高炉炼铁原料

高炉炼铁原料1.铁矿石和燃料高炉炼铁必备的三种原料中，焦炭作为燃料和还原剂，是主要能源；熔剂，如石灰石，主要用来助熔、造渣；铁矿石则是冶炼的对象。这些原料是高炉冶炼的物质基础，其质量对冶炼过程及冶炼效果影响极大。铁矿石铁矿石分类及特性高炉冶炼用的铁矿石有天然富矿和人造富矿两大类，含铁量在50刈上的天然富矿经适当破碎、筛分处理后可直接用于高炉冶炼。贫铁矿一般不能直接入炉，需要破碎、富矿并重新造块，制成人造富矿（烧结矿或球团矿）再入高炉。人造富矿含铁量一般在55%65腺间。由于人造富矿事先经过焙烧或者烧结高温处理，因此又称为熟料，其冶炼性能远比天然富矿优越，是现代高炉冶炼的主要原料。天然块矿统称成为生料。我国富矿储量很少，多数是含Fe30%fc右的贫矿，需要经过富矿才能使用。A,矿石和脉石能从中经济合理的提炼出金属来的矿物成为矿石。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；有的比较分散，形成贫铁矿，用于冶炼及困难又不经济。随着选矿和冶炼技术的发展，矿石的来源和范围不断扩大。含铁较低的贫矿经过富选也可用于炼铁。矿石中除了用来提炼金属的有用矿物外，还含有一些工业上没有提炼价值的矿物或岩石，称为脉石。对冶炼不利的脉石矿物，应在选矿和其他处理过程中尽量去除。但矿石中脉石的结构和分布直接影响矿石的选冶性能。如果含铁矿物结晶颗粒比较粗大，则在选矿过程中易于实现有用矿物的单体分离；反之，如果含铁矿物呈颗粒结晶嵌布在脉石中，则要进一步细磨矿石才能分离出有用单体。B.天然矿石的分类及特性天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等几种，主要矿物组成及红磁铁矿，主要含铁矿物为Fe3O4具有磁性。具化学组成可视为Fe2O3*FeQ其中FeO30%Fe2O369%Tfe72.4%,O27.6%。磁铁矿颜色为灰色或黑色，由于其结晶结构致TiO2和V2O皿生，叫钮钛磁铁矿；只与TiO2共生的叫钛磁铁矿，其他常见混入元素还有银、铭、钻等。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。TFe/FeO=2.33TFe/FeO=3.5~7.0为纯磁铁矿石为磁铁矿石为半假象赤铁矿石为假象赤铁矿石式中TFe-矿石含铁总量（又称全铁）赤铁矿，又称红矿，主要含铁矿物为Fe2O3其中Fe70%030%赤铁矿常温下无磁性。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，深褐色或者黑色，硫、磷、碎等有害杂质一半多。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。其化学组成为FeCO3亦可写成FeO.CO2其中FeO62.1%CO2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过焙烧处理。铁矿石质量评价铁矿石质量直接影响高炉冶炼效果，必须严格要求。通常从以下方面评价：A.成份利于降低焦比和提高产量，从而提高经济效益。经验表明，矿石品位提高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，又促进炉况顺利。矿石的贫富一般以其理论含铁量的70麻评估。实际含铁量超过理论含铁量的70阳富矿，但这并不是绝对固定的标准。因为它还与矿石的脉石成分、杂质含于褐、菱铁矿受热分解出水和二氧化碳，品位提高。碱性脉石矿含CaCft,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。W(FeO)口CaO=w(TFe)/100--w(CaO)X100%式中w(TFe)原矿含铁量%w(CaO)原矿CaO含量%但若矿石带入的碱性脉石数量超过造渣的总需要量，也会给冶炼带来困难.具有开采价值的铁矿石最低工业品为主要取决于资源和技术经济条件，并没有统一脉石中含有碱性脉石，如CaOMgO有酸性脉石，如SiO2、A12O3。一般铁矿石含酸性脉石者居多，即其中SiO2高，须加入相当数量的石灰石造成碱度w(CaO)/w(SiO2)为1.0左右的炉渣，才能满足冶炼工艺的需求。因此希望酸性脉石含量越少越好。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%?iO211.20%自然碱度w(CaO)/w(SiO2)=0.9,w(CaO+MgO;)/w(SiO2)=1.2,接近炉渣监督的正常范围，属自熔性W(FeO)口CaO=45.3/100-CaOX100%=50.4%炉渣难熔而不易流动，使冶炼造成困难。印度他塔钢铁公司(TISCO矿石中Al2O3高，炉渣中Al2O3含量高达25溢右，因此采取提高MgO的含量来解决炉渣流动性的问题。有的矿石脉石中还含有TiO2,CaF2,碱金属3.有害杂质和有益元素的含量有害杂质通常指硫、磷、铅、锌、碑等，它们的含量越低越好。铜有时为害，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。铁矿石中有害杂质的危害及界线含量允许含量%危害及某些说明S使钢产生“热脆”，易轧裂对碱性转炉生铁磷使钢产生“热脆”烧结及炼铁过程皆不能除磷P对普通铸造生铁对高磷铸造生铁Zn900度挥发，蒸汽上升后冷凝沉积于炉墙，使炉墙膨胀，破坏炉壳。烧结时可除去50%-60%勺Zn少量Cu可改善钢的耐腐蚀性，但Cu过多使钢热脆As使钢“冷脆”不易焊接；生铁W[As]<=0.1%炼优质钢时，铁中不应有AsTi降低钢的耐磨性及耐腐蚀性；使炉渣变黏易起泡沫；含（TiO2）过高的矿应作为宝贵的Ti资源易挥发，在炉内循环积累，造成结瘤，降低焦炭及矿石的强度F与铁形成FeS,而FeS与铁形成的共晶体熔点为988摄氏度，低于钢材热加工的开始温度（1150-1200摄氏度）。热加工时，分布于晶含硫越低越好。但硫可以改善钢材的切削加工性能，易切削钢中硫可达0.15%~0.3%高炉炼铁过程可去除90%U上的硫。但脱硫需要提高炉渣碱度，导致焦比增加，产量降低。对于高硫矿石，可以通过选矿和烧结的方法降低含硫量。止匕外，磷可改善钢的切削性能。矿石中的磷在选矿和烧结过程中不易除去，在高炉冶炼过程中，磷几乎全部进入生铁。因此，生铁含磷量决定于矿石含磷量，要求铁矿石含磷低。铅、锌和碑在高炉内都易还原。铅不溶于铁而密度又比铁大，还原后沉积于炉底，破坏性很大。铅在1750摄氏度时沸腾，挥发的铅蒸汽在炉内循环能形成炉瘤。锌还原后在高温区以锌蒸汽形势大量挥发上升，部分以ZnO沉积于炉墙，使炉墙涨裂并形成炉瘤。碑可全部还原进入生铁，它可降低钢材的焊接性并使之“冷脆”。生铁含碑量应小于1%优质生铁不应含碑。铁矿石中的铅、锌、碑常以硫化物形态存在，如方铅矿（Pb0、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，降低铁矿石中的含碑不超过0.07%。铜在钢中若不超过0.3%,可增加刚才抗蚀性；超过0.3%寸，则降低其焊接性，并有热脆现原；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，则严重影响料柱礴围，并力求缩小上下限粒度差。透气性变坏，引起炉况不顺。C.还原性要指标。矿石还原好，有利于降低焦比，提高产量。改善矿石还原性（或采用易还原矿石）是强化高炉冶炼的重要措施之一。影响铁矿石还原性的因素主要有矿物组成、矿石结构的致密程度、粒度和气孔D.化学成分稳定性铁矿石成分的波动会引起炉温、炉渣碱度和性质以及生铁质量的波动、造成炉况不顺，使焦比升高，产量下降。同时，炉况的频繁波动使高炉自动控制难以实现。因此，必须严格控制炉料成分的波动范围。稳定矿石成分的有效方法是对矿石进行混匀处理。矿石的准备处理天然富矿需经破碎、筛分以获得合适而均匀的粒度。褐铁矿、菱铁矿和致密磁铁矿应进行焙烧处理，以去除其结晶水和CO2提高品位，疏松其组织，改善还原性，提高以上的精矿粉，经混匀后进行造块，制成人造富矿，然后按高炉粒度要求进行适当破碎、筛A破碎筛分“小、匀、净”的入炉标准，使贫矿中的铁矿物与脉石单体分离，以便选矿。破碎的常用设备有颤式、锥式、辐式破碎机，球磨机和棒磨机。筛分的常用设备有固定条筛、圆筒筛、振动筛等。匀，以保证烧结矿成分稳定。焙烧是在适当的气氛中，使铁矿石加热到低于其熔点的温度，在固定下发生的石的氧化，可用于去除CO2和H25口S（碳酸盐和结晶水分解，硫化物氧化），使致密矿石的组织变得疏松，易于还原。4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO22Fe2O3.3H2O=2Fe2O3+3H2O3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2还原焙烧的目的是使贫赤铁矿中的Fe2O3$专变为具有磁性的Fe3O4以便磁选3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO23Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O氯化焙烧则是为了回收赤铁矿中的有色金属如锌、铜、碑等，或去除其他有害杂质。使矿物资源得到充分利用.通过选矿获得的有用富集矿物称为精矿，如铁精矿等；其余部分叫尾矿，主要由脉石组成，必须将它们进一步精选出来.精选铁矿石的方法主要有：1.重选：利用含铁矿物和脉石密度的差异选分。当两者粒度相近而在介质中沉落时，则密2.磁选：利用有用矿物和脉石导磁性不同的特点进行选分。在磁场作用下，强磁性的颗粒（如Fe3O4便同弱磁性（如Fe2O3或无磁性的（如石英）颗粒分开。如以纯铁的导磁系数为100%则强磁性白^磁铁矿为40.2%,中磁性的钛铁矿为24.7%,弱磁性的赤铁矿为1.32%,无磁性的黄铁矿、石英脉石等在0.5%以下。3.浮选：利用矿物亲水性差异性进行矿选。将矿物磨碎到一定粒度，使有用矿物和脉石矿下沉，亲水性弱的颗粒浮起，从而使用矿物和脉石分离。为了提高浮选效果，常使用各种浮形成气泡和稳定泡沫、防止浮起颗粒下沉的气泡剂等。造块富选得到的精矿粉，天然富矿破碎筛分后的粉矿，以及一些含铁粉尘物料（如高炉、转炉炉尘，轧钢皮，铁屑，硫酸渣等）不能直接加入高炉，必须用烧结或制团的方法将它们重新造块，制成烧结矿、球团矿或预还原炉料入炉。的冶炼原料。例如加入CaO,MgOZ提高矿石碱度；在可能的条件下加入还原剂C,改善矿石的还原性能。铁矿粉造块的过程中，还可以去除某些杂质元素。铁矿粉造块技术使高炉冶炼的各项技术指标得到大幅度提高。矿石冶炼条件下，脉石及灰分不能熔化，必须加入熔剂以生成低熔点化合物，形成流动性好的炉渣，实现渣铁分离并自炉内顺畅派出。止匕外，加入熔剂形成一定碱度的炉渣，可去除生铁中有害杂质硫，提高生铁质量。近代高炉大多使用高碱度烧结矿加酸性炉料。当烧结矿碱度适宜，酸性炉料配比准确，原料化学成分波动较小时，所需加入的熔剂量较少。熔剂的种类由于矿石脉石和焦炭灰分多是酸性氧化物（SiO2+Al2O3）,所以高炉所使用的熔剂多为碱性熔剂（石灰石CaCO3白云石CaCO3.MgCO搭。现代高炉造渣所需熔剂通常石灰石中Ca掘际含量为50施右，此外还含有少量MgCO,3SiO2在高炉炉渣中A12O3高时效果特别显著。常用的含镁熔剂为白云石（CaCO3+MgCO3我国少数企业以菱镁石（MgCO3或蛇纹石（3MgO+2SiO2+2H2O作含镁熔剂，后者可同时作为酸性熔剂。国外（如日本、欧洲很多国家）以蛇纹石、橄榄石做含镁熔剂较为普遍。石的办法，很少使用酸性熔剂。高炉燃料焦炭木炭有木材在足够温度下干储而成，是最早使用的高炉燃料。它固定碳含量高，灰分低，几乎不含硫，气孔度高，但机械强度差。随着钢铁工业的发展，高炉容积不断扩大，木炭的机械强度无法满足要求，且造成森林资源大量消耗，因高炉冶炼的主要燃料和能源基础。焦炭的作用焦炭是用焦煤在隔绝空气的高温（10000。下，进行干储、炭化而得到的多孔块状产品。在高炉冶炼过程中，焦炭具有以下作用：1燃烧。焦炭在风口前被鼓风中的氧燃烧，放出热量。高炉冶炼所消耗热量的70%~80哧2还原剂。高炉冶炼主要是生铁中的铁和其他合金元素的还原及渗碳过程，而焦炭中所含的固定碳以及焦炭燃烧产生的C渥铁及其他氧化物进行还原的还原剂。3料柱骨架。由于焦炭约占高炉柱料1/3~1/2的体积，在高炉冶炼条件下焦炭既不熔融也不软化，能起支持料柱、维持炉内透气性的骨架作用。在高炉下部,矿石和熔剂已全部软化并熔化为液体，只有焦炭仍以固体状态存在，从而保证高炉下部料柱的透气性，使炉缸煤气初始分布良好。焦炭的这一作用目前还没有其他燃料能替代。4生铁渗碳的碳源。每吨炼钢生铁渗碳消耗的焦炭在50公斤左右。喷吹燃料任务。主要途径有：改善原、燃料质量和高炉冶炼过程，降低焦比；从风口喷吹辅助燃料，代替部分焦炭；寻找焦炭替代品（型焦）；开发少用焦炭或不用焦炭的炼铁新工艺等。1气体燃料：天然气、焦炉煤气、热转化气（如裂化石油气、重油裂化气等）。它们易与空气混合，燃烧效率高；可预热，提高燃烧温度，燃烧过程易于控制，输送方便。高炉喷吹气体的种类和数量主要取决于当地资源条件。2液体燃料：重油、柴油、焦油。重油是石油分储提取汽油、柴油、煤油后剩下的产品。其中可燃物多，含碳86%~89%氢10%~12%硫、灰分、水分少。重油发热量高达40~42MJ/Kg燃烧温度高，火焰辐射能力强，喷吹效果好，储存方便，喷吹设备简单，易于操作控制，是适宜高炉喷吹的优质燃料。国外高炉多用它，但受资源限制。3固体燃料：固定碳高，发热值高的无烟煤粉。烧结矿富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都必须重新造块才能用于高炉冶炼。通过烧结得到的烧结矿冶炼性能优于天然富矿，如高温强度高，还原性好。烧结矿中含有一定的CaO,MgO具有足够的碱度，高炉可不加或少加石灰石。此外，通过烧结可部分去除矿石中的硫、锌、铅等有害杂质，减少其对高炉的危害；使用烧结矿冶炼有利于减少高炉冶炼天然矿石出现的结瘤问题；烧结中还可广泛利用各种含铁粉尘和废料好，成份稳定，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。1.1烧结矿强度和粒度烧结矿强度好，粒度均匀，可减少运输过程中和炉内产生的粉末，改善高炉料柱透气性，保证炉况顺利。1.2烧结矿还原性好，有利于强化冶炼并相应减少还原剂消耗。生产中习惯矿过熔而使结构致密，气孔率低，故还原性差。烧结矿强度和FeO含量有一定相关关系。即FeO含量高，强度就高，但还原性就差。烧结生产的重要任务之一，就是要使烧结矿既获得足够的强度，又有良好的还原性。酸性(普通)烧结矿：碱度低于炉渣碱度(R=1.0〜1.2)的烧结矿。高炉使用这种烧结矿，需加入一定量的石灰石以达到预定的炉渣碱度。自熔性烧结矿：碱度等于或者接近于炉渣碱度的烧结矿(R=1.0〜1.4)。高炉是用一般不加或者少加石灰石。熔剂性烧结矿：碱度明显高于炉渣碱度的烧结矿(R>1.4)。此外还有高碱度(R=2.0〜3.0)、超高碱度(R=3.0〜4.0)烧结矿。由于这种烧结矿含CaO高，使用时无需加石灰石，往往与酸性矿配合冶炼，以获得碱性合适的炉渣。烧结过程及主要反应带式抽风烧结是目前生产烧结矿的主要方法。抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧球团矿球团是人造块状原料的一种方法。它是将精矿粉、熔剂的混合物，在造球机中滚成直径8〜15mm勺生球，然后干燥、焙烧、固结成为具有良好冶金性质的含铁原料。球团固结方法分为高温固结和低温固结。球团矿质量指标质量优良的生球是获得高产、优质球团矿的先决条件。优质生球必须具有适宜而均匀的粒度、足够的抗压强度和落下速度及良好的抗热冲击性。生球粒度近年来球团粒度逐渐变小，生产实践证明，粒度为6〜12mm勺球团较理想。在高炉中由于球团粒度均匀，孔隙度大，气流阻力小，还原速度快，为高炉高产低耗提供了有利条件。故目前大多数厂家都以生产6〜12mm勺球团为目生球抗压强度生球必须具有一定的抗压强度，以承受生球在热固结过程中的各种应力、台车上料层的压力和抽风负压的作用等。抗压强度使用压力机进行检以生球破裂时的平均压力值作为生球平均抗压强度。生球的抗压强度随被烧方法的不同而异，目前尚无统一标准，一般带式焙烧机要求单球生球落下强度生球必须有足够的落下强度以保证生球在运输过程中既不破裂又很少变形。具检验方法是，选取10个直径为12.5mm的生球，自457.2mm高处自由落直至出现裂纹或破裂为止。记录每个生球的落下次数并求出其平均值，作为落下强度指标。生球破裂温度生球在干燥时受到水分强烈蒸发和快速加热2球团矿质量指标球团矿质量要求的项目主要有：粒度、机械强度、还原性、软化及熔点、化学成分及其稳定性。