重庆大学-冶金原理-第6章ppt讲述.ppt

第六章 氧化物还原熔炼反应的热力学 氧化物还原的热力学条件 氧化物的间接还原反应 氧化物的直接还原反应 金属热还原反应 铁的渗碳及含碳量 熔渣中氧化物的还原反应 高炉冶炼的脱硫反应 铁浴熔融还原反应 4 1 2 3 5 6 7 8 氧化物还原的热力学条件 1.1 氧化物被还原的温度条件 1 氧化物还原的热力学条件 1.1 氧化物被还原的温度条件 1 T 氧化物还原的热力学条件 1.1 氧化物被还原的温度条件 1 (MO)+[B] = [M]+(BO) △G＝ △G0＋RTln[a[M] a(BO)/(a[B] a(MO)]=0 氧化物还原的热力学条件 例题 ：SiO2为碳所还原，生成的Si溶解于铁液中，其W[Si]＝20%、fsi＝0.333，试求SiO2还原的开始温度： 已知：PCO＝0.9×105Pa；硅在铁液中的熔解焓△H0＝－131766J.mol-1，1873K时， ＝0.0013 1 1.2 氧化物的还原分为三类 ●在CO2（或H2O）的氧势线以上的氧化物均能为 CO（或H2）所还原。是易还原的氧化物，如： CuO、ZnO、PbO、CoO、Fe2O3、MnO2、V2O5 ●在CO的氧势线以上的氧化物均能为固体C还原， 但不一定能为CO（或H2）所还原，是中等还原 性的氧化物，如：Cr、V、Ni、Si的氧化物。 ●仅能在高温下为固体碳还原的氧化物，是难还原 的氧化物，如CaO、MgO、Al2O3。 根据还原剂种类不同：间接还原；直接还原；金属热还原 氧化物的间接还原反应热力学 2 MnO SiO2 TiO2 NiO CuO Fe2O3 FeO Fe3O4 2.1 CO还原铁的各级氧化物的特点 2.1.1 逐级还原 对于反应（１）、（２）、（３）、（４）： 2.1.2 各反应平衡曲线的特点 例题 ●Fe2O3很容易被CO还原， 平衡曲线基本上与横坐标重合。 ●反应（１）（３）（４）曲线向上，放热反应 反应（２）曲线向下，吸热反应。 ●反应（２）（３）（４）交于O点，O点自由度为0。 52.2 2.1.2 各反应平衡曲线的特点 例题 ：用氧势图求解标准状态下及气相成分为φ (CO)=63%, φ (CO2)=37%, 混合气体还原FeO的平衡常数及还原反应的反向温度。 667℃ FeO+CO=Fe+CO2 K=? 例题 ：用氧势图求解标准状态下及气相成分为φ (CO)=63%, φ (CO2)=37%, 混合气体还原FeO的平衡常数及还原反应的反向温度。 880℃ FeO+CO=Fe+CO2 φ (CO)=63% φ (CO2)=37% K=? 例题 ：用氧势图求解标准状态下及气相成分为φ (CO)=63%, φ (CO2)=37%, 混合气体还原FeO的平衡常数及还原反应的反向温度。 2.2 H2还原铁的各级氧化物的特点 2.2.1 逐级还原 对于反应（１）’、（２）’、（３）’、（４）’： 2.2.2 各反应平衡曲线的特点 ●Fe2O3很容易被H2还原，平衡曲线基本上与横坐标重合。 ●反应(2)(3)(4)曲线向下，吸热反应;反应(1)曲线向上，放热反应。 ●反应(2)(3)(4)相交于O’点， O’点自由度为0。 (1) (2) (3) (4) 2.3 用H2、CO还原铁氧化物的比较 H2、CO还原铁氧化物的平衡图 CO + H2O＝ CO2 + H2 ?G? = ?30460 + 28.137T J/mol lg Kp = 1591? T ? 1.470 当?810℃时，?G??0；当?810℃时，?G??0 FeO+CO＝Fe+CO2 FeO+H2＝Fe+H2O Fe3O4+CO＝3FeO+CO2 Fe3O4+H2＝3FeO+H2O FeO+CO＝Fe+CO2 Fe3O4+CO＝3FeO+CO2 浮氏体内不同氧含量的浮氏体的还原平衡线 2.3 用H2、CO还原铁氧化物的比较 还原剂的过剩系数和利用率 FeO+CO=Fe+CO2 800℃ 65 2.3 用H2、CO还原铁氧化物的比较 例题：用组成为φ (CO)=33.4%, φ (CO2)=2.5%, φ (H2)=53.2%, φ(H2O)=5.4%, φ (CH4)=1.9%, φ (N2)=3.6%, 的还原气体在直接还原炉内还原铁矿石，得到1吨铁。温度为750℃。求还原气体的最低用量(m3)。 铁矿石间接还原的数学模型－未反应核模型 (1)气体在气相内的扩散，主要是通过边界层的扩散 —外扩散； (2)气体在固相内的扩散（已还原层的扩散） — 内