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            鐵礦石中有害雜質和有益元素的含量

            2021-07-19 17:19:02

            1.有害雜質


            鐵礦石中的有害雜質是指那些對冶煉有妨礙或使礦石冶煉時不易獲得優質產品的元素。主要有S、P、Pb、Zn、As、K、Na等。


            鐵礦石

            (1)硫


            硫在礦石中主要以硫化物狀態存在。硫的危害主要表現在:


            a.當鋼中的含硫量超過一定量時,會使鋼材具有熱脆性。這是由于FeS和Fe結合成低熔點(985℃)合金,冷卻時最后凝固成薄膜狀,并分布于晶粒界面之間,當鋼材被加熱到1150~1200℃時,硫化物首先熔化,使鋼材沿晶粒界面形成裂紋。


            b.對鑄造生鐵,會降低鐵水的流動性,阻止Fe3C分解,使鑄件產生氣孔、難于切削并降低其韌性。


            c.硫會顯著地降低鋼材的焊接性,抗腐蝕性和耐磨性。


            國家標準對生鐵的含硫量有嚴格規定,煉鋼生鐵,允許含硫質量分數不能超過0.07%,鑄造鐵不超過0.06%。雖然高爐冶煉可以去除大部分硫,但需要高爐溫、高爐渣堿度,對增鐵節焦是不利的。因此礦石中的含硫質量分數必須小于0.3%。


            (2)磷


            磷也是鋼材的有害成分。以Fe2P、Fe3P形態溶于鐵水。因為磷化物是脆性物質,冷凝時聚集于鋼的晶界周圍,減弱晶粒間的結合力,使鋼材在冷卻時產生很大的脆性,從而造成鋼的冷脆現象。由于磷在選礦和燒結過程中不易除去,在高爐冶煉中又幾乎全部還原進入生鐵。所以控制生鐵含磷的惟一途徑就是控制原料的含磷量。


            (3)鉛和鋅


            鉛和鋅常以方鉛礦(PbS)和閃鋅礦(ZnS)的形式存在于礦石中。


            在高爐內鉛是易還原元素,但鉛又不溶解于鐵水,其密度大于鐵水,所以還原出來的鉛沉積于爐缸鐵水層以下,滲入磚縫破壞爐底砌磚,甚至使爐底砌磚浮起。鉛又極易揮發,在高爐上部被氧化成PbO,粘附于爐墻上,易引起結瘤。一般要求礦石中的含鉛質量分數低于0.1%。


            高爐冶煉中鋅全部被還原,其沸點低(905℃),不熔于鐵水。但很容易揮發,在爐內又被氧化成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。礦石中的含鋅質量分數應小于0.1%。


            (4)砷


            砷在礦石中含量較少。與磷相似,在高爐冶煉過程中全部被還原進入生鐵,鋼中含砷也會使鋼材產生“冷脆”現象,并降低鋼材焊接性能。要求礦石中的含砷質量分數小于0.07%。


            (5)堿金屬


            堿金屬主要指鉀和鈉。一般以硅酸鹽形式存在于礦石中。冶煉過程中,在高爐下部高溫區被直接還原生成大量堿蒸氣,隨煤氣上升到低溫區又被氧化成碳酸鹽沉積在爐料和爐墻上,部分隨爐料下降,從而反復循環積累。其危害主要為:與爐襯作用生成鉀霞石(K2O·A12O3·2SiO2),體積膨脹40%而損壞爐襯;與爐襯作用生成低熔點化合物,粘結在爐墻上,易導致結瘤;與焦炭中的碳作用生成插入式化合物(CK8、CNa8)體積膨脹很大,破壞焦炭高溫強度,從而影響高爐下部料柱透氣性。因此要限制礦石中堿金屬的含量。


            (6)銅


            銅在鋼材中具有兩重性,銅易還原并進入生鐵。當鋼中含銅質量分數小于0.3%時能改善鋼材抗腐蝕性。當超過0.3%時又會降低鋼材的焊接性,并引起鋼的“熱脆”現象,使軋制時產生裂紋。一般鐵礦石允許含銅質量分數不超過0.2%。


            2.有益元素


            礦石中有益元素主要指對鋼鐵性能有改善作用或可提取的元素。如錳(Mn)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、釩(V)、鈦(Ti)等。當這些元素達到一定含量時,可顯著改善鋼的可加工性,強度和耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能。同時這些元素的經濟價值很大,當礦石中這些元素含量達到一定數量時,可視為復合礦石,加以綜合利用。


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