鐵礦石基礎(chǔ)知識

1、鐵礦石基礎(chǔ)知識第一節(jié)鐵礦石及其分類一、礦物、礦石和巖石地殼中的化學(xué)元素經(jīng)過各種地質(zhì)作用,形成的天然元素和天然化合物稱為礦物。 它具有較均一的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)晶構(gòu)造，具有一定的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。礦石和巖石均由礦物所組成，是礦物的集合體。但是，礦石是在目前的技術(shù)條件 下能經(jīng)濟合理地從中提取金屬、金屬化合物或有用礦物的物質(zhì)。因此礦石和巖石 的概念是相對的。礦石又由有用礦物和脈石礦物所組成。礦石中能夠被利用的礦物為有用礦物，目 前尚不能利用的礦物為脈石礦物。二、鐵礦石的分類及主要特性在自然界中，金屬狀態(tài)的鐵是極少見的，一般都和其他元素結(jié)合成化合物。 現(xiàn)在 已知道的含鐵礦物有300多種，但在目前的工藝

2、條件及技術(shù)水平下能夠用作煉鐵 原料的只有20多種。根據(jù)含鐵礦物的主要性質(zhì)，按其礦物組成，通常將鐵礦石 分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦四種類型。1 .磁鐵礦磁鐵礦化學(xué)式為Fe3O4結(jié)構(gòu)致密，晶粒細(xì)小，黑色條痕。具有強磁性，含 S、P 較高，還原性差。2 .赤鐵礦赤鐵礦化學(xué)式為Fe2O3條痕為櫻紅色，具有弱磁性。含 S、P較低，易破碎、 易還原。褐鐵礦是含結(jié)晶水的氧化鐵，呈褐色條痕，還原性好，化學(xué)式為nFe2O3 mH2O(n=F3, m=k4)。褐鐵礦中絕大部分含鐵礦物是以 2Fe2O3 3H2O 的形式存在的。4 .菱鐵礦菱鐵礦化學(xué)式為FeC03顏色為灰色帶黃褐色。菱鐵礦經(jīng)過焙燒，分解出

3、C02氣 體，含鐵量即提高，礦石也變得疏松多孔，易破碎，還原性好。其含 S低，含P 較高。各種鐵礦石的分類及其主要特性列于表 2-1 o第二節(jié)、高爐冶煉對鐵礦石的要求鐵礦石是高爐冶煉的主要原料，其質(zhì)量的好壞，與冶煉進(jìn)程及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有極 為密切的關(guān)系。決定鐵礦石質(zhì)量的主要因素是化學(xué)成分、物理性質(zhì)及其冶金性能。 高爐冶煉對鐵礦石的要求是：含鐵量高，脈石少，有害雜質(zhì)少，化學(xué)成分穩(wěn)定， 粒度均勻，良好的還原性及一定的機械強度等性能。一、鐵礦石品位鐵礦石的品位即指鐵礦石的含鐵量，以 TFe%表示。品位是評價鐵礦石質(zhì)量的主 要指標(biāo)。礦石有無開采價值，開采后能否直接入爐冶煉及其冶煉價值如何，均取決于礦石的

4、含鐵量。鐵礦石含鐵量高有利于降低焦比和提高產(chǎn)量。 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，礦石品位提高1%, 焦比降低2%,產(chǎn)量提高3%。因為隨著礦石品位的提高，脈石數(shù)量減少，熔劑 用量和謂量也相應(yīng)減少，既節(jié)省熱量消耗，又有利于爐況順行。從礦山開采出來 的礦石，含鐵量一般在30%60%之間。品位較高，經(jīng)破碎篩分后可直接入爐 冶煉的稱為富礦。一般當(dāng)實際含鐵量大于理論含鐵量的70%90%時方可直接入爐。而品位較低，不能直接入爐的叫貧礦。貧礦必須經(jīng)過選礦和造塊后才能入 爐冶煉。二、脈石成分鐵礦石的脈石成分絕大多數(shù)為酸性的，SiO2含量較高。在現(xiàn)代高爐冶煉條件下， 為了得到一定堿度的爐渣，就必須在爐料中配加一定數(shù)量的堿性熔劑（

5、石灰石）與Si02作用造渣。鐵礦石中Si02含量愈高，需加入的石灰石也愈多，生成的渣 量也愈多，這樣，將使焦比升高，產(chǎn)量下降。所以要求鐵礦石中含Si02愈低愈好。脈石中含堿性氧化物（Ca0、MgO較多的礦石，冶煉時可少加或不加石灰石，對降 低焦比有利，具有較高的冶煉價值。、有害雜質(zhì)和有益元素的含量1 .有害雜質(zhì)礦石中的有害雜質(zhì)是指那些對冶煉有妨礙或使礦石冶煉時不易獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的 元素。主要有 S、P、Pb、Zn、As、K、Na 等。硫硫在礦石中主要以硫化物狀態(tài)存在。硫的危害主要表現(xiàn)在：a.當(dāng)鋼中的含硫量超過一定量時，會使鋼材具有熱脆性。這是由于FeS和Fe結(jié)合成低熔點（985 C）合金，冷卻時

6、最后凝固成薄膜狀，并分布于晶粒界面之間， 當(dāng)鋼材被加熱到11501200c時，硫化物首先熔化，使鋼材沿晶粒界面形成裂 紋。b.對鑄造生鐵，會降低鐵水的流動性，阻止 Fe3c分解，使鑄件產(chǎn)生氣孔、難于 切削并降低其韌性。c.硫會顯著地降低鋼材的焊接性，抗腐蝕性和耐磨性。國家標(biāo)準(zhǔn)對生鐵的含硫量有嚴(yán)格規(guī)定，煉鋼生鐵，最高允許含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能超 過0.07 %,鑄造鐵不超過0.06%。雖然高爐冶煉可以去除大部分硫，但需要高 爐溫、高爐渣堿度，對增鐵節(jié)焦是不利的。因此礦石中的含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須小于 0.3 %。磷磷也是鋼材的有害成分。以Fe2P、Fe3P形態(tài)溶于鐵水。因為磷化物是脆性物質(zhì)， 冷凝時聚集于鋼

7、的晶界周圍，減弱晶粒間的結(jié)合力，使鋼材在冷卻時產(chǎn)生很大的 脆性，從而造成鋼的冷脆現(xiàn)象。由于磷在選礦和燒結(jié)過程中不易除去，在高爐冶 煉中又幾乎全部還原進(jìn)入生鐵。所以控制生鐵含磷的惟一途徑就是控制原料的含 磷量。(3)鉛和鋅鉛和鋅常以方鉛礦(PbS)和閃鋅礦(ZnS)的形式存在于礦石中。在高爐內(nèi)鉛是易還原元素，但鉛又不溶解于鐵水，具密度大于鐵水，所以還原出 來的鉛沉積于爐缸鐵水層以下，滲入磚縫破壞爐底砌磚，甚至使?fàn)t底砌磚浮起。鉛又極易揮發(fā)，在高爐上部被氧化成 PbQ粘附于爐墻上，易引起結(jié)瘤。一般要 求礦石中的含鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 0.1 %。高爐冶煉中鋅全部被還原，其沸點低(905 C),不熔于鐵水。

8、但很容易揮發(fā)，在 爐內(nèi)又被氧化成ZnQ部分ZnO沉積在爐身上部爐墻上，形成爐瘤，部分滲入爐 襯的孔隙和磚縫中，引起爐襯膨脹而破壞爐襯。礦石中的含鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于 0. 1%o神種在礦石中含量較少。與磷相似，在高爐冶煉過程中全部被還原進(jìn)入生鐵， 鋼中 含神也會使鋼材產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象，并降低鋼材焊接性能。要求礦石中的含種質(zhì) 量分?jǐn)?shù)小于0. 07%。(5)堿金屬堿金屬主要指鉀和鈉。一般以硅酸鹽形式存在于礦石中。冶煉過程中，在高爐下 部高溫區(qū)被直接還原生成大量堿蒸氣，隨煤氣上升到低溫區(qū)又被氧化成碳酸鹽沉 積在爐料和爐墻上，部分隨爐料下降，從而反復(fù)循環(huán)積累。其危害主要為：與爐 襯作用生成鉀震石(K2O

9、A12O3 2SiO2),體積膨脹40%而損壞爐襯；與爐襯作 用生成低熔點化合物，粘結(jié)在爐墻上，易導(dǎo)致結(jié)瘤；與焦炭中的碳作用生成插入 式化合物(CK& CNa8林積膨脹很大，破壞焦炭高溫強度，從而影響高爐下部料 柱透氣性。因此要限制礦石中堿金屬的含量。(6)銅銅在鋼材中具有兩重性，銅易還原并進(jìn)入生鐵。當(dāng)鋼中含銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0. 3% 時能改善鋼材抗腐蝕性。當(dāng)超過0.3 %時又會降低鋼材的焊接性，并引起鋼的“熱 脆”現(xiàn)象，使軋制時產(chǎn)生裂紋。一般鐵礦石允許含銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過 0.2%。2 .有益元素礦石中有益元素主要指對鋼鐵性能有改善作用或可提取的元素。如鈕(Mn)、銘(Cr)、鉆(Co)

10、、鍥(Ni)、銳(V)、鈦(Ti)等。當(dāng)這些元素達(dá)到一定含量時，可顯 著改善鋼的可加工性，強度和耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能。同時這些元素的經(jīng)濟 價值很大，當(dāng)?shù)V石中這些元素含量達(dá)到一定數(shù)量時， 可視為復(fù)合礦石，加以綜合 利用。四、鐵礦石的還原性鐵礦石的還原性是指鐵礦石被還原性氣體 C0或H2還原的難易程度。它是一項評 價鐵礦石質(zhì)量的重要指標(biāo)。鐵礦石的還原性好，有利于降低焦比。影響鐵礦石還原的因素主要有礦物組成、礦物結(jié)構(gòu)的致密程度，粒度和氣孔率等。 一般磁鐵礦因結(jié)構(gòu)致密，最難還原。赤鐵礦有中等的氣孔率，比較容易還原。褐 鐵礦和菱鐵礦容易還原，因為這兩種礦石分別失去結(jié)晶水和去掉 CO汨，礦石氣 孔率增

11、加。燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的氣孔率高，其還原性一般比天然富礦的還要好。五、礦石的粒度、機械強度和軟化性礦石的粒度是指礦石顆粒的直徑。它直接影響著爐料的透氣性和傳熱、傳質(zhì)條件。通常，入爐礦石粒度在535m佗問，小于5mmi勺粉末是不能直接入爐的。確定 礦石粒度必須兼顧高爐的氣體力學(xué)和傳熱、傳質(zhì)幾方面的因素。在有良好透氣性 和強度的前提下，盡可能降低爐料粒度。鐵礦石的機械強度是指礦石耐沖擊、 抗摩擦、抗擠壓的能力，力求強度要高一些 為好。鐵礦石的軟化性包括鐵礦石的軟化溫度和軟化溫度區(qū)間兩個方面。軟化溫度是指鐵礦石在一定的荷重下受熱開始變形的溫度； 軟化溫度區(qū)間是指礦石開始軟化到 軟化終了的溫度范圍。高爐冶煉要求鐵礦石的軟化溫度要高，軟化溫度區(qū)間要窄。六、鐵礦石各項指標(biāo)的穩(wěn)定性 鐵礦