在
铁矿石中除含铁物质和脉石之外,通常还含有许多伴生元素。 (1)硫,硫对钢材是最为有害的成分,它使钢材具有热脆性。因为FeS与Fe结合成低熔点(985℃)合
金,冷却后凝固成薄膜状,并分布于晶粒界面之间,当钢材被加热至1150~1200℃时,硫化物首先熔化,使钢材沿晶粒界面形成裂纹。硫对铸造生铁同样有害,它降低生铁的流动性及阻止碳化铁的分解,所以使铸件容易产生气孔,又因Fe3C硬而脆使铸件难以车削加工并降低铸件的韧性。国家标准规定硫的含量,炼钢生铁最高不能大于0.07%,铸造生铁最高不能大于0.06%,因此要求矿石中含硫愈少愈好。 在高炉冶炼过程中。硫在高炉内可以除去90%以上,但脱硫要求提高炉渣碱度。需要增加
石灰石的用量,同时渣量也随之增加,这样势必要使高炉焦比升高,产量降低,根据鞍钢经验,矿石中含硫升高0.1%,焦比升高5%。一般规定矿石中S≤0.06%为一级矿;S≤0.2%为二级矿;S≤0.3%为高
硫矿。 对于含硫高的矿石可以通过
选矿、焙烧和烧结等方法处理,以降低矿石含硫量。 (2)
磷,磷也是钢铁材料的有害成分,磷使钢铁具有冷脆的性质。磷化物聚集于晶界周围减弱晶粒间的结合力,使钢冷却时发生很大的脆性,从而造成冷脆现象。但磷又可以改善铁水的流动性,所以在浇注形状复杂的普通铸件时,允许生铁中含有较高的磷。因磷的存在同样影响铸件的强度,所以,除少数高磷铸造铁允许有较高的含磷外,一般生铁含磷愈低愈好。 由于磷在
选矿和烧结过程中不易除去,而在炼铁过程中磷又全部还原进入生铁,所以控制生铁含磷的惟一途径就是控制原料的含磷量。对于高磷矿石。可以冶炼供碱性转炉用的高磷生铁,所得的高磷钢渣是很好的化肥。 (3)
铅,我国一些
铁矿石中含有少量的铅,在普通烧结过程中不能去除铅。PbS可用浮选方法分离,含铅矿石也可用氯化焙烧的方法使铅铁分离并加以回收。铅在高炉内是易还原元素,铅不溶于生铁,其相对密度又大于铁水,所以还原出来的铅沉积于炉底铁水层以下。 (4)
锌,我国有些矿石中含有少量的锌,在普通烧结过程中锌不能被去除,可以通过氯化焙烧的方法使锌同铁分离并加以回收,若锌以ZnS状态存在时可用浮选方法分离。 在高炉内锌是易还原的,且不溶于生铁。其所以被认为是有害杂质是由于锌在还原后。在高温区以锌蒸气大量挥发上升并在高炉上部被氧化,结果易生成炉瘤。或者由于ZnS沉积到耐火砖的孔隙中而破坏炉衬,有时使砌砖膨胀而引起炉壳破裂。因此要求矿石中锌含量愈少愈好,国外冶炼含锌矿的实践表明。含锌量小于0.1%时可顺利冶炼。一般要求矿石中含锌不应超过0.1%~0.2%,若矿石中含锌高时则不能单独直接冶炼。必须与含锌少的矿石混合使用,或进行焙烧,选矿等处理,以降低矿石中的含锌量。 (5)
砷,矿石中的砷在烧结过程中只能除去一部分。也可以用氯化焙烧方法去除,砷在高炉冶炼过程中全部还原进入生铁中,钢中含砷大于0.1%以上时,使钢增加脆性并使焊接性能变坏。所以应控制矿石中砷含量。要求矿石中含砷量不应超过0.07%。 (6)
铜,铜在铁矿石中主要以黄铜矿和孔雀石状态存在。其中以硫化物形态存在的黄铜矿,可以通过浮选而回收,做到铜铁分离,但以氧化物状态存在的铜将进入铁精矿,铜在烧结过程中不能去除。 在高炉冶炼时铜全部还原到生铁中,在炼钢时又进入钢中,铜在钢中含量不超过0.3%时,能改善钢的性质特别是能提高钢的耐腐蚀性能。但当含铜量超过0.3%时,则金属的焊接性能降低并产生热脆现象。一般矿石允许含铜不超过0.2%,对于一些难选的高铜氧化矿,除可用氯化焙烧回收铜外,还可以冶炼高铜铸造生铁,这种合金铸铁具有很好的机械强度和耐腐蚀性。 (7) 氟和稀土元素,氟以CaF2形式进入渣中,它能增加炉渣的流动性及降低炉渣的熔点。矿石中氟含量过多时会使炉渣在高炉内形成过早,不利于矿石的还原,氟的挥发对耐火材料及金属结构有一定的腐蚀作用。矿石含氟达1%时对冶炼无影响,含量达4%~5%时,需增加炉渣碱度来控制炉渣的流动性。含氟和稀土元素的铁矿石,可以通过磁选一浮选的选矿流程而获得铁精矿、稀土精矿和
萤石。 (8)
锰,几乎一切铁矿石均含有或多或少的锰元素,但一般含量不高。锰在钢中可改善钢的机械性能,尤其是增加钢的硬度。在冶炼制钢生铁时锰的还原率为40%~60%,锰与氧的亲和力比较大,在钢水中和FeO作用生成MnO,从而减少了钢水中FeO的含量,在钢材加工时大大地减少由于FeO而产生的裂纹。同时MnO不溶于钢水中可以浮到液面而除去。这样锰就成为炼钢时的脱氧剂。 含锰的粉矿在烧结时锰还可以改善矿石的烧结作用。 (9)
铬,铬在矿石中常以FeO.Cr2O3)状态存在,在高炉内铬的还原率可达80%~95%。铬是钢中有益元素,可以使钢的耐腐蚀能力增加。钢中加入铬与
镍可制成镍铬不锈钢,此外铬还能增加金属的强度。 矿石中的铬对高炉冶炼的影响不大,但对炼钢操作却有影响,由于生铁中的铬在炼钢过程中又被氧化而进入渣中,使炉渣变得很粘稠不好操作。所以希望生铁中含Cr≤0.4%~0.6%,这就要求铁矿石中含铬量不高于0.25%。 (10)
钛,钛常存在于磁铁矿中,成钛铁矿(FeO.TiO2)。钛是近代高温合金需用的元素之一,钛在钢中是一种有益元素。 在高炉冶炼时矿石中的TiO2除极少部分被还原进入生铁,其余部分都进入炉渣。钛渣性质不稳定,在炉缸还原性气氛下渣中TiO2将有一部分被还原成Ti2O3和金属钛。金属钛一部分进入生铁,一部分生成高熔点的TiC和TiN留在渣中。随着渣中钛的低价氧化物和钛的碳氮化物数量的增加,炉渣将出现变稠带铁现象。必须采取适当措施减少TiO2的还原,防止和消除炉渣的稠化,才能保证高炉的正常生产。 (11)
钒,钒是非常宝贵的合金元素,通常钛磁铁矿中都含有少量的钒,有的褐铁矿及含磷高的矿石中也含少量的钒。在高炉冶炼中钒可以还原70%~80%。