铁矿石性能(原料处)

• 氟 在冶炼过程中以CaF2形态进入渣中。CaF2能降低炉渣 的熔点，增加炉渣流动性，当铁矿石中含氟高时，炉渣在 高炉内过早形成，不利于矿石还原。矿石中含氟不超过1% 时对冶炼无影响，当含量达到4%～5%时需要注意控制炉渣 的流动性。采外，高温下氟挥发对耐火材料和金属构件有 一定的腐蚀作用。 • 铁矿石中常共生有Mn、Cr、Ni、Co、V、Ti、Mo；这些元 素有改善钢铁性能的作用，故称有益元素。当它们在矿石 中的含量达到一定数值时，如Mn≥5、Cr≥0.06、Ni≥0.2， Co≥0.03，V≥0.1~0.15，Mo≥0.3，Cu≥0.3，则称为复合矿 石，经济价值很大，应考虑综合利用。 • 对于铁矿石中一些有害杂质，如果含量较高，如Pb≥0.5， Zn≥0.7，Sn≥0.2时，应视为复合矿石综合利用。因为这些 杂质本身也是重要的金属。
• 其 化 学 组 成 为 FeCO3 ， 亦 可 写 成 FeO· 2 ， 其 中 CO FeO=62.1%，CO2=37.9%。常混入Mg、Mn等的矿物。
• 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 一般要先经焙烧处理。
铁矿石质量评价
4．矿石的粒度和强度
• 入炉铁矿石应具有适宜的粒度和足够的强度。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 5~40mm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、摩擦的强弱程度。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。
• TFe——原矿含铁量，%；CaO——原矿CaO含量，%
2．脉石成分
• 脉石中含有碱性脉石，如CaO、MgO；有酸性脉石，如 SiO2、Al2O3。一般铁矿石含酸性脉石者居多，即其中 SiO2高，需加入相当数量的石灰石造成碱度（CaO/SiO2） 为1.0左右的炉渣，以满足冶炼工艺的需求。因此希望酸 性脉石含量愈少愈好。而含CaO高的碱性脉石则具有较高 的冶炼价值。如某铁矿成分（%）为Fe 45.30，CaO 10.05，MgO 3.34，SiO2 11.20。自然碱度（CaO/SiO2） =0.9，（CaO+MgO）/SiO2=1.2，接近炉渣碱度的正常范 围，属自熔性富矿。
• 若考虑MgO则为52.3％。脉石中的MgO还有改善炉渣性 能的作用，但这类矿石不多见。脉石中的Al2O3含量也应 控制，若Al2O3含量过高，使炉渣中Al2O3浓度超过 22~25%时，炉渣难熔而不易流动，使冶炼造成困难。印 度塔塔钢铁公司（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
5．单烧值
• 单烧值是铁矿粉模拟烧结生产，在一定燃料配比、 碱度及工艺参数条件下，进行烧结杯试验后所得 出的成品矿的产量、强度及质量指标，它是评价 不同铁矿粉利用价值的重要依据。
铁矿石品位综合评价法
所谓铁矿石品位综合评价法是不仅考虑铁矿石的品位，同时兼顾 铁矿石的有价成分和负价成分，即碱性脉石的价值和酸性脉石的影 响，具体表达式依炉渣的二元碱度（R2）还是四元碱度（R4）列 为两式：
• 磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。 • 磷能溶于α-Fe中（可达1.2%），固溶并富集在晶粒边界 的磷原子使铁素体在晶粒间的强度大大增高，从而使钢材 的室温强度提高而脆性增加，称为冷脆。磷在钢的结晶过 程中容易偏析，而又很难用热处理的方法来消除，亦使钢 材冷脆的危险性增加。但含磷铁水的流动性好，充填性好， 对制造畸形复杂铸件有利。磷亦可改善钢材的切削性能， 故在易切削钢中磷含量可达0.08～0.15%。 • 磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。 • 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，要求铁矿石含磷愈低愈好。
3．有害杂质和有益元素的含量
• 有害杂质通常指S、P、Pb、Zn、As等，它们的含量愈低 愈好。Cu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。
• 入炉铁矿石有害杂质的界限含量（%）
• 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S几乎不熔于固态铁而与铁形成FeS， 而FeS与Fe形成的共晶体熔点为988℃，低于钢材热加工 的开始温度（1150~1200℃）。热加工时，分布于晶界的 共晶体先行熔化而导致开裂。因此矿石含硫愈低愈好。国 家标准规定生铁中S≤0.07%，优质生铁S≤0.03%，就是要 严格控制钢中硫含量。 • 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，渣量增加，导致焦比增加而产量降低。根据鞍钢经 验，矿石中含硫每增加0.1％，焦比升高5%。一般规定矿 石中S≤0.06%为一级矿，S≤0.2%为一级矿，S>0.3%为高 硫矿。对于高硫矿石，可以通过选矿和烧结的方法降低含 硫量。
• 铜 在钢中若不超过0.3%可增加钢材抗蚀性，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%。对于 一些难选的高铜氧化矿，可采用氯化焙烧法回收铜，同时 可炼高铜（Cu＞1.0%）铸造生铁，它具有很好的机械性 能和耐腐蚀性能。 • 此外，一些铁矿石还含有碱金属钾、钠，它们在高炉下部 高温区大部分被还原后挥发，到上部又氧化而进入炉料中， 造成循环累积，使炉墙结瘤。因此要求矿石中含碱金属量 必须严格控制。我国普通高炉碱金属（K2O+Na2O）入炉 量限制为5~7kg/t· Fe，国外高炉碱金属（K2O+Na2O）入 炉限制量为低于3.5kg/t· Fe。
（三）褐铁矿
• 通常指含水氧化铁的总称。
• 如3Fe2O3· 2O称为水针铁矿；2Fe2O3· 2O才称褐 4H 3H 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、深褐色或黑色，硫、 磷、砷等有害杂质一般多。
（四）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。
TFe（R2综）=TFe/[100+2R2(SiO2+ Al2O3)-2(CaO+MgO)]×100% TFe（R4综）=TFe/[100+2R4(SiO2+ Al2O3)-2(CaO+MgO)]×100% 式中：R2、 R4分别为二元和四元炉渣碱度， SiO2、Al2O3、CaO和MgO均为铁矿石的化学成分含量（%）。
• 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。因褐、菱铁矿受热分解出H2O和CO2后 品位会提高。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。
铁矿石有关概念
一、矿石和脉石
矿石中除了用来提取金属的有用矿物外，还 含有一些工业上没有提炼价值的矿物或岩石，统称 为脉石。对冶炼不利的脉石矿物，应在选矿和其它
处理过程中尽量去除。
天然铁矿石的分类及特征
磁铁矿
赤铁矿
天然铁矿石
褐铁矿 菱铁矿
（一）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%，Fe2O3=69%；TFe=72.4%， O=27.6%。磁铁矿颜色为灰色或黑色，由于其结晶结 构致密，所以还原性比其它铁矿差。这种矿物与TiO2 和V2O5 共生，叫钒钛磁铁矿；与TiO2 共生的叫钛磁铁 矿，其它常见混入元素还有Ni、Cr、Co等。 • 磁铁矿的熔融温度为：1500~1580℃。
• 铁矿石质量直接其烧结性能和冶炼效果，必须严格要求。 通常从以下几方面评价： 铁品位 脉石成分 有害杂质和有益元素的含量 粒度组成 单烧值
1.矿石品位
• 品位即铁矿石的含铁量，它决定着矿石的开采价值和入炉 前的处理工艺。入炉品位愈高，愈有利于降低焦比和提高 产量，从而提高经济效益。经验表明，若矿石含铁量提高 1%，则焦比降低%，产量增加3%。因为品位提高，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，又促进炉况顺行。例如鞍山 地区的酸性贫铁矿，含铁30%，SiO2 50%，富选后精矿 品位达到60%，SiO2降低到14%；含铁量提高一倍，SiO2 降低近3/4。而生产1t生铁的渣量和熔剂用量减少到原来的 1/8。可见提高品位对冶炼的影响是很大的。
该两个表达式可说明铁矿石的实际品位，既考虑了碱性脉石 （CaO+MgO）的作用，又扣除了酸性脉石（SiO2+ Al2O3）作为渣 量的源头对品位造成的影响，这就是铁矿石的实际品位。这种综合 评价法所不足的是尚没有考虑有害杂质对品位造成的影响。
铁矿石冶金价值评价法
前苏联M.A.巴甫洛夫院士提出的铁矿石冶金价值的计算方法（公式）： P1=(F÷f)(p-C×P2-c×P3-g) 式中：P1为铁矿石的价值（元/t） F为铁矿石的品位（%） f为生铁的含铁量（%） P为生铁车间成本（元/t） C为焦比（t/t） P2为焦炭价格（元/t） c为生铁熔剂消耗（t/t） P3为熔剂价格（元/t） g为炼铁车间加工费（元/t） M.A.巴甫洛夫院士提出的上一计算公式，是上世纪四十年代的事，当 时铁矿石的品种很单一，主要是天然块矿入炉，当时高炉炼铁没有喷煤，有 害杂质对矿石冶炼价值的影响不突出。它考虑了铁矿石的品位，同时考虑焦 比和熔剂消耗的因素，它直接计算出了铁矿石在某厂条件下的利用价值，计 算出来的数据直观所用铁矿石到厂的最高价，若购买超过P1的价格，就意味 着采用这种价格的铁矿石冶炼工厂就要亏本。