发布时间 : 星期日 文章钢铁冶金原理重点06更新完毕开始阅读4e4255fdfab069dc50220136
第六章 还原熔炼反应
1 试比较CO和H2还原氧化铁的特点。
解 CO和H2是高炉内氧化铁的间接还原剂。它们均能使Fe2O3还原到Fe。但它们的还原能力在不同温度下却有所不同。在810℃，两者的还原能力相同，而在810℃以下，CO的还原能力比H2的还原能力强，但在810℃以上，则相反，氢有较强的还原能力，这反映在 还原剂的分压上，随温度的升高，还原FeO所要求的CO分压增高，还原FeO需要的H2分压则减小。高炉下部高温区H2强烈参与还原，而使C消耗于形成CO（C的气化反应）的量有所减少。另，在高温区内，它们形成的产物H2O（g）及CO2均能与焦炭反应，分别形成H2及CO。增加间接还原剂的产量。这也就推动了碳直接还原的进行。
在还原的动力学上，由于H2在FeO上的吸附能力及扩散系数均比CO的大，所以H2还原氧化铁的速率，即使在810℃以下，也比CO的高（约5倍）。提高还原气体中H2的浓度有利于氧化铁还原速率的增加。
2 在氧化铁的逐级还原中，哪个环节是最主要的？
解 在氧化铁（Fe2O3）的逐级还原中，氧化铁中铁的价数不断降低，而最低价氧化铁的还原剂的平衡浓度最高。在
1000℃以上，
?(CO)?％，70?平2平H(?FeO(s)还原的稳定最大（氧势最小）。％)。这是由于60为使间接还原反应不断地进行下去，必须有高于FeO(s)还原的平衡值的CO或H2得浓度存在。因此，还原的气相平衡浓度是计算间接还原碳最低消耗量的主要数据。
3 在高炉的炼铁过程中，硫是怎样去除的？高炉内脱硫有哪些优越条件？ 解 钢铁生产的过程中，硫来自矿料、熔剂及燃料（还原剂）。硫在这些物料中存在的形式有硫化物、硫酸盐及有机硫。硫是以3种方式脱除的。以气态形式，如H2S、CS2、COS、SO2等挥发除去的，称为气化脱硫。它在整个脱硫过程中，除去的硫分的数较少，不是钢铁冶金中采用的脱硫方式。铁水中加入某些金属元素的脱硫剂，如Ca、Mg、RE等，形成的硫化物自铁水中排出，称为铁水的炉
外脱硫。
在高炉炉缸中及炼钢炉内，造高碱度渣进行脱硫，称为造渣脱硫。它是钢铁冶金中最主要的脱硫方式。铁液中的[FeS]向与之接触的高炉渣内扩散，在渣-铁界面上与渣内的（CaO）反应，形成溶于渣内的（CaS），同时产生（FeO）。其反应为
?S???O2????S2????O? K??aOaS2?? aSaO2?而 LS?w?S?%w?S?%?K??fsao2?? ao?s2?但是由于熔渣内有关组分的活度或活度系数不易实验得出，就引入了与这些有关的硫容量，用CS来表示：
lgLS?lgw?S?%w?S?054?lgCS?lgpO2?lgfs??1.224
2T?PO2112?2?S?(O)?(S)?O式中，CS是反应式22的硫容量：CS?w(S)???PS22?2?。用???12与铁液平衡的熔渣的w(S)及气相的PO2及PS2得出。它表示了熔渣的脱硫能力。 因此，由上式可得出脱硫的影响因素：
（1） 熔渣的硫容量：它代表熔渣的脱硫能力。由CS?K??aO2??S知，它与熔渣
2?的碱度有关。碱度高，则aO2?大，而?S2?低。可由熔渣的碱度，或光学碱度计算得出。
（2） po2：它代表体系中的氧势。在高炉炉缸的铁水中，有 较高的[C]、[Mn]、
[Si]浓度，且在高温下，CO的氧势（2C+O2=2CO）很低，能使脱硫反应在较低的氧势下进行，故LS值比较高。
（3） fs：铁水中硫的活度系数比较高，在高炉铁水中，有较高浓度的能提高fs的相互作用系数的元素C、Si、P存在，使fs可达到4~6。
（4） 温度：脱硫反应是吸热的，温度提高，有利于脱硫。从上面的LS式可见，
1温度提高，式中右端的第4项减小，从而LS增大。由于S2??S?，
27054lgK???1.224,K?随温度提高而减小，即铁水中[S]以S2进入渣内，
T为渣所容纳，故LS提高。此外，温度高，则熔渣的黏度降低，有利于铁水中[S]向渣内扩散，从而提高脱硫的速率。因此，脱硫需要采用较高的焦比。
4 在600℃温度下，用碳还原FeO，制取金属铁，求反应体系中允许的最大压力。 解 碳还原FeO时，体系中可能同时出现的下列3个反应：2FeO(s)=2Fe(s)+O2(1)；2C(石)+ O2= 2CO(2)；2C(石)+ O2=CO2(3)。因此体系内气相平衡压力应是上3个反应中气体物质，即O2+ CO +CO2的分压之和。可由上3个反应求得的O2，CO 及CO2分压和得出体系的允许最大压力。 1) pO2：由反应(1) 2FeO(s)=2Fe(s)+O2
? K1=pO2
528000129.18???24. 84 lgK1???19.14?787319.147? K1?1.44?10?25 ? pO2=K1?1.44?10?25
2）pCO：反应(2)中有两个气体O2及CO，需要由pO2才能求得pCO，较为复杂。利用反应(1)与反应(3)组成反应C（石）＋FeO(s)?Fe(s)?CO，
??rGm?158970?160.25T，可求得pCO：
K?=pCO
lgK???158970160.25???1.141
19.147?87319.147K?=0.072
pCO=K?=0.072
3）pCO2：反应(3)中有2个气体O2及CO2，按前法，由反应(3)与反应(2)组合成
?C(石)+ CO2= 2CO，?rGm?166550?171T，求得pCO2，
2pCO2,pCO2?pCOK? K?pCO2?166550? lgK???19.14?7873171??1.0 319.147 K?=0.092 pCO2?(0.0724)0.?092 0.059故 p=pO2+pCO+pCO2=1.44?10?25+0.072+0.059=0.131 p??0.131?105?1.3?104Pa
5 在钒钛磁铁矿的高炉冶炼中，还原的钛溶解于铁水中，达到饱和时，就以TiC(s)形式析出，存在于熔渣-铁液界面上。试求1400℃，铁水中钛的溶解度。已知铁水中碳饱和溶解度的计算式为w[C]?1.34?2.54?10?3t(℃)。 解 铁水中还原的钛与碳的反应为
]TiC( s) [Ti]?[C?其中碳为饱和浓度，以石墨为标准态，其活度为1， TiC(s)的活度液位1。 故 K??11 ?aTifTiw[Ti]%1KfTi?而 w[Ti]%?
?Klg?或 lgwTi[%]???上反应的?rGm可如下得出：
fTilg(s)?C石）(? Ti?Ti(C；)s ?rGm 5??18480?01T2.? C(石）?0 ??C?石 ； ?GC