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1、高炉炼铁原料1铁矿石和燃料高炉炼铁必备的三种原料中，焦炭作为燃料和还原剂，是主要能源；熔剂，如石 灰石，主要用来助熔、造渣；铁矿石则是冶炼的对象。这些原料是高炉冶炼的物 质基础，其质量对冶炼过程及冶炼效果影响极大。铁矿石铁矿石分类及特性高炉冶炼用的铁矿石有天然富矿和人造富矿两大类，含铁量在50%以上的天然 富矿经适当破碎、筛分处理后可直接用于高炉冶炼。贫铁矿一般不能直接入炉， 需要破碎、富矿并重新造块，制成人造富矿（烧结矿或球团矿）再入高炉。人造 富矿含铁量一般在55%65%之间。由于人造富矿事先经过焙烧或者烧结高温处 理，因此又称为熟料，其冶炼性能远比天然富矿优越，是现代高炉冶炼的主要原 料
2、。天然块矿统称成为生料。我国富矿储量很少，多数是含Fe30%左右的贫矿，需要经过富矿才能使用。A.矿石和脉石能从中经济合理的提炼出金属来的矿物成为矿石。如铁元素广泛地、程度不同地 分布在地壳的岩石和土壤中，有的比较集中，形成天然的富铁矿，可以直接利用 来炼铁；有的比较分散，形成贫铁矿，用于冶炼及困难又不经济。随着选矿和冶 炼技术的发展，矿石的来源和范围不断扩大。含铁较低的贫矿经过富选也可用于 炼铁。矿石中除了用来提炼金属的有用矿物外，还含有一些工业上没有提炼价值的矿物 或岩石，称为脉石。对冶炼不利的脉石矿物，应在选矿和其他处理过程中尽量去除。但矿石中脉石的结构和分布直接影响矿石的选冶性能。如果
3、含铁矿物结晶颗 粒比较粗大，则在选矿过程中易于实现有用矿物的单体分离；反之，如果含铁矿物呈颗粒结晶嵌布在脉石中，则要进一步细磨矿石才能分离出有用单体。B.天然矿石的分类及特性天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等几种，主要矿 物组成及特征见下表。常见铁矿石的组成及特征理论含实际富矿名称主要成分铁含铁磁铁矿Fe3O472.40%45-70%赤铁矿Fe2O370.00%55-60%nFe2O3+mH55.266.褐铁矿2。1%37-55%菱铁矿FeCO348.20%30-40%颜色特性P、S高，坚硬，致密，难黑还原P、S低，质软，易碎，易红还原黄褐 P高，质软疏松，易还原灰浅黄
4、易破碎，焙烧后易还原磁铁矿，主要含铁矿物为Fe3O4,具有磁性。其化学组成可视为Fe2O3*FeO,其中FeO 30%，Fe2O369%，Tfe 72.4%, 027.6%。磁铁矿颜色为灰色或黑色，由于其结晶结构致密，所以还原性比其他铁矿差。磁铁矿的熔融温度为：1500-1580 摄氏度。这种矿物与TiO2和V2O5共生，叫钒钛磁铁矿；只与TiO2共生的叫钛磁 铁矿，其他常见混入元素还有镍、铬、钴等。在自然界中纯磁铁矿很少见，常常 由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变为半假象赤铁矿和假象赤铁矿。假象赤 铁矿仍保留着磁铁矿的外形，但Fe3O4已被氧化成Fe2O3的矿石。一般用TFe / FeO
5、的比值来区分：TFe / FeO = 2.33为纯磁铁矿石TFe / FeO 7.0为假象赤铁矿石式中TFe矿石含铁总量（又称全铁）FeO矿石FeO含量赤铁矿，又称红矿，主要含铁矿物为Fe2O3,其中Fe70%, O30%。赤铁矿常温 下无磁性。但在一定温度下含有磁性。色泽为赤褐色到暗红色，由于硫、磷含量 低，还原性较磁铁矿好，是优良原料。赤铁矿熔融温度为：1580-1640摄氏度。褐铁矿，通常指含水氧化铁的总称。如3 F%O 3+4H 2O称为水针铁矿;2 F%O 3+3H 2O 才称褐铁矿。这类矿石一般含铁较低，但经过焙烧去除结晶水后，含铁量显著上 升。颜色为浅褐色，深褐色或者黑色，硫、磷
6、、砷等有害杂质一半多。菱铁矿，又称碳酸铁矿石，因其晶体为菱面体而得名。颜色为灰色、浅黄色、褐色。其化学组成为FeCO 3,亦可写成FeO. CO 2,其中FeO62.1% , CO 237.9%。常 混入镁、锰等矿物。一般含铁较低，但若受热分解放出co2后品位显著升高，而 且组织变得更为疏松，很易还原。所以使用这种矿石一般要先经过焙烧处理。铁矿石质量评价铁矿石质量直接影响高炉冶炼效果，必须严格要求。通常从以下方面评价：A咸份1.矿石品位品味及铁矿石的含铁量，它决定矿石的开采价值和入炉前的处理工艺。入炉品位 越咼，越有利于降低焦比和提咼产量，从而提咼经济效益。经验表明，矿石品位 提咼1%，则焦比
7、降低，产量增加3%，因为品位提咼，意味着酸性脉石大幅度减 少，冶炼时可少加石灰石造渣，因而渣量大大减少，既节省热量，又促进炉况顺 利。矿石的贫富一般以其理论含铁量的70%来评估。实际含铁量超过理论含铁量的 70%称富矿，但这并不是绝对固定的标准。因为它还与矿石的脉石成分、杂质含 量和矿石类型等因素有关。如对褐铁矿、菱铁矿和碱性脉石矿含铁量的要求可适 当放宽。由于褐、菱铁矿受热分解出水和二氧化碳，品位提高。碱性脉石矿含 CaO高，冶炼时可少加或不加石灰石，其品位应按扣去CaO的含铁量来评价。W(FeO)扣 CaO = w(TFe) / 100 - w(CaO) X 100%式中w(TFe)原矿含
8、铁量w(CaO)原矿CaO含量但若矿石带入的碱性脉石数量超过造渣的总需要量，也会给冶炼带来困难.具有开 采价值的铁矿石最低工业品为主要取决于资源和技术经济条件，并没有统一的标准.一般铁矿石2.矿石成分脉石中含有碱性脉石，如CaO、MgO;有酸性脉石，如SiO2、A12O 含酸性脉石者居多，即其中SiO2高，须加入相当数量的石灰石造成碱度w (CaO) /w(SiO2)为1.0左右的炉渣，才能满足冶炼工艺的需求。因此希望酸性脉石含量 越少越好。含CaO高的碱性脉石则具有较高的冶炼价值。如某铁矿成分为Fe45.30%,CaO10.05%,MgO3.34%, SiO211.20%。自然碱度 w (C
9、aO) / w (SiO2)=0.9, w (CaO+ MgO;) / w (SiO2)=1.2，接近炉渣监督的正常范围，属自熔性富矿。W(FeO)扣 CaO=45.3/100-CaO X 100%=50.4%若考虑MgO则为52.3%。脉石中的MgO还有改善炉渣性能的作用，但这类矿是 不多见。脉石中的Al2O3含量也应控制，若AWs含量过高，使炉渣中AWs浓度 超过22%25%时，炉渣难熔而不易流动，使冶炼造成困难。印度他塔钢铁公司(TISCO)矿石中Al2O3高，炉渣中Al2O3含量高达25%左右，因此采取提高MgO的含量来解决炉渣流动性的问题。有的矿石脉石中还含有TiO2,CaF2,碱金
10、属(K、Na)氧化物，BaSO4等。它们对冶炼都有一定影响。3有害杂质和有益元素的含量有害杂质通常指硫、磷、铅、锌、砷等，它们的含量越低越好，铜有时为害，有时为益，视具体情况而定。下表为入炉铁矿石有害杂质的界限含量。铁矿石中有害杂质的危害及界线含量元允许素含量危害及某些说明S =0.3使钢产生“热脆”，易轧裂0.21.对碱性转2炉生铁0.050对普通铸P .15造生铁0.150对高磷铸磷使钢产生“热脆”烧结及.6造生铁炼铁过程皆不能除磷Z =0.1Zn900度挥发，蒸汽上升后冷凝沉积于炉墙，使炉墙膨胀，破坏炉壳。n 0.2烧结时可除去50%-60%的ZnPPb易还原、比重大，与铁分离沉于炉底，
11、破坏砖衬；Pb蒸汽在上部b =0.1循环积累，形成炉瘤，破坏炉衬。Cu =0.2少量Cu可改善钢的耐腐蚀性，但Cu过多使钢热脆A =0.0As使钢“冷脆”不易焊接；生铁WAsv=0.1% ；炼优质钢时,s 7铁中不应有AsT (TiO2)Ti降低钢的耐磨性及耐腐蚀性；使炉渣变黏易起泡沫；含（TiO2） i 1516过高的矿应作为宝贵的Ti资源Na易挥发，在炉内循环积累，造成结瘤，降低焦炭及矿石的强度FF高温下汽化，腐蚀金属，危害农作物及人体；CaF2侵蚀破坏炉衬 硫是对钢铁危害大的元素，它使钢材具有热脆性。所谓“热脆”就是硫几乎不熔于 固态铁而与铁形成FeS,而FeS与铁形成的共晶体熔点为98
12、8摄氏度，低于钢材热 加工的开始温度（1150-1200摄氏度）。热加工时，分布于晶界的共晶体先行融化 而导致开裂。因此矿石含硫越低越好。但硫可以改善钢材的切削加工性能，易切 削钢中硫可达0.15%0.3%。高炉炼铁过程可去除90%以上的硫。但脱硫需要提高炉渣碱度，导致焦比增加，产量降低。对于高硫矿石，可以通过选矿和烧结的方法降低含硫量。磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。但含磷铁水流动性好，对制造畸形复杂铸件有利。此外，磷可改善钢的切削性能。矿石中的磷在选矿和烧结过程中不易除去，在高炉冶炼过程中，磷几乎全部进入 生铁。因此，生铁含磷量决定于矿石含磷量，要求铁矿石含磷低。铅、锌和砷在高炉内都
13、易还原。铅不溶于铁而密度又比铁大，还原后沉积于炉底，破坏性很大。铅在1750摄氏度时沸腾，挥发的铅蒸汽在炉内循环能形成炉瘤。 锌还原后在高温区以锌蒸汽形势大量挥发上升，部分以ZnO沉积于炉墙，使炉 墙涨裂并形成炉瘤。砷可全部还原进入生铁，它可降低钢材的焊接性并使之“冷 脆”。生铁含砷量应小于1%,优质生铁不应含砷。铁矿石中的铅、锌、砷常以硫化物形态存在，如方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）、 毒砂（FeAsS）。烧结过程中很难排除铅、锌，因此要求含量越低越好。一般要 求含铅、锌不超过0.1%。含铅高的铁矿石可以通过氯化焙烧和浮选方法使铅铁 分离。含锌高的矿石不能单独直接冶炼，应该与含锌少的矿石
14、混合使用，或进行 焙烧、选矿等处理，降低铁矿石中的含锌量。烧结过程中能部分去除矿石中的砷， 可以采用氯化焙烧方法排除。通常要求铁矿石含砷不超过0.07%铜在钢中若不超过0.3%,可增加刚才抗蚀性；超过0.3%时，则降低其焊接性，并 有热脆现象。铜在烧结中一般不能去除，在高炉中又全部还原进入生铁，故钢铁 含铜量决定于原料含铜量。一般铁矿石允许含铜量不超过0.2%。碱金属钾、钠在高炉下部高温区大部分被还原后挥发，在高炉上部又被氧化而进 入炉料中造成循环累计，使炉墙结瘤。因此必须严格控制矿石中含碱金属量。B. 粒度和强度入炉铁矿石应具有适宜的粒度。粒度过大会减少煤气与铁矿石的接触面积，使铁 矿石不易
15、还原；过小则增加气流阻力，同时易吹出炉外形成炉尘损失；粒度大小 不均，则严重影响料柱透气性。因此，大块应破碎，粉末应筛除，粒度应适宜而 均匀。一般要求矿石粒度在540mm范围，并力求缩小上下限粒度差。铁矿石的强度是指铁矿石耐冲击、耐磨擦的强弱程度。随着高炉容积不断扩大， 入炉铁矿石的强度也要相应提高。否则易生成粉末、碎块，一方面增加炉尘损失， 另一方面使高炉料柱透气性变坏，引起炉况不顺。C. 还原性铁矿石还原性是指铁矿石被还原性气体CO或h2还原的难易程度，是评价铁矿 石质量的重要指标。矿石还原好，有利于降低焦比，提高产量。改善矿石还原性（或采用易还原矿石）是强化高炉冶炼的重要措施之一。影响铁矿石还原性的因素主要有矿物组成、矿石结构的致密程度、粒度和气孔率D.化学成分稳定性铁矿石成分的波动会引起炉温、炉渣碱度和性质以及生铁质量的波动、造成炉况 不顺，使焦比升高，产量下降。同时，炉况的频繁波动使高炉自动控制难以实现。 因此，必须严格控制炉料成分的波动范围。稳定矿石成
