鑄造原材料的選擇

　　一、鐵礦石品位

　　鐵礦石的品位即指鐵礦石的含鐵量，以TFe%表示。品位是評價鐵礦石質量的主要指標。礦石有無開采價值，開采后能否直接入爐冶煉及其冶煉價值如何，均取決于礦石的含鐵量。

　　鐵礦石含鐵量高有利于降低焦比和提高產(chǎn)量。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，礦石品位提高1%，焦比降低2%，產(chǎn)量提高3%。因為隨著礦石品位的提高，脈石數(shù)量減少，熔劑用量和渣量也相應減少，既節(jié)省熱量消耗，又有利于爐況順行。從礦山開采出來的礦石，含鐵量一般在30%～60%之間。品位較高，經(jīng)破碎篩分后可直接入爐冶煉的稱為富礦。一般當實際含鐵量大于理論含鐵量的70%～90%時方可直接入爐。而品位較低，不能直接入爐的叫貧礦。貧礦必須經(jīng)過選礦和造塊后才能入爐冶煉。

　　二、脈石成分

　　鐵礦石的脈石成分絕大多數(shù)為酸性的，SiO2含量較高。在現(xiàn)代高爐冶煉條件下，為了得到一定堿度的爐渣，就必須在爐料中配加一定數(shù)量的堿性熔劑(石灰石)與Si02作用造渣。鐵礦石中Si02含量愈高，需加入的石灰石也愈多，生成的渣量也愈多，這樣，將使焦比升高，產(chǎn)量下降。所以要求鐵礦石中含Si02愈低愈好。

　　脈石中含堿性氧化物(Ca0、MgO)較多的礦石，冶煉時可少加或不加石灰石，對降低焦比有利，具有較高的冶煉價值。

　　三、有害雜質和有益元素的含量

　　1.有害雜質

　　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(yōu)質產(chǎn)品的元素。主要有S、P、Pb、Zn、As、K、Na等。

　　(1)硫

　　硫在礦石中主要以硫化物狀態(tài)存在。硫的危害主要表現(xiàn)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(chǎn)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(guī)定，煉鋼生鐵，最高允許含硫質量分數(shù)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(jié)焦是不利的。因此礦石中的含硫質量分數(shù)必須小于0.3%。

　　(2)磷

　　磷也是鋼材的有害成分。以Fe2P、Fe3P形態(tài)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(chǎn)生很大的脆性，從而造成鋼的冷脆現(xiàn)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(nèi)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(fā)，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(shù)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(fā)，在爐內(nèi)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(shù)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(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象，并降低鋼材焊接性能。要求礦石中的含砷質量分數(shù)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(qū)被直接還原生成大量堿蒸氣，隨煤氣上升到低溫區(qū)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(huán)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(shù)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(xiàn)象，使軋制時產(chǎn)生裂紋。一般鐵礦石允許含銅質量分數(shù)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(jīng)濟價值很大，當?shù)V石中這些元素含量達到一定數(shù)量時，可視為復合礦石，加以綜合利用。

　　四、鐵礦石的還原性

　　鐵礦石的還原性是指鐵礦石被還原性氣體C0或H2還原的難易程度。它是一項評價鐵礦石質量的重要指標。鐵礦石的還原性好，有利于降低焦比。

　　影響鐵礦石還原的因素主要有礦物組成、礦物結構的致密程度，粒度和氣孔率等。一般磁鐵礦因結構致密，最難還原。赤鐵礦有中等的氣孔率，比較容易還原。褐鐵礦和菱鐵礦容易還原，因為這兩種礦石分別失去結晶水和去掉CO2后，礦石氣孔率增加。燒結礦和球團礦的氣孔率高，其還原性一般比天然富礦的還要好。

　　五、礦石的粒度、機械強度和軟化性

　　礦石的粒度是指礦石顆粒的直徑。它直接影響著爐料的透氣性和傳熱、傳質條件。

　　通常，入爐礦石粒度在5～35mm之間，小于5mm的粉末是不能直接入爐的。確定礦石粒度必須兼顧高爐的氣體力學和傳熱、傳質幾方面的因素。在有良好透氣性和強度的前提下，盡可能降低爐料粒度。

　　鐵礦石的機械強度是指礦石耐沖擊、抗摩擦、抗擠壓的能力，力求強度要高一些為好。

　　鐵礦石的軟化性包括鐵礦石的軟化溫度和軟化溫度區(qū)間兩個方面。軟化溫度是指鐵礦石在一定的荷重下受熱開始變形的溫度;軟化溫度區(qū)間是指礦石開始軟化到軟化終了的溫度范圍。高爐冶煉要求鐵礦石的軟化溫度要高，軟化溫度區(qū)間要窄。

　　六、鐵礦石各項指標的穩(wěn)定性

　　鐵礦石的各項理化指標保持相對穩(wěn)定，才能最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率。在前述各項指標中，礦石品位、脈石成分與數(shù)量、有害雜質含量的穩(wěn)定性尤為重要。高爐冶煉要求成分波動范圍:含鐵原料TFe<±0.5%～l.0%;ω(SiO2)<±0.2%～0.3%;燒結礦的堿度為±0.03～0.1。

　　為了確保礦石成分的穩(wěn)定，加強原料的整粒和混勻是非常必要