铁矿石质量评定基础和炼铁精料内函

铁矿石质量评定基础和炼铁精料内函

王维兴

（中国金属学会 北京 100711）

铁矿石是高炉炼铁的“主食”，是高炉冶炼的基础原料。多年来，我国炼铁企业在认真贯彻高炉炼铁以精料为基础的方针。高炉炼铁原燃料的质量对炼铁技术进步的影响率在70%以上。近年来，我国高炉炼铁技术水平和产能均处于高速发展阶段，一批高炉的技术经济指标达到或超过了国际先进水平。这些成绩的取得是与炼铁原燃料质量得到不断提高有着直接关系。有关数据见表1、2。

表1 近年重点钢铁企业炼铁技经指标

年 份 2005年1-11月 ２００４ ２００３ ２００２ ２００１ ２０００ 全国铁产量／万ｔ 2 9 8 5 1 ２５１８５ ２０２３１ １７０７９ １４８９３ １３１０３ 高炉利用系数／ｒ·（ｍ·ｄ） 2. 6 1 0 ２.５１６ ２.４７４ ２.４４８ ２.３３７ ２.２３３ 入炉焦比／ｋｇ·ｔ 4 1 3 ４２７ ４３３ ４１５ ４２３ ４２９ 燃料比／ｋｇ·ｔ 5 2 3 ５２６ ５２６ ５２６ ５３０ ５３３ 入炉矿品位（％） 5 7 . 8 2 ５８.２１ ５８.４９ ５８.１８ ５７.２８ ５６.８１ 烧结矿品位（％） 5 5 .9 1 ５６.２５ ５６.７６ ５６.５４ ５６.０７ ５５.４７

表2 2004年我国部分高炉炼铁技经指标和炉料结构

单位 炉 容积 系数 焦比 煤比 风温 入炉矿品 渣量 炉 料 结 构（％） 熟料率 生铁 矿耗 3 3-1 -1 -1 -1 -1 号 ／ｍ／ｔ·（ｍ·ｄ） / ｋｇ·ｔ /ｋｇ·ｔ／℃ 位（％） / ｋｇ·ｔ 烧结 球团 块矿 （％） Ｓi-（％） / ｋｇ·ｔ 宝钢 １ ４０６３ ２.２３６ ２７６ ２１１ １２４６ ６０.１６ ２６２ ７８.３８ ５.８７ １５.８０ ８４.２１ ０.３６０ １６０６ ２ ４０６３ ２.２５１ ３０３ １７０ １２２５ ５９.９８ ２６４ ８０.３６ ０.０１ １９.６２ ８０.３７ ０.３２０ １６１０ ３ ４３５０ ２.４２５ ２８６ １９３ １２４６ ６４.３６ ２６５ ７７.７３ ５.５３ １６.７８ ８３.２３ ０.２１０ １６１０ 武钢 ５ ３２００ ２.１５４ ３６３ １３７ １０９９ ６０.１５ ２６８ ６７.９３ ２２.３４ ９.７４ ９０.２６ ０.５２ １５９０ 鞍钢１０ ２５８０ ２.１８０ ３７４ １３６ １１２６ ５９.５７ ３０２ ７３.６１ ２４.１９ ２.２３ ９７.８１ ０.４２ １６３７ 首钢 ３ ２５３６ ２.２５５ ４０４ ８０ １０５７ ５９.１９ ３１６ ８９.１７ ０.５５ １６８１ 马钢４铁１ ２５００ ２.３３０ ３４０ １４３ １１３６ ５８.６５ ３１９ ８０.６２ １６.１１ ３.２７ ９６.７３ １６２０ 武钢 １ ２２００ ２.１４６ ４１３ １１６ １１５３ ５８.９２ ３１６ ７１.８５ １７.９０ １０.２５ ８９.７５ ０.５９０ １６１６ 邯钢 ７ ２０００ ２.４６７ ４０３ １１９ １０９９ ５９.５９ ３３３ ６８.４３ １９.０２ ９.４６ ８７.９１ ０.４７ １６３９ 首钢 ２ １７２６ ２.５２６ ３８７ ７０ １０４１ ５９.２９ ３０１ ８９.１０ ０.５０ １６３６ 重钢 ５ １２００ ２.４４０ ４６５ ９７ １０９０ ５６.２０ ４１６ ６１.４１ ２８.３１ １０.２９ ８９.７２ ０.３２ １７１８ 攀钢 ３ １２００ ２.３５０ ５０２ １２８ １０９２ ４９.０６ ６５０ ９０.１６ ３.４２ ８.２９ ９０.１６ ０.６０ ２０４７ 海鑫 １ １０８０ ２.４３０ ４１８ １０７ １０７２ ５８.０６ ６７.９１ ９.２１ ２２.９０ ７６.８２ ０.２８ １６０９ 上钢一厂１ ７５０ ３.０９９ ３２５ １５９ １１５４ ６０.０８ ２６２ ７４.６３ １５.０４ １０.２５ ８９.７４ ０.２４ １５６８ 鄂钢 ２ ６２０ ２.４４９ ４０８ １０５ １０４５ ５７.４３ ３８４ ７８.１２ １４.３９ ７.４９ ９２.８１ ０.２７ １６７９ 宣钢二铁７ ４５０ ３.１２７ ４８７ ９７ １０６５ ５６.９０ ３８３ ７２.７９ ２６.７８ ０ ９９.６７ ０.５１ １６７７ 青钢 ４ ５００ ３.５１４ ５２２ ０ ８５７ ６０.２５ ５０.４９ ３３.７１ １５.８０ ８４.２０ ０.４６ １６２５ 石钢 ０ ４２０ ３.４０６ ３９６ １４７ １１３０ ５６.７４ ４０７ ７９.１８ １７.３８ ３.４２ ９６.５６ ０.２６ １６７８ 八一３ ３８０ ３.６８４ ４１３ １３９ １０４１ ６０.６３ ２８８ ４８.９７ ５０.４３ ０.６１ ９９.３９ ０.３２ １５５２ 新兴铸管３ ３６０ ４.２１３ ３３６ １７７ １１８３ ５９.０７ ３１０ ８０.５９ １６.８７ ２.６０ ９７.５８ ０.３１ １６０８ 南钢 ５ ３５０ ３.８２１ ３９６ １３５ １０７７ ５８.５４ ３２０ ６３.６０ ３０.２０ ５.９７ ９４.０４ ０.６０ 通钢 ３ ３５０ ３.７０６ ４１９ １１４ １０２７ ５８.１５ ７６.１９ ２２.６１ １.２０ ９９.９８ ０.５３ １６４５ 凌钢 ２ ４２０ ３.４７０ ４６０ ９８ １１２８ ５８.３８ ３３８ ６６.８６ ２９.７８ ３.２７ ９６.６４ ０.６４ 凌钢 ３ ３００ ３.６０４ ４９７ １０５ １１１８ ５８.２５ ３４９ ６８.８０ ２７.８１ ３.３６ ９６.６５ ０.２９ 南钢 １ ３００ ３.５９６ ４５５ １１３ １０６８ ５８.３０ ３２５ ６３.４０ ３０.６７ ５.５８ ９４.０９ ０.６９ 1669

铁矿石质量对高炉炼铁生产技术经济指标产生重大影响。高炉炼铁产品的优质、低耗、高产、长寿、高效益均与铁矿石的质量有着密切关系。 １ 高炉炼铁对矿石的基本要求 １.１ 铁矿石

铁矿石包括天然矿石和人造富矿两大类，天然矿石是从矿山开采出来，经过必要的处理（如破碎、整粒、筛分），具有一定经济品位的铁矿石可供

高炉炼铁直接使用；人造富矿是将矿粉经人工处理后，造成有一定块度再供高炉炼铁用。人造富矿一般是指烧结矿、球团矿等。

自然界含铁的矿物种类很多，目前，可供高炉炼铁使用的含铁矿物分为４种类型：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿。这几种矿物的主要特性见表３。

表3 4种铁矿石的主要特性

种类 矿物名称 理论含铁量 富矿含铁量 密度 颜色 条痕 Ｓ、Ｐ含量 强度 还原性 （％） （％） ／ｔ·ｍ3 磁铁矿 磁铁矿Ｆｅ3Ｏ4 ７２.４ ４５～７０ ４.９～５.２ 黑或灰有光泽 黑 高 坚硬致密 难还原 赤铁矿 赤铁矿Ｆｅ2Ｏ3 ７０.０ ５５～６８ ４.９～５.３ 红或浅灰 红 低 较松软 易还原 水赤铁矿 ２Ｆｅ2Ｏ3·Ｈ2Ｏ ６６.１ ４.０～５.０ 黄褐 针赤铁矿 Ｆｅ2Ｏ3·Ｈ2Ｏ ６２.９ ３７～５５ ４.０～４.５ 暗褐 水针铁矿 ３Ｆｅ2Ｏ3·４Ｈ2Ｏ ６０.９ ３.０～４.４ 绒黑 褐铁矿 褐铁矿 ２Ｆｅ2Ｏ3·３Ｈ2Ｏ ６０.０ ３.０～４.２ 黄褐 Ｐ高 疏松 易还原 黄针铁矿 ２Ｆｅ2Ｏ3·２Ｈ2Ｏ ５７.２ ３.０～４.０ 黄赭石 Ｆｅ2Ｏ3·３Ｈ2Ｏ ５５.２ ２.５～４.０ 菱铁矿 菱铁矿 ＦｅＣＯ3 ４８.２ ３０～４０ ３.８ 灰、黄褐 灰带有 低 易碎 焙烧后 黄褐 易还原

含铁量大于６５％、含ＳｉＯ2＜３％、含Ｓ、Ｐ等有害杂质少的矿石可供直接还原或熔融还原炼铁用。

炼铁界认为，高炉炼铁精料技术的核心是高的矿石品位。低于５０％品位的矿石（或矿粉）是无冶金价值的。特别是在焦炭价格在１２００元／ｔ以上时，炼铁的经济效益就会出现亏损。因为铁品位为５０％以下的矿石，高炉燃料比将达到６５０ｋｇ／ｔ铁以上，高炉渣量在７００ｋｇ／ｔ铁以上。此外，高炉的渣量要比生铁量大，焦比超过正常生产（指入炉品位在５８％）的一倍以上。

炼铁界希望铁矿石含铁量波动小于１％，含ＳｉＯ2越低越好。矿石中含有ＣａＯ或ＭｇＯ被称为自熔性矿石。ＣａＯ和ＭｇＯ可以中和矿石中的

ＳｉＯ2和燃料中的ＳｉＯ（主要是灰分），减少了生产人造富矿时外加的熔剂量，进而减少了高炉炼铁的渣量，降低了燃料比。烧结要求精矿粉含水要低（磁选＜１１％，浮选＜１２％）。

２０００年全国炼铁工作会议提出的高炉炼铁精料技术水平见表４。

表4 高炉炼铁精料技术水平

成 分 波 动 粒度组成（％） 球团单个 种类 品位 ＳｉＯ2 ＦｅＯ 碱度 铁分 碱度 抗压强度

（％） （％） （％） （倍） ＞50mm ＜10mm ＜５mm /N(个球)-1

烧结矿 ＞５８.０ ＜５ ６～８ ＞１.７ ±（0.1～0.3） ±（0.03～0.05） ＜１０ ＜３０ ＜5

球团矿 ＞６４.５ ＜５ ＜１.０ ±（0.1～0.3） ＞2000 专家们提出《２０２０年冶金科技发展指南》烧结球团部分的技术发展方向见表５、６。

强化原料混均技术，保证设备作业率稳定和矿物成分稳定：１）设备要大型化、高效化、自动化，淘汰落后的工艺、设备、小烧结机和土烧结方法；２）发展以煤基为燃料的链篦机－回转窑生产球团设备，逐步淘汰小竖炉；３）加强烧结厂、球团厂环保治理，提升环保水平。

表5 烧结2005、2010和2020年技术指标 指标 ２００５ ２０１０ ２０２０ 利用系数／ｔ·（ｍ2·ｄ）-1

1.５～１.８（粉矿） １.６～１.９（粉矿） １.７～２.０（粉矿） 1.２～１.５（精矿） １.３～１.６（精矿） １.４～１.７（精矿）

作业率（％） ９１ ９４ ９７～９８ 烧结矿ＴＦｅ（％） ５５.５ ５７ ６０ 烧结矿ＦｅＯ（％） ８～９ ６～７ ５～６ 转鼓指数（％） ７３ ７５ ７８

固体燃耗／ｋｇ·ｔ ５２.５ ４２～４５ ３６～４０

表6 球团2005、2010和2020年技术指标 机 型 指 标 ２００５ ２０１０ ２０２０ 带式焙烧结 利用系数／ｔ·（ｍ·ｄ）

2

-1

-1

１.０５ １.２ １.４

作业率（％） ９１ ９３ ９６～９７ 球团ＴＦｅ（％） ６４.５ ６５.５ ６７.０

链篦机－回转窑 利用系数／ｔ·（ｍ·ｄ）

2-1

１０.５ １２.０ １４.０

作业率（％） ９１ ９３ ９６～９７

球团矿ＴＦｅ（％） ６４ ６５ ６７ １.２ 锰矿

我国有两类锰矿石，分别为氧化锰和碳酸锰，其成分见表７。

表7 两种锰矿石的化学成分（%） 类 型 Ｍｎ Ｆｅ Ｐ ＳｉＯ2 氧化锰矿 ２０～３５ ８～１５ ０.０６～０.１２ １２～３０

碳酸锰矿 １５～２５ ２～５０ １～０.２１ ０～２０

我国规定可使用的锰矿石技术要求见表８。

表8 锰矿石技术要求（%） 类 型 边界 平均 Ｍｎ＋Ｆｅ Ｍｎ／Ｆｅ ＳｉＯ2 每１％锰矿中含Ｐ量 氧化锰矿 富矿 ≥２５ ＞３０ ４～８ ＜２５ ≤０.００５

贫矿 ＞１０～１５ ＞２０ ≥３０ － ≤３５ －

碳酸锰矿 富矿 ＞２０ ＞２５ ４～８ ＜２５ ≤０.００５

贫矿 ８～１０ ＞１５ ≥３０ － ≤３５ －

铁锰矿 ＞１５ ≥３０ － ≤３５ －

高炉如出现炉缸石墨碳堆积和碱性粘结物堆积时，采用锰矿洗炉是有显著效果。ＭｎＯ及其形成的硅酸盐可以改善高炉内初渣和成渣的流动性，由于ＭｎＯ有一定的脱硫功能，故可以适当降低炉渣碱度，进一步提高炉渣的流动性，加快恢复炉况正常生产的进程。

高炉可以冶炼锰铁、镜铁。在冶炼锰铁和镜铁时，要求锰矿中含铁愈少愈好，并要求高炉温操作，以提高锰的回收率（回收率可达８０％）。高炉冶炼要求锰矿中含磷愈低愈好，因为高炉内不能脱磷。

氧化锰富矿可直接使用，碳酸锰富矿一般要先经焙烧，去除ＣＯ等挥发物可提高锰的品位，贫锰矿要经选矿进行富集。高炉冶炼对锰矿石的物理要求见表９。

表9 高炉冶炼对锰矿的要求 项 目 高炉碳素锰铁 中低碳锰铁 锰硅合金 金属锰 高炉配料

粒度／ｍｍ ５～１００ ３０～０ ３～６０ ３～２０ ５～５０ 抗压/kg.cm-2 ＞１００ ＞３０ ＞５０ ＞５０ ＞１００ 强度 转鼓指数（%） ２０ ２２ ２０ ２０ ２０

水分（％） － ＜８ ＜８ ＜８ －

１．３ 石灰石与石灰

石灰石颜色呈白色或乳白色，化学分子式为ＣａＣＯ3，理论含ＣａＯ量为５６％，密度为２Ｏ2和Ａｌ2Ｏ3。高炉用石灰石的质量要求见表１０。

我国重点钢铁企业所用石灰石含ＣａＯ量在４８％～５３％，ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3含量一般在３％左右，Ｓ含量＜０.０８％。直接装入高炉的石灰石的粒度要求是大于３００ｍ3高炉为２６～５０ｍｍ，小于３００ｍ3高炉为１０～３０ｍｍ。石灰石入炉前应筛除粉末及泥土杂质。我国一些企业用石灰石的化学成分见表１１。

表10 高炉用石灰石的质量要求（%）

品 种 ＣａＯ ＭｇＯ Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 Ｐ2Ｏ5 ＳＯ3 石灰石１级 ≥５２ ≤３.５ ≤２.０ ≤０.０２ ≤０.２５ 石灰石２级 ≥５０ ≤３.５ ≤３.０ ≤０.０４ ≤０.２５ 石灰石３级 ≥４９ ≤３.５ ≤３.５ ≤０.０６ ≤０.３５ 白云石化石灰石 ３５～４４ ６～８ ≤５ - -

表11 部分企业用石灰石化学成分（%）

成分 ＦｅＯ ＳｉＯ2 Ａｌ2Ｏ3 ＣａＯ ＭｇＯ 烧损 Ｓ 鞍钢 １.７６ ３.３７ ０.５６ ５０.６０ １.９２ ４１.１５ ０.１０３ 唐钢 １.１６ ４８.５９ ５.１１ 太钢 ２.２２ ２.５８ ０.８４ ５０.７８ １.４３ ４２.７９ 天铁 ４.１４ ４６.０７ 本钢 ４.０３ １.０４ ４９.５８ ３.９０ ４０.６０ Ｏ、Ｓｉ

马钢 ２.２９ ４９.８９ ０.６７ ４１.７９ ０.０５６ 梅山 １.９９ ５２.１３ １.７６ ４２.１０ 徐州 ２.６７ ４８.６９ ３.９０ ３８.２５ 临汾 ３.３８ ４５.８９ ３.６９ ４０.４９ 通钢 ２.５０ ４７.００ ８.１９ ４２.５０ 莱芜 ４.９３ ４９.２１ 柳州 ５１.８８ ３.３４ 广州 １.３４ ５０.１０ ３.３９ ４２.６３ ０.０３ 泰山 ４.４１ ４８.１３ ２.０４ ０.１２２ 八一 ３.００ ４２.８５ ４.２０

在钢铁工业中，炼钢、烧结是消耗石灰大户，其它用量少的是铁水预处理、炉外精炼、水处理等方面。炼钢对石灰质量要求最高。石灰石经焙烧（可采用回转窑、麦尔兹、费卡斯、新型气烧、大型机立窑等方法）就变为冶金石灰。对冶金石灰的要求是：活性好、成分稳定、杂质含量低（尤其是Ｓ、Ｐ含量）、粒度均匀。宝钢对石灰质量的要求见表１２。

表12 宝钢对石灰质量的要求（%） 品种粒度／ｍｍ ＣａＯ ＭｇＯ ＳｉＯ2 Ａｌ2Ｏ3 Ｆｅ2Ｏ3 Ｐ Ｓ ＣＯ2 活性度/ml 转炉用石灰５～３０ ＞９１.３ ＜０.７ ＜２.８０ － － ０.０５ ＜０.０２５ ＜２.０ ＞180 电炉用石灰１５～３０ ＞９１.３ ＜０.７ ＜２.８０ － － ０.０５ ＜０.０２５ ＜２.０ ＞180 烧结用石灰＜３.０ ＞８８.５～９０.５ ＜０.６８ ＜２.７０ － － － － ＜３.０～５.０ ＞160 转炉用轻烧白云石５～３０ ＞５２.４ ＞３４.１ ＜５.７ ＜１.６ ＜２.７ ＜０.１４ ＜０.０４ ＜２.０ ＞120