优选文档【本章学习要点】本章学习铁矿石的分类及主要特色，高炉冶炼对铁矿石的要求，铁矿石冶炼前的准备和办理，焦碳在高炉炼铁中的作用和对焦碳的质量要求，烧结生产原料准备和烧结生产过程，球团矿生产等。第一节铁矿石及其分类一、矿物、矿石和岩石地壳中的化学元素经过各种地质作用，形成的天然元素和天然化合物称为矿物。它拥有较均一的化学成分和内部结晶构造，拥有必然的物理性质和化学性质。矿石和岩石均由矿物所组成，是矿物的会集体。但是，矿石是在目前的技术条件下能经济合理地从中提取金属、金属化合物或适用矿物的物质。因此矿石和岩石的看法是相对的。矿石又由适用矿物和脉石矿物所组成。矿石中能够被利用的矿物为适用矿物，目前尚不能够利用的矿物为脉石矿物。二、铁矿石的分类及主要特色在自然界中，金属状态的铁是很少见的，一般都和其他元素结合成化合物。现在已知道的含铁矿物有300多种，但在目前的工艺条件及技术水平下能够用作炼铁原料的只有20多种。依照含铁矿物的主要性质，按其矿物组成，平时将铁矿石分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿四各种类。1磁铁矿Fe3O4，构造致密，晶粒微小，黑色条痕。拥有强磁性，含S、P较磁铁矿化学式为高，还原性差。2赤铁矿23S、P较低，易破碎、易还赤铁矿化学式为FeO，条痕为樱红色，拥有弱磁性。含原。3褐铁矿nFe2O3mH2O(n=褐铁矿是含结晶水的氧化铁，呈褐色条痕，还原性好，化学式为13，m=14)。褐铁矿中绝大多数含铁矿物是以2Fe2O33H2O的形式存在的。4菱铁矿菱铁矿化学式为32FeC0，颜色为灰色带黄褐色。菱铁矿经过焙烧，分解出C0气体，含铁量即提高，矿石也变得松弛多孔，易破碎，还原性好。其含S低，含P较高。各种铁矿石的分类及其主要特色列于表2-1。表21铁矿石的分类及其特色14第二节高炉冶炼对铁矿石的要求铁矿石是高炉冶炼的主要原料，其质量的利害，与冶炼进度及技术经济指标有极为亲近的关系。决定铁矿石质量的主要因素是化学成分、物理性质及其冶金性能。高炉冶炼对铁矿石的要求是：含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分牢固，粒度平均，优异的还原性及必然的机械强度等性能。一、铁矿石品位铁矿石的品位即指铁矿石的含铁量，以TFe表示。品位是议论铁矿石质量的主要指标。矿石有无开采价值，开采后能否直接入炉冶炼及其冶炼价值怎样，均取决于矿石的含铁量。铁矿石含铁量高有益于降低焦比和提高产量。依照生产经验，矿石品位提高1，焦比降低2，产量提高3。由于随着矿石品位的提高，脉石数量减少，熔剂用量和渣量也相应减少，既节约热量耗资，又有益于炉况顺行。从矿山开采出来的矿石，含铁量一般在3060之间。品位较高，经破碎筛分后可直接入炉冶炼的称为富矿。一般当实质含铁量大于理论含铁量的7090时方可直接入炉。而品位较低，不能够直接入炉的叫贫矿。贫矿必定经过选矿和造块后才能入炉冶炼。二、脉石成分铁矿石的脉石成分绝大多数为酸性的，SiO2含量较高。在现代高炉冶炼条件下，为了获得必然碱度的炉渣，就必定在炉料中配加必然数量的碱性熔剂(石灰石)与Si02作用造渣。铁矿石中Si02含量愈高，需加入的石灰石也愈多，生成的渣量也愈多，这样，将使焦比高升，产量下降。因此要求铁矿石中含Si02愈低愈好。脉石中含碱性氧化物(Ca0、MgO)很多的矿石，冶炼时可少加或不加石灰石，对降低焦比有益，拥有较高的冶炼价值。三、有害杂质和有益元素的含量1有害杂质矿石中的有害杂质是指那些对冶炼有阻拦或使矿石冶炼时不易获得优异产品的元素。主要有S、P、Pb、Zn、As、K、Na等。硫硫在矿石中主要以硫化物状态存在。硫的危害主要表现在：a.当钢中的含硫量高出必然量时，会使钢材拥有热脆性。这是由于FeS和结合成低熔点(985)合金，冷却时最后凝固成薄膜状，并分布于晶粒界面之间，当钢材被加热到11501200时，硫化物第一消融，使钢材沿晶粒界面形成裂纹。b.对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻拦Fe3C分解，使铸件产生气孔、难于切Fe削并降低其韧性。硫会显然地降低钢材的焊接性，抗腐化性和耐磨性。国家标准对生铁的含硫量有严格规定，炼钢生铁，最高赞同含硫质量分数不能高出0.07，铸造铁不高出0.06。诚然高炉冶炼能够去除大多数硫，但需要高炉温、高炉渣碱度，对增铁节焦是不利的。因此矿石中的含硫质量分数必定小于0.3。(2)磷磷也是钢材的有害成分。以Fe2P、Fe3P形态溶于铁水。由于磷化物是脆性物质，冷凝时齐聚于钢的晶界周围，减弱晶粒间的结合力，使钢材在冷却时产生很大的脆性，从而造成钢的冷脆现象。由于磷在选矿和烧结过程中不易除掉，在高炉冶炼中又几乎所有还原进入生铁。因此控制生铁含磷的独一路子就是控制原料的含磷量。铅和锌铅和锌常以方铅矿(PbS)和闪锌矿(ZnS)的形式存在于矿石中。在高炉内铅是易还原元素，但铅又不溶解于铁水，其密度大于铁水，因此还原出来的铅积聚于炉缸铁水层以下，浸透砖缝损坏炉底砌砖，甚至使炉底砌砖浮起。铅又极易挥发，在高炉上部被氧化成PbO，粘附于炉墙上，易引起结瘤。一般要求矿石中的含铅质量分数低于0.1。高炉冶炼中锌所有被还原，其沸点低(905)，不熔于铁水。但很简单挥发，在炉内又被氧化成ZnO，部分ZnO积聚在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分浸透炉衬的孔隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而损坏炉衬。矿石中的含锌质量分数应小于01。砷砷在矿石中含量较少。与磷相似，在高炉冶炼过程中所有被还原进入生铁，钢中含砷也会使钢材产生“冷脆”现象，并降低钢材焊接性能。要求矿石中的含砷质量分数小于007。碱金属碱金属主要指钾和钠。一般以硅酸盐形式存在于矿石中。冶炼过程中，在高炉下部高温区被直接还原生成大量碱蒸气，随煤气上升到低温区又被氧化成碳酸盐积聚在炉料和炉墙上，部分随炉料下降，从而屡次循环积累。其危害主要为：与炉衬作用生成钾霞石(K2OA12O32SiO2)，体积膨胀40而损坏炉衬；与炉衬作用生成低熔点化合物，粘结在炉墙上，易以致结瘤；与焦炭中的碳作用生成插入式化合物(CK8、CNa8)体积膨胀很大，损坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱透气性。因此要限制矿石中碱金属的含量。(6)铜铜在钢材中拥有两重性，铜易还原并进入生铁。当钢中含铜质量分数小于03时能改进钢材抗腐化性。当高出0.3时又会降低钢材的焊接性，并引起钢的“热脆”现象，使轧制时产生裂纹。一般铁矿石赞同含铜质量分数不高出0.2。2有益元素矿石中有益元素主要指对钢铁性能有改进作用或可提取的元素。如锰(Mn)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钒(V)、钛(Ti)等。当这些元素达到必然含量时，可显然改进钢的可加工性，强度和耐磨、耐热、耐腐化等性能。同时这些元素的经济价值很大，当矿石中这些元素含量达到必然数量时，可视为复合矿石，加以综合利用。四、铁矿石的还原性铁矿石的还原性是指铁矿石被还原性气体C0或H2还原的难易程度。它是一项议论铁矿石质量的重要指标。铁矿石的还原性好，有益于降低焦比。影响铁矿石还原的因素主要有矿物组成、矿物构造的致密程度，粒度平和孔率等。一般磁铁矿因构造致密，最难还原。赤铁矿有中等的气孔率，比较简单还原。褐铁矿和菱铁矿简单还原，由于这两种矿石分别失去结晶水和去掉和球团矿的气孔率高，其还原性一般比天然富矿的还要好。CO2后，矿石气孔率增加。烧结矿五、矿石的粒度、机械强度和消融性矿石的粒度是指矿石颗粒的直径。它直接影响着炉料的透气性和传热、传质条件。平时，入炉矿石粒度在535mm之间，小于5mm的粉末是不能够直接入炉的。确定矿石粒度必定兼顾高炉的气体力学和传热、传质几方面的因素。在有优异透气性和强度的前提下，尽可能降低炉料粒度。铁矿石的机械强度是指矿石耐冲击、抗摩擦、抗挤压的能力，力求强度要高一些为好。铁矿石的消融性包括铁矿石的消融温度和消融温度区间两个方面。消融温度是指铁矿石在必然的荷重下受热开始变形的温度；消融温度区间是指矿石开始消融到消融终了的温度范围。高炉冶炼要求铁矿石的消融温度要高，消融温度区间要窄。六、铁矿石各项指标的牢固性铁矿石的各项理化指标保持相对牢固，才能最大限度地发挥生产效率。在前述各项指标中，矿石品位、脉石成分与数量、有害杂质含量的牢固性特别重要。高炉冶炼要求成分颠簸范围:含铁原料TFe05l0；(SiO2)0203；烧结矿的碱度为00301。为了保证矿石成分的牢固，加强原料的整粒和混匀是特别必要的。第三节铁矿石冶炼前的准备和办理从矿山开采出来的铁矿石，无论是粒度还是化学成分都不能够满足高炉冶炼的要求，一般要经过破碎、筛分、混匀、焙烧、选矿和造块等加工办理过程。一、破碎破碎是铁矿石准备办理工作中的基本环节，当矿石粒度很大时，破碎一般都要分段进行，依照破碎的粒度，可分为粗碎、中碎、细碎和粉碎。粗碎：从l300500mm破碎到400125mm；中碎：从400125mm破碎到10025mm；细碎：从l0025mm破碎到255mm；粉碎：从5mm破碎到lmm。对于天然铁矿石的粗、中、细碎作业，目前采用的主要破碎设备有颚式破碎机和圆锥式破碎机两大类，其工作原理如图21所示。图21破碎机的工作原理表示图颚式破碎机；(b)圆锥式破碎机；(c)短锥式破碎机二、筛分经过单层或多层筛面，将颗粒大小不同样的混杂料分成若干不同样粒度级其他过程，称为筛分。其目的是筛除粉末，同时也要将大于规定粒度上限的大块筛除进行再破碎，并对合格块度进行分级。筛分既能够提高破碎机的工作效率，又能够改进物料的粒度组成，更好地满足高炉冶炼的要求。矿石的筛分设备多采用振动筛。其筛分原理是利用筛网的上下垂直振动进行的。筛网的振动可达每分钟l500次左右，振幅达0512mm，筛面与水平面成l040的倾角。矿石规定的入炉粒度若在835mm范围时，可分为二级入炉，820mm为一级，2035mm为一级，分级入炉比混杂入炉的收效好。振动筛的筛分效率高，单位面积产量大，筛孔不易拥堵，调整方便，适用粒度范围广。平时，矿石在破碎、筛分过程中经过皮带运输机将破碎机械与筛分机械联系起来，组成破碎筛分流程。三、混匀混匀又称为中和。其目的在于牢固铁矿石的化学成分，从而牢固高炉操作，保持炉况顺行，改进冶炼指标。矿石的混匀方法是按“平铺直取”的原则进行的。所谓平铺，是依照料场的大小将每一批来料沿水平方向依次平铺，一般每层厚度为200-300mm，把料铺到必然高度(首钢原料场规定4.5m)。所谓直取，即取矿时，沿料堆垂直断面截取矿石，这样能够同时截取好多层次的矿石，从而达到混匀的目的。四、铁矿石的焙烧铁矿石的焙烧是将其加热到低于消融温度200300的一种办理过程。焙烧的目的是改变矿石的矿物组成和内部构造，去除部分有害杂质，回收适用元素，同时还可以够使矿石变得松弛，提高矿石的还原性。焙烧的方法有氧化焙烧、还原磁化焙烧和氯化焙烧等。氧化焙烧是铁矿石在氧化气氛条件下焙烧，主要用于去除褐铁矿中的结晶水，菱铁矿中的C02，并提高品位，改进还原性。还原磁化焙烧是在还原气氛中进行，其作用是将弱磁性的赤铁矿及非磁性的黄铁矿转变成拥有