主要高爐煉鐵原料分析

1、高爐煉鐵原料1 鐵礦石和燃料高爐煉鐵必備的三種原料中，焦炭作為燃料和還原劑，是主要能源；熔劑，如石灰石，主要用來助熔、造渣；鐵礦石則是冶煉的對象。這些原料是高爐冶煉的物質(zhì)基礎(chǔ)，其質(zhì)量對冶煉過程及冶煉效果影響極大。鐵礦石鐵礦石分類及特性高爐冶煉用的鐵礦石有天然富礦和人造富礦兩大類，含鐵量在50%以上的天然富礦經(jīng)適當(dāng)破碎、篩分處理后可直接用于高爐冶煉。貧鐵礦一般不能直接入爐，需要破碎、富礦并重新造塊，制成人造富礦（燒結(jié)礦或球團(tuán)礦）再入高爐。人造富礦含鐵量一般在55%65%之間。由于人造富礦事先經(jīng)過焙燒或者燒結(jié)高溫處理，因此又稱為熟料，其冶煉性能遠(yuǎn)比天然富礦優(yōu)越，是現(xiàn)代高爐冶煉的主要原料。天然塊礦統(tǒng)

2、稱成為生料。我國富礦儲(chǔ)量很少，多數(shù)是含F(xiàn)e30%左右的貧礦，需要經(jīng)過富礦才能使用。A. 礦石和脈石能從中經(jīng)濟(jì)合理的提煉出金屬來的礦物成為礦石。如鐵元素廣泛地、程度不同地分布在地殼的巖石和土壤中，有的比較集中，形成天然的富鐵礦，可以直接利用來煉鐵；有的比較分散，形成貧鐵礦，用于冶煉及困難又不經(jīng)濟(jì)。隨著選礦和冶煉技術(shù)的發(fā)展，礦石的來源和范圍不斷擴(kuò)大。含鐵較低的貧礦經(jīng)過富選也可用于煉鐵。礦石中除了用來提煉金屬的有用礦物外，還含有一些工業(yè)上沒有提煉價(jià)值的礦物或巖石，稱為脈石。對冶煉不利的脈石礦物，應(yīng)在選礦和其他處理過程中盡量去除。但礦石中脈石的結(jié)構(gòu)和分布直接影響礦石的選冶性能。如果含鐵礦物結(jié)晶顆粒比較

3、粗大，則在選礦過程中易于實(shí)現(xiàn)有用礦物的單體分離；反之，如果含鐵礦物呈顆粒結(jié)晶嵌布在脈石中，則要進(jìn)一步細(xì)磨礦石才能分離出有用單體。B天然礦石的分類及特性天然鐵礦石按其主要礦物分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等幾種，主要礦物組成及特征見下表。常見鐵礦石的組成及特征名稱主要成分理論含鐵實(shí)際富礦含鐵顏色特性磁鐵礦Fe3O472.40%45-70%黑P、S高，堅(jiān)硬，致密，難還原赤鐵礦Fe2O370.00%55-60%紅P、S低，質(zhì)軟，易碎，易還原褐鐵礦nFe2O3+mH2O55.266.1%37-55%黃褐P高，質(zhì)軟疏松，易還原菱鐵礦FeCO348.20%30-40%灰淺黃易破碎，焙燒后易還原 磁鐵礦

4、，主要含鐵礦物為Fe3O4，具有磁性。其化學(xué)組成可視為Fe2O3* FeO，其中FeO 30%，F(xiàn)e2O3 69%，Tfe 72.4%, O27.6%。磁鐵礦顏色為灰色或黑色，由于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)致密，所以還原性比其他鐵礦差。磁鐵礦的熔融溫度為：1500-1580攝氏度。這種礦物與TiO2和V2O5共生，叫釩鈦磁鐵礦；只與TiO2共生的叫鈦磁鐵礦，其他常見混入元素還有鎳、鉻、鈷等。在自然界中純磁鐵礦很少見，常常由于地表氧化作用使部分磁鐵礦氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榘爰傧蟪噼F礦和假象赤鐵礦。假象赤鐵礦仍保留著磁鐵礦的外形，但Fe3O4已被氧化成Fe2O3的礦石。一般用TFe / FeO的比值來區(qū)分：TFe / FeO

5、 = 2.33 為純磁鐵礦石TFe / FeO < 3.5 為磁鐵礦石TFe / FeO = 3.57.0 為半假象赤鐵礦石TFe / FeO > 7.0 為假象赤鐵礦石式中TFe 礦石含鐵總量 （又稱全鐵）FeO 礦石FeO含量 赤鐵礦，又稱紅礦，主要含鐵礦物為Fe2O3，其中Fe70%，O30%。赤鐵礦常溫下無磁性。但在一定溫度下含有磁性。色澤為赤褐色到暗紅色，由于硫、磷含量低，還原性較磁鐵礦好，是優(yōu)良原料。赤鐵礦熔融溫度為：1580-1640攝氏度。 褐鐵礦，通常指含水氧化鐵的總稱。如3 Fe2O3+4H2O稱為水針鐵礦；2 Fe2O3+3H2O才稱褐鐵礦。這類礦石一般含鐵較

6、低，但經(jīng)過焙燒去除結(jié)晶水后，含鐵量顯著上升。顏色為淺褐色，深褐色或者黑色，硫、磷、砷等有害雜質(zhì)一半多。 菱鐵礦，又稱碳酸鐵礦石，因其晶體為菱面體而得名。顏色為灰色、淺黃色、褐色。其化學(xué)組成為FeCO3，亦可寫成FeO. CO2,其中FeO62.1%，CO237.9%。常混入鎂、錳等礦物。一般含鐵較低，但若受熱分解放出CO2后品位顯著升高，而且組織變得更為疏松，很易還原。所以使用這種礦石一般要先經(jīng)過焙燒處理。 鐵礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量直接影響高爐冶煉效果，必須嚴(yán)格要求。通常從以下方面評(píng)價(jià)：A.成份1礦石品位品味及鐵礦石的含鐵量，它決定礦石的開采價(jià)值和入爐前的處理工藝。入爐品位越高，越有利于降低焦

7、比和提高產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)驗(yàn)表明，礦石品位提高1%，則焦比降低，產(chǎn)量增加3%，因?yàn)槠肺惶岣?，意味著酸性脈石大幅度減少，冶煉時(shí)可少加石灰石造渣，因而渣量大大減少，既節(jié)省熱量，又促進(jìn)爐況順利。礦石的貧富一般以其理論含鐵量的70%來評(píng)估。實(shí)際含鐵量超過理論含鐵量的70%稱富礦，但這并不是絕對固定的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樗€與礦石的脈石成分、雜質(zhì)含量和礦石類型等因素有關(guān)。如對褐鐵礦、菱鐵礦和堿性脈石礦含鐵量的要求可適當(dāng)放寬。由于褐、菱鐵礦受熱分解出水和二氧化碳，品位提高。堿性脈石礦含CaO高，冶煉時(shí)可少加或不加石灰石，其品位應(yīng)按扣去CaO的含鐵量來評(píng)價(jià)。W(FeO)扣CaO = w(TFe) / 100

8、- w(CaO) X 100%式中 w(TFe) 原礦含鐵量% w(CaO)原礦CaO含量%但若礦石帶入的堿性脈石數(shù)量超過造渣的總需要量,也會(huì)給冶煉帶來困難.具有開采價(jià)值的鐵礦石最低工業(yè)品為主要取決于資源和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件,并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn). 2 礦石成分脈石中含有堿性脈石，如CaO、MgO;有酸性脈石，如SiO2、Al2O3。一般鐵礦石含酸性脈石者居多，即其中SiO2高，須加入相當(dāng)數(shù)量的石灰石造成堿度w (CaO) / w (SiO2)為1.0左右的爐渣，才能滿足冶煉工藝的需求。因此希望酸性脈石含量越少越好。含CaO高的堿性脈石則具有較高的冶煉價(jià)值。如某鐵礦成分為Fe45.30%,CaO10.0

9、5%,MgO3.34%, SiO211.20%。自然堿度w (CaO) / w (SiO2)=0.9，w (CaO+ MgO;) / w (SiO2)=1.2，接近爐渣監(jiān)督的正常范圍，屬自熔性富礦。W(FeO)扣CaO=45.3/100-CaO X 100%=50.4%若考慮MgO則為52.3%。脈石中的MgO還有改善爐渣性能的作用，但這類礦是不多見。脈石中的Al2O3含量也應(yīng)控制，若Al2O3含量過高，使?fàn)t渣中Al2O3濃度超過22%25%時(shí)，爐渣難熔而不易流動(dòng)，使冶煉造成困難。印度他塔鋼鐵公司（TISCO）礦石中Al2O3高，爐渣中Al2O3含量高達(dá)25%左右，因此采取提高M(jìn)gO的含量來解

10、決爐渣流動(dòng)性的問題。有的礦石脈石中還含有TiO2,CaF2, 堿金屬（K、Na）氧化物，BaSO4等。它們對冶煉都有一定影響。3.有害雜質(zhì)和有益元素的含量有害雜質(zhì)通常指硫、磷、鉛、鋅、砷等，它們的含量越低越好。銅有時(shí)為害，有時(shí)為益，視具體情況而定。下表為入爐鐵礦石有害雜質(zhì)的界限含量。鐵礦石中有害雜質(zhì)的危害及界線含量元素允許含量%危害及某些說明S<=0.3使鋼產(chǎn)生“熱脆”，易軋裂0.21.2對堿性轉(zhuǎn)爐生鐵磷使鋼產(chǎn)生“熱脆”燒結(jié)及煉鐵過程皆不能除磷P0.050.15對普通鑄造生鐵0.150.6對高磷鑄造生鐵Zn<=0.10.2Zn900度揮發(fā)，蒸汽上升后冷凝沉積于爐墻，使?fàn)t墻膨脹，破壞

11、爐殼。燒結(jié)時(shí)可除去50%-60%的ZnPb<=0.1Pb易還原、比重大，與鐵分離沉于爐底，破壞磚襯；Pb蒸汽在上部循環(huán)積累，形成爐瘤，破壞爐襯。Cu<=0.2少量Cu可改善鋼的耐腐蝕性，但Cu過多使鋼熱脆As<=0.07As使鋼“冷脆”不易焊接；生鐵WAs<=0.1%；煉優(yōu)質(zhì)鋼時(shí)，鐵中不應(yīng)有AsTi(TiO2)1516Ti降低鋼的耐磨性及耐腐蝕性；使?fàn)t渣變黏易起泡沫；含（TiO2）過高的礦應(yīng)作為寶貴的Ti資源K,Na易揮發(fā)，在爐內(nèi)循環(huán)積累，造成結(jié)瘤，降低焦炭及礦石的強(qiáng)度FF高溫下汽化，腐蝕金屬，危害農(nóng)作物及人體；CaF2侵蝕破壞爐襯 硫是對鋼鐵危害大的元素，它使鋼材具有

12、熱脆性。所謂“熱脆”就是硫幾乎不熔于固態(tài)鐵而與鐵形成FeS,而FeS與鐵形成的共晶體熔點(diǎn)為988攝氏度，低于鋼材熱加工的開始溫度（1150-1200攝氏度）。熱加工時(shí)，分布于晶界的共晶體先行融化而導(dǎo)致開裂。因此礦石含硫越低越好。但硫可以改善鋼材的切削加工性能，易切削鋼中硫可達(dá)0.15%0.3%。高爐煉鐵過程可去除90%以上的硫。但脫硫需要提高爐渣堿度，導(dǎo)致焦比增加，產(chǎn)量降低。對于高硫礦石，可以通過選礦和燒結(jié)的方法降低含硫量。磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。但含磷鐵水流動(dòng)性好，對制造畸形復(fù)雜鑄件有利。此外，磷可改善鋼的切削性能。礦石中的磷在選礦和燒結(jié)過程中不易除去，在高爐冶煉過程中，磷幾乎

13、全部進(jìn)入生鐵。因此，生鐵含磷量決定于礦石含磷量，要求鐵礦石含磷低。鉛、鋅和砷在高爐內(nèi)都易還原。鉛不溶于鐵而密度又比鐵大，還原后沉積于爐底，破壞性很大。鉛在1750攝氏度時(shí)沸騰，揮發(fā)的鉛蒸汽在爐內(nèi)循環(huán)能形成爐瘤。鋅還原后在高溫區(qū)以鋅蒸汽形勢大量揮發(fā)上升，部分以ZnO沉積于爐墻，使?fàn)t墻漲裂并形成爐瘤。砷可全部還原進(jìn)入生鐵，它可降低鋼材的焊接性并使之“冷脆”。生鐵含砷量應(yīng)小于1%，優(yōu)質(zhì)生鐵不應(yīng)含砷。鐵礦石中的鉛、鋅、砷常以硫化物形態(tài)存在，如方鉛礦（PbS）、閃鋅礦（ZnS）、毒砂（FeAsS）。燒結(jié)過程中很難排除鉛、鋅，因此要求含量越低越好。一般要求含鉛、鋅不超過0.1%。含鉛高的鐵礦石可以通過氯化

14、焙燒和浮選方法使鉛鐵分離。含鋅高的礦石不能單獨(dú)直接冶煉，應(yīng)該與含鋅少的礦石混合使用，或進(jìn)行焙燒、選礦等處理，降低鐵礦石中的含鋅量。燒結(jié)過程中能部分去除礦石中的砷，可以采用氯化焙燒方法排除。通常要求鐵礦石含砷不超過0.07%。銅在鋼中若不超過0.3%,可增加剛才抗蝕性；超過0.3%時(shí)，則降低其焊接性，并有熱脆現(xiàn)象。銅在燒結(jié)中一般不能去除，在高爐中又全部還原進(jìn)入生鐵，故鋼鐵含銅量決定于原料含銅量。一般鐵礦石允許含銅量不超過0.2%。堿金屬鉀、鈉在高爐下部高溫區(qū)大部分被還原后揮發(fā)，在高爐上部又被氧化而進(jìn)入爐料中造成循環(huán)累計(jì)，使?fàn)t墻結(jié)瘤。因此必須嚴(yán)格控制礦石中含堿金屬量。 B粒度和強(qiáng)度入爐鐵礦石應(yīng)具有

15、適宜的粒度。粒度過大會(huì)減少煤氣與鐵礦石的接觸面積，使鐵礦石不易還原；過小則增加氣流阻力，同時(shí)易吹出爐外形成爐塵損失；粒度大小不均，則嚴(yán)重影響料柱透氣性。因此，大塊應(yīng)破碎，粉末應(yīng)篩除，粒度應(yīng)適宜而均勻。一般要求礦石粒度在540mm范圍，并力求縮小上下限粒度差。鐵礦石的強(qiáng)度是指鐵礦石耐沖擊、耐磨擦的強(qiáng)弱程度。隨著高爐容積不斷擴(kuò)大，入爐鐵礦石的強(qiáng)度也要相應(yīng)提高。否則易生成粉末、碎塊，一方面增加爐塵損失，另一方面使高爐料柱透氣性變壞，引起爐況不順。 C. 還原性鐵礦石還原性是指鐵礦石被還原性氣體CO或H2還原的難易程度，是評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量的重要指標(biāo)。礦石還原好，有利于降低焦比，提高產(chǎn)量。改善礦石還原性（

16、或采用易還原礦石）是強(qiáng)化高爐冶煉的重要措施之一。影響鐵礦石還原性的因素主要有礦物組成、礦石結(jié)構(gòu)的致密程度、粒度和氣孔率等。 D. 化學(xué)成分穩(wěn)定性鐵礦石成分的波動(dòng)會(huì)引起爐溫、爐渣堿度和性質(zhì)以及生鐵質(zhì)量的波動(dòng)、造成爐況不順，使焦比升高，產(chǎn)量下降。同時(shí)，爐況的頻繁波動(dòng)使高爐自動(dòng)控制難以實(shí)現(xiàn)。因此，必須嚴(yán)格控制爐料成分的波動(dòng)范圍。穩(wěn)定礦石成分的有效方法是對礦石進(jìn)行混勻處理。 礦石的準(zhǔn)備處理根據(jù)上述質(zhì)量要求，一般的鐵礦石很難完全滿足要求，須在入爐前進(jìn)行必要的準(zhǔn)備處理。天然富礦需經(jīng)破碎、篩分以獲得合適而均勻的粒度。褐鐵礦、菱鐵礦和致密磁鐵礦應(yīng)進(jìn)行焙燒處理，以去除其結(jié)晶水和CO2，提高品位，疏松其組織，改善

17、還原性，提高冶煉效果。貧鐵礦的處理比較復(fù)雜。一般需經(jīng)過破碎、篩分、細(xì)磨、精選，得到含鐵60%以上的精礦粉，經(jīng)混勻后進(jìn)行造塊，制成人造富礦，然后按高爐粒度要求進(jìn)行適當(dāng)破碎、篩分，才能入爐。A 破碎篩分破碎和篩分是鐵礦石準(zhǔn)備處理工作中的基本環(huán)節(jié)。通過破碎和篩分，使天然富礦的粒度達(dá)到“小、勻、凈”的入爐標(biāo)準(zhǔn)，使貧礦中的鐵礦物與脈石單體分離，以便選礦。破碎的常用設(shè)備有顎式、錐式、輥式破碎機(jī)，球磨機(jī)和棒磨機(jī)。篩分的常用設(shè)備有固定條篩、圓筒篩、振動(dòng)篩等。B 混勻?yàn)榱吮ＷC礦石化學(xué)成分的穩(wěn)定，需在儲(chǔ)礦場按平鋪切取法進(jìn)行混勻。一般采用先破碎篩分后混勻的流程，減少粒度不均勻產(chǎn)生偏析而造成成分波動(dòng)。對于燒結(jié)、球團(tuán)的

18、原料同樣需要混勻，以保證燒結(jié)礦成分穩(wěn)定。C 焙燒焙燒是在適當(dāng)?shù)臍夥罩?，使鐵礦石加熱到低于其熔點(diǎn)的溫度，在固定下發(fā)生的物理化學(xué)過程。例如，氧化焙燒是在空氣充足的氧化性氣氛中進(jìn)行，保證燃料完全燃燒和礦石的氧化，可用于去除CO2、和H2O和S（碳酸鹽和結(jié)晶水分解，硫化物氧化），使致密礦石的組織變得疏松，易于還原。菱鐵礦的焙燒，在500900oC之間分解:4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2褐鐵礦的脫水，在250500oC之間發(fā)生反應(yīng)：2Fe2O3.3H2O=2Fe2O3+3H2O氧化焙燒可是礦石中的硫氧化：3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2還原焙燒的目的是使貧赤鐵礦中的Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)榫?/p>

19、有磁性的Fe3O4，以便磁選。3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO23Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O氯化焙燒則是為了回收赤鐵礦中的有色金屬如鋅、銅、砷等，或去除其他有害雜質(zhì)。D 選礦選礦是依據(jù)礦石的性質(zhì),采用適當(dāng)?shù)姆椒?把有用礦物和脈石機(jī)械的分開,從而使有用礦物富集的過程,通過選礦可使礦石品位提高,去除部分有害物質(zhì),回收有用元素(如釩鉻等),使礦物資源得到充分利用.通過選礦獲得的有用富集礦物稱為精礦,如鐵精礦等;其余部分叫尾礦,主要由脈石組成,一般廢棄.在對復(fù)合鐵礦石選礦時(shí),常有一些有用元素富集于尾礦中(如釩鈦磁鐵礦中的鈦),必須將它們進(jìn)一步精選出來.精選鐵礦石的方法主要有:1. 重

20、選: 利用含鐵礦物和脈石密度的差異選分。當(dāng)兩者粒度相近而在介質(zhì)中沉落時(shí)，則密度大的含鐵礦物將迅速沉降而與脈石分開。常用的介質(zhì)為水。用比重大于水的液體做介質(zhì)時(shí)，成為重液選。2. 磁選：利用有用礦物和脈石導(dǎo)磁性不同的特點(diǎn)進(jìn)行選分。在磁場作用下，強(qiáng)磁性的顆粒（如Fe3O4）便同弱磁性（如Fe2O3）或無磁性的（如石英）顆粒分開。如以純鐵的導(dǎo)磁系數(shù)為100%，則強(qiáng)磁性的磁鐵礦為40.2%，中磁性的鈦鐵礦為24.7%,弱磁性的赤鐵礦為1.32%，無磁性的黃鐵礦、石英脈石等在0.5%以下。3. 浮選：利用礦物親水性差異性進(jìn)行礦選。將礦物磨碎到一定粒度，使有用礦物和脈石礦物基本達(dá)到單體分離。在細(xì)磨礦漿中進(jìn)行

21、充氣攪拌時(shí)，親水性好的顆粒表面容易被水潤濕而下沉，親水性弱的顆粒浮起，從而使用礦物和脈石分離。為了提高浮選效果，常使用各種浮選藥劑來調(diào)節(jié)和控制浮選過程。如可在礦粒表面形成薄膜、控制潤濕度、促進(jìn)浮起的捕集劑，形成氣泡和穩(wěn)定泡沫、防止浮起顆粒下沉的氣泡劑等。 造塊富選得到的精礦粉，天然富礦破碎篩分后的粉礦，以及一些含鐵粉塵物料（如高爐、轉(zhuǎn)爐爐塵，軋鋼皮，鐵屑，硫酸渣等）不能直接加入高爐，必須用燒結(jié)或制團(tuán)的方法將它們重新造塊，制成燒結(jié)礦、球團(tuán)礦或預(yù)還原爐料入爐。鐵礦粉造塊并非簡單的將細(xì)礦粉制成團(tuán)礦，而是在造塊過程中采用一些技術(shù)，以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的冶煉原料。例如加入CaO,MgO以提高礦石堿度；在可能的條件下加入還原劑C，改善礦石的還原性能。鐵礦粉造塊的過程中