氧化物還原熔煉反應(yīng)

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氧化物還原熔煉反應(yīng)高爐冶煉過(guò)程的主要反應(yīng)

還原熔煉反應(yīng)：氧化物的還原，為吸熱反應(yīng)

燃燒反應(yīng)：提供熱量氧化還原反應(yīng)

存在電子的得失，一種物質(zhì)被氧化，同時(shí)另一種物質(zhì)被還原。高爐冶煉的目的

將氧化物還原得到粗金屬或合金。高爐得到的產(chǎn)品是生鐵——以鐵元素為溶劑的多組元熔體（C、Si、Mn、P、S五大元素）。高爐內(nèi)還原反應(yīng)的種類

間接還原——高爐上部以CO和H2為還原劑的還原反應(yīng)；

直接還原——高爐下部以C為還原劑的還原反應(yīng)。6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件（1）

氧化物MO2和MeO2的生成反應(yīng)如下：1）利用氧勢(shì)圖分析氧化物還原的熱力學(xué)條件（2）

6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件1）利用氧勢(shì)圖分析氧化物還原的熱力學(xué)條件(1)-(2)可得：（3）

若，即，M(S)還原MeO2(s)。6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件1）利用氧勢(shì)圖分析氧化物還原的熱力學(xué)條件若，即，Me(S)還原MO2(s)。(1)若，即，M(S)還原MeO2(s)。6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件1）利用氧勢(shì)圖分析氧化物還原的熱力學(xué)條件(2)若，即，Me(S)還原MO2(s)。(3)若，即，反應(yīng)達(dá)到平衡，兩條氧勢(shì)線相交。6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件1）利用氧勢(shì)圖分析氧化物還原的熱力學(xué)條件

要還原MO2(s)，需要從其氧勢(shì)線下面找到對(duì)應(yīng)的元素，當(dāng)然實(shí)際生產(chǎn)還要考慮選擇還原劑的成本，以及產(chǎn)量（還原的程度，利用K3θ計(jì)算）。

還原劑的選擇直接還原：固體碳間接還原：CO、H2金屬熱還原：金屬Si、Al等6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件2）非標(biāo)態(tài)下氧化物還原的熱力學(xué)條件

前面討論的還原反應(yīng)的熱力學(xué)條件是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下還原反應(yīng)的熱力學(xué)條件（反應(yīng)物和生成物都是純物質(zhì)，活度為1）。在實(shí)際生產(chǎn)中，還原反應(yīng)都是在非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下進(jìn)行的，被還原的氧化物和還原出來(lái)的單質(zhì)并非純態(tài)，而是處于溶液或與其它化合物形成復(fù)雜化合物，因此需要討論非標(biāo)態(tài)下氧化物還原的熱力學(xué)條件。非標(biāo)態(tài)還原熱力學(xué)的意義6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件2）非標(biāo)態(tài)下氧化物還原的熱力學(xué)條件當(dāng)時(shí)可求反應(yīng)的開(kāi)始還原溫度T開(kāi)。

提高反應(yīng)物M和MeO2的活度、降低產(chǎn)物MO2和Me的活度，可降低還原反應(yīng)的溫度T開(kāi)，相反，則使得還原反應(yīng)溫度提高。6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件3）求開(kāi)始還原溫度的計(jì)算實(shí)例

在100KPa下用固體碳還原純SiO2(s)，獲得的鐵液中硅的活度為0.1（質(zhì)量1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），試計(jì)算SiO2(s)的還原開(kāi)始溫度。例題【P283】解：CO和SiO2的生成反應(yīng)為：

（1）

（2）6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件3）求開(kāi)始還原溫度的計(jì)算實(shí)例（1）（2）(1)-(2)可得：（3）時(shí)，T開(kāi)=1444K6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件3）求開(kāi)始還原溫度的計(jì)算實(shí)例時(shí)，T開(kāi)=1444KSiO2被C還原形成純Si時(shí)，a[Si]=1，此時(shí)：

T開(kāi)=1515KC還原SiO2后生成純硅時(shí)，T開(kāi)=1515K，生成溶解于鐵液中Si的活度為0.1時(shí)，T開(kāi)=1444K；溫度降低了71K。6.1氧化物還原的熱力學(xué)條件3）求開(kāi)始還原溫度的計(jì)算實(shí)例aSi活度降低利于反應(yīng)向右進(jìn)行，促進(jìn)碳還原反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)然如果反應(yīng)物SiO2不是純物質(zhì)，而是熔渣成分，我們也要考慮SiO2的活度（提高SiO2活度利于SiO2的還原）。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)對(duì)間接還原的認(rèn)識(shí)1）間接還原反應(yīng)是H2和CO作為還原劑的還原反應(yīng)2）H2和CO作為還原劑實(shí)際上都間接消耗了碳6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.1間接還原平衡常數(shù)Kθ

CO和H2的還原熱力學(xué)原理一樣，下面以CO為例介紹間接還原反應(yīng)熱力學(xué)規(guī)律

（1）

（2）((1)-(2))/2可得：（3）6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.1間接還原平衡常數(shù)Kθ

利用氧勢(shì)圖的碳標(biāo)尺可求解Kθ。（3）6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.2氣相平衡成分與溫度的關(guān)系（φCO—T關(guān)系式）1）利用相律判斷φCO是溫度T的單值函數(shù)自由度：式中：獨(dú)立組分?jǐn)?shù)C等于元素?cái)?shù)(M、O、C)；相數(shù)為M(s)、MO(s)和氣相。但Δn=0，P對(duì)反應(yīng)無(wú)影響，則φco=f(T)6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.2氣相平衡成分與溫度的關(guān)系（φCO—T關(guān)系式）φCO是溫度T的單值函數(shù)2）利用平衡常數(shù)判斷反應(yīng)(3)達(dá)到平衡時(shí)，存在氣相CO和CO2：（3）6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.2氣相平衡成分與溫度的關(guān)系（φCO—T關(guān)系式）φCO是溫度T的單值函數(shù)2）利用平衡常數(shù)判斷6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.3CO還原MO的平衡圖（φCO—T關(guān)系圖）

平衡時(shí)φCO隨溫度的變化曲線。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.3CO還原MO的平衡圖（φCO—T關(guān)系圖）

P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的φCO大于反應(yīng)平衡時(shí)的φCO，反應(yīng)向右，M的穩(wěn)定區(qū)。1）M和MO的穩(wěn)定區(qū)判斷PQ

Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的φCO低于反應(yīng)平衡時(shí)的φCO，反應(yīng)向左，MO的穩(wěn)定區(qū)。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.3CO還原MO的平衡圖（φCO—T關(guān)系圖）2）平衡曲線在圖中的位置——曲線接近于圖的上橫軸——曲線接近圖的下橫軸——曲線位于圖的中部屬于難還原氧化物，例如SiO2、TiO2等屬于易還原氧化物，例如NiO、CuO、Fe2O3等還原性居中，例如FeO、Fe3O4等6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.4隨溫度的變化判斷φCO與K3θ或溫度T之間的關(guān)系式：1）根據(jù)范特霍夫等壓方程式判斷φCO隨溫度的變化6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.4隨溫度的變化吸熱反應(yīng)T升高，K3θ升高φCO

隨T升高而降低1）根據(jù)范特霍夫等壓方程式判斷放熱反應(yīng)，φCO

隨T升高而升高6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.5氣體還原劑(CO、H2)的最小過(guò)量倍數(shù)n對(duì)于反應(yīng)：為使1molMO還原，設(shè)需要nmol的CO，有：

生成氣相總量為：

6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)反應(yīng)后，氣相中CO2和CO的摩爾分?jǐn)?shù)：

6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.6MO間接還原反應(yīng)的熱力學(xué)特點(diǎn)1）間接還原反應(yīng)可能吸熱也可能放熱，視CO燃燒反應(yīng)和氧化M生成MO放熱量的大小，前者大于后者，則還原反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)。否則屬于吸熱反應(yīng)。2）間接還原反應(yīng)（CO還原MO的反應(yīng)）在每個(gè)溫度點(diǎn)都有平衡態(tài)，即在任一溫度下，間接還原都存在平衡態(tài)；6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.5MO間接還原反應(yīng)的熱力學(xué)特點(diǎn)3）由于間接還原反應(yīng)前后氣相物質(zhì)的量不變，因此Δn=0，P對(duì)平衡沒(méi)有影響；所以φCO=f(T)（平衡態(tài)CO的體積分?jǐn)?shù)是溫度的單值函數(shù)）；6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.5MO間接還原反應(yīng)的熱力學(xué)特點(diǎn)5）的隨溫度的變化與ΔrH3θ是否大于0有關(guān)（即與反應(yīng)的吸放熱有關(guān)）；

放熱反應(yīng)，ΔrH3θ<0，溫度升高，K3θ降低，φCO增加；

吸熱反應(yīng)，ΔrH3θ>0，溫度升高，K3θ增加，φCO降低；6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.1金屬氧化物間接還原反應(yīng)熱力學(xué)6.2.1.5MO間接還原反應(yīng)的熱力學(xué)特點(diǎn)6）欲使MO(s)被CO還原，必須使體系達(dá)到最低還原劑濃度φCO(平)；7）欲使定量的MO(s)全部還原，至少按最小過(guò)量倍數(shù)供應(yīng)還原劑CO；6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.2CO還原氧化鐵的平衡圖

氧化鐵的分解遵循逐級(jí)轉(zhuǎn)變?cè)瓌t，CO還原鐵氧化物也遵循逐級(jí)轉(zhuǎn)變?cè)瓌t。T>570℃時(shí)：(I)(II)(III)T<570℃時(shí)：(IV)6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.2CO還原氧化鐵的平衡圖(I)(II)(III)(IV)

將上述反應(yīng)的Kiθ帶入上式，以φCO為縱坐標(biāo)，以溫度T(或t)為橫坐標(biāo)作圖，即可得到CO還原氧化物的平衡圖。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.2CO還原氧化鐵的平衡圖

反應(yīng)(I)的K1θ>>1，φCO<<1%，該反應(yīng)的平衡曲線接近底橫軸，微量CO即可使Fe2O3還原，反應(yīng)(I)實(shí)際上是不可逆的；1）平衡曲線的特點(diǎn)6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.2CO還原氧化鐵的平衡圖

反應(yīng)(II)、(III)和(IV)的Kθ=0.3~0.9，φCO在20%~80%，該反應(yīng)的平衡曲線基本上在中間區(qū)域，同時(shí)三條平衡曲線在570℃相交于O點(diǎn)。1）平衡曲線的特點(diǎn)6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.2CO還原氧化鐵的平衡圖

“叉形”曲線在O點(diǎn)四相平衡共存（Fe、FeO、Fe3O4和氣相）；

O點(diǎn)坐標(biāo)（570℃,52.2%）。1）平衡曲線的特點(diǎn)6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.2CO還原氧化鐵的平衡圖

反應(yīng)(Ⅱ)吸熱，ΔrHmθ>0，曲線(II)的φCO為減函數(shù)；2）曲線的增減性

反應(yīng)(I)、(III)和(IV)放熱，ΔrHmθ>0，曲線(I)、(III)和(IV)的φCO為增函數(shù)。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.2CO還原氧化鐵的平衡圖

平衡圖分成Fe3O4、FeO和Fe穩(wěn)定存在區(qū)。3）鐵氧化物的穩(wěn)定區(qū)平衡曲線以上，還原反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定區(qū)；平衡曲線以下，反應(yīng)物的穩(wěn)定區(qū)。比較φCO和

φCO平可判定某區(qū)域?yàn)楹畏N物質(zhì)穩(wěn)定區(qū)6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.3H2還原氧化鐵的平衡圖H2還原鐵氧化物的反應(yīng)，熱力學(xué)函數(shù)及其平衡圖，與CO還原氧化鐵的相同。T>570℃時(shí)：(I)(II)(III)T<570℃時(shí)：(IV)6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.3H2還原氧化鐵的平衡圖(I)(II)(III)(IV)

將上述反應(yīng)的Kiθ帶入上式，以φH2為縱坐標(biāo)，以溫度T(或t)為橫坐標(biāo)作圖，即可得到H2還原氧化物的平衡圖。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.3H2還原氧化鐵的平衡圖

反應(yīng)(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)均為吸熱反應(yīng)，平衡曲線向右下傾斜。1）平衡曲線的特點(diǎn)6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.3H2還原氧化鐵的平衡圖2）CO和H2還原特性的比較T=818℃，CO和H2還原能力相同。

T<818℃，CO的還原能力大；

T>818℃，H2的還原能力大；

6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.3H2還原氧化鐵的平衡圖2）CO和H2還原特性的比較T=818℃時(shí)：（理論水煤氣反應(yīng)）6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.4浮氏體(FexO)的還原

浮氏體認(rèn)識(shí)：

在FeO中溶解了Fe3O4

在FeO中溶解了Fe2O3

溶解氧含量的變化FeO中：w[O]=22.28%FexO中：w[O]=22.65~25.60%6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.4浮氏體(FexO)的還原獨(dú)立組分?jǐn)?shù)c為3（體系中有Fe、C、O三個(gè)元素）相數(shù)φ為2（浮氏體為一相，F(xiàn)e3O4固溶在FeO中）（φCO為溫度和活度的函數(shù)）1）浮氏體中Fe3O4被CO還原6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.4浮氏體(FexO)的還原同樣可知：φCO為溫度和活度的函數(shù)。1）浮氏體中Fe3O4被CO還原6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.4浮氏體(FexO)的還原2）浮氏體被CO還原為脫氧過(guò)程根據(jù)可得到不同氧含量的浮式體還原平衡線。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.4浮氏體(FexO)的還原2）浮氏體被CO還原為脫氧過(guò)程恒定氧濃度變溫平衡圖6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.5影響鐵氧化物間接還原反應(yīng)速率的因素1）粒度和孔隙度

礦石粒度減小，比表面積增加，還原速率增加。當(dāng)然對(duì)于各種入爐礦石來(lái)說(shuō)，粒度一般都在2~10mm，2mm以下的粉粒禁止入爐，以免惡化爐內(nèi)料層的透氣性。

孔隙度高，礦石還原速率增加，但礦石的孔隙度決定于礦石的還原性，例如赤鐵礦（Fe2O3）比磁鐵礦（Fe3O4）易于還原，因?yàn)槌噼F礦還原時(shí)晶格發(fā)生畸變，使還原出的FexO是多孔的，而磁鐵礦還原轉(zhuǎn)變?yōu)橥偷腇exO，缺陷及孔隙度較小，成為致密而較難還原的結(jié)構(gòu)。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.5影響鐵氧化物間接還原反應(yīng)速率的因素1）粒度和孔隙度

礦石中的雜質(zhì)元素的存在也影響礦石的還原性，例如堿金屬及堿土金屬的氧化物（實(shí)際是它們的陽(yáng)離子）固溶于浮氏體，是浮氏體的晶格歪扭，產(chǎn)生微孔，提高還原率，特別是金屬離子半徑大的效果更顯著。

但是堿金屬也有負(fù)面效應(yīng)，最重要的就是造成高爐內(nèi)堿金屬的循環(huán)，堿金屬的循環(huán)能夠使礦石破壞，爐料的透氣性變壞，焦炭強(qiáng)度下降，爐襯受到侵蝕，使?fàn)t料粘結(jié)在爐襯表面，形成結(jié)瘤（嚴(yán)重時(shí)下料困難）。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.5影響鐵氧化物間接還原反應(yīng)速率的因素2）溫度

從動(dòng)力學(xué)角度，溫度的提高能夠提高反應(yīng)各環(huán)節(jié)的速率。但是溫度能夠引起礦球孔隙度的改變，從而間接地對(duì)還原速率產(chǎn)生影響。例如在整個(gè)還原過(guò)程中，770~850K和870~1070K兩個(gè)溫度段，還原速率都出現(xiàn)減慢現(xiàn)象。

例如在整個(gè)還原過(guò)程中，770~850K和870~1070K兩個(gè)溫度段，還原速率都出現(xiàn)減慢現(xiàn)象。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.5影響鐵氧化物間接還原反應(yīng)速率的因素3）還原氣體的組成（H2和CO的比例）H2的擴(kuò)散系數(shù)及其在氧化鐵表面的吸附能力均比CO大（DH2=3.74DCO），因此即使在818℃以下，H2還原氧化鐵的速率仍高于CO（約高5倍）。6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.5影響鐵氧化物間接還原反應(yīng)速率的因素3）還原氣體的組成（H2和CO的比例）6.2氧化物的間接還原反應(yīng)6.2.5影響鐵氧化物間接還原反應(yīng)速率的因素4）壓力氣體狀態(tài)方程

隨著體系壓力的增加，還原氣體的濃度增加，一定程度上有利于還原速率的提高。爐頂高壓操作可以在一定程度上提高還原速率，但主要目的是保持高爐冶煉的順行和強(qiáng)化操作。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)

直接還原：由固體碳參加的還原反應(yīng)叫做直接還原反應(yīng)。

難還原的氧化物，如SiO2、CaO、MnO、MgO等，很難用CO或H2還原出來(lái)。

“萬(wàn)能還原劑”：在足夠高的溫度下，固體碳能夠還原任何難還原的氧化物，因此固體碳又稱為萬(wàn)能還原劑。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)3）SiO2、TiO2則近50%被還原。高爐內(nèi)氧化物的還原1）Al2O3、MgO、CaO等不能被還原而直接進(jìn)入爐渣；2）P2O5、MnO、FeO等則被完全還原進(jìn)入鐵水；6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)

兩個(gè)還原反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，但在較高溫度（900~1000℃）以及存在碳的情況下，CO2含量極少（高溫時(shí)CO更穩(wěn)定），因此反應(yīng)(II)只有在較低溫度下才會(huì)發(fā)生。6.3.1直接還原熱力學(xué)原理固體碳還原氧化物的反應(yīng)：(I)(II)6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理1）碳的不完全燃燒反應(yīng)與氧化物的生成反應(yīng)組合6.3.1.1直接還原反應(yīng)機(jī)理——反應(yīng)(1)放熱——反應(yīng)(2)強(qiáng)放熱（2）((1)+(2))/2=(3)：（3）（1）6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理1）碳的不完全燃燒反應(yīng)與氧化物的生成反應(yīng)組合6.3.1.1直接還原反應(yīng)機(jī)理（3）反應(yīng)(3)為吸熱反應(yīng)

直接還原反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，不同于間接還原反應(yīng)（間接還原反應(yīng)有些吸熱，有些放熱）。

6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理1）碳的不完全燃燒反應(yīng)與氧化物的生成反應(yīng)組合6.3.1.1直接還原反應(yīng)機(jī)理（3）

溫度和壓力變化，直接還原反應(yīng)的平衡移動(dòng)?；瘜W(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)：

因此：

6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理1）碳的不完全燃燒反應(yīng)與氧化物的生成反應(yīng)組合6.3.1.1直接還原反應(yīng)機(jī)理

恒壓條件下，φCO—T關(guān)系圖（即直接還原反應(yīng)的恒壓平衡圖）。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理1）碳的不完全燃燒反應(yīng)與氧化物的生成反應(yīng)組合6.3.1.1直接還原反應(yīng)機(jī)理CO分壓為PCO時(shí)的開(kāi)始還原溫度T開(kāi).

溫度高于T開(kāi)，平衡向右移動(dòng)，MO被還原。

開(kāi)始還原溫度T開(kāi)6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理2）碳?xì)饣磻?yīng)和氧化物間接還原反應(yīng)的組合6.3.1.1直接還原反應(yīng)機(jī)理(1)(2)(1)+(2)=(3)：(3)直接還原反應(yīng)實(shí)際上是有固體碳參加的間接還原反應(yīng)直接還原反應(yīng)的機(jī)理6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理2）碳?xì)饣磻?yīng)和氧化物間接還原反應(yīng)的組合6.3.1.1直接還原反應(yīng)機(jī)理(3)

當(dāng)P=常數(shù)時(shí)，可得：φCO=f(T)，得到氧化物直接還原的等壓平衡圖；

當(dāng)P變化時(shí)，間接還原反應(yīng)的平衡曲線不變，而布都阿爾反應(yīng)平衡曲線移動(dòng)，從而使直接還原的開(kāi)始溫度發(fā)生變化。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理6.3.1.2直接還原平衡圖

當(dāng)P=常數(shù)時(shí)，T<T開(kāi)時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，直接還原不能進(jìn)行，因?yàn)椴级及柗磻?yīng)提供的CO量不能滿足直接還原反應(yīng)的進(jìn)行；6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理6.3.1.2直接還原平衡圖

當(dāng)P=常數(shù)時(shí)，T>T開(kāi)時(shí)，反應(yīng)向右進(jìn)行，直接還原能夠進(jìn)行，因?yàn)椴级及柗磻?yīng)能夠提供足量的CO使直接還原反應(yīng)進(jìn)行；6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理6.3.1.2直接還原平衡圖MN6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理6.3.1.2直接還原平衡圖

當(dāng)P變化時(shí)，MO被CO間接還原反應(yīng)的平衡曲線不變，而布都阿爾反應(yīng)的平衡曲線變化，從而使直接還原的開(kāi)始溫度發(fā)生變化。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.1直接還原熱力學(xué)原理6.3.1.2直接還原平衡圖當(dāng)降低壓力時(shí)，“S型”曲線向左移動(dòng)，T開(kāi)下降，MO穩(wěn)定區(qū)減小，M穩(wěn)定區(qū)增加；當(dāng)升高壓力時(shí)，“S型”曲線向右移動(dòng)，T開(kāi)上升，MO穩(wěn)定區(qū)增加，M穩(wěn)定區(qū)減?。籔降低P增加6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)(I)

(II)

(III)

(I)

(IV)

鐵氧化物的直接還原也是逐級(jí)進(jìn)行的！6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)(I)

(II)

(III)

(IV)

四個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)：

體現(xiàn)了鐵氧化物間接還原的CO平衡分壓與溫度和壓力之間的關(guān)系。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)1）總壓為100KPa時(shí)，鐵氧化物直接還原的平衡圖6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)1）總壓為100KPa時(shí)，鐵氧化物直接還原的平衡圖“S型”曲線為100KPa時(shí)的碳的氣化曲線；“叉形”曲線為鐵氧化物的間接還原平衡曲線；6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)1）總壓為100KPa時(shí)，鐵氧化物直接還原的平衡圖“a”點(diǎn)坐標(biāo):φCO=60%，T≈1010K；“b”點(diǎn)坐標(biāo):φCO=42%，T≈950K；6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)1）總壓為100KPa時(shí)，鐵氧化物直接還原的平衡圖T>Ta時(shí):Fe的穩(wěn)定區(qū)T<Tb時(shí):Fe3O4的穩(wěn)定區(qū)6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)1）總壓為100KPa時(shí)，鐵氧化物直接還原的平衡圖Tb>T>Ta時(shí):FeO的穩(wěn)定區(qū)

體系的CO濃度僅高于Fe3O4間接反應(yīng)的CO平衡濃度，低于FeO間接還原反應(yīng)的CO平衡濃度6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)2）體系壓力變化

體系壓力變化時(shí)，鐵氧化物間接還原的平衡曲線不變，而布都阿爾反應(yīng)的平衡曲線變化，從而改變鐵氧化物和鐵的穩(wěn)定區(qū)。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.2鐵氧化物的直接還原反應(yīng)2）體系壓力變化

壓力下降，C氣化反應(yīng)平衡線向左移動(dòng)，從而降低FexOy的開(kāi)始直接還原溫度；

壓力升高，C氣化反應(yīng)平衡線向右移動(dòng)，從而提高FexOy的開(kāi)始直接還原溫度。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.3復(fù)雜氧化物的還原反應(yīng)

燒結(jié)礦中，有些主要氧化物是以復(fù)雜氧化物的形式存在，如Fe2SiO4、Mn2SiO4、3CaO·P2O5、3FeO·P2O5等，它們的穩(wěn)定性比簡(jiǎn)單氧化物的穩(wěn)定性更強(qiáng)，因此只能在高溫下被碳直接還原。

復(fù)雜氧化物的直接還原反應(yīng)可由簡(jiǎn)單氧化物的直接還原反應(yīng)于復(fù)雜氧化物的生成反應(yīng)組合得到。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.3復(fù)雜氧化物的還原反應(yīng)（1）（2）(1)-(2)，得：，F(xiàn)e2SiO4被C還原需要吸收大量熱。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.3復(fù)雜氧化物的還原反應(yīng)（1）FeO(s)被C還原的開(kāi)始溫度為992K；Fe2SiO4被C還原的開(kāi)始溫度為1037K。由此可見(jiàn)，復(fù)雜氧化鐵比簡(jiǎn)單氧化鐵難于還原，而且會(huì)吸收大量熱。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.4鐵以外其他氧化物的還原反應(yīng)

鐵水中的五大元素，包括C、Si、Mn、P、S等幾乎都是各自氧化物被還原后得到的產(chǎn)物。

鐵水中的五大元素，包括C、Si、Mn、P、S等幾乎都是各自氧化物被還原后得到的產(chǎn)物。

礦石中的脈石、熔劑、焦炭灰分都含有SiO2，在高爐內(nèi)，可被C直接還原。1）硅的還原SiO2被碳還原有兩種產(chǎn)物：Si和SiO(g)6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.4鐵以外其他氧化物的還原反應(yīng)2）其它元素的還原3）氧化物被還原的熱力學(xué)

各種難還原的氧化物都可以被碳直接還原，在碳含量較高的情況下，許多被還原的元素還會(huì)與碳形成碳化物。6.3

氧化物的直接還原反應(yīng)6.3.4鐵以外其他氧化物的還原反應(yīng)（1）這些還原反應(yīng)都是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此反應(yīng)需要較高的溫度，在高爐內(nèi)則需要較高的焦比；（2）碳化物的形成有利于直接還原反應(yīng)進(jìn)行，可以降低氧化物的開(kāi)始還原溫度；（3）反應(yīng)產(chǎn)物有CO氣體，由于氣相容易排出，因此此類反應(yīng)的產(chǎn)率較高。6.4

金屬熱還原反應(yīng)

利用和氧親和力強(qiáng)的金屬去還原和氧親和力弱的金屬的氧化物，制取不含碳的純金屬或合金，稱為金屬熱還原。

在一定溫度范圍內(nèi)，C的還原性比Ca、Mg、Al的還原能力弱；利用金屬熱還原，還原開(kāi)始后不用再加熱源，具有一定的優(yōu)勢(shì)；利用碳還原就具有價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，但生產(chǎn)處的產(chǎn)品是鐵合金（Fe-C合金）。金屬熱還原的意義6.4

金屬熱還原反應(yīng)

用硅作還原劑的還原為硅熱法，用以生產(chǎn)低碳FeMn、低碳FeCr等。1)硅熱還原

用鋁作還原劑的還原為鋁熱法，用以生產(chǎn)FeV、FeNb、FeTi、Cr、FeMo、FeB等。2)鋁熱還原6.5

鐵的滲碳

能夠溶解C或形成碳化物的金屬能在析出碳原子的氣體中吸收碳，這個(gè)過(guò)程稱為滲碳。

鐵還原過(guò)程中金屬鐵能夠滲碳得到飽和的鐵液或鐵合金，而且含碳低的鋼件在熱處理過(guò)程中也可以滲碳。6.5.1碳化物及碳勢(shì)

碳溶解在金屬Fe、Mn、Cr、W等內(nèi)時(shí)，會(huì)形成碳化物。1）碳化物的形成6.5

鐵的滲碳6.5.1碳化物及碳勢(shì)碳化物生成反應(yīng)：1）碳化物的形成

這里的aC就是碳化物形成反應(yīng)的平衡碳活度，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為純石墨，RTlnaC為碳勢(shì)。6.5

鐵的滲碳6.5.1碳化物及碳勢(shì)2）體系的碳勢(shì)

在某溫度T，用體系中碳的活度aC計(jì)算的RTlnaC即為該體系在該溫度下碳勢(shì)。

在某溫度T，當(dāng)平衡體系由M（s,l）、C(石)和MC(s)組成，則該體系的碳勢(shì)即為碳化物MC(s)的碳勢(shì)。3）碳化物的碳勢(shì)6.5

鐵的滲碳6.5.1碳化物及碳勢(shì)4）混合氣相（CO+CO2）的碳勢(shì)因此混合氣相CO-CO2的碳勢(shì)為：6.5

鐵的滲碳6.5.1碳化物及碳勢(shì)5）混合氣相（CH4+H2）的碳勢(shì)因此混合氣相CH4+H2

的碳勢(shì)為：6.5

鐵的滲碳6.5.1碳化物及碳勢(shì)6）碳勢(shì)圖碳化物的碳勢(shì)：碳化物的碳勢(shì)隨溫度的變化曲線，為碳化物的碳勢(shì)圖。6.5

鐵的滲碳6.5.1碳化物及碳勢(shì)6）碳勢(shì)圖（1）Mn、Ni、Al、Si、Zr、Ti、V、Nb等元素的碳勢(shì)都小于0，這些元素能夠與碳形成穩(wěn)定的碳化物，因此這些元素的氧化物被碳還原時(shí)，形成的產(chǎn)物經(jīng)常是碳化物；6.5

鐵的滲碳6.5.1碳化物及碳勢(shì)6）碳勢(shì)圖

（2）滲碳體（Fe3C）的碳勢(shì)線。1000K以下，F(xiàn)e3C的碳勢(shì)均大于0，因此Fe3C不穩(wěn)定，從而分解出石墨（Fe3C=3Fe+C(石)），但在低溫下分解速度很慢，所以Fe3C能夠以準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的形式存在。6.5

鐵的滲碳6.5.1碳化物及碳勢(shì)7）混合氣體CO-CO2和CH4-H2的滲碳條件混合氣體與金屬接觸時(shí)，如果混合氣體的碳勢(shì)或高于金屬的碳勢(shì)發(fā)生滲碳，滲碳反應(yīng)向右進(jìn)行，反之則不能滲碳。時(shí)，則6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳低碳鋼滲碳改善性能

含碳?xì)怏w如CH4、乙炔等氣體都可以滲碳，但應(yīng)用最多的是CO-CO2氣體的滲碳。析碳反應(yīng)：（析碳反應(yīng)放熱）6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算：所以：鐵中滲碳時(shí)碳的濃度一般很低故：6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳(6-28)由此可知：φCO為三變量函數(shù)，隨T、P、w[C]變化。

固定壓力p=1，分別取w[c]=0.05%、0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、w[c]飽和，則可畫(huà)出φCO—T、w[C]的關(guān)系圖（恒壓狀態(tài)圖），如圖6-23所示。6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳滲碳平衡圖的區(qū)域6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳（1）提高氣相中的CO濃度，可使γFe區(qū)內(nèi)的碳濃度增加；6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳（2）降低溫度，同樣可使γFe內(nèi)碳濃度增加，利于滲碳，這是因?yàn)闈B碳反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫有利于滲碳反應(yīng)的發(fā)生；6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳

（3）提高壓力，有利于滲碳反應(yīng)的發(fā)生（2CO=CO2+C(石)，壓力增加利于反應(yīng)向右）；6.5

鐵的滲碳6.5.3CO-CO2氣體對(duì)Fe的滲碳

（4）氣相中φCO低于滲碳的平衡曲線時(shí)，可發(fā)生脫碳反應(yīng)，即鐵中的碳含量降低。6.5

鐵的滲碳6.5.5高爐內(nèi)的滲碳過(guò)程及生鐵含碳量

焦炭和礦石加入高爐后，爐料下降，溫度逐漸上升，達(dá)到開(kāi)始還原溫度后，逐漸還原生成鐵，遇到爐氣中的CO立即滲碳，因此在煤氣流和料柱的逆流運(yùn)動(dòng)中，氧化鐵的還原和滲碳是同時(shí)進(jìn)行的。6.5.5.1高爐內(nèi)生鐵的滲碳過(guò)程生鐵的滲碳過(guò)程6.5

鐵的滲碳6.5.5高爐內(nèi)的滲碳過(guò)程及生鐵含碳量6.5.5.1高爐內(nèi)生鐵的滲碳過(guò)程氧化鐵的還原：形成的CO2又使焦炭氣化：鐵的滲碳反應(yīng)為：

隨著還原鐵進(jìn)入高溫及高濃度的CO區(qū)，鐵中碳量不斷增加。6.5

鐵的滲碳6.5.5高爐內(nèi)的滲碳過(guò)程及生鐵含碳量6.5.5.2生鐵含碳量

溫度降低，w[c]低，因此低溫?zé)掕F含碳量低（低于0.5%）。1）純鐵的含碳量與溫度的關(guān)系w[C]＝1.34＋2.54×10-3t（℃）%（6-31）2）生鐵含碳量的計(jì)算（6-32）6.5

鐵的滲碳6.5.5高爐內(nèi)的滲碳過(guò)程及生鐵含碳量6.5.5.2生鐵含碳量3）生鐵含碳量也可用溶解元素對(duì)鐵中碳溶解度的改變值來(lái)計(jì)算W[C]0為與溫度有關(guān)的純鐵中碳的飽和溶解度6.5

鐵的滲碳6.5.5高爐內(nèi)的滲碳過(guò)程及生鐵含碳量6.5.5.2生鐵含碳量3）生鐵含碳量也可用溶解元素對(duì)鐵中碳溶解度的改變值來(lái)計(jì)算（1）注意生鐵成份以及各個(gè)成份所對(duì)應(yīng)的濃度范圍，各個(gè)成份對(duì)含碳量的影響要通過(guò)表中數(shù)值給定;6.5

鐵的滲碳6.5.5高爐內(nèi)的滲碳過(guò)程及生鐵含碳量6.5.5.2生鐵含碳量3）生鐵含碳量也可用溶解元素對(duì)鐵中碳溶解度的改變值來(lái)計(jì)算（2）凡是能夠形成比Fe3C穩(wěn)定的碳化物的元素，如Nb、V、Cr、Mn等能夠使鐵液中的含碳量增加，例如，一般生鐵中的碳含量?jī)H為4%左右，而w[Mn]=15%~20%的鏡鐵，w[C]可達(dá)5%~5.5%；w[Mn]=80%的FeMn，w[C]可達(dá)7%。6.5

鐵的滲碳6.5.5高爐內(nèi)的滲碳過(guò)程及生鐵含碳量6.5.5.2生鐵含碳量3）生鐵含碳量也可用溶解元素對(duì)鐵中碳溶解度的改變值來(lái)計(jì)算（3）凡能與Fe形成穩(wěn)定性比Fe與C形成穩(wěn)定性更大的化合物的元素，如Si、P、S等非金屬元素，則能降低碳的溶解度。例如，鑄造生鐵w[C]不超過(guò)3.5%~4.0%，而FeSi中w[C]可降低到2%；高磷生鐵w[C]不超過(guò)3.2%。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)

高爐還原熔煉過(guò)程中，鐵被還原出來(lái)后吸收其它易還原的元素和碳之后形成金屬熔體，而礦石中難還原的氧化物在溶劑作用下形成溶渣。在金屬熔體和溶渣接觸的過(guò)程中，隨著溫度的升高和溶渣組成的變化，溶渣中比較難于還原的氧化物將繼續(xù)被碳或鐵液的飽和碳還原，從而進(jìn)入金屬熔體中，因此生鐵中雜質(zhì)元素幾乎都與爐渣中氧化物的還原反應(yīng)有關(guān)。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.1還原反應(yīng)的分配系數(shù)及其影響因素渣中氧化物的還原反應(yīng)可由以下過(guò)程組成：1）還原反應(yīng)分配常數(shù)6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.1還原反應(yīng)的分配系數(shù)及其影響因素1）還原反應(yīng)分配常數(shù)M在金屬熔體與溶渣中的分配常數(shù)：式中，LM為濃度比，可用質(zhì)量分?jǐn)?shù)/摩爾分?jǐn)?shù)，也可用其它濃度表示。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.1還原反應(yīng)的分配系數(shù)及其影響因素1）還原反應(yīng)分配常數(shù)分配常數(shù)LM為煉鋼中采用的分配常數(shù)

根據(jù)LM表達(dá)式中各參數(shù)對(duì)分配常數(shù)LM的影響規(guī)律，可以分析影響氧化物還原的因素。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.1還原反應(yīng)的分配系數(shù)及其影響因素2）分配常數(shù)的影響因素（1）溫度渣中氧化物的還原為強(qiáng)吸熱反應(yīng)（直接還原都是吸熱反應(yīng)），因此提高溫度利于還原反應(yīng)的進(jìn)行，分配常數(shù)增加，被還原的金屬濃度增加，有利于氧化物的還原。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.1還原反應(yīng)的分配系數(shù)及其影響因素2）分配常數(shù)的影響因素（2）堿度對(duì)于酸性氧化物，降低R，利于γMO增加，LM增加，利于氧化物還原；

對(duì)于堿性氧化物，提高R，利于γMO增加，LM增加，利于氧化物還原。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.1還原反應(yīng)的分配系數(shù)及其影響因素2）分配常數(shù)的影響因素（3）PCO

降低PCO，LM增加，利于氧化物的還原，但在高爐爐缸內(nèi)，CO氣泡壓力一般為1.5×105Pa。（4）金屬液中其它組分的影響

eji>0，w[j]濃度增加，fM增加，利于氧化物的還原；eji<0，w[j]濃度降低，fM增加，利于氧化物的還原。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.1還原反應(yīng)的分配系數(shù)及其影響因素3）溶渣中氧化物還原反應(yīng)的類型（1）有C參加的基本還原反應(yīng)

這類反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)達(dá)到平衡需要的時(shí)間較長(zhǎng)，例如，（SiO2）還原反應(yīng)在1500℃達(dá)到平衡需要25h以上，（MnO）還原反應(yīng)需要18~20h。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.1還原反應(yīng)的分配系數(shù)及其影響因素3）溶渣中氧化物還原反應(yīng)的類型（2）渣－金電化學(xué)反應(yīng)

渣－金電化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)速度很快，易于達(dá)到平衡，是高爐內(nèi)的主要還原反應(yīng)類型。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.2SiO2的還原1）溶渣中(SiO2)的還原高爐渣溫度在1350~1400℃時(shí)：因此：6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.2SiO2的還原1）溶渣中(SiO2)的還原影響硅還原的因素：（1）溫度(SiO2)的還原的還原反應(yīng)為強(qiáng)吸熱，升高溫度，KSiθ增加，LSi增加。高溫有利于溶渣中(SiO2)的還原。

生鐵含硅量取決于溫度（實(shí)踐中也常用w[Si]作為衡量爐溫的標(biāo)志）。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.2SiO2的還原1）溶渣中(SiO2)的還原影響硅還原的因素：（2）生鐵中其它元素的影響

生鐵中C、P、Ni都能夠提高fSi，其中C的作用最大，但由于生鐵中C通常是飽和的，因此fSi變化不大。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.2SiO2的還原1）溶渣中(SiO2)的還原影響硅還原的因素：（3）堿度RR增加，γSiO2降低，LSi降低。高堿度不利于硅的還原。

冶煉鑄造生鐵（w[Si]=1.25%~4.0%）或硅鐵時(shí)，采用高溫、低堿度操作；冶煉煉鋼生鐵時(shí)（w[Si]<0.6%）時(shí)，采用低溫、高堿度操作。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.2SiO2的還原2）SiO(g)的形成與還原

在高爐的高溫段（>1620℃）時(shí)，（SiO2）能還原出SiO(g)：

該反應(yīng)吸熱，因此升高溫度，利于反應(yīng)進(jìn)行（K1θ增加)；熔渣中aSiO2<0.01，而焦炭、煤粉灰分中aSiO2≈1，因此在高爐內(nèi)的灰分能夠產(chǎn)生SiO(g)。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.2SiO2的還原2）SiO(g)的形成與還原SiO(g)的還原反應(yīng)：

總和來(lái)說(shuō)，生鐵中的硅主要是焦炭灰分或渣中的SiO2在風(fēng)口附近的高溫區(qū)（1700℃以上）先被還原成SiO(g)，SiO(g)在在上升過(guò)程中被C還原生成Si，溶解于鐵液中。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.3MnO的還原

錳的還原也是逐級(jí)進(jìn)行的，在高爐內(nèi)，錳的各種氧化物容易被氣體還原劑還原為MnO進(jìn)入溶渣中，Mn的還原主要是從溶渣中還原。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.3MnO的還原影響錳還原的因素：1）溫度

反應(yīng)吸熱，因此溫度升高，KMnθ增加，LMn增加。高溫有利于錳的還原，但MnO的還原溫度高于FeO低于SiO2的還原溫度；6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.3MnO的還原影響錳還原的因素：2）鐵液成分的影響C可以降低fMn，從而提高M(jìn)n的還原，但C飽和生鐵中，fMn=0.65~0.80。MnO為弱堿性，提高堿度，γMnO增加，促進(jìn)Mn的還原。3）堿度6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.3MnO的還原影響錳還原的因素：2）鐵液成分的影響C可以降低fMn，從而提高M(jìn)n的還原，但C飽和生鐵中，fMn=0.65~0.80。MnO為弱堿性，提高堿度，γMnO增加，促進(jìn)Mn的還原。3）堿度6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.3MnO的還原

由于Si與O的親和力大于Mn與氧的親和力，因此渣鐵間可以發(fā)生下列反應(yīng)：6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.4TiO2的還原TiO2（兩性氧化物）和SiO2的穩(wěn)定性相近，在高爐內(nèi)TiO2的還原行為與SiO2相近。TiO2的還原主要在高溫區(qū)。Ti的還原與Si的還原相似，隨著溫度升高，還原量急劇增加。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.4TiO2的還原高溫下鈦的還原略高于硅的還原量交點(diǎn)溫度以下，w[Si]>w[Ti]交點(diǎn)溫度以上，w[Si]<w[Ti]6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.4TiO2的還原

還原鈦能夠與碳和氮容易形成TiC、TiN和TiCN，這些高熔點(diǎn)的物質(zhì)在鐵液中的溶解度很小，很容易析出TiC、TiN固相（熔點(diǎn)分別為3140℃和2950℃），懸浮于溶渣中，使溶渣變粘、渣鐵不分、爐缸堆積，使高爐無(wú)法正常生產(chǎn)。鈦過(guò)還原的危害6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.4TiO2的還原（1）控制爐料中的TiO2量

TiO2含量低于15%時(shí)與冶煉普通礦石沒(méi)有區(qū)別，但高于16%時(shí)就需要控制鈦的過(guò)還原，目前攀鋼高爐將爐渣中的TiO2含量控制在20%左右。控制鈦過(guò)還原的方法6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.4TiO2的還原（2）穩(wěn)定爐溫

TiO2還原是吸熱反應(yīng)，爐溫升高，有利于TiO2還原，使鈦的低價(jià)氧化物、碳化鈦及氮化鈦的生成速度大大提高，從而使得爐渣急劇變粘。當(dāng)然爐溫也不能太低，否則可能會(huì)造成爐缸凍結(jié)。因此，在攀鋼高爐操作制度上就有這么一句話：“活躍爐缸、低硅鈦、低爐溫”?？刂柒佭^(guò)還原的方法6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.4TiO2的還原（3）控制爐缸氣氛控制爐缸的氧化氣氛是控制鈦還原有效的手段。在實(shí)踐中，在渣口平面上安裝噴槍，通過(guò)噴吹壓縮空氣，使渣鐵界面處于氧化氣氛，迅速氧化被還原Ti、TiC、TiN及鈦的低價(jià)氧化物?？刂柒佭^(guò)還原的方法6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.5其它氧化物的還原6.6.5.1P2O5的還原

溶渣中P2O5的還原反應(yīng)：6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.5其它氧化物的還原6.6.5.1P2O5的還原

高爐爐渣內(nèi)很有較高的(SiO2)，使γP2O5較高，約為1，同時(shí)還原的P可以與Fe反應(yīng)生成Fe2P，使fP很小，因此在高爐內(nèi)，LP值很高。磷從渣中完全還原，進(jìn)入生鐵中。6.6爐渣中氧化物的還原反應(yīng)6.6.5其它氧化物的還原6.6.5.2堿金屬化合物的還原

堿金屬主是Na和K，它們的硅酸鹽、碳酸