9月24日 高炉炼铁基本知识(2)

（4）矿石的还原性。矿石还原性指矿石还原的 难易程度。易还原的矿石，在冶炼过程中能提 高煤气利用率，有利于降低焦比；而难还原的 矿石，在冶炼过程中需消耗更多的热量，从而 增加焦比。矿石还原性取决于矿石的矿物组成、 结构致密程度、粒度和气孔度等因素，气孔度 大和结构疏松的矿石还原性好。高炉常用的4 种铁矿石中，磁铁矿还原性最差，赤铁矿居中， 褐铁矿和菱铁矿由于受热过程中失去结晶水和 CO2放出 ，产生大量的气孔，结构疏松，所以 还原性最好。而一般人造富矿的还原性又比天 然矿石要好。
高炉炼铁基本知识(2)
炼铁原料
高炉用含铁原料种类: 铁矿石包括天然矿和人造富矿。一般含铁量超过50% 以上的的天然富矿，可以直接入炉；而含铁量低于 30%-40% 的矿石直接入炉不经济，须经选矿和造块 加工成人造富矿后入炉。 铁矿石代用品主要有：高炉炉尘、氧气转炉炉尘、轧 钢皮、硫酸渣以及一些有色金属选矿的高铁尾矿等。 这些原料一般均加入造块原料中使用。 以下先介绍高炉用天然铁矿石
1.3褐铁矿是含有结晶水的氧化铁矿石，颜色 一般呈浅褐色到深褐色或黑色，组织疏松 还原性较好。褐铁矿的理论含铁量不高， 一般为37%-55%，但受热后去掉结晶水， 含铁量相对提高，且气孔率增加，还原性 得到改善。 1.4菱铁矿为碳酸盐铁矿石，颜色呈灰色、浅 黄色或褐色。理论含铁量不高，只有42.8%， 但受热分解放出 后，不仅提高了含铁量， 而且变成多孔状结构，还原性很好。因此， 尽管含铁量较低，仍具有较高的冶炼价值。
1.1赤铁矿的特征是它在瓷断面上的划痕呈赤 褐色，无磁性。质软、易破碎、易还原。 含F量最高是70%。但有一种以Y- Fe2O3形态 存在的赤铁矿，结晶组织致密，划痕呈黑 褐色，而且具有强磁性，类似于磁铁矿。
1.2磁铁矿在瓷断面上的划痕为黑色，组织致密 坚硬，孔隙度小，还原比较困难。磁铁矿可以 看作是Fe2O3 和FeO的结合物，其中Fe2O3 69%， FeO31% ，理论含Fe量为72.4%。自然界中纯 粹的磁铁矿很少见到，由于受到不同程度的氧 化作用，磁铁矿中的Fe2O3成分增加，FeO成 分减少。当磁铁矿中的 成分减少到全铁量与 Fe量之比大于7.0时，叫作假象赤铁矿； 3.5~7.0 时，叫作半假象赤铁矿；只有 小于 3.5%时称为磁铁矿。磁铁矿具有磁性，这是磁 铁矿最突出的特点。
（3）矿石中的有害杂质（包括 S、P、Pb 、Zn、 As、Cu、K、Na 、F 等）含量。矿石中的这些 有害杂质含量愈高，其冶炼价值降低。 硫（S）在钢材中引起热脆性。矿石中的 在高 炉冶炼过程中可以去掉90%以上，但为了去S ， 必须增加石灰石用量，从而增加渣量，进而增 加焦比和降低产量，因此矿石中的S愈低愈好， 一般不得超过0.1-0.3% 。 磷（P）在钢材中引起冷脆性。而 在烧结和炼 铁过程中完全不能去掉，原料中的 在一般情 况下全部转入生铁中，因此矿石中含量也是愈 低愈好，并可根据规定的生铁含 P量计算出矿 石中允许的含 量进行配矿。
（6）矿石的粒度组成。高炉冶炼要求矿石具有 小而均匀的粒度组成，因为小粒度矿石有利于 加快还原速度和提高煤气利用率，而均匀的粒 度组成有利于改善炉内料柱的透气性。粒度小 于 的粉末必须筛出，对于粒度上限，难还原 的磁铁矿不能超过40mm，易还原的赤铁矿和 褐铁矿不大于50mm，中、小高炉不大于 25~35mm。 ( 7）矿石的强度。要求矿石具有较高的强度， 尤其是高温下的强度，因为如果矿石强度低， 入炉后在上部料柱的压力下产生大量粉末，一 方面增加炉尘损失量，另一方面严重影响料柱 透气性，使高炉操作困难。
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（5）矿石的软熔特性。软熔特性指矿石开始 软化的温度和软熔温度区间（即软化开始 到熔化终了的温度区间）。高炉冶炼要求 矿石具有较高的软化温度和较窄的软熔温 度区间。因为矿石软化温度高，在冶炼过 程中就不会过早地形成初渣，成渣带位置 低，矿石在上部区域的预热和预还原充分， 初渣中FeO少；软熔区间窄，软熔层薄，有 助于改善料柱透气性，有利于提高高炉生 产指标。 矿石的还原性和软熔特性，是在实验室 通过实验确定的。
2、评价铁矿石质量的标准 （ 1）品位（即含铁量） 矿石含铁量是评价铁 矿石质量最重要的标准。矿石有无开采价值， 开采以后可否直接入炉和其冶炼价值如何，主 要取决于矿石含铁量。矿石含铁量愈高，其冶 炼价值愈高。随着含铁量的降低，矿石冶炼价 值降低，而且，冶炼价值降低的幅度远比含铁 量降低的幅度大。通常把矿石含铁量低于理论 含理论含铁量70%的铁矿厂称为贫矿，反之为 富矿。富矿可直接入炉冶炼，贫矿一般要经过 选矿、造块成为人造富矿后才能入炉。




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铅（Pb ）熔点低，密度大，还原后沉积于高炉底部， 易渗入砖缝而损坏炉衬,因此要求铁矿石中Pb≤0.1%。 锌（Zn ）沸点低，还原后形成蒸气随煤气上升到高炉 上部冷凝，与炉料中粉末相互作用易形成炉瘤，或被氧 化成 渗入砖缝而损坏炉衬,要求铁矿石中Zn≤0.1-0.2%。 砷（As ）几乎全部还原进入生铁，使钢材冷脆。铁矿石 中As≤0.07% 铜(Cu ）易还原且全部进入生铁，少量 Cu可以增加钢材 的抗腐蚀性能，过量会使钢材热脆，并且降低钢材的焊 接性能。铁矿石中Au≤0.2% 钾和钠（K、 Na），其化合物一般在高炉下部高温区还 原后形成 、 蒸气，随煤气上升在炉身中、下部循环富 集，破坏炉料的强度，加剧炉料的粉化，严重影响料柱 透气性，并易造成高炉结瘤。 氟（F）含量少可改善炉渣流动性，过量则会降低矿石 的熔点，严重腐蚀炉衬和造成风渣口破损。
（8）矿石化学成分的稳定性。为了使高炉生产 稳定，要求矿石化学成分要稳定，因为矿石化 学成分的波动会引起炉温、炉渣碱度和生铁成 分的波动，从而破坏高炉顺行，使高 炉焦比 升高，产量降低。为此，必须对成品矿石进行 混匀处理。使入炉矿石含 Fe量波动±1% 以下。 （9）矿石的热爆裂性能。天然矿石中含有带结 晶水或碳酸盐的矿物，入炉后被加热分解出气 体逸出而使矿石爆裂，产生粉末而影响高炉上 部的透气性，这类矿石就不能直接入炉冶炼， 需要破碎成粉矿做烧结原料。例如澳大利亚的 扬迪块矿和巴西里欧多西块矿就是如此。
（2）脉石的化学成分。脉石中 、SiO2 等酸性氧化物愈多， 矿石冶炼价值愈低，而CaO、 等碱性氧化物愈高，矿石 冶炼价值愈高。这是因为酸性脉石较高的矿石，为了得 到一定碱度的炉渣，必须配入较多的熔剂，结果单位生 铁的炉渣量增加， 1千克 SiO2在高炉内要形成 2千克左 右炉渣。每吨生铁消耗的含Fe矿石中，每增加 1% SiO2， 将使吨铁渣量增加35kg，这使高炉焦比升高，产量降低。 而含有较多碱性脉石的矿石，相当于矿石中已经配入了 碱性熔剂，生产中可以少加或不加熔剂，减少渣量，有 利于改善高炉生产指标。因此，含有一 定量碱性脉石的 矿石，即使含铁量较低，其冶炼价值也是较高的。为了 正确评价不同脉石成分的矿石，一般用去掉氧化钙以后 的含铁量加以比较，这样更便于判断优劣。炉渣中含有 一定数量的MgO，能提高炉渣流动性和稳定性。因此， 如果脉石中含有一定数量的MgO ，可以提高矿石的冶炼 价值，而 Al2O3过高的炉渣（如超过18%），流动性变 差，因此，要求脉石中Al2O 不要太高，一般 的值应小 于2~3%。
1、天然铁矿石的种类： 工业用铁矿石是以其中含Fe量占全Fe85%以上 的该种含Fe 矿物来命名的。含Fe矿物分为氧化 铁矿（Fe2O3、F e3O4）、含水氧化铁矿 （Fe2O3· 2O ）和碳酸盐铁矿（FeCO3）,因此 nH 高炉炼铁使用的铁矿石也就分为赤铁（Fe2O3）、 磁铁矿（F e3O4 ）、褐铁矿（ Fe2O3· 2O ）和 nH 菱铁矿（FeCO3 ）。