鐵礦石基礎(chǔ)知識(shí)

1、鐵礦石基礎(chǔ)知識(shí)V 1鐵礦石的分類及特性V 2 配料計(jì)算v3 鐵礦石經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)v1. 1礦石和脈石V 地殼中的鐵貯量比較豐富，按元素總量計(jì)占4. 2%,僅次于氧、硅及 鋁居第四位。但在自然界中鐵不能純金屬狀態(tài)存在，絕大多數(shù)形成氧化物、硫化物 或碳酸鹽等化合物。不同的巖石含鐵品位可以差別很大。凡在當(dāng)前技術(shù)條件下，從 中經(jīng)濟(jì)地提取出金屬鐵的巖石稱為鐵礦石。這樣，鐵礦石中除了含F(xiàn)e的有用礦物 外，還含有其他化合物，統(tǒng)稱為脈石。常見的脈石有SiO2、A1203. CaO及MgO 等。v1.2天然鐵礦石的分類及特征v天然鐵礦石按其主要礦物分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等兒種，主要礦物組成及特征見表1-

2、1。v赤鐵礦 又稱紅礦，其主要含鐵礦物為Fe2O3,其中鐵占70%,氧占30%,常溫下無(wú)磁性。但Fe203有兩種晶形，一為a- Fe203 , 為丫- Fe203 ,在一定溫度下，當(dāng)a - Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)檠? Fe2O3時(shí)，便具有了磁性。v色澤為赤褐色到暗紅色，v由于其硫、磷含量低，還原性較磁鐵礦好，是優(yōu)良原料。赤鐵礦的熔融溫度為：1580 1640°Co磁鐵礦 主要含鐵礦物為Fe304,具有磁性。其化學(xué)組成可視為Fe2O3FeO,其中 FeO二30%, Fe203 二69%； TFe二72. 4%, 0=27. 6%。磁鐵礦顏色為 灰色或黑色，由于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)致密，所以還原性比其它

3、鐵礦差。磁鐵礦的熔融溫度 為：1500、1380°C。這種礦物與Ti02和V205共生，叫銳鈦磁鐵礦；只與Ti02共生 的叫鈦磁鐵礦，其它常見混入元素還有i、Cr、Co等。在自然界中純磁鐵礦很少 見，常常山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。 所謂假象就是Fe3O4雖然氧化成Fe203，但它仍保留原來磁鐵礦的外形。v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。所謂假象就是Fe3O4雖然氧化成 Fe203 -,但它仍保留原來磁鐵礦的外形。它們一般可用TFe/Fe0的比值來區(qū)分：TFe/FeO二2. 33為純磁鐵

4、礦石TFe/FeO<3.5為磁鐵礦石TFe/FeO二3. 5、7 0為半假象赤鐵礦石TFe/FeO>7.0為假象赤鐵礦石式中，TFe 礦石中的總含鐵量(%) , 乂稱全鐵；FeO 礦石中的FeO 含量(%) o褐鐵礦通常指含水氧化鐵的總稱。如3Fe203 4H20稱為水針鐵礦;2Fe203 3H20才稱褐鐵礦。這類礦石一般含鐵較低，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、 深褐色或黑色，硫、磷、神等有害雜質(zhì)一般多。菱鐵礦乂稱碳酸鐵礦石，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FeC03,亦可寫成FeOCO2,其中FeO二62. 1%, C02二

5、37. 9%； TFe=48. 2%。常混入Mg、Mn等的礦物。一般含鐵較低，但若受熱分解放出C02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) 焙燒處理。v1. 3鐵礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)v鐵礦石質(zhì)量直接影響高爐冶煉效果，必須嚴(yán)格要求。通常從以下兒方面評(píng)價(jià)：V (1)礦石品位V 品位即鐵礦石的含鐵量，它決定著礦石的開采價(jià)值和入爐前的處理 工藝。入爐品位愈高，愈有利于降低焦比和提高產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)驗(yàn)表 明，若礦石含鐵量提高1%,則焦比降低2%,產(chǎn)量增加3%。因?yàn)槠肺惶岣?，意味?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，乂促進(jìn)爐

6、況順行。例如鞍山地區(qū)的酸性貧鐵礦，含鐵30%, Si02 50%,富選后 精礦品位達(dá)到60%, Si02降低到14%；含鐵量提高一倍，Si02降低近3/4。而生產(chǎn) It生鐵的渣量和熔劑用量減少到原來的l/8o可見提高品位對(duì)冶煉的影響是很大 的。v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(duì)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(duì)褐鐵礦、菱鐵礦和堿性脈石礦含鐵量的 要求可適當(dāng)放寬。因褐、菱鐵礦受熱分解出H20和C02后品位會(huì)提高。堿性脈石礦 含50高，冶煉時(shí)可少加或不加石灰石，其品位應(yīng)按扣去50的含鐵量來評(píng)價(jià)

7、。TFe原礦含鐵量，%； CaO原礦CaO含量，%V(2)脈石成分v脈石中含有堿性脈石，如CaO、MgO；有酸性脈石，如Si02、A1203。一般鐵礦石含酸性脈石者居多，即其中Si02高，需加入相當(dāng)數(shù)量的石灰石 造成堿度(CaO/SiO2)為1.0左右的爐渣，以滿足冶煉工藝的需求。因此希望酸性 脈石含量愈少愈好。而含50高的堿性脈石則具有較高的冶煉價(jià)值。如某鐵礦成分(%)為 Fe 45. 30, CaO 10.05, MgO 3.34, Si02 11.20。自然堿度(CaO/SiO2)二0.9, (CaO+MgO) /Si02=1.2,接近爐渣堿度的正常范圍，屬自熔性富礦。若考慮MgO則為5

8、2.3%。脈石中的MgO還有改善爐渣性能的作用，但這類礦 石不多見。脈石中的A1203含量也應(yīng)控制，若A1203含量過高，爐渣難熔而不易流 動(dòng)，使冶煉造成困難。隨著鐵礦石資源的緊張狀況加劇，進(jìn)口鐵礦石中A1203含量 越來越高，爐渣中A1203含量也相應(yīng)升高，給煉鐵操作帶來很大的挑戰(zhàn)，LI前普遍 采取提高M(jìn)gO的含量來解決爐渣流動(dòng)性的問題。v(3)有害雜質(zhì)和有益元素的含量v有害雜質(zhì)通常指S、P、Pb、Zn、As等，它們的含量愈低愈好。Cu有時(shí)為害，有時(shí)為益，視具體情況而定。入爐礦石中有害雜質(zhì)的界限含量() 般如下：SPPbZnAsCuW0.3W0 25W01W010.2W0 07W0 2硫是對(duì)

9、鋼鐵危害大的元素，它使鋼材具有熱脆性。V所謂“熱脆”就是S兒乎不熔于固態(tài)鐵而與鐵形成FeS,而FeS與Fe形成的共晶體熔點(diǎn)為988°C,低于鋼材熱加工的開始溫度(1150"1200°C )。熱 加丄時(shí)，分布于晶界的共晶體先行熔化而導(dǎo)致開裂。因此礦石含硫愈低愈好。國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生鐵中SO. 07%,優(yōu)質(zhì)生鐵SW0.03%,就是要嚴(yán)格控制鋼中硫含量。v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，渣量增加，導(dǎo)致焦比增加而產(chǎn)量降低。根據(jù)鞍鋼經(jīng)驗(yàn)，礦石中含硫每增加0.1%,焦 比升高5%。一般規(guī)定礦石中SW0.06%為一級(jí)礦，SW0.2%為一級(jí)礦，S>0

10、. 3%為高硫 礦。對(duì)于高硫礦石，可以通過選礦和燒結(jié)的方法降低含硫量。v硫可改善鋼材的切削加工性能，在易切削鋼中，S可達(dá)0. 150. 3%ov磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。v磷能溶于ci-Fe中(可達(dá)1.2%),固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒間的強(qiáng)度大大增高，從而使鋼材的室溫強(qiáng)度提高而脆性增加，稱為 冷脆。磷在鋼的結(jié)晶過程中容易偏析，而乂很難用熱處理的方法來消除，亦使鋼材 冷脆的危險(xiǎn)性增加。但含磷鐵水的流動(dòng)性好，充填性好，對(duì)制造畸形復(fù)雜鑄件有 利。磷亦可改善鋼材的切削性能，故在易切削鋼中磷含量可達(dá)0.080.15%。礦石中的磷在選礦和燒結(jié)過程中不易除去，在高爐冶煉過程磷兒

11、乎全部進(jìn)入 生鐵。因此，生鐵含磷量決定于礦石含磷量，要求鐵礦石含磷愈低愈好。v鉛(Pb)、鋅(Zn)和碑(As)v在高爐內(nèi)都易還原。Pb不溶于Fe而密度乂比Fe大，還原后沉積于爐底，破壞性很大。Pb在1750°C時(shí)沸騰，揮發(fā)的鉛蒸氣在爐內(nèi)循環(huán)能形成爐瘤。 Zn還原后在高溫區(qū)以Zn蒸氣大量揮發(fā)上升，部分以ZnO沉積于爐墻，使?fàn)t墻脹裂 并形成爐瘤。As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As量應(yīng)小于0. 1%,優(yōu)質(zhì)生鐵不應(yīng)含As。V鐵礦石中的鉛、鋅、碑常以硫化物形態(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

12、求含量越低越 好。一般要求含鉛、鋅不應(yīng)超過0.1%。含鉛高的鐵礦石可以通過氯化焙燒和浮選 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 石中的神，可以采用氯化焙燒方法排除。通常要求，鐵礦石含神不超過0.07%v銅v在鋼中若不超過0.3%可增加鋼材抗蝕性，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，在高爐中乂全部還原進(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%。對(duì)于一些 難選的高銅氧化礦，可采用氯化焙燒法回收銅，同時(shí)可煉高銅（Cu>1

13、.0%）鑄造生 鐵，它具有很好的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。此外，一些鐵礦石還含有堿金屬鉀、鈉，它們?cè)诟郀t下部高溫區(qū)大部分被還 原后揮發(fā)，到上部乂氧化而進(jìn)入爐料中，造成循環(huán)累積，使?fàn)t墻結(jié)瘤。因此要求礦 石中含堿金屬量必須嚴(yán)格控制。我國(guó)普通高爐堿金屬（K20+N&20）入爐量限制為 3、5kg/tFe,國(guó)外高爐堿金屬（K20+N&20）入爐限制量為低于3kg/t Fe。入爐 鐵礦石堿金屬含量要求為：（K20+N&20） W0.2%。v氟v在冶煉過程中以C&F2形態(tài)進(jìn)入渣中。C&F2能降低爐渣的熔點(diǎn)，增加爐渣流動(dòng)性，當(dāng)鐵礦石中含氟高時(shí)，爐渣在高爐內(nèi)過早形成，不利于

14、礦石還原。 礦石中含氟不超過1%時(shí)對(duì)冶煉無(wú)影響，當(dāng)含量達(dá)到4%5%時(shí)需要注意控制爐渣的 流動(dòng)性。采外，高溫下氟揮發(fā)對(duì)耐火材料和金屬構(gòu)件有一定的腐蝕作用。v鐵礦石中常共生有Mn、Cr、Ni、Co. V、Ti、Mo；。這些元素有改善鋼鐵性能的作用，故稱有益元素。V當(dāng)它們?cè)诘V石中的含量（）達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，如Mn$5、20.06、NiNO. 2, CoO. 03, VO. TO. 15, MoO. 3, Cu$0. 3,則稱為復(fù)合礦 石，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很大，應(yīng)考慮綜合利用。對(duì)于鐵礦石中一些有害雜質(zhì)，如果含量較高，如PbO.o, Zn0.7, Sn$0.2時(shí)，應(yīng)視為復(fù)合礦石綜合利用。因?yàn)檫@些雜質(zhì)本身也是重要的

15、金屬。v（4）礦石的粒度和強(qiáng)度v入爐鐵礦石應(yīng)具有適宜的粒度和足夠的強(qiáng)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10、40mm范圍，并力求縮小上下 限粒度差。v鐵礦石的強(qiáng)度是指鐵礦石耐沖擊、摩擦的強(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。v（5）鐵礦石的還原性v鐵礦石還原性是指鐵礦石被還原性氣體C0或H2還原的難易程度，

16、是評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量的重要指標(biāo)。還原性愈好，愈有利于降低焦比，提高產(chǎn)量。改善 礦石還原性（或采用易還原礦石）是強(qiáng)化高爐冶煉的重要措施之一。v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。（6）礦石化學(xué)成分的穩(wěn)定性V 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，國(guó)內(nèi)外都嚴(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(duì)礦石進(jìn)行混勻處理。2.配料計(jì)算v2.1配料目的v燒結(jié)廠使用的原料種類很多，而且成分波動(dòng)大，在充分利用國(guó)家資源的情況下，必須根據(jù)煉鐵對(duì)燒結(jié)礦化學(xué)成

17、分和冶金性能的要求進(jìn)行配料計(jì)算，以保 證燒結(jié)礦的含鐵量、堿度、含F(xiàn)eO量及硫等有害雜質(zhì)含量在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而獲 得化學(xué)成分和物理性能都穩(wěn)定的燒結(jié)礦，并使燒結(jié)礦具有足夠的透氣性，已滿足高 爐煉鐵的需要。v2. 2配料計(jì)算方法一單燒法v單燒法是以一種含鐵料作原料，按燒結(jié)礦技術(shù)規(guī)格要求，配加適當(dāng)?shù)娜蹌┖腿剂希蛊鋲A度達(dá)到預(yù)定的規(guī)格，這樣所得出的燒結(jié)礦的含鐵量稱為該種 含鐵原料的單燒值。v在進(jìn)行配料計(jì)算前，必須已知下列數(shù)據(jù)：v(1)各種原燃料的有關(guān)物理性能與化學(xué)成分；v(2)燒結(jié)礦的技術(shù)規(guī)格；v燒結(jié)礦成分計(jì)算的步驟：V (1)確定配料比(2)計(jì)算干料量（3）計(jì)算殘存量（燒成量）v（4）計(jì)算進(jìn)入配料中

18、的各種組分v（5）驗(yàn)算燒結(jié)礦Rv（6）計(jì)算燒結(jié)礦的化學(xué)成份v（1）確定配料比V 根據(jù)燒結(jié)礦技術(shù)條件的要求及原料供應(yīng)計(jì)劃、 原料的配料比。V （2）計(jì)算干料量v干料量=濕料配比X （100 一水分），%各種干料量之和。v（3）計(jì)算殘存量（燒成量）v殘存量=干料量X （100燒損），%焦粉干料配比X （100 一燒損）=焦粉干料配比X灰分，v總殘存量 E殘存量=各種原料殘存量之和v（4）計(jì)算進(jìn)入配料中的各種組分v進(jìn)入配料中各種原料的含鉄量：化學(xué)成分來確定各種總干料量E干料=焦粉殘存量=TFe =某原料含鐵量X某原料干料配比，V總鐵量 ETFe =各原料含鉄量之和v進(jìn)入配料中各種原料的SiO2含量：

19、v$辺2 =某原料含5辺2量某原料干料配比，v總SiO2量 ESiO2 =各原料含SiO2量之和v進(jìn)入配料中各種原料的CaO含量v50=某原料CaO含量 X某原料干料配比，%總CaO量£50=各原料含CaO量之和（5）驗(yàn)算燒結(jié)礦R（6）計(jì)算燒結(jié)礦的化學(xué)成份：vTFe礦二各種原料帶入的TFe之和/總殘存量；vSi02礦二各種料帶入的Si02之和/總殘存量；vCaO礦二各種料帶入的CaO之和/總殘存量。v若驗(yàn)算的燒結(jié)礦堿度和燒結(jié)礦成分達(dá)到要求，則預(yù)定的配料比即為實(shí)際配料比。否則，應(yīng)修正配比，重新計(jì)算，直至達(dá)到要求。單燒法配料汁算舉例V例題：表21是燒結(jié)原料的成分，燒結(jié)礦技術(shù)規(guī)格是堿度只=

20、2.0±0. 1,確定配料比。表2-1燒結(jié)原料的化學(xué)成分組成/%品種TFeSi02CaOH20燒損印度礦 生石灰 煤粉60. 533. 422. 098. 060. 1275. 000. 8010.210. 14. 2612. 9481.00v解(1)估計(jì)各種原料的配料比印度礦86.5%,生石灰8. 5%；煤粉5%。v(2)按照前述的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算并列表v1)干料量的計(jì)算印度礦干料量=86. 5X (100-10.2) %=77. 677同理可計(jì)算其它原料的干料量及總干料量，列入表22中。v2)燒成量的計(jì)算印度礦的燒成量 77. 677X (100-4. 26) %=74. 368

21、同理可計(jì)算其它原料的燒成量及總燒成量，列入表22中3)帶入燒結(jié)礦的鐵含量的計(jì)算印度礦的 TFe = 77. 677X60. 53%=47. 018同理可計(jì)算其它原料的鐵含量及總鐵含量，列入表22中v4）帶入燒結(jié)礦中的SiO2量的計(jì)算印度礦的 SiO2=77. 677X3. 42=2. 657同理計(jì)算其它原料的SiO2含量及總SiO2量，列入表22中。v5）帶入燒結(jié)礦的50量的計(jì)算印度礦的 50=77. 677X0. 12%=0. 093同理可計(jì)算其它原料的CaO含量及總CaO量，列入表22中。以上各個(gè)步驟的計(jì)算可直接列表，見表22。表2-2配料計(jì)算匯總表組分含量 品種干料量燒成量TFeSi02CaO印度礦 生石灰 煤粉77. 6778. 5004. 49574.3687. 4000. 85447. 0182.6570. 1780. 3620. 0936. 3750. 036總計(jì)90. 67282.62247. 0183. 1976. 5046）驗(yàn)算R=ECaO/LSiO2=6. 504/3.