炼铁主干课5BRist操作线图解.doc

本科生主干课钢铁冶金学－炼铁部分授课资料 北京科技大学冶金学院 吴胜利 16 5.3.2 Rist操作线图解 1. 问题的提出 高炉冶炼能量利用的计算 计算过程繁琐 计算结果不直观 计算结果精确 理论正确、计算简便、结果图示 直观地看出冶炼结果和节能潜力 许多学者进行了诸多研究 Rist操作线图解 （A.Rist－在法国工作的美国人1967） 分析高炉冶炼过程 了解各冶炼参数之间的关系 预测各种技术措施的效果 Rist操作线图解可供人们直观地 高炉冶炼最本质的反应过程 → 氧的传输（迁移）过程 FeO－O－C三元系是最核心的化学反应体系 通过C的夺氧过程 使Fe被还原，而自身被氧化成CO和CO2 氧的迁移是由C来完成的 氧的来源 氧的去向 炉料中与Fe结合的氧 炉料中与少量元素（Si、Mn、P等）结合的氧 鼓风中的氧 CO↑ CO2↑ 操作线的创造者把这种迁移过程描绘在直角坐标系内 θ （氧的去向） O/C （氧的来源） O/Fe 纵坐标冶炼一个Fe原子所夺取的各个来源 中的氧原子数 正向还原Fe氧化物夺取的氧 反向还原少量元素、风口前燃烧、石灰 石分解的CO2所夺取的氧 横坐标煤气中与C原子结合的各个来源中 氧原子数 操作线的连续性 表示几个来源中的氧的迁移过程时 它们的线段具有相同的斜率μ 故可按顺序衔接成一条直线 只要计算出线上任何二点坐标即可连线 2. 操作线的画法 已知数据（5.2.3节中生产高炉计算例子） 混合矿成分％ 少量元素还原和脱S耗碳 铁水含Fe量 炉顶煤气成分％ 风口前燃烧的碳量 Fe Fe2O3 FeO CdSi,Mn,P,S （kg/t） Fe （kg/t） CO CO2 C风 （kg/t） 53.19 59.72 14.64 9.02 945.61 23.70 18.18 311.21 （1） 计算各种来源的氧→纵坐标 O/Fe ① 铁氧化物还原夺取的氧 ② 少量元素还原和脱S过程夺取的氧 由于该过程中，夺取的氧原子数＝消耗的碳原子数 如MnOCMnCO P2O55C2P5CO 故只要算得一种原子数（如C）， 即可知道另一种原子数（如O）， 由已知条件CdSi,Mn,P,S＝9.02（kg/t） 则 亦可根据生铁成分，炉渣S含量及炉渣量，按教科书中的 式（5－120）～（5－125）分别求出，然后加成yf。 式中的系数的来源为 如， SiO2＋2C＝Si＋2CO ， （％Fe为生铁中还原的Fe量） ③ 风口前碳氧化夺取氧 由于风口前C燃烧 C＋O＝CO 按已知的C风求出碳原子数，即为氧原子数。 （2） 计算煤气中的O/C→横坐标 使用自熔性（或高碱度）烧结矿，炉内石灰石使用量极少， 可直接按炉顶煤气成分计算。 （3） 作图－取直角坐标系 纵坐标O/Fe（正值最大1.5；负值最大2.5） 横坐标O/C （0～2） 由xA、yA确定A点 联结AE线得一直线，即为操作线 由yf和yb确定E点 xA O/C A B C D E u 0 yb yf yA 2 1 O/Fe xA－煤气中与C结合的氧， 若石灰量多时，xA↓ yA－铁氧化物还原夺取的氧 yf－少量元素还原夺取的氧 yb－风口前燃烧夺取的氧 若石灰量多时，加yφ， 这时yb变小。 当高炉使用大量石灰石时 炉顶煤气中应扣除石灰石分解产生的CO2 → xA有所减小 由于碳熔损反应量增加，C风减小 → yb变小 石灰石分解的CO2还原夺氧 → 增补yφ（在yf的下方） 3. 操作线的特点 操作线图主要点、线的意义 序号 类型 意义 备注 1 X轴上 X＝0 →O/C0,纯C状态，C未与氧结合 X＝1 →O/C1, 纯CO状态 X＝2 →O/C2, 纯CO2状态 炉顶煤气中CO0,CO20 故1810℃），H2还原能力 CO还原能力， 即平衡气相中，H2OCO2含量，故w点右移，即xw↑ 具体计算可按以下式子进行 不同温度下平衡气相成分 （FeOCOFeCO2，FeOH2FeH2O） 850℃ 900℃ 1000℃ H2O，％ 37.4 39 42 CO2，％ 33.5 32 29 d. 操作线的斜率 与燃料比类同 e. V点变化 由于rd变小 → V点下移 f. P点变化 由于UV线下移 → P点向右下方移动 小结 Rist操作线图解 1问题的提出 2操作线的画法 3操作线的特点 4操作线的限制条件 5高炉操作线的应用