D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1983.02.020 北京钢铁学院学报 1983年第2期 钾、钠化学物在高炉冶炼过程中 行为的热力学计算与分析 炼铁教研室宋建成薏一诫 摘要 本文主要对钾、钠及其化学物在高炉治炼条件下的行为进行了较系统的热力学 计算，并且结合包钢试验高炉取样数据，山西省闻喜高炉治炼钾长石的物料平衡计 算及新要钢铁公司治炼雅滞苏矿的特点，初步归纳了钾、钠化学物在高炉治炼过程 中形成条件。 一、钾、钠化学物的热力学计算 为叙述和计算方便，炉料中含钾、钠硅酸盐矿物均简化为K2SiO,及Na2SiO3,硫酸 盐矿物简化为K,SO,等形态进入高炉，各种碱金属化合物的稳定程度，均以该化合物分解 的平衡碱金属蒸气分压值来衡量。考虑到高炉内不同部位反应条件，计算时刘分为高温区与 中温区，高温区大致相当于炉腹与炉缸部位，氧化还原主要受CO2+C=2CO反应的控制， 中温区大致相当于炉身中下部位，氧化还原位主要受FeO+CO=Fe+CO,反应的控制。整 个计算与分析过程得到了杨永宜教授的指导，部分计算过程参考了芦维高教授的有关数据。 1.高温区的还原反应 炉料下降到炉腹与炉缸高温区，钾与钠的硅酸盐被炭直接还原，反应式如下： 4K+2Si02+2CO-2K2SiO,+C (1) △G:°=-298000+158.15T 4Na +2SiO:+2CO-2Na,SiO,+C (2) △G2°=-322900+164.10T 试验高炉的煤气中Pco=0.6atm,并且以a与k分别表示反应物的活度和反应平衡常 数，将反应式(1)，(2)的一些计算结果列于表1上半部分。 由于高炉鼓风中不含任何钾与钠的蒸气，煤气流速又非常快，基于动力学的原因，钾与 钠蒸气分压达不到平衡值，必然有一定数量的K2SiO3与Na2SiO,来不及还原就随炉渣而 排出，从上述反应式可以看出： (1)在标准状况下，虽然开始还原反应的温度分别为1600℃与1700℃以上，但是在高炉 的实际条件下只要1500℃左右就能进行，而且均为吸热反应，因此如果能降低一些燃烧带的 温度，则可以减少钾与钠硅酸盐的还原。 1北 京 钢 铁 学 院 学 报 1 9 8 3 年第 2 期 钾 、 钠化学物在高炉冶炼过程中 行为的热 力学计算与分析 炼铁教研 室 宋 趁成 , 一诚 摘 要 本文 主要对钾 、 钠及 其化 学物在 高炉冶炼条件下 的行为进行了较系统的 热力学 计算 , 并且 结 合包 钢试 验高炉取 样数 据 , 山西省闻喜 高炉冶炼钾长石 的物料平衡计 算及 新 班钢铁公 司冶炼推满 苏矿 的特 点 , 初 步归纳 了钾 、 钠化 学物在高炉冶炼过程 中形成条件 。 一 、 钾 、 钠化 学物的热力学计算 为叙述 和计算方 便 , 炉料中含钾 、 钠 硅酸盐矿物均简化为 K : 5 10 。 及 N a : 5 10 : , 硫酸 盐 矿物 简化为 K : 5 0 ` 等形态 进 入高炉 , 各种 碱金属 化合物的稳定程度 , 均 以该 化合物分解 的 平 衡碱金属蒸气分压值来衡量 。 考虑到 高炉内不 同部位反应 条件 , 计算时 划 分为高温区与 中温区 , 高温区大致 相 当于炉腹 与炉缸 部位 , 氧 化还原主要受 C O : + C = ZC O 反 应 的控 制 , 中温区大致 相 当于 炉身中下部位 , 氧 化还原 位主 要受 F e O + C O 二 F e 十 C O : 反应 的 控制 。 整 个计算与分 析过 程 得到 了杨永宜教授 的指导 , 部分计算过程 参考 了芦维 高教 授的 有关数据 。 1 . 离沮 区的还原 反应 炉料下降到 炉腹与 炉缸高温区 , 钾 与钠 的 硅酸盐被炭直 接还原 , 反应 式如 下: 4 K + 2 5 1 0 : + ZC O一 Z K : 5 i o a + C △G I “ 二二二 : 一 2 9 8 0 0 0 + 1 5 8 . 1 5 T 川 4 N a + 2 5 10 : + ZC O一 ZN a : 5 10 3 + C ( 2 ) △G Z 。 = 一 3 2 2 9 0 0 + 1 6 4一 OT 试 验高炉的煤气中 P 。 。 = 。 . 6 at m , 并且以 a 与 k 分 别表 示反应物 的 活度和反应平衡常 数 , 将反应 式 ( 1 ) , ( 2 ) 的一 些计 算结 果列 于表 l 上半部分 。 由于高炉鼓风中不 含任 何 钾与 钠的 蒸气 , 煤 气流 速又非常快 , 基 于 动力学的原因 , 钾与 钠蒸气分压达不到 平衡值 , 必 然有一 定数量 的 K 2 5 1 0 。 与 N a : 5 10 。 来不 及还 原就随 炉渣而 排出 , 从 上述反应 式 一 可以 看 出 : (1 ) 在标 准状 况下 , 虽然开 始还 原反应 的 温 度分 别为 1 6 0 0 ℃与 17 0 ℃ 以 上 , 但 是在 高炉 的 实际 条件下只 要 1 5 0 0 ℃左右就能 进 行 , 而且 均 为吸热 反应 , 因此如 果能 降 低一 些 燃烧 带的 温度 , 则 可以 减少钾 与 钠硅 酸盐 的还原 。 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1983. 02. 020