煉鋼有害元素

1、第二講鐵礦石和熔劑一、鐵礦石鐵礦石的種類根據(jù)含鐵礦物的主要性質(zhì)，按其礦物組成，通常將鐵礦石分為四大類。1）磁鐵礦礦石主要含鐵礦物為磁鐵礦，化學(xué)式為Fe3O4，含F(xiàn)e0 31%，F(xiàn)e203 69%，理論含鐵量（按化 學(xué)式計(jì)算的鐵量）72.4%。2 3磁鐵礦礦石具有強(qiáng)磁性，顏色及條痕均為鐵黑色，堅(jiān)硬、致密，難于破碎和還原。2）赤鐵礦礦石主要含鐵礦物為赤鐵礦，化學(xué)式為Fe203，理論含鐵量為70%，含氧量30%。赤鐵礦僅具有弱磁性，一般含硫、磷較低，與磁鐵礦相比，結(jié)構(gòu)較軟，較易破碎和還 原。3）褐鐵礦礦石主要含鐵礦物為含結(jié)晶水的氧化鐵，其化學(xué)式可用mFe203nH20（m=1-3, n=1-4）表示

2、， 理論含鐵量為55.2%-66.1%。自然界中的褐鐵礦絕大部分以2Fe203 -3H20形態(tài)存在。4）菱鐵礦礦石2 32主要含鐵礦物為菱鐵礦，化學(xué)式為Fe203，理論含鐵量48.2%，F(xiàn)eO為62.1%，CO2為37.9%。 外表顏色為灰色和黃褐色，風(fēng)化后變?yōu)樯詈稚瑮l痕為灰色或帶黃色，無磁性。2菱鐵礦石含鐵不高，為30%-40%，但經(jīng)焙燒后，釋放出CO2，其含鐵量顯著增加，礦石 也變得疏松多孔，易破碎，還原性好。2鐵礦石的質(zhì)量評(píng)價(jià)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(jì)指標(biāo)有極為密 切的關(guān)系。鐵礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)的目的，在于了解高爐使用不同礦石的相對(duì)有利性，從而正確地 利用

3、國家資源，使得不僅從技術(shù)上，而且從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行最有利的選擇，有效地組織生產(chǎn)，獲 得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。1）鐵礦石品位鐵礦石品位即鐵礦石的含鐵量，以TFe%表示。品位是評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量的主要指標(biāo)。它 決定鐵礦石有無開采價(jià)值以及開采后能否直接入爐冶煉和冶煉的相對(duì)有利性。冶煉品位高的礦石，有利于提高產(chǎn)量，降低焦比。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鐵礦石品位升高1%， 焦比可降低2%，產(chǎn)量提高3%。其原因在于：隨含鐵量升高，脈石數(shù)量減少，石灰石用量和 渣量相應(yīng)減少，既節(jié)省熱量消耗，又有利于爐況順行，為加重焦炭負(fù)荷，增加風(fēng)量和采取其 它強(qiáng)化手段創(chuàng)造了有利條件。2）脈石成分與數(shù)量脈石成分與數(shù)量在很大程度上決定著熔劑與燃料的消耗量，

4、因此，它也是評(píng)價(jià)鐵礦石 的重要質(zhì)量指標(biāo)。脈石含量愈少，礦石愈富。當(dāng)脈石數(shù)量相同時(shí)，其中SiO2含量愈少愈好。這樣冶煉時(shí) 可以少加熔劑，減少渣量，有利于焦比降低，爐況順行和產(chǎn)量提高。3）有害雜質(zhì)和有益元素的含量有害雜質(zhì)：礦石中的有害雜質(zhì)是指那些對(duì)冶煉有妨礙或使礦石冶煉時(shí)不易獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn) 品的元素。通常有硫、磷、鉛、鋅等，銅有時(shí)有害，有時(shí)有益。希望礦石中有害雜質(zhì)含量越 低越好。3）有害雜質(zhì)和有益元素的含量（1）硫硫在礦石中主要以硫化物的形態(tài)存在，如黃鐵礦（FeS2）、黃銅礦（CuFeS2）、閃鋅礦、 方鉛礦（PbS）等。也有以硫酸鹽形態(tài)存在的，如重晶石CaSO4）等。硫?qū)︿撹F的危害極大， 主要表現(xiàn)在

5、：鋼中硫超過一定含量時(shí)，鋼產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象。這是由于FeS與Fe結(jié)合成低熔點(diǎn) （985C ）合金，冷卻時(shí)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1150-1200。時(shí)，硫化物首先熔化，使鋼材沿晶粒界面形成裂紋。硫顯著地降低鋼的焊接性、抗腐蝕性和耐磨性。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，礦石中含硫升高0.1%，焦比升高5%。所以，要求礦石中含硫愈低愈好。 高硫礦不宜直接入爐，應(yīng)通過選礦，焙燒和燒結(jié)處理，以降低其硫量。（2）磷磷對(duì)鋼鐵質(zhì)量的影響：a）降低鋼在低溫下的沖擊韌性，使鋼材產(chǎn)生“冷脆”。因?yàn)榱谆锸谴嘈晕镔|(zhì)，鋼水 冷疑時(shí)，它凝聚在鋼的晶界周圍，減弱其結(jié)合力，使鋼材在冷卻時(shí)產(chǎn)生很大的脆性。b）磷高

6、時(shí)還使鋼的焊接性能、冷彎性能和塑性降低。磷在礦石中一般以磷灰石（3CaOP205 ）形態(tài)存在。磷在選礦和燒結(jié)過程中不易除去， 而在高爐冶煉中又幾乎全部還原進(jìn)入生鐵，因此控制生鐵含磷的唯一途徑就是控制原料的含 磷量。要求礦石中含磷盡可能低。（3）鉛鉛在礦石中以方鉛礦（PbS）的形態(tài)存在。鉛在高爐內(nèi)100%被還原。但Pb不溶解于生 鐵，且密度大，熔點(diǎn)低（327C），沸點(diǎn)也較低（1550C），因此對(duì)高爐的危害很大。它沉 積爐底，滲入磚縫，將磚浮起，破壞爐底；為此，要求礦石中含Pb量越低越好。（4）鋅鋅在礦石中常以閃鋅礦（ZnS）形態(tài)存在，我國某些礦石中有少量的鋅。高爐冶煉中鋅 全部被還原，其沸點(diǎn)低（

7、905C），溶于生鐵。鋅還原后很易揮發(fā)，揮發(fā)的大量鋅蒸汽到高 爐爐身上部，遇爐料冷凝，并被煤氣中的C02氧化成ZnO,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。砷礦石中的砷常以毒砂（FeAsSl）、斜方砷礦（FeAsS2）及氧化物AS203等形態(tài)存在于褐 鐵礦石中，其它礦石中很少見。砷在高爐冶煉中全部被還原進(jìn)入生鐵。由于砷的非金屬性很 強(qiáng)，不具延展性，故當(dāng)鋼中砷含量大于0.1%時(shí)，就產(chǎn)生“冷脆”，并降低其焊接性能。（6）鉀和鈉在高爐冶煉中，鉀、鈉的危害是很嚴(yán)重的。因?yàn)樗鼈冊(cè)诟郀t內(nèi)被直接還原，到下部高 溫區(qū)（1500C ）生成大量堿蒸氣，其中

8、一部分堿蒸氣在高溫下與焦炭中的C、煤氣中的N2 生成氰化物。氰化物的沸點(diǎn)較高（1500C），呈霧狀液體狀態(tài)。這些堿蒸氣和霧狀氰化物， 隨煤氣上升到爐身中部的低溫區(qū)（V800C），被氧化成碳酸鹽，部分沉積在爐料和爐墻上， 部分又隨爐料下降，如此循環(huán)富集。其危害表現(xiàn)在以下幾方面：1）堿金屬與爐襯作用，生成鉀霞石（K2OA12O3 2Si02）等，體積膨脹40%，從而破 壞爐襯，縮短高爐壽命。2）與爐襯作用生成低熔點(diǎn)化合物，使?fàn)t料粘在爐墻上，或使?fàn)t料粘結(jié)在一起，惡化上 部料層透氣性，最后導(dǎo)致爐瘤生成。3）鉀、鈉與焦炭中的石墨反應(yīng)，生成插入式化合物CK8、CNa8,體積膨脹很大，破壞焦炭的高溫強(qiáng)度，使

9、高爐下部料柱透氣性變壞。884）鉀、鈉能增大焦炭的反應(yīng)性，擴(kuò)大直接還原區(qū)，加之前述幾個(gè)因素的影響，使高爐 焦比升高，產(chǎn)量降低。5）使燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的軟化溫度降低，低溫還原粉化率升高，并導(dǎo)致球團(tuán)礦的惡性膨 脹。（7）銅高爐冶煉中，銅全部還原進(jìn)入生鐵，后轉(zhuǎn)入鋼中。銅對(duì)鋼鐵的影響具有兩重性。當(dāng)鋼 中CuV0.3%時(shí)，能改善其耐腐蝕性能；超過此界限時(shí)，則鋼的焊接性能降低，并引起“熱 脆”性，軋制時(shí)產(chǎn)生裂紋。鋼鐵中的含銅量主要取決于原料的含銅量，一般礦石允許含銅 量不超過0.2%。（8）氟有的礦石含氟，CaF2使渣流動(dòng)性變好，易侵蝕爐襯，并對(duì)金屬結(jié)構(gòu)、管道有腐蝕作用， 會(huì)污染環(huán)境。礦石中F越少越好。有益

10、元素：礦石中的有益元素系指對(duì)金屬質(zhì)量有改善作用或可提取的元素。如錳（Mn）、 鉻（Cr）、鉆（Co）、鎳（Ni）、釩（V）、Ti、（Nb）、（Ta）、（Ce）和（La）等。當(dāng) 這些元素達(dá)到一定含量時(shí)，如 Mn5%、Cr0.6%、Cr0.03%、Ni0.2%、V0.1%-0.15%、 Mo0.3%即可視為復(fù)合礦石，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值很大，是寶貴的資源。我國復(fù)合礦石種類多，儲(chǔ)量 大，有的是發(fā)展高科技所急需的，因此，對(duì)這類礦石應(yīng)大力開展綜合利用。4）鐵礦石的還原性鐵礦石的還原性：是指所含的鐵氧化物與氣體還原劑CO、H2之間進(jìn)行反應(yīng)的能力，即 氣體還原劑奪取礦石中與鐵結(jié)合的氧的難易程度。氧易被奪取者:礦石的還

11、原性好，反之， 還原性差。礦石還原性的好壞，雖不影響其利用，但卻在很大程度上影響高爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指 標(biāo)。因?yàn)檫€原性好的礦石，在中溫區(qū)被氣體還原劑還原出的鐵就多，不僅可減少高溫區(qū)的熱 量消耗，從而有利于降低焦比，而且還可改善造渣過程，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行，增加產(chǎn)量，改 善生鐵質(zhì)量。因而它是評(píng)價(jià)鐵礦石的一項(xiàng)重要指標(biāo)。5）礦石的軟熔性礦石的軟熔性：是指它的軟化性及熔滴性。軟化性包括礦石的軟化溫度和軟化溫度區(qū) 間兩個(gè)方面。軟化溫度系指礦石在一定的荷重下加熱開始變軟的溫度；軟化溫度區(qū)間系指礦 石從開始軟化到軟化終了的溫度區(qū)間。熔滴性是指礦石開始熔化到開始滴落的溫度及溫度區(qū) 間。礦石的軟熔性主要受脈石成分與

12、數(shù)量、礦石還原性等的影響。脈石數(shù)量少，堿性氧化 物含量高，礦石易還原，F(xiàn)eO低者，其軟熔溫度高，軟熔區(qū)間窄，可改善軟熔帶特性，對(duì)高 爐冶煉有利。6）礦石的機(jī)械強(qiáng)度礦石的機(jī)械強(qiáng)度系指礦石耐沖擊、摩擦、擠壓的強(qiáng)弱程度。要求高一些為好。7）礦石的粒度和氣孔度礦石的粒度影響透氣性和傳熱、傳質(zhì)條件，因而影響高爐順行和還原過程。粒度大， 料柱透氣性好，但與煤氣接觸面積小，擴(kuò)散半徑大，礦塊中心部分不易加熱和還原，煤氣利 用變壞，焦比升高；反之，若粒度太小，特別是粉末較多時(shí)，會(huì)使煤氣流上升的阻力增大， 有礙順行，使產(chǎn)量降低。確定礦石粒度，必須兼顧高爐氣體力學(xué)和傳熱傳質(zhì)兩方面的因素，應(yīng)在保證有良好透 氣性的前提

13、下，盡量改善還原條件。為此，應(yīng)降低粒度上限，提高粒度下限，縮小粒度范圍， 力求粒度均勻，盡量減少粉末含量。礦石的氣孔率系指礦石中孔隙所占體積與它的總體積的百分比。8）各項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定性現(xiàn)代化高爐生產(chǎn)，不僅需要有足夠的原料數(shù)量，以保證均勻穩(wěn)定連續(xù)作業(yè)，而且其理 化性質(zhì)也必須保持相對(duì)穩(wěn)定，才能最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率。在前述的各項(xiàng)指標(biāo)中，礦石品 位、脈石成分與數(shù)量、有害雜質(zhì)含量的穩(wěn)定尤其重要。否則，將引起爐溫、渣堿度和生鐵質(zhì) 量的波動(dòng)，打破高爐的正常作業(yè)制度，影響高爐穩(wěn)定順行。高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)入爐礦含 鐵波動(dòng)從土 1.5%下降到土 0.2%，高爐產(chǎn)量增加4.5%，焦比降低2.5%。為確保礦石成分的

14、穩(wěn)定，加強(qiáng)整粒及中和是非常必要的，國外對(duì)此十分重視。先進(jìn)廠 家礦石經(jīng)中和后，TFe 土 0.3%-0.5%，SiO2土 0.2%，燒結(jié)礦堿度土 0.03。二、熔劑熔劑的作用及種類熔劑。熔劑在冶煉過程中的主要作用有二：第一，是使還原出來的鐵與脈石和灰分實(shí) 現(xiàn)良好分離，并順利從爐缸流出。第二，是去除有害雜質(zhì)硫，確保生鐵質(zhì)量。高爐冶煉使用的熔劑，按其性質(zhì)可分為堿性、酸性和中性三類，其使用條件分別是：1）堿性熔劑當(dāng)?shù)V石中的脈石主要為酸性氧化物時(shí)，則使用堿性熔劑。由于燃料灰分的成分大都是 酸性的，而絕大多數(shù)礦石的脈石成分也是酸性的，因此，普遍使用堿性熔劑。通常所說的熔 劑即指這一類。常用的堿性熔劑有石灰

15、石和白云石。2）酸性熔劑當(dāng)使用主要含堿性脈石的礦石冶煉時(shí)，可加入酸性熔劑。作為酸性熔劑使用的有硅石 （主要成分為Si02）、蛇紋石。對(duì)堿性熔劑的質(zhì)量要求1）堿性氧化物（CaO、MgO）含量高，酸性氧化物（Si02、A12O3）含量愈少愈好。否則，冶煉單位生鐵的熔劑消耗量增加，渣量增大，焦比升高；22 32）有害雜質(zhì)硫、磷含量要少；3）有較高的機(jī)械強(qiáng)度和適宜的粒度。石灰石的有效熔劑性所謂石灰石的有效熔劑性，是指石灰石（按照爐渣堿度的要求）除去自身所含酸性氧 化物造渣所消耗的堿性氧化物外，剩余的堿性氧化物含量。三、輔助原料洗爐料洗爐劑料包括軋鋼皮、均熱爐渣、錳礦和螢石等。（1）螢石在爐渣粘稠，爐況失常時(shí)，短期使用部分螢石（CaF ），以稀釋爐渣，消除堆積（或粘 2結(jié)）物。（2）錳礦普通的煉鋼用鐵中含有1%左右的錳，錳在煉鋼過程中有脫硫及脫氧作用，還能提高鋼 材的韌性。通常含錳15%以上、含鐵20%以上的鐵錳礦石作為錳礦石，其中含錳35%以上的 高錳礦石用作錳鐵（Fe-Mn合金）冶煉的原料。錳礦在高爐中常用來降低鐵水粘度，消除爐 缸堆積（或粘結(jié)）物。含鈦?zhàn)o(hù)爐料高爐加含鈦物護(hù)爐技術(shù)已在我國普遍推廣。在高爐配料中，加入含TiO2的爐料，使渣 中（TiO