高炉内直接还原

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条目作者张建良

张建良

最后更新 2023-04-08

浏览 240次

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高炉内铁氧化物与固体还原剂碳反应，生成一氧化碳的过程。

英文名称: direct reduction reaction in blast furnace

所属学科: 冶金工程

高炉内直接还原反应：

FeO+C=Fe+CO

由于铁氧化物和固体碳两个固体接触条件差，不足以维持可以察觉到的反应速度。实际的高炉内直接还原是借助于碳素溶解损失反应、水煤气反应（H₂O+C=CO+H₂）和间接还原反应叠加而实现。

$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 间接还原 \ \ \rm FeO+CO=Fe+CO_{2} \\ +) 碳素溶解损失反应\ \ \rm CO_{2}+C=2CO \\ \ \ \ \ \ \ \ \ —\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 直接还原\ \ \rm FeO + C =Fe + CO \\$

$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 间接还原 \ \ \rm FeO+H_{2}=Fe+H_{2}O\\ +) 水煤气反应\ \ \rm H_{2}O+C=H_{2}+CO \\ \ \ \ \ \ \ \ \ —\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\!—\\ \ \ \ \ \ \ \ \ 直接还原\ \ \rm FeO + C =Fe + CO \\$

高炉内直接还原主要是直接消耗固体碳，并强烈吸热。由于反应只涉及一个气相产物，其平衡常数可以用CO的分压表示，并不因要求平衡气相成分而消耗过剩碳（即相对于高炉内间接还原，其过剩系数n＝1），但反应所需的热量要由碳的燃烧提供。从还原剂需要量角度分析，直接还原比间接还原更有利于降低焦比。但间接还原主要是放热反应，直接还原是强吸热反应，高炉内热量收入主要来源于碳素燃烧，所以从热量的需要角度分析，间接还原比直接还原更有利于降低焦比。所以在高炉炼铁的生产条件下，直接还原与间接还原需要在适宜的比例范围内，相互搭配，才能达到降低焦比的目的。

高炉内直接还原还有另一种形式，即含FeO液态渣与焦炭直接接触，或与铁水中饱和的碳发生反应。矿石在低温的固体料区未来得及充分还原已落入高温区，则将发生软化和熔融，形成FeO含量很高的初渣，并沿着焦炭的空隙向下流动。初渣中，FeO含量在5%～30%的较大范围内波动。由于液态渣与焦炭表面接触良好，扩散阻力也比气体在曲折的微空隙中扩散的阻力小，加之又处于在高温下，反应速率常数很大，故这类反应的速率很高，致使终渣中FeO含量小于0.5%，铁的总回收率大于99.7%。反应式表示为：

FeO+C=Fe+CO

扩展阅读

王筱留．钢铁冶金学（炼铁部分）.3版．北京：冶金工业出版社，2013．