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首先,矿石含铁量是评价铁矿石质量的最重要的标准。矿石有无开采价值,开采以后可否直接入炉和其冶炼价值如何,主要取决于矿石含铁量。矿石含铁量愈高,其冶炼价值愈高。随着含铁量的降低,矿石冶炼价值降低,而且,冶炼价值降低的幅度远比含铁量降低的幅度大。例如,今有四种铁矿石,其含铁量分别为60%,50%,40%,30%,含铁量依次降低10%,假定铁矿石中的的铁全部以Fe2O3的形态存在,脉石主要为酸性脉石,生铁中的铁有92%由矿石带入,炉渣碱度(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=1.1,石灰石有效氧化钙含量为53%,则用以上四种铁矿石分别炼出1t生铁时,铁矿石带入的脉石量和石灰石消耗量却依次增加2.4、4.5、8倍。由于脉石数量和石灰石用量增加,渣量也相应增加,使高炉焦比升高和产量降低。同时,由于渣量增加,高炉操作上也带来一系列的困难。因此,贫矿直接入炉经济上是不合算的,必须经过选矿提高其品位,再经过造块制成人造富矿入炉冶炼。
其次,是脉石的化学成分。脉石中SiO2、Al2O3等酸性氧化物愈多,矿石冶炼价值愈低,而CaO、MgO等碱性氧化物愈高,矿石冶炼价值愈高。这是因为酸性脉石较高的矿石,为了得到一定碱度的炉渣,必须配入较多的熔剂,结果单位生铁的炉渣增加,使高炉焦比升高,产量降低。而含有较多碱性脉石的矿石,相当于矿石中已经配入了碱性熔剂,生产中可以少加或不加熔剂,减少渣量,有利于改善高炉生产指标。因此含有一定数量碱性脉石的矿石,即使含铁量较低,其冶炼价值也是较高的。为了正确评价不同脉石成分的矿石,一般用去掉氧化钙以后的含铁量加以比较,这样更便于判断优劣。炉渣中含有一定数量的MgO,能提高炉渣流动性和稳定性。因此,如果脉石中含有一定数量的
MgO,可以提高矿石的冶炼价值。而Al2O3过高的炉渣(如超过18~22%),流动性变差,因此,要求脉石中Al2O3不要太高,一般SiO2/Al2O3的值不应小于2~3。
第三,是矿石中的有害杂质(包括S、P、Pb、Zn、As、Cu、K、Na、F等)含量。矿石中的这些有害杂质含量愈高,其冶炼价值降低。硫(S)在钢材中引起热脆性。矿石中的S在高炉冶炼过程中可以去掉90%以上,但为了去S,必须增加石灰石用量,从而增加渣量,进而增加焦比和降低产量,因此矿石中的S愈低愈好,一般不得超过0.1~0.3%。磷(P)在钢材中引起冷脆性。而P在烧结和炼铁过程中完全不能去掉,原料中的P在一般情况下全部转入生铁中,因此矿石中含P也是愈低愈好,并可根据规定的生铁含P量计算出矿石中允许的含P量进行配矿。
铅(Pb)熔点低,比重大,还原后沉积于高炉底部,易渗入砖缝而损坏炉衬。锌(Zn)沸点低,还原后形成蒸气随煤气上升到高炉上部冷凝,与炉料中粉末相互作用易形成炉瘤,或被氧化成ZnO渗入砖缝而损坏炉衬。砷(As)几乎全部还原进入生铁,使钢材冷脆。铜(Cu)易还原且全部进入生铁,少量Cu可以增加钢材的抗腐蚀性能,过量会使钢材热脆,并且降低钢材的焊接性能。
钾和钠(K、Na),其化合物一般在高炉下部高温区还原后形成K、Na蒸气,随煤气上升在炉身中、下部循环富集,破坏炉料的强度,加剧炉料的粉化,严重影响料柱透气性,并易造成高炉结瘤。氟(F)含量少可改善炉渣流动性,过量则会降低矿石的熔点,严重腐蚀炉衬和造成风、渣口破损。
第四,是矿石的还原性。矿石还原性指矿石还原的难易程度。易还原的矿石,在冶炼过程中能提高煤气利用率,有利于降低焦比;而难还原的矿石,在冶炼过程中需消耗更多的热量,从而增加焦比。矿石还原性取决于矿石的矿物组成、结构致密程度、粒度和气孔度等因素,气孔度大和结构疏松的矿石还原性好。高炉常用的四种铁矿石中,磁铁矿还原性最差,赤铁矿居中,褐铁矿和菱铁矿由于受热过程中失去结晶水和放出CO2,产生大量的气孔,结构疏松,所以还原性最好。而一般人造富矿的还原性又比天然矿石要好。
第五、是矿石的软化特性。软化特性指矿石开始软化的温度和软化温度区间(即软化开始到软化终了的温度区间)。高炉冶炼要求矿石具有较高的软化温度和较窄的软化温度区间。因为矿石软化温度高,在冶炼过程中就不会过早地形成初渣,成渣带位置低,矿石在上部区域的预热和预还原充分,初渣中FeO少;软化区间窄,软熔层薄,有助于改善料柱透气性,有利于提高高炉生产指标。
矿石的还原性和软化特性,是在实验室通过实验确定的。
第六,是矿石的粒度组成。高炉冶炼要求矿石具有小而均匀的粒度组成。因为小粒度矿石有利于加快还原速度和提高煤气利用率,而均匀的粒度组成有利于改善炉内料柱的透气性。于5mm的粉末必须筛出,对粒度上限,难还原的磁铁矿不能超过40mm,易还原的赤铁矿和褐铁矿不大于50mm,中、小高炉不大于25~35mm。
第七,是矿石的机械的强度。要求矿石具有较高的机械强度,尤其是高温下的机械强度,因为如果矿石机械强度低,入炉后在上部料柱的压力下产生大量粉末,一方面增加炉尘损失量,另一方面严重影响料柱透气性,使高炉操作困难。
第八,是矿石化学成分的稳定性。为了使高炉生产稳定,要求矿石化学成分要稳定,因为矿石化学成的波动会引起炉温、炉渣碱度和生铁成分的波动,从而破坏高炉顺行,使高炉焦比升高,产量降低。为此,必须对成品矿石进行混匀处理。
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