铁矿石性能(原料处)

铁矿石特性、价值评价及铁矿粉性能介绍铁矿石分类及特性铁矿石及矿粉价值评价方法简介中国铁矿石特点十八种进口矿粉的理化性能和单烧性能介绍太钢对铁矿石的性能研究介绍主要内容铁矿石有关概念一、矿石和脉石矿石是矿物的集合体。但是，在当前科学技术条件下，能从中经济合理地提炼出金属来的矿物才称为矿石。矿石的概念是相对的。例如铁元素广泛地、程度不同地分布在地壳的岩石和土壤中，有的比较集中，形成天然的富铁矿，可以直接利用来炼铁，堪称矿石；有的比较分散，形成贫铁矿，用于冶炼既困难又不经济。需要经过富选处理才能利用。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。铁矿石有关概念磁铁矿赤铁矿褐铁矿菱铁矿天然铁矿石的分类及特征天然铁矿石•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℃。（一）磁铁矿•在自然界中纯磁铁矿很少见，常常由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变为半假象赤铁矿和假象赤铁矿。所谓假象就是Fe3O4虽然氧化成Fe2O3·，但它仍保留原来磁铁矿的外形。它们一般可用TFe/FeO的比值来区分：•TFe/FeO=2.33为纯磁铁矿石•TFe/FeO3.5为磁铁矿石•TFe/FeO=3.5~7.0为半假象赤铁矿石•TFe/FeO7.0为假象赤铁矿石•式中，TFe－矿石中的总含铁量（%），又称全铁；FeO－矿石中的FeO含量（%）。•又称红矿，其主要含铁矿物为Fe2O3，其中铁占70%，氧占30%，常温下无磁性。但Fe2O3有两种晶形，一为α-Fe2O3，一为γ-Fe2O3，在一定温度下，当α-Fe2O3转变为γ-Fe2O3时，便具有了磁性。•色泽为赤褐色到暗红色，•由于其硫、磷含量低，还原性较磁铁矿好，是优良原料。•赤铁矿的熔融温度为：1580~1640℃。（二）赤铁矿•通常指含水氧化铁的总称。•如3Fe2O3·4H2O称为水针铁矿；2Fe2O3·3H2O才称褐铁矿。•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。（三）褐铁矿•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。•其化学组成为FeCO3，亦可写成FeO·CO2，其中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。（四）菱铁矿•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铁矿石质量评价•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%，SiO250%，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。1.矿石品位•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。•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Fe45.30，CaO10.05，MgO3.34，SiO211.20。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，S0.3%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。•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。•铅（Pb）、锌（Zn）和砷（As）•在高炉内都易还原。Pb不溶于Fe而密度又比Fe大，还原后沉积于炉底，破坏性很大。Pb在1750℃时沸腾，挥发的铅蒸气在炉内循环能形成炉瘤。Zn还原后在高温区以Zn蒸气大量挥发上升，部分以ZnO沉积于炉墙，使炉墙胀裂并形成炉瘤。As可全部还原进入生铁，它可降低钢材的焊接性并使之“冷脆”。生铁含As量应小于1%，优质生铁不应含As。•铁矿石中的铅、锌、砷常以硫化物形态存在，方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）、毒砂（FeAsS）。烧结过程中很难排除铅、锌，因此要求含量越低越好。一般要求含铅、锌不应超过0.1%。•含铅高的铁矿石可以通过氯化焙烧和浮选方法使铅铁分离。含锌高的矿石不能单独直接冶炼，应该与含锌少的矿石混合使用，或进行焙烧、选矿等处理，降低铁矿石中的含锌量。烧结过程中能部分去除矿石中的砷，可以采用氯化焙烧方法排除。通常要求，铁矿石含砷不超过0.07%•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。•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。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。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：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（%）。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。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