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第一章 铁矿石分类及其特性21.1 铁矿石简介21.2 铁矿石的分类及主要特性21.2.1 铁矿石的用途简介21.2.2 铁矿石的主要分类2第二章 铁矿石的品味及鉴定标准42.1 铁矿石的品味42.2 铁矿石的脉石成分42.3 铁矿石中的有害杂质和有益元素42.3.1 有害杂质42.3.2 有益元素62.4 铁矿石的还原性62.5 矿石的粒度、机械强度和软化性72.6 铁矿石各项指标的稳定性7第三章 判定铁矿石品位的因素及铁矿石的处理方法83.1 判定铁矿石品味的因素83.1.1 铁含量83.1.2 化学成份83.1.3 物理性质83.2 铁矿石的处理方法93.2.1 物理处理法93.2.2 化学处理法94.1 破碎124.2 筛分124.3 混匀134.4 铁矿石的焙烧134.5 铁矿石的选矿134.6 铁矿石选矿的基本流程14第五章 铁矿粉造块155.1 铁矿粉烧结生产155.1.1 烧结原料的准备155.1.2 配料与混合165.1.3 烧结生产165.2 球团矿生产20第六章 中国铁矿石资源的分布216.1 东北地区铁矿216.2 华北地区铁矿216.3 中南地区铁矿216.4 华东地区铁矿226.5 其他地区铁矿22第七章 2011年中国进口铁矿石市场情况23第八章 中国钢厂分布及进口铁矿石典型值298.1 中国钢厂分布298.2 进口铁矿石典型值及冶金性能30第一章 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。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、藩、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。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。（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。（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5.56，土状赤铁矿硬度很低，相对密度4.95.3，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。（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 2Fe2O3H2O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。（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800900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。第二章 铁矿石的品味及鉴定标准铁矿石是高炉冶炼的主要原料，其质量的好坏，与冶炼进程及技术经济指标有极为密切的关系。决定铁矿石质量的主要因素是化学成分、物理性质及其冶金性能。高炉冶炼对铁矿石的要求是：含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分稳定，粒度均匀，良好的还原性及一定的机械强度等性能。2.1 铁矿石的品味铁矿石的品位即指铁矿石的含铁量，以TFe表示。品位是评价铁矿石质量的主要指标。矿石有无开采价值，开采后能否直接入炉冶炼及其冶炼价值如何，均取决于矿石的含铁量。铁矿石含铁量高有利于降低焦比和提高产量。根据生产经验，矿石品位提高1，焦比降低2，产量提高3。因为随着矿石品位的提高，脉石数量减少，熔剂用量和渣量也相应减少，既节省热量消耗，又有利于炉况顺行。从矿山开采出来的矿石，含铁量一般在3060之间。品位较高，经破碎筛分后可直接入炉冶炼的称为富矿。一般当实际含铁量大于理论含铁量的7090时方可直接入炉。而品位较低，不能直接入炉的叫贫矿。贫矿必须经过“选矿”和“造块”后才能入炉冶炼。2.2 铁矿石的脉石成分铁矿石的脉石成分绝大多数为酸性的，SiO2含量较高。在现代高炉冶炼条件下，为了得到一定碱度的炉渣，就必须在炉料中配加一定数量的碱性熔剂(石灰石)与Si02作用造渣。铁矿石中Si02含量愈高，需加入的石灰石也愈多，生成的渣量也愈多，这样，将使焦比升高，产量下降。所以要求铁矿石中含Si02愈低愈好。脉石中含碱性氧化物(Ca0、MgO)较多的矿石，冶炼时可少加或不加石灰石，对降低焦比有利，具有较高的冶炼价值。2.3 铁矿石中的有害杂质和有益元素2.3.1 有害杂质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等。（1）硫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11501200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。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。因此矿石中的含硫质量分数必须小于0.3。（2）磷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。 （3）铅和锌铅和锌常以方铅矿(PbS)和闪锌矿(ZnS)的形式存在于矿石中。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。一般要求矿石中的含铅质量分数低于0.1。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。矿石中的含锌质量分数应小于01。（4）砷砷在矿石中含量较少。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。要求矿石中的含砷质量分数小于007。（5）碱金属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(K2OA12O32SiO2)，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。（6）铜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03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。一般铁矿石允许含铜质量分数不超过0.2。2.3.2 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)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钒(V)、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。2.4 铁矿石的还原性铁矿石的还原性是指铁矿石被还原性气体C0或H2还原的难易程度。它是一项评价铁矿石质量的重要指标。铁矿石的还原性好，有利于降低焦比。影响铁矿石还原的因素主要有矿物组成、矿物结构的致密程度，粒度和气孔率等。一般磁铁矿因结构致密，最难还原。赤铁矿有中等的气孔率，比较容易还原。褐铁矿和菱铁矿容易还原，因为这两种矿石分别失去结晶水和去掉CO2后，矿石气孔率增加。烧结矿和球团矿的气孔率高，其还原性一般比天然富矿的还要好。2.5 矿石的粒度、机械强度和软化性矿石的粒度是指矿石颗粒的直径。它直接影响着炉料的透气性和传热、传质条件。通常，入炉矿石粒度在535mm之间，小于5mm的粉末是不能直接入炉的。确定矿石粒度必须兼顾高炉的气体力学和传热、传质几方面的因素。在有良好透气性和强度的前提下，尽可能降低炉料粒度。铁矿石的机械强度是指矿石耐冲击、抗摩擦、抗挤压的能力，力求强度要高一些为好。铁矿石的软化性包括铁矿石的软化温度和软化温度区间两个方面。软化温度是指铁矿石在一定的荷重下受热开始变形的温度；软化温度区间是指矿石开始软化到软化终了的温度范围。高炉冶炼要求铁矿石的软化温度要高，软化温度区间要窄。2.6 铁矿石各项指标的稳定性铁矿石的各项理化指标保持相对稳定，才能最大限度地发挥生产效率。在前述各项指标中，矿石品位、脉石成分与数量、有害杂质含量的稳定性尤为重要。高炉冶炼要求成分波动范围:含铁原料TFe<±05l0；(SiO2)<±0203；烧结矿的碱度为±00301。为了确保矿石成分的稳定，加强原料的整粒和混匀是非常必要的。第三章 判定铁矿石品位的因素及铁矿石的处理方法3.1 判定铁矿石品味的因素铁矿石的品位完全是由它所具有的利用价值来评定的。在工业上和商业上评定铁矿石价值的因素有好几项，分别说明如下：3.1.1 铁含量矿石中铁的含量当然是愈高愈好。含铁量愈高，含有杂质的脉石含量就少；于是，在运输的过程中浪费在无用杂质的费用就可以降低，在冶炼的过程中浪费在熔融脉石的燃料费用就可以减少。所以，铁矿石中铁的含量对它的价值影响很大。一般说来，平均含铁量在50以上的矿石都可以称为富矿，已经可以有不必经过处理就直接运输的价值。若低于此数值则必须在矿场附近加以富集处理，再运输至钢厂当原料。3.1.2 化学成份矿石中脉石的化学成份，对于它的价值亦有很大的影响，因为鼓风炉中分离杂质和铁液的原理是：把矿石熔融之后利用熔铁液和杂质熔液比重不同形成上下两个液相而加以分离。所以凡是在熔融状态下，都不希望脉石中含有可溶解在铁熔液中的有害物质，例如硫、磷及钴、钒、铬的化合物。除了以上所说的之外，其它的，如水份的含量高及碳酸盐的含量高都会造成燃料的增加；又如，杂质氧化物多，则还原剂的耗用量增加。这些都是在选择矿石时必须要考虑的。3.1.3 物理性质在鼓风炉中用来还原氧化铁的主要还原剂是气态的一氧化碳，而矿石则是固体的状态，因此，这个还原反应是发生在气相和固相之间；于是乎，两相之间接触面的大小和接触时间的长短都会影响这个还原反应的速度。原则上希望相的接触面要大，两相间接触的时间要久。为了合于这两个要求，对铁矿石就必须考虑下面三个因素：（1）铁矿石的气孔性要高；因为气孔性高则表面积大而且表面吸附力大，对于还原性一氧化碳气体的亲和力大，而且接触机遇多，有利于还原反应。（2）铁矿石的粒度要适中；本来粒度愈小则表面积愈大，应该有利于还原反应，但于由于粒度太小之后，会影响鼓风炉中的通气性，而且也容易被热风带出，增加炉顶气体中的尘埃量。所以，我们对粒度的要求有一个范围，即颗粒之直径在1030毫米之间。（3）希望软化点要高；因为，假如软化点低则在尚未达到还原反应温度时表面就软化而呈半熔融状态，破坏了气孔性使得还原困难。除了上面所提的因素之外，其它的物理性质，如硬度、机械强度等都可影响矿石的被还原。3.2 铁矿石的处理方法铁矿石处理的目的有两个：（1）是为了将优良的矿石选出，达到提高品位的目的。 （2）是为了把本来因为粒度太小而不适合使用的粉矿，以及因含有不易在鼓风炉中除去的杂质的不良矿石加以利用。3.2.1 物理处理法这种处理方法通常是用在品位较高的矿石为了达到第一个目的而实施的，在处理过程中有下列几个步骤：（a）筛分：把不同粒度的矿石分开。（b）破碎：把颗粒大的矿石打碎到希望的粒度。（c）选矿：把矿石中有用的成份选出；这种选择的方法很多，如手选法、水洗法、浮选法、磁选法等。3.2.2 化学处理法这种处理方法通常是为达到前面所说的第二项目的而实施的，由于它不但可以扩大低品位矿石的适用性，而且又可以提高鼓风炉的生产效率，所以日趋重要。其处理程序有下列两种：（a）煅烧：煅烧就是在充分供氧的情况下，将矿石加热至半熔融状态：使它产生下列的化学变化：2FeO+1/2O2Fe2O34FeCO3+O22Fe2O3+4CO24FeS2+11O22Fe2O3+8SO23MnCO3Mn3O4+2CO2+COCaCO3CaO+CO2由上列化学方程式，可以知道煅烧可得到下述之利益：1、可用较廉价燃料所供之热能除去矿石中的碳酸盐及所含有水分。2、使矿石中铁的氧化价位增高，增加矿石的气孔性。3、可以把矿石中的硫除去，这是最大的利益，尤其对含硫量高的矿石而言。（b）块状化：这种处理程序最主要目的是为了将粉矿处理成为块状的矿石。有以下四种方法：1、团矿化：此种方法就是利用打煤球的原理，把粉矿在高压下压成固定大小及形状。2、粒矿化：按照一定的比例和速率把粉矿、煤粉及煤焦油加入一个倾斜的转动炉内，加火燃烧使炉内温度接近矿石软化点；于是由于表面的粘合力，就自动结合在一起成为粒矿。3、球结化：这种方法就是利用“搓汤圆”的原理把粉矿磨得很细，粒度小于10微米，加入适当的水分及凝结剂，在一个圆形转盘中搓结成圆球，然后再放在加热炉内，在1100左右的温度下干燥和硬化成为球结。4、烧结：到目前为止烧结仍是一种最重要而且经济的粉矿块状化方法；它不但有块状化的功能，而且有煅烧的作用。其主要的原理是把粉矿和煤粉混合均匀后，铺在一个向前移动的链状炉床上，在上方点火，而且在链状炉床下方抽风，让空气由上往下流动，于是燃烧点渐渐由上向下移动，其中所含的煤粉在燃烧时所放出的热使得粉矿成半熔融状态，于是由于表面扩散的作用而粘结在一起，最后将它冷却后，打碎，筛选到希望的粒度。粉矿经过烧结处理后可以得到下述之好处：（i）粉矿中所含之水分、碳酸盐、硫、磷等一部份可以被除去。（ii）如果在烧结之前的配料时依照矿石的成份加入适量的熔剂，可做成自熔性烧结矿。（iii）可增加矿石的气孔性，对鼓风炉中的还原反应有帮助。由于使用烧结矿不但可以增加鼓风炉的产量而且可以降低焦炭的使用量，所以目前发展的趋势乃是鼓风炉渐渐采用烧结矿为冶炼生铁的主要原料。不过如果粉矿的粒度太小（如粒度小于10微米的量很多）则不适于用烧结，必须采用“球结化”的方法处理才行。所以目前“球结化”的处理方法也在逐渐的被广泛采用。第四章 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，一般要经过破碎、筛分、混匀、焙烧、选矿、造块等加工处理过程。4.1 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l300500mm破碎到400125mm；中碎：从400125mm破碎到10025mm；细碎：从l0025mm破碎到255mm；粉碎：从小于5mm破碎到小于lmm。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。 (a)颚式破碎机；(b)圆锥式破碎机；(c)短锥式破碎机4.2 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0512mm，筛面与水平面成l0°40°的倾角。矿石规定的入炉粒度若在835mm范围时，可分为二级入炉，820mm为一级，2035mm 为一级，分级入炉比混合入炉的效果好。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。4.3 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。4.4 铁矿石的焙烧铁矿石的焙烧是将其加热到低于软化温度200300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。4.5 铁矿石的选矿选矿的目的主要是为了提高矿石品位。在选矿时，根据各矿物的物理性质与物理化学性质的不同，借助各种选矿设备和药剂，将矿石中有用的矿物和脉石加以分离，使有用矿物相对富集，从而提高矿石品位，同时分离回收其他有用成分，除去部分有害杂质，从而充分、经济合理地利用矿产资源。矿石经过选矿可得到三种产品：精矿、中矿和尾矿。精矿是指选矿后得到的含有用矿物含量较高的产品；中矿为选矿过程中间产品，需进一步选矿处理；尾矿是经选矿后留下的废弃物。对于铁矿石，目前常用的选矿方法有：1)重力选矿法。根据矿物密度的不同，在选矿介质中具有不同的沉降速度而进行选矿。2)磁力选矿法。磁力选矿法是利用矿物的磁性差别，在不均匀的磁场中，磁性矿物被磁选机的磁极吸引，而非磁性矿物则被磁极排斥，从而达到选别的目的。3)浮游选矿法。浮游选矿法是利用矿物表面不同的亲水性，选择性地将疏水性强的矿物用泡沫浮到矿浆表面，而亲水性矿物则留在矿浆中，从而实现不同矿物彼此分离。4.6 铁矿石选矿的基本流程第五章 铁矿粉造块铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。铁矿粉造块是为满足高炉冶炼对精料的要求而发展起来的，通过铁矿粉造块，可综合利用资源，扩大炼铁用的原料种类，去除有害杂质，回收有益元素，保护环境，同时可以改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求，使高炉冶炼的主要技术经济指标得到改善。5.1 铁矿粉烧结生产烧结法生产烧结矿是重要的造块方法之一。所谓烧结，就是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上进行烧结的过程。在此过程中借助燃料燃烧产生的高温，使物料发生一系列物理化学变化，并产生一定数量的液相。当冷却时，液相将矿粉颗粒黏结成块，即烧结矿。 5.1.1 烧结原料的准备烧结生产所用原料品种较多，为了保证生产过程顺利进行，并且保证烧结矿的产量和质量，因此对所用原燃料有一定的要求。（1）含铁原料铁矿石和铁精矿是烧结的主要含铁原料。含铁量较高的矿石经破碎、筛分将其合格矿直接送到高炉炼铁，它的筛下物<5mm的这部分矿粉作为烧结的原料。当铁矿石的含铁量较低，需经过选矿得到品位较高的矿粉，叫铁精矿。一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。除铁矿石外，还有一些工业副产品，如高炉炉尘、轧钢皮、钢渣等也可作为烧结原料。（2）熔剂要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3左右，粒度小于3mm的占90以上。随着精矿粒度细化，熔剂粒度也要相对缩小。在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO(其含量决定于高炉造渣要求)，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。（3）燃料烧结所用燃料主要为焦粉和无烟煤。对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10，粒度小于3mm的占95以上。一般认为焦粉作烧结燃料较好，它能满足上述要求，同时也利用了高炉焦炭筛分后的粉末。但不少厂家采用无烟煤作燃料的生产实践表明，无烟煤硬度小，易于破碎，着火点低，易燃，所以无烟煤也是可取的燃料。5.1.2 配料与混合（1）配料烧结生产使用的原料种类较多，为了获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求，必须进行精确配料。目前，常用的配料方法有容积配料法和质量配料法。容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。实际上原料的堆积密度并不稳定，因此容积配料法的准确性较差。质量配料法是按原料的质量配料，它比容积法准确。质量配料便于实现自动化。（2）混合按一定配比组成的烧结料需进行混合，目的是使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。混合作业包括加水润湿、混匀和造球，并通入蒸汽以提高混合料的温度。根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。一次混合的目的是润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。二次混合除继续混匀外，主要是造球，以改善烧结料层透气性。用粒度10Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于253min。我国烧结厂大多采用二次混合。5.1.3 烧结生产1、烧结作业烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。（1）布料 是指将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。布料均匀与否，直接影响烧结的产量和质量，均匀布料是烧结生产的基本要求。当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为1025mm，厚度为2025mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。 铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。目前采用较多的是圆辊布料机布料。（2）点火点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。点火要求有足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀，以利料层中燃料顺利燃烧。点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。这一温度范围常在11001300，实际操作中点火温度常控制在1250±50。点火温度过高，会使烧结料表面过熔形成硬壳，降低料层透气性，减慢垂直烧结速度，降低生产率。过低时，表层出现浮灰，返矿量增加。在一定温度下，为了保证表面料层所需热量，需要足够的点火时间。通常4060s。 点火真空度影响点火深度。一般要求点火深度为1020mm，使点火热量集中于表层一定厚度内。如点火真空度较高，会使冷空气从点火器下面大量吸入，以降低点火温度和使料面点火不均匀，表面料层也将随空气的强烈吸人而紧密，降低料层透气性；真空度过低，抽力不足，又会使点火器内燃烧产物向外喷出，不能全部抽入料层，造成热量损失，并降低台车寿命。通常将第一号风箱的真空度控制在46kPa。（3）烧结 在点火后直至烧结整个过程中，料层不断发生变化，为了使烧结过程正常进行，对于烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点的准确控制是很重要的。1）烧结风量和真空度。单位烧结面积的风量大小，是决定产量高低的主要因素，当其他条件一定时，产量随风量增加而提高。但风量过大，会造成烧结速度过快，降低烧结矿的成品率。这是因为风量过大使烧结层快速下移，烧结料没有足够的时间熔融黏结，使烧结矿强度降低，细粒级增多。目前，平均每吨烧结矿需风量为3200m3，按烧结面积计算为(7090)m3(cm2min)。真空度大小决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。在其他条件一定时，真空度大小反映了料层透气性的好坏，同时，真空度的变化也是判断烧结过程的一种依据。2）料层厚度与机速。料层厚度与机速直接影响烧结矿的产量和质量。一般来说，料层薄，机速快，生产率高。但表面强度差的烧结矿数量相对增加，造成返矿和粉末增多。同时还会削弱料层“自动蓄热作用”，增加燃料用量，使烧结矿Fe0含量增加，还原性变差。若为厚料层，虽然烧结速度有所降低，但可以较好地利用热量，减少燃料用量，降低Fe0含量，改善还原性，但料层厚度增加，阻力增大，产量下降。因此，合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。国内一般采用料层厚度为250500mm。机速过慢，则不能充分发挥烧结机的生产能力，并使料层表面过熔，Fe0含量增加，还原性变差。机速过快，烧结时间缩短，导致烧结料不能完全烧结，返矿增多，烧结矿强度变差，成品率降低，合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。实际生产中，机速一般控制在1.54mmin为宜。3）烧结终点的判断与控制。控制烧结终点，即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置。准确控制烧结终点风箱位置，是充分利用烧结机面积，确保优质高产和冷却效率的重要条件。中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处，大型烧结机控制在倒数第三个风箱处。烧结终点的提前或滞后，都将给烧结生产带来不利影响。2、烧结过程带式烧结机抽风烧结过程是自上而下进行的，沿其料层高度温度变化的情况一般可分为5层，各层中的反应变化情况如图25所示。点火开始以后，依次出现烧结矿层，燃烧层，预热层，干燥层和过湿层。然后后四层又相继消失，最终只剩烧结矿层。 （1）烧结矿层 经高温点火后，烧结料中燃料燃烧放出大量热量，使料层中矿物产生熔融，随着燃烧层下移和冷空气的通过，生成的熔融液相被冷却而再结晶(10001100)凝固成网孔结构的烧结矿。这层的主要变化是熔融物的凝固，伴随着结晶和析出新矿物，还有吸入的冷空气被预热，同时烧结矿被冷却，和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。（2）燃烧层 燃料在该层燃烧，温度高达13501600，使矿物软化熔融黏结成块。该层除燃烧反应外，还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应。（3）预热层 由燃烧层下来的高温废气，把下部混合料很快预热到着火温度，一般为400800。此层内开始进行固相反应，结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿局部被氧化。（4）干燥层 受预热层下来的废气加热，温度很快上升到100以上，混合料中的游离水大量蒸发，此层厚度一般为l030mm。实际上干燥层与预热层难以截然分开，可以统称为干燥预热层。该层中“料球”被急剧加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。（5）过湿层 从干燥层下来的热废气含有大量水分，料温低于水蒸气的露点温度时，废气中的水蒸气会重新凝结，使混合料中水分大量增加而形成过湿层。此层水分过多，使料层透气性变坏，降低烧结速度。3、烧结过程中的基本化学反应（1）固体碳的燃烧碳的燃烧反应是烧结过程中其他一切物化反应的基础。固体碳燃烧反应为：反应后生成C0和C02，还有部分剩余氧气，为其他反应提供了氧化还原气体和热量。燃烧产生的废气成分取决于烧结的原料条件、燃料用量、还原和氧化反应的发展程度、以及抽过燃烧层的气体成分等因素。（2）碳酸盐的分解和矿化作用 烧结料中的碳酸盐有CaC03、MgC03、FeC03、MnC03等，其中以CaC03为主。在烧结条件下，CaC03在720左右开始分解，880时开始化学沸腾，其他碳酸盐相应的分解温度较低些。碳酸钙分解产物Ca0能与烧结料中的其他矿物发生反应，生成新的化合物，这就是矿化作用。反应式为：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2CaCO3+Fe2O3=CaO Fe2O3+ CO2如果矿化作用不完全，将有残留的自由Ca0存在，在存放过程中，它将同大气中的水分进行消化作用：CaO+H2O=Ca(OH)2使烧结矿的体积膨胀而粉化。（3）铁和锰氧化物的分解、还原和氧化铁氧化物的分解、还原与氧化。铁的氧化物在烧结条件下，温度高于l300时，Fe203可以分解：Fe304在烧结条件下分解压很小，但在有Si02存在、温度大于1300时，也可能分解：5.2 球团矿生产球团矿是把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后，在加水润湿的条件下，通过造球机滚动成球，再经过干燥焙烧，固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。随着高炉炼铁技术的进步和细磨精矿技术的提高，球团技术也有了相应的发展和应用。近30年来，世界上球团矿产量增长很快，成为一种主要的铁矿粉造块方法。我国随着高碱度烧结矿配加酸性球团矿的合理炉料结构的推广，球团矿生产也有较大的发展。球团矿生产迅速发展的原因是：1）天然富矿日趋减少，大量贫矿被采用。贫矿经选矿后使其品位提高，为提高这一选矿技术经济指标，铁矿石需经细磨，选矿后的精矿粉粒度小于0074mm(-200网目)，甚至小于0044mm(-325网目)，这种过细精矿粉用于烧结生产会影响透气性，降低产量和质量。而细磨精矿粉易于造球，粒度越细，成球率越高，球团矿强度也越高。所以，处理细磨铁精矿粉球团法优于烧结法。2）球团法生产工艺的成熟。球团法生产工艺经过半个多世纪的发展，已经基本成熟。它从单一处理铁精矿粉扩展到多种含铁原料，生产规模和操作也向大型化、机械化、自动化方向发展。技术经济指标显著提高。球团产品也已用于炼钢和直接还原炼铁等。3）球团矿的优点和高炉使用球团矿炼铁的技术进步。球团矿具有良好的冶金性能：粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高，有利于强化高炉冶炼。球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。第六章 中国铁矿石资源的分布中国铁矿资源有两个特点：一是贫矿多，贫矿储量占总储量的80%；二是多元素共生的复合矿石较多。此外矿体复杂；有些贫铁矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。 6.1 东北地区铁矿 东北地区铁矿主要是鞍山矿区，它是目前我国储量开采量最大的矿区，大型矿体主要分布在辽宁省的鞍山（包括大弧山、樱桃园、东西鞍山、弓长岭等）、本溪（男芬、歪头山、通远堡等），部分矿床分布在吉林省通化附近。鞍山矿区是鞍钢、本钢的主要原料基地。 鞍山矿区矿石的主要特点：1）除极少富矿外，约占储量的98%为贫矿，含铁量20-40%，平均30%左右。必须经过选矿处理，精选后含铁量可达60%以上。 2）矿石矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，部分为假象赤铁矿和半假象赤铁矿。其结构致密坚硬，脉石分布均匀而致密，选矿比较困难，矿石的还原性较差。 3）脉石矿物绝大部分是由石英石组成的，SiO2在40-50%。但本溪通远堡铁矿为自溶性矿石，其碱度（Ca+Mg/SiO2）在1以上。且含锰1.29-7.5%可代替锰矿使用。 4）矿石含S、P杂质很少，本溪男芬铁矿含P很低，是冶炼优质生铁的好原料。 6.2 华北地区铁矿 主要分布在河北省宣化、迁安和邯郸、邢台地区的武安、矿山村等的地区以及内蒙和山西各地。是首钢、包钢、太钢和邯郸、宣化及阳泉等钢铁厂的原料基地。 迁滦矿区矿石为鞍山式贫磁铁矿，含酸性脉石，S、P杂质少，矿石的可选性好。 邯邢矿区主要是赤铁矿和磁铁矿，矿石含铁量在40%-55%之间，脉石中含有一定的碱性氧化物，部分矿石S高。 6.3 中南地区铁矿 中南地区铁矿以湖北大冶铁矿为主，其他如湖南的湘潭，河南省的安阳、舞阳，江西和广东省的海南岛等地都有相当规模的储量，这些矿区分别成为武钢、湘钢及本地区各大中型高炉的原料供应基地。大冶矿区是我国开采最早的矿区之一，主要包括铁山、金山店、成潮、灵乡等矿山，储量比较丰富。矿石主要是铁铜共生矿，铁矿物主要为磁铁矿，其次是赤铁矿，其他还有黄铜矿和黄铁矿等。矿石含铁量40-50%，最高的达54-60%。脉石矿物有方解石、石