng)。在一定溫度下有固定的平衡氣相成分，為了鐵的氧化物還原徹底，都需要過(guò)量的還原劑。(3)反應(yīng)為吸熱過(guò)程，隨著溫度升高，平衡氣相曲線向下傾斜，也即是H2的還原能力提高。(4)從熱力學(xué)因素看810 以上時(shí)H2的還原能力高于C

5、O還原能力， 810 以下時(shí)，則相反。(5)從反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)看， H2與其反應(yīng)產(chǎn)物H2O的分子半徑均比CO與其反應(yīng)產(chǎn)物CO2的分子半徑小，因而擴(kuò)散能力強(qiáng)。以此說(shuō)明不論在低溫或高溫下，H2還原反應(yīng)速度都比CO還原反應(yīng)速度快。(6)在高爐冶煉條件下，H2還原鐵氧化物時(shí)，還可促進(jìn)CO和C還原反應(yīng)的加速進(jìn)行。因?yàn)镠2還原時(shí)的產(chǎn)物H2O會(huì)同CO和CO2作用放出氧。而H2又重新被還原出來(lái)。繼續(xù)參加還原反應(yīng)。如此，H2在CO和C的還原過(guò)程中，把從鐵氧化物中奪取的氧又傳給了CO或C起著中間媒介傳遞作用。 據(jù)統(tǒng)計(jì)。在入爐總H2量中，約有30%50%的H2參加還原反應(yīng)并變?yōu)镠2O，而大部分H2則隨煤氣逸出護(hù)外。 如

6、何提高H2的利用率，是改善還原強(qiáng)化冶煉的一個(gè)重要課題。實(shí)踐表明，H2在高爐下部高溫區(qū)域還原反應(yīng)激烈，為在爐內(nèi)參加還原H2量的85100，而直接代替C還原的H2約占爐內(nèi)參加還原H2量的80%以上，另一少部分則代替了CO的還原。在高溫區(qū)，t1100 最終表現(xiàn)為用固體碳作還原劑的還原反應(yīng):直接還原用固體碳還原鐵的氧化物直接還原用固體碳還原鐵的氧化物直接還原 礦石在軟化和熔化之前與焦炭的接觸面積很小，反應(yīng)的速度則很慢。所以直接還原反應(yīng)受到限制。在高溫區(qū)進(jìn)行的直接還原實(shí)際上是通過(guò)下述兩個(gè)步驟進(jìn)行：第一步:通過(guò)間接還原 第二步:間接還原的氣相產(chǎn)物與固體碳發(fā)生反應(yīng)，直接還原是以上兩個(gè)步驟的最終結(jié)果。 二步式

7、的直接還原不是在任何條件下都能進(jìn)行。這是因?yàn)樘妓厝軗p反應(yīng)是可逆反應(yīng)，只有該反應(yīng)在高溫下向右進(jìn)行，直接還原才存在 (1)上述的討論是在平衡狀態(tài)下的結(jié)論，而高爐內(nèi)由于煤氣流速很大，煤氣在爐內(nèi)停留時(shí)間很短(26秒)，煤氣中CO的濃度又很高，故使還原反應(yīng)未達(dá)到平衡。 (2)碳的氣化反應(yīng)在低溫下有利反應(yīng)向左進(jìn)行。但反應(yīng)在低溫下反應(yīng)速度都很慢，反應(yīng)達(dá)不到平衡狀態(tài)，所以氣相中CO成分在低溫下遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其平衡氣相成分。故在高爐中除在風(fēng)口前的燃燒區(qū)域?yàn)檠趸瘏^(qū)域外，都是較強(qiáng)的還原氣氛。鐵的氧化物則易被還原成Fe。(3) 685是在壓力為0.1M Pa前提獲得，而實(shí)際高爐內(nèi)的CO%+CO2%=40片左右，即PCO+P

8、CO20.04MPa。外界壓力降低，碳的氣化反應(yīng)平衡曲線應(yīng)向左移動(dòng)，故交點(diǎn)應(yīng)低于685 (4)碳的氣化反應(yīng)不僅與溫度、壓力有關(guān)，還與焦炭的反應(yīng)性有關(guān)。據(jù)測(cè)定，一般冶金焦炭在800 時(shí)開(kāi)始?xì)饣磻?yīng)，到1100時(shí)激烈進(jìn)行。此時(shí)氣相中CO幾乎達(dá)100而CO2幾乎為零。這樣可認(rèn)為高爐內(nèi)低于800的低溫區(qū)不存在碳的氣化反應(yīng)也就不存在直接還原，故稱間接還原區(qū)域。大于1100 時(shí)氣相中不存在有CO2，也可認(rèn)為不存在間接還原，所以把這區(qū)域叫直接還原區(qū)。而在8001100 的中溫區(qū)為二者還原反應(yīng)都存在的區(qū)域。 綜上所述，有碳的氣化反應(yīng)存在。鐵氧化物穩(wěn)定存在區(qū)域發(fā)生變化，由主要依據(jù)煤氣成分而變?yōu)橐詼囟冉缦迍澐帧５?/p>

9、高爐內(nèi)的實(shí)際情況又與以上分析不相符。在高爐內(nèi)低于685 的低溫區(qū)，已見(jiàn)到有Fe被還原出來(lái)，其主要原因有以下幾方面: 高爐內(nèi)的直接還原除了以上提到的兩步反應(yīng)方式外。在下部的高溫區(qū)還可通過(guò)以下方式進(jìn)行： 一般只有0.20.5的Fe進(jìn)入爐渣中。如遇爐況失常渣中Fe較多，造成直接還原增加，而且由于大量吸熱反應(yīng)會(huì)引起爐溫劇烈波動(dòng)。鐵的復(fù)雜化合物與非鐵元素的還原一、鐵的復(fù)雜化合物的還原 高爐料中的鐵氧化物常常與其它氧化物結(jié)合成復(fù)雜的化合物，例如燒結(jié)礦中的硅酸鐵nFeOmSiO2，自熔性燒結(jié)礦中的鐵酸鹽(nCaOmFe2O3)，釩鈦磁鐵礦中的鈦鐵礦(FeOTiO2) 等。這些復(fù)雜化合物的還原過(guò)程，首先必須分

10、解成自由的鐵氧化物，而后再被還原劑還原，因此還原比較困難，會(huì)消耗更多的燃料碳素)。1、硅酸鐵的還原用CO或H2還原Fe2SiO4,要在800900 以上才能開(kāi)始，而且還原速度很慢。硅酸鐵在高爐中屬難還原物質(zhì)。這是因?yàn)橐环矫婧杷徼F的爐料結(jié)構(gòu)致密，氣孔率小。另方面硅酸鐵熔點(diǎn)低而流動(dòng)性好。它在高爐上部未充分還原即行熔化，并較快地流到高溫區(qū)域爐缸，所以硅酸鐵主要是在高爐下部直接與固體碳接觸進(jìn)行還原，同時(shí)消耗大量的熱量。其反應(yīng)式如下:用CO還原:有固體C存在時(shí): 在高爐條件下，如有CaO存在，有助于Fe2SiO4的還原，因?yàn)镃aO可將Fe2SiO4中的FeO置換出來(lái)，使其成為自由氧化物，并放出熱量。其

11、反應(yīng)式為:2、鈦磁鐵礦中鐵的還原 通常鈦磁鐵礦都很致密，高爐又不可能用粉未進(jìn)行冶煉，因此鈦磁鐵礦的還原都是在900以上的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，都是通過(guò)C進(jìn)行直接還原，其反應(yīng)式為:或還原1kgFe需熱185600/563314kJ/kg，這比Fe2Si4還原1kgFe的耗熱還多。二、非鐵元素的還原1.錳的還原高爐內(nèi)錳氧化物的還原也是從高價(jià)向低價(jià)逐級(jí)進(jìn)行的 氣體還原劑(CO， H2)把高價(jià)錳氧化物還原到低價(jià)MnO是比較容易的，因?yàn)镸nO2和Mn2O3，的分解壓都比較大。在PO2 = 0.1MPa時(shí)，MnO2分解溫度為565，Mn2O3分解溫度為1090 ，其反應(yīng)可認(rèn)為是不可逆反應(yīng)，如下:在1400K以下Mn

12、3O4沒(méi)有Fe3O4穩(wěn)定，即是說(shuō)， Mn3O4比Fe3O4易還原。 MnO是相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，其分解壓比FeO分解壓小得多。在1400的純CO的氣流中，只能有極少量的MnO被還原，平衡氣相中的CO2只有0.03，由此可見(jiàn)，高爐內(nèi)MnO不能由間接還原進(jìn)行。MnO的直接還原也是通過(guò)氣相反應(yīng)進(jìn)行的，反應(yīng)式如下： 由于MO在還原之前已進(jìn)入液態(tài)爐渣。在11001200 時(shí)，能迅速與爐渣中SiO2，結(jié)合成MnSiO3，此時(shí)要比自由的MnO更難還原。 MnSiO3與Fe2SiO4的還原相類似，當(dāng)渣中CaO高時(shí)，可將MnO置換出來(lái)，還原變得容易些。高爐冶煉錳鐵應(yīng)注意的幾點(diǎn):(1)錳礦含錳要高，含鐵要低，P,

13、S, SiO2等含量愈低愈好，這樣才能煉出高牌號(hào)的錳鐵。(2)使用高風(fēng)溫和富氧鼓風(fēng)。由于錳的還原耗熱多，其焦比要高出煉普通生鐵的1.52倍，甚至更高。提高風(fēng)溫可以降低焦比，而且使高爐下部熱量充足，有利錳的還原。 (3)選擇合理的造渣制度。煉錳鐵時(shí)爐渣中含(MnO)813，有時(shí)高達(dá)20，為了提高錳的回收率，應(yīng)減少渣量。提高錳回收率的另一途徑是提高爐渣的堿度到1.251.50，這可以減少渣中(MnO)的量，另外高堿度爐渣熔點(diǎn)高，也有助于提高爐缸溫度。為了保證爐渣的流動(dòng)性，可適當(dāng)加些螢石，或把渣中MgO提高到10%左右。 (4)為減少錳的揮發(fā)，可將爐溫控制適當(dāng)Si1.01.7，Si太低則爐溫不足，不

14、利Mn的還原，太高時(shí)則揮發(fā)的錳量太多，回收率也低，且增加煤氣清洗的困難。 (5)采用二步法煉錳鐵。使用貧錳礦或鐵錳礦時(shí)高爐難于煉得高錳、低磷、低硫等高質(zhì)量錳鐵，為解決這一問(wèn)題可采用二步法煉錳鐵。第一步：在高爐普通冶煉溫度下，把錳礦先煉成含(MO)高的富錳渣。Fe與P等均進(jìn)入生鐵中。第二步：再將高錳渣加入高爐或送到電爐中進(jìn)行冶煉，最后獲得高錳低磷的錳鐵。2.硅的還原SiO2只能在高溫下(液態(tài))靠固體碳直接還原，反應(yīng)式: SiO2的還原順序是逐級(jí)進(jìn)行。在1500以下為SiO2Si , 1500 以上為SiO2SiOSi還原的中間產(chǎn)物SiO的蒸汽壓比Si和SiO2的蒸汽壓都大。在1890 時(shí)可達(dá)98

15、066.5Pa，所以SiO在還原過(guò)程中可揮發(fā)成氣體，因?yàn)楦郀t風(fēng)口附近溫度可高于1900 ，故爐內(nèi)SiO的揮發(fā)條件是存在的。另外由于氣態(tài)SiO的存在改善了與焦炭接觸條件，有利Si的還原。其反應(yīng)為: SiO2的還原也可借助于被還原出來(lái)的Si進(jìn)行，即SiO2+Si2SiO。未被還原的SiO在高爐上部重新被氧化，凝成白色的SiO2微粒，部分隨煤氣逸出，部分隨爐料下降。在冶煉硅鐵時(shí)。揮發(fā)量高達(dá)1025%，冶煉高硅鑄造鐵時(shí)在5%左右。 硅還原(或冶煉硅鐵)的基本條件 1)高的爐缸溫度和充足的熱儲(chǔ)備 生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)指出，爐缸溫度愈高，則生鐵含硅量愈高。渣溫和含硅量基本呈線性關(guān)系。因此生產(chǎn)中常把生鐵含硅量作為判

16、斷爐溫水平的一個(gè)重要標(biāo)志。 2)降低爐渣堿度 爐渣堿度愈高，渣中SiO2活度愈小，愈不利于硅的還原。采用酸性渣操作，可增大SiO2的活度，促進(jìn)硅的還原。3.磷的還原 爐料中的磷主要以磷酸鈣 (又稱磷灰石)形態(tài)存在，有時(shí)也以磷酸鐵 (又稱藍(lán)鐵礦)形態(tài)存在。 藍(lán)鐵礦脫水后比較容易還原，在900時(shí)用CO(用H2則為700 )可以從藍(lán)鐵礦中還原出P來(lái)。溫度低于9501000時(shí)是進(jìn)行間接還原: 磷灰石是較難還原的，它在高爐內(nèi)首先進(jìn)入爐渣，被爐渣中的SiO2置換出自由態(tài)的P2O3，再進(jìn)行直接還原:4.鉛、鋅的還原 還原出的Pb不溶于鐵水，由于其密度大于生鐵(Pb:11.34g /cm，F(xiàn)e:7.8g/cm

17、)而熔點(diǎn)又低327 )，還原出的Pb很快穿入爐底磚縫，破壞爐底的襯磚。Pb在1550沸騰，在高爐內(nèi)有部分Pb揮發(fā)上升，而后又被氧化并隨爐料下降，再次還原從而循環(huán)富集，有時(shí)也能形成爐瘤和破壞爐襯。 Zn在高爐內(nèi)400500就開(kāi)始還原，一直到高溫區(qū)才還原完全。還原出的Zn易于揮發(fā)，在爐內(nèi)循環(huán)。部分滲入爐襯的Zn蒸汽在爐襯中冷凝下來(lái)，并氧化成ZnO2，其體積膨脹，破壞爐襯，凝附在內(nèi)壁的ZnO2積久形成爐瘤。直接還原與間接還原對(duì)焦比的影響1、直接還原度的概念 鐵的直接還原度就是高爐內(nèi)還原生成的鐵量中以直接還原的方式還原出來(lái)的鐵所占的比例，一般有兩種表示方法：A.鐵的直接還原度rd 假定鐵的高級(jí)氧化物(

18、Fe2O3、Fe3O4)還原到低級(jí)氧化物(FeO)全部為間接還原。則FeO中以直接還原的方式還原出來(lái)的鐵量與鐵氧化物中還原出來(lái)的總鐵量之比，稱鐵的直接還原度。以rd表示:料生鐵直FeFeFerdrd常在0.350.75之間B.高爐直接還原度Rd與間接還原度 衡量高爐內(nèi)直接還原發(fā)展程度的指標(biāo)稱為高爐直接還原度，用Rd表示。它包括著鐵、硅、錳、磷等元素及其他一切直接還原反應(yīng)在內(nèi)。例如，高溫下，碳酸鹽(MgCO3，F(xiàn)eCO3)分解出的CO2，礦物內(nèi)結(jié)晶水分解出的H2O都有一部分同碳素作用生成CO和H2，還有脫硫反應(yīng)等，它們都直接消耗一部分碳素，亦屬于直接還原范疇。 衡量高爐內(nèi)間接還原發(fā)展程度的指標(biāo)稱

19、為高爐間接還原度，用Ri表示。它包括高爐內(nèi)一切間接還原反應(yīng)在內(nèi)(除鐵氧化物的間接還原外，還有錳、釩、鈦的高價(jià)氧化物的還原等)。Rd與Ri，兩者之總和為100，即 在高爐內(nèi)如何控制各種還原反應(yīng)來(lái)改善燃料的熱能和化學(xué)能的利用，是降低焦比的關(guān)鍵問(wèn)題。高爐最低的燃料消耗、并不是全部為直接還原或是全部為間接還原。而是在兩者適當(dāng)比例下獲得。 1. 直接還原度rd與還原劑碳量消耗的關(guān)系(以噸鐵為計(jì)算單位) 按冶煉1t生鐵計(jì)算，直接還原消耗碳量Cd，包含非鐵元素直接還原消耗碳量Cp與鐵還原消耗碳量?jī)刹糠?二、直接還原與間接還原對(duì)焦比的影響214. 05612FerCFerCCdpdpd式中 Fe噸生鐵中的鐵量

20、，kg； rd鐵的直接還原度，%。(2)用于間接還原的還原劑CO的碳量消耗量(Ci)由于Fe3O4和FeO的間接還原反應(yīng)是可逆的，反應(yīng)平衡時(shí)的氣相組成中w(CO)/w(CO2)保持有一定比例。為了使還原反應(yīng)不斷進(jìn)行下去，必須使氣相CO濃度超過(guò)平衡濃度才行，也即需要過(guò)量的CO才行。即: 對(duì)鐵的還原來(lái)說(shuō)，rd+ri=1，即:ri=1-rd(氫的還原歸于在間接還原中)。這里的關(guān)鍵是找到恰當(dāng)?shù)膎值。 以上分析看出，只從還原劑消耗看,還原產(chǎn)出1t生鐵(不包括其它元素等直接還原耗碳)，全部直接還原的耗碳量要比全部為間接還原所消耗的碳素量要少。 綜上所述，高爐中碳的消耗應(yīng)滿足二方面需求，即作為還原劑消耗在直

21、接述原和間接還原方面，同時(shí)還應(yīng)滿足碳作為發(fā)熱劑方面的消耗。為了說(shuō)明，把Cd、Ci和冶煉一噸生鐵時(shí)的熱量消耗Q及以上三者與直接還原度rd的關(guān)系繪在同一圖上2.鐵的直接還原度rd與消耗在發(fā)熱劑的碳量的關(guān)系 從還原反應(yīng)熱效應(yīng)看，間接還原是放熱反應(yīng)還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1.二步還原論二步還原論 氧化物首先分解為低價(jià)氧化物(或金屬)與氧分子，分解出的氧然后與還原劑結(jié)合成氧化物。還原劑的作用是不斷除去放出的氧，保證氧化物不斷分解。以FeO被CO還原為例，還原按如下兩步進(jìn)行:因?yàn)閮刹秸撜J(rèn)為前后兩步理論是各自獨(dú)立的，所以總的反應(yīng)速度必然決定于兩步中最慢的一步。絕大部分冶金反應(yīng)(包括高爐內(nèi)反應(yīng))都在較高溫

22、度下進(jìn)行，還原劑和氧的反應(yīng)必然很快(第二步)，所以第一步反應(yīng)即氧化物的分解速度顯然成了限制和決定整個(gè)還原速度的關(guān)鍵。但在9001200 Fe2O3比FeO的分解壓力大1010倍。如果用H2還原，從單位面積上奪取氧的速度幾乎相同，F(xiàn)e2O3, Fe3O4和FeO同樣都容易還原成金屬鐵,這與二步論是矛盾的。同時(shí)熱力學(xué)認(rèn)為，鐵氧化物自行分解是不可能的，因此這一理論已被否定。2 吸附自動(dòng)催化理論吸附自動(dòng)催化理論按這一理論，還原過(guò)程如下: (1)還原氣體被氧化物的表面所吸附; (2)還原氣體的分子與氧化物中氧原子結(jié)合，破壞舊的晶格，產(chǎn)生新的晶格(化學(xué)變化與結(jié)晶變化同時(shí)發(fā)生); (3)反應(yīng)生成的氣體分子脫

23、離吸附。當(dāng)反應(yīng)面逐步深入到固體內(nèi)部后，還原劑分子須首先擴(kuò)散穿過(guò)固體反應(yīng)層，才能到達(dá)反應(yīng)面。反應(yīng)生成的氣體分子也須擴(kuò)散穿過(guò)固體反應(yīng)層才能進(jìn)入外界氣相層，反應(yīng)過(guò)程可用下式表示:這一理論較圓滿地解釋了還原反應(yīng)的吸附特性，但還沒(méi)有全面解釋整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。 3.固相擴(kuò)散論固相擴(kuò)散論 這種理論的要點(diǎn)是在鐵氧化物的還原過(guò)程中，反應(yīng)層內(nèi)有FeO, Fe等原子或離子的固相擴(kuò)散，從而使固體內(nèi)部沒(méi)被還原的部分裸露出來(lái)，促使反應(yīng)不斷進(jìn)行，它實(shí)際上是吸附自動(dòng)催化理論的補(bǔ)充和發(fā)展。4 未反應(yīng)核模型理論未反應(yīng)核模型理論 它比較全面地解釋鐵氧化物的整個(gè)還原過(guò)程，是目前得到公認(rèn)的理論。這種理論的要點(diǎn)是，鐵氧化物從高價(jià)到低價(jià)逐級(jí)還

24、原，當(dāng)一個(gè)鐵礦石顆粒還原到一定程度后，外部形成了多孔的還原產(chǎn)物鐵殼層，而內(nèi)部尚有一個(gè)未反應(yīng)的核心。隨著反應(yīng)推進(jìn)，這個(gè)未反應(yīng)核心逐漸縮小，直到完全消失，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程按以下順序進(jìn)行： (1)氣化還原劑的外擴(kuò)散; (2)還原劑氣體的內(nèi)擴(kuò)散; (3)還原性氣體被吸附; (4)界面化學(xué)反應(yīng); (5)氧化性氣體的脫附， (6)氧化性氣體的內(nèi)擴(kuò)散; (7)氧化性氣體的外擴(kuò)散。通常，當(dāng)?shù)V塊粒度小，溫度高，氣流速度大，壓力低時(shí)，此時(shí)擴(kuò)散條件較好，即還原反應(yīng)處于化學(xué)反應(yīng)速度范圍。反之，當(dāng)粒度大，流速小，溫度低，壓力高時(shí)化學(xué)反應(yīng)速度較快，擴(kuò)散速度則成了限制性環(huán)節(jié)，或稱處于擴(kuò)散范圍。高爐內(nèi)主要是處于擴(kuò)散范圍，故任何改善擴(kuò)散的條件，均可加快還原反應(yīng)的進(jìn)行，尤其是改善內(nèi)擴(kuò)散的條件。影響礦石還原反應(yīng)速度的因素1、礦石性質(zhì)(1)礦石的氣孔度和礦物組成。(2)礦石的粒度(3)脈石的數(shù)量和分布2、控制氣流條件(1)提高煤氣中CO和H2