探索高炉冶炼中的化学反应_化学论文-查字典化学网

1碳酸盐分解

碳酸盐的分解压PCO2随着外温而增大,在PCO2超过高炉内煤气的CO2分压时,它们开始分解,超过煤气的总压便就激烈分解,即化学沸腾,因其高炉冶炼条件不同,各个高炉内的总压力和CO2分压也存在差别,碳酸盐在不同的高炉内开始分解和化学沸腾分解温度也存在差别。FeCO2、MnCO3和MgCO2分解相对容易,其数据如表1所示。前几种碳酸盐分解均出现在低温区,对高炉冶炼影响较小。而石灰石CaCO3分解开始分解温度在700℃以上,其分解速率受料块内反应界面出现的CO2向外通过反应产物层而扩散的过程制约。因此,反应速率受料块粒度影响较大。在石灰石颗粒多为25mm-40mm的条件下,有相当一部分进入900℃以上的高温才能分解。这时分解出的CO2会和焦炭发生碳素溶解损失反应:CO2+C====2CO-165528kJ这种反应吸收大量高温区的热量,并消耗碳素,对高炉的能量消耗非常不利。炼铁生产实践表明,高炉每使用100kg石灰石,焦比要升高30-40kg。所以生产中要求除去高炉配料中的石灰石。主要方法是把石灰石加入烧结配料生产自熔性或高碱度烧结矿。在天然矿冶炼时,小高炉上可用生石灰代替石灰石,大高炉上控制其粒度在25mm~35mm以改善石灰石分解条件,使入炉熔剂控制在炉内较高部位完成分解。同时,高炉中也进行着一定程度的析碳反应:2CO==CO2+C这是碳素溶解损失反应的逆反应,在温度在400-600℃发生出现这种反应。对高炉冶炼不利:此反应是放热反应,因其发生在高炉上部,所以,热量不能被有效利用;浸入炉身衬砖的CO如果析出碳素会由于出现膨胀而破坏炉衬,浸入炉料中的CO发生反应会使炉料破碎、产生粉末阻碍煤气流等。

2燃料挥发分的挥发

焦炭及煤粉中燃料挥发分,焦炭含有挥发分较少,在10%左右。焦炭下降到风口前已被加热到1400℃以上,含有挥发分已全都放出,在焦炭燃烧生成的煤气中,挥发分仅占0.23左右,对煤气成分和冶炼过程影响较小。而在喷吹煤粉时,煤粉中如果含挥发分高,喷吹量又大,就会造成炉缸煤气成分明显变化,这对还原反应的影响必须加以重视。

3气化

在高炉冶炼中,有些物质会在高炉中气化,如在高炉中还原出的P、As、K、Na、Pb、Zn和S等以及还原的中间产物SiO、Al2O和PbO在高炉中生成的化合物SiS、CS以及由原料带入的CaF2等。这些物质在高炉下部高温区气化后,随煤气流上升后又由于温度的降低而冷凝;有少部分随煤气逸出,还有一部分被炉渣吸收而排出炉外,也有一部分随炉料再次下降至高温区而重复这种气化的凝聚过程。这些易气化的物质的循环,使这些物质的浓度随高炉的高度而出现变化。气化物质在较冷的炉壁和炉料表面上的凝聚,较轻时阻塞炉料空隙,增大煤气流的阻力、降低料块强度,较重时导致炉料难行、悬料以及炉墙结瘤等。解决的方法是增大其随煤气逸出量或被炉渣吸收的总排出量,如炉顶温度较高,煤气流速较大,能提高气化物逸出炉外的数量;碱性炉渣能吸收S、O和SiO,酸性渣会较多的吸收K和Na,渣量大会增加这些物质的排出量。在一些措施无效而且危害不断加重时要从原料入手,限制这些物质的入炉量,采取烧结加氯化物去除等方法措施。

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