铁矿石基础培训

铁矿石冶炼前的准备和处理
• 振动筛的筛分效率高，单位面积产量大， 筛孔不易堵塞，调整方便，适用粒度范围 广。 • 通常，矿石在破碎、筛分过程中通过皮带 运输机将破碎机械与筛分机械联系起来， 构成破碎筛分流程。
2.3 混匀 混匀又称为中和。其目的在于稳定铁矿石的化学 成分，从而稳定高炉操作，保持炉况顺行，改善 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，是根据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， 把料铺到一定高度(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 样可以同时截取许多层次的矿石，从而达到混匀 的目的。
铁矿石分类及其特性
• 1.2 铁矿石的分类及主要特性 • 1.2.1 铁矿石的用途简介 • 铁矿石主要用于钢铁工业冶炼含碳量不同的生铁（含碳量一般 在2%以上）和钢（含碳量一般在2%以下）。铁是世界上发现最 早，利用最广、用量也是最多的一种金属，其消耗量约占金属 总消耗量的95%左右。 • 生铁通常按用途不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢 按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。合金钢是在碳素钢的基 础上，为改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元 素的钢，加入钢中的元素种类很多，主要有铬、锰、钒、钛、 镍、钼、硅等。此外，铁矿石还用于合成氨的催化剂（纯磁铁 矿），天然矿物颜料（赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿）、饲料添加 剂（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）和名贵药石（磁石）等，但用 量很少。
铁矿石中的有害元素
• （2）磷（P） • 磷也是钢材的有害成分。以Fe2P、Fe3P形态 溶于铁水。因为磷化物是脆性物质，冷凝 时聚集于钢的晶界周围，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 烧结过程中不易除去，在高炉冶炼中又几 乎全部还原进入生铁。所以控制生铁含磷 的惟一途径就是控制原料的含磷量。
铁矿石中的有害元素
• 1.3.1 矿石中的有害杂质是指那些对冶炼有妨碍或使矿石冶 炼时不易获得优质产品的元素。主要有S、P、Pb、Zn、As、 K、Na、Cu等。 • （1）硫（S） • 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.当钢中的含硫量超过一定量时，会使钢材具有热脆性。 这是由于FeS和Fe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 1150～1200℃时，硫化物首先熔化，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，阻止Fe3C分解，使 铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性。
铁矿石分类及其特性
• （1）磁铁矿 • 磁铁矿的化学成分为Fe3O4，其中FeO=31%， Fe2O3=69%。理论含铁量为72.4%。磁铁矿具有磁性， 颜色为铁黑色，条痕呈现黑色，金属光泽或半金属 光泽、不透明，摩氏硬度5.5-6，比重4.8-5.3，脉石 主要是石英及硅酸盐。磁铁矿还原性差，一般含有 害杂质硫、磷较高。 • 在自然界，纯磁铁矿矿石很少遇到，常常由于地表 氧化作用使部分磁铁矿氧化转变成半假象赤铁矿和 假象赤铁矿。所谓假象赤铁矿就是磁铁矿（Fe3O4） 氧化成赤铁矿（Fe2O3），但它仍保留原来磁铁矿 的外形，所以叫做假象赤铁矿。
铁矿石中的有害元素
• （6）铜（Cu） • 铜在钢材中具有两重性，铜易还原并进入 生铁。当钢中含铜质量分数小于0．3％时 能改善钢材抗腐蚀性。当超过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。一般铁矿石允 许铜含量不超过0.2％。 • Pb＜0.1%、Zn＜0.1%、As＜0.07%、Cu＜ 0.2%、K2O+Na2O≤0.25%。
铁矿石分类及其特性
• 1.2.2 铁矿石的主要分类
• 在自然界中，金属状态的铁是极少见的， 一般都和其他元素结合成化合物存在。目 前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种， 其中常见的有170余种。但在当前技术条件 下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿、 赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱 铁矿等。
铁矿石中的有害元素
• （5）砷（As）： • 砷对钢材来说也是有害元素之一，它使钢 材产生冷脆性，使得钢材焊接性能变差。 铁矿石中砷基本还原进入生铁，影响生铁 质量。此外砷在烧结过程中挥发，对环境 影响较大。与磷相似，在高炉冶炼过程中 全部被还原进入生铁，钢中含砷也会使钢 材产生“冷脆”现象，并降低钢材焊接性 能。要求矿石中的砷含量小于0．07％。
铁矿石冶炼前的准备和处理
• 从矿山开采出来的铁矿石，无论是粒度还是化 学成分都不能满足高炉冶炼的要求，一般要经 过以下加工处理过程： • 破碎、 • 筛分、 • 混匀、 • 焙烧、 • 选矿、 • 造块
铁矿石冶炼前的准备和处理
• 2.1破碎 • 破碎是铁矿石准备处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，根 据破碎的粒度，可分为粗碎、中碎、细碎和粉 碎。 • 粗碎：从l300～500mm破碎到400～125mm； • 中碎：从400～125mm破碎到100～25mm； • 细碎：从l00～25mm破碎到25～5mm； • 粉碎：从小于5mm破碎到小于1mm。
铁矿石中的有害元素
• （4）锌（Zn）： • 锌很容易气化，锌蒸汽容易进入砖缝，氧 化成为ZnO后膨胀，破坏炉身上部耐火砖衬。 高炉冶炼中锌全部被还原，其沸点低 (905℃)，不熔于铁水。但很容易挥发，在 炉内又被氧化成ZnO，部分ZnO沉积在炉身 上部炉墙上，形成炉瘤，部分渗入炉衬的 孔隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而破坏炉衬。 矿石中的锌含量应小于0．1％。
铁矿石分类及其特性
• （4）菱铁矿 • 菱铁矿是含有碳酸铁的矿石，主要成份为FeCO3， 呈现青灰色，理论含铁量48.2%，比重在 3.8左右。 在自然界中，有工业开采价值的菱铁矿比其他三种 矿石都少。菱铁矿很容易被分解氧化成褐铁矿。一 般含铁量不高，但受热分解出CO2以后，不仅含铁 量显著提高，而且也变得多孔，还原性很好。这种 矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。由于碳酸 根在高温约800～900℃时会吸收大量的热而放出二 氧化碳，所以多半先把这一类矿石加以焙烧之后再 加入鼓风炉。
铁矿石分类及其特性
• （3）褐铁矿 • 褐铁矿是含有氢氧化铁的矿石，是由其他矿石风化 后生成的，在自然界中分布得最广泛，但矿床埋藏 量大的并不多见。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以 2Fe2O3•H2O形式存在的。化学成分变化大，含水量 变化也大。一般褐铁矿石含铁量为37%～55%，有时 含磷较高。褐铁矿的吸水性很强，一般都吸附着大 量的水分，在焙烧或入高炉受热后去掉游离水和结 晶水，矿石气孔率因而增加，大大改善了矿石的还 原性。所以褐铁矿比赤铁矿和磁铁矿的还原性都要 好。同时，由于去掉了水分相应地提高了矿石的含 铁量。
铁矿石分类及其特性
• （2）赤铁矿 • 赤铁矿为无水氧化铁矿石，其化学式为Fe2O3，理论含铁 量为70%。这种矿石在自然界中经常形成巨大的矿床，从 埋藏和开采量来说，它都是工业生产的主要矿石。 • 赤铁矿含铁量一般为50%～60%，含有害杂质硫、磷较少， 还原性较磁铁矿好，是一种比较优良的炼铁原料。赤铁矿 具有半金属光泽，结晶者硬度为5.5～6，土状赤铁矿硬度 很低，相对密度4.9～5.3，仅有弱磁性，脉石为硅酸盐。 • 赤铁矿的集合体有各种形态，形成一些矿物亚种，即： • 1、镜铁矿 为具金属光泽的玫瑰花状或片状赤铁矿的集合 体。 • 2、云母赤铁矿 具金属光泽的晶质细鳞状赤铁矿。 • 3、肾状赤铁矿 形态呈肾状的赤铁矿。
铁矿石基础知识
• 铁矿石分类及其特性、有害及有益 元素 • 铁矿石冶炼前的准备和处理 • 铁矿粉造块 • 炼铁、炼钢流程
铁矿石分类及其特性
• 1.1 铁矿石简介 • 铁矿石是由含铁矿物与脉石矿物组成，是 钢铁生产企业的重要原料，天然矿石（铁 矿石）经过破碎、磨碎、磁选、浮选、重 选等程序逐渐选出铁。在理论上来说，凡 是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫 做铁矿石；但是，在工业上或者商业上来 说，铁矿石和锰矿不同，铁矿石不但是要 含有铁的成分，而且必须有利用价值才行。
铁矿石中的有害元素
• （3）铅（Pb）：铅在高炉中几乎全部被还 原，由于密度高达11.34t/Mm³，故沉于死 铁层之下，易破坏炉底砖缝，有可能会造 成炉底烧穿。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， 所以还原出来的铅沉积于炉缸铁水层以下， 渗入砖缝破坏炉底砌砖，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 要求矿石中的铅含量低于0.1％。
铁矿石中的有害元素
• （5）碱金属（K、 NA） • 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 碳酸盐沉积在炉料和炉墙上，部分随炉料下降，从 而反复循环积累。其危害主要为：与炉衬作用生成 钾霞石(K2O•A12O3•2SiO2)，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， 易导致结瘤；与焦炭中的碳作用生成插入式化合物 (CK8、CNa8)体积膨胀很大，破坏焦炭高温强度，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。 K2O+Na2O≤0.25%
铁矿石冶炼前的准备和处理
• 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，其工作原理如下图所示。 •
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(a)颚式破碎机；
(b)圆锥式破碎机；
(c)短锥式破碎机
铁矿石冶炼前的准备和处理
• 2.2 筛分 • 通过单层或多层筛面，将 颗粒大小不同的混合料分 成若干不同粒度级别的过 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，并进行分 级。“筛分”既可以提高 破碎机的工作效率，又可 以改善物料的粒度组成， 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 0．5～12mm，筛面与水 平面成l0°～40°的倾角。 矿石规定的入炉粒度若在 8～35mm范围时，可分为 二级入炉，8～20mm为一 级，20～35mm 为一级， 分级入炉比混合入炉的效 果好。
铁矿石冶炼前的准备和处理
• 2.4 铁矿石的焙烧 • 铁矿石的焙烧是将其加热到低于软化温度200～300℃的一 种处理过程。焙烧的目的是改变矿石的矿物组成和内部结 构，去除部分有害杂质，回收有用元素，同时还可以使矿 石变得疏松，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，改善 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化为具有强磁性的磁铁矿，以 便磁选。
铁矿石中的有害元素
• c.会显著地降低钢材的焊接性，抗腐蚀性和 耐磨性。
• 国家标准对生铁的含硫量有严格规定，炼 钢生铁，最高允许含硫质量分数不能超过 0.07％，铸造铁不超过0.06％。虽然高炉冶 炼可以去除大部分硫，但需要高炉温、高 炉渣碱度，对增铁节焦是不利的。因此矿 石中的硫含量必须小于0.3％。
铁矿石中的有益元素
• 1.3.2 有益元素
• 矿石中有益元素主要指对钢铁性能有改善作用 或可提取的元素。如锰(Mn≥5%)、铬(Cr≥0.6%)、 钴(Co≥0.03%)、镍(Ni≥0.2%)、钒(V≥0.1%)、钛 (Ti)等。当这些元素达到一定含量时，可显著 改善钢的可加工性，强度和耐磨、耐热、耐腐 蚀等性能。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一定数量时，可视为 复合矿石，加以综合利用。