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碳還原軋鋼鐵鱗制取海綿鐵基本原理

       用固體碳可以還原很多金屬氧化物，在粉末冶金中碳還原法可以還原氧化鐵制到還原鐵粉；也可以還原氧化錳制取錳粉；還可以還原氧化銅，氧化鎳制取銅粉、鎳粉；但因所得的銅粉和鎳粉容易被碳污染，故一般不用碳還原。在某些對碳含量要求不嚴格時也可以用碳還原三氧化鎢來制取鎢粉。在工業(yè)規(guī)模大量采用的還是用碳還原法生產(chǎn)還原鐵粉。

碳還原氧化物的基本原理

       鐵氧化物的還原過程是分階段進行，即從高價氧化鐵到低價氧化鐵，最后轉(zhuǎn)變成為金屬：Fe₂O_3→Fe₃O_{4 →}FeO_→ Fe。固體碳還原鐵氧化物的過程通常稱為直接還原，當體系內(nèi)有固體碳存在時，還原過程中將存在下列各反應的平衡:

           MeO + CO = Me + CO₂
           CO₂ + C  = 2CO
           MeO + C  = Me + CO
           2MeO + C = 2Me + CO₂

      如果反應在950℃-1000℃以上的高溫內(nèi)進行，則個反應沒有實際意義，因為CO₂在高溫下會與固體碳作用而全部變成CO。我們先討論CO還原氧化物自然的間接還原的規(guī)律。

       當溫度高于570℃時，分三階段進行還原：Fe₂O₃ Fe₃O_{4 →}浮斯體（FeO Fe3O4固溶體）^_→ Fe。

          3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ 4 + CO₂
          Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂
          FeO    + CO = Fe + CO₂       

       當溫度低于570℃時，由于氧化亞鐵不能穩(wěn)定的存在，因此，F(xiàn)e₃O₄ 直接還原成為金屬單質(zhì)鐵：    Fe₂O_{3   ^→}   Fe₃O_{4   ^→}  Fe

Fe₂O₃的還原：

      由于Fe₂O₃具有很大的離解壓，在反應達到平衡時，氣相組中CO%很低；即使溫度上升到1500℃，CO含量仍然小的難以被測定。Fe₂O₃被CO還原時，平衡氣體中CO含量非常小，CO₂幾乎達到99%，這說明Fe₂O₃很容易還原，也就是說CO₂不易使Fe3O4氧化。由于是放熱反應，溫度升高，平衡氣中CO含量增高。

Fe₃O₄的還原：

      Fe₃O₄ 被CO還原成FeO的反應是吸熱反應，隨著溫度升高CO含量減速小，這說明升高溫度對Fe₃O₄ 還原成FeO有利，也就是溫度越高，F(xiàn)e₃O₄ 還原成FeO所需要的CO越小。
       當溫度低于570℃時，由于FeO極不穩(wěn)定，故Fe₃O₄ 被CO直接還原得金屬鐵。反應是放熱反應，平衡所相組成中的CO%隨溫度升高而增大，由于些反應在較低溫度下進行，反應不易達到平衡。平衡所相組成中的CO₂達到47~49%。

FeO的還原：

      該反應是放熱反應，也就是說，溫度越高，還原所需的CO%越大，升高溫度對FeO的還原是不利的。不過溫度升高，CO%的變化并不很大。

結(jié)論：

        固體碳也能直接還原鐵氧化物，但固體與固體的接觸面很有限，因而固-固反應速度慢，只要還原反應器內(nèi)過剩固體碳存在，則碳 的氣化反應總是存在。鐵氧化物的直接還原，可認為是間接還原反應與碳的氣化反應的加和反應。這就是固體碳還原鐵氧化物的還原過程實質(zhì)。