铁的冶炼过程的反应.docx

铁的冶炼炼铁方法主要有高炉法高炉法、直接还原法直接还原法、熔融还原法熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质 CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。高炉炼铁高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。由于技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，高炉法生产的铁占世界铁总产量的 95以上。高炉炼铁示意图高炉是近似于圆柱形的炉子，它的外面包以钢板，内壁砌以耐火砖，整个炉子建筑在很深的混凝土基础上。高炉生产时，从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。原料：铁矿石、溶剂、燃料铁矿石自然开采的矿石，无论在化学成分、物理状态等各方面，都很难满足高炉冶炼的要求，必须经过破碎、筛分、选矿、造块、混匀等准备处理，以品位高、成分、粒度均匀稳定的状态供应高炉。冶金工业常用的铁矿石有以下四种。矿种主要成分理论含铁量自然含铁量赤铁矿Fe2O370%50%60%磁铁矿Fe3O472.4%40%70%褐铁矿2Fe2O33H2O59.8%37%55%菱铁矿FeCo348.2%低溶剂矿石中的脉石和燃料中的灰分，都含有一些熔点很高的化合物（如SiO2熔点为 1625，Al2O3熔点为 2050），它们在高炉冶炼的温度下，不能熔化成液体，因而不能使它们很好地与铁液分离，同时也使炉子的操作发生困难。加入熔剂的目的在于其与这些高熔点的化合物形成低熔点的炉渣，以便在高炉冶炼温度下完全液化，并保持相当的流动性，以达到很好地与金属分离之目的，保证生铁的质量。根据熔剂的性质，可分为碱性熔剂和酸性熔剂。采用哪一种熔剂要根据矿石中脉石和燃料中灰分的性质来决定。由于天然矿石中脉石大多数为酸性，焦炭灰分也都是酸性的，所以通常都使用碱性熔剂，如石灰石石灰石。酸性熔剂很少使用。燃料高炉冶炼所需要的热量，主要是依靠燃料的燃烧而获得，同时燃料在燃烧过程中，还起着还原剂的作用，所以燃料是高炉冶炼的主要原料之一，常用的燃料主要是焦炭，还有无烟煤和半焦等。理化过程：高温下的还原反应+造渣反应高炉冶炼的目的，就是要把铁从铁矿石中还原出来，同时去除其中所含的杂质。整个冶炼过程中，最主要的是进行铁的还原反应还原反应以及造渣反应造渣反应。除此之外，还伴随着其他一系列复杂的物理化学反应，如水分及挥发物的蒸发、碳酸盐的分解、铁的碳化和熔化以及其他各种元素的还原等，而这一系列的反应，都只有在一定的温度下才能实现。因此，冶炼过程还需要有燃料的燃烧来作为必要的条件。燃料的燃烧燃料的燃烧CO2CO2炉料的分解炉料的分解水分蒸发和结晶水分解；挥发物的排除；碳酸盐的分解。高炉内的还原反应高炉内的还原反应铁的还原铁的还原在高炉中，铁并不是直接从高价氧化物中还原出来的，而是要经过一个由高价氧化物还原成低价氧化物，再由低价氧化物还原出铁的过程：Fe2O3Fe3O4FeOFe铁的还原，主要依靠一氧化碳气体和固体碳作为还原剂来实现。通常把一氧化碳的还原称为间接还原，把固体碳的还原称为直接还原。间接还原总反应为：3Fe2O39CO6Fe9CO2直接还原总反应为：3Fe2O3C2Fe3O4CO铁的碳化铁的碳化从矿石中还原出来的铁，是固体海绵状的，它的含碳量极低，通常不超过 1。由于 CO 在较低的温度下分解，而分解出的 C 具有很强的活性，当它与铁接触时，很容易形成铁碳合金。因此，固态海绵状铁在较低的温度下（400600）就开始了渗碳作用。其化学反应如下：2CO3FeFe3CCO2或 3Fe（液）C（固）Fe3C造渣过程造渣过程造渣过程就是矿石中的脉石和燃料中的灰分与熔剂合在一起，从高炉中被清除出去的过程。高炉中的成渣情况常见的有以下两种：用普通酸性矿石冶炼时，熔剂以石灰石形态装入高炉，熔剂中的CaO 并不能与矿石中的酸性氧化物密切接触，因此最初形成的渣，主要是 SiO2、Al2O3与一部分已还原的 FeO 生成的 Fe2SiO4。由于渣中有 FeO 存在，降低了炉渣的熔点，并有较好的流动性，在它往下降落的过程（同时也是温度升高的过程）中，所含的 FeO逐渐被还原而失去，而 CaO 的含量随之增多，最后形成末渣流入炉缸。用自熔性矿石冶炼时，由于矿石中含有较多的 CaO，并且它与酸性的 SiO2 能很好地接触，所以在冶炼开始时 CaO 就立即参加了造渣反应，尤其是采用自熔性烧结矿冶炼时，早在烧结过程中CaO 就和 SiO2、