鐵礦石的氣孔問題解析

詳細解答

鐵礦石的氣孔問題是直接影響其冶金性能的關鍵因素，氣孔率直接影響鐵礦石的還原性、強度與高溫性能，氣孔結構還直接關聯高爐冶煉效率、抗粉化等能力，對高爐冶煉與燒結礦質量有決定性影響。下面從幾個維度對鐵礦石的氣孔問題進行系統解析。

一、鐵礦石的氣孔來源與形成

鐵礦石的氣孔并非缺陷，其產生主要可分為地質成因與加工成因兩類。

1、地質成因：主要是存在于赤鐵礦、褐鐵礦等自然形成的礦石中，在地質成礦過程中，由于結晶不完全、碳酸鹽等易溶礦物被地下水溶蝕、生物遺骸分解等作用形成。褐鐵礦因其含水率高、結構疏松等因素，其氣孔率顯著高于致密的磁鐵礦或赤鐵礦。特征是形態不規則，大小從微米級到毫米級不大，隨機分布。

2、加工成因：主要是出現在燒結礦與球團礦的制作過程當中，燒結料中固體燃料燃燒與碳酸鹽分解會產生二氧化碳，在液相冷凝前形成氣孔。球團礦在焙燒時磁鐵礦氧化為赤鐵礦后硫、碳等雜質揮發也會形成孔隙。特征是燒結礦砌塊不規則、相互連通，球團礦氣孔多為球形，相對孤立，尺寸較小。

二、鐵礦石的氣孔特征與分類

1、氣孔率定義：氣孔率指鐵礦石中孔隙所占體積與總體積的百分比，分為以下幾種。顯氣孔率是材料中開放氣孔的容積占比，直接影響吸水率和滲透性能；真氣孔率是包含所有孔隙（開放和封閉氣孔）的總孔隙體積與總體積之比；閉口氣孔率是由真氣孔率減去顯氣孔率得出，反映內部封閉孔隙分布。

2、氣孔類型差異：氣孔類型分為開口氣孔與閉口氣孔。開口氣孔聯通表面，對還原有利，可利用還原氣體擴散來提高還原性，是氣體擴散的通道。閉口氣孔各個內部孤立，不參加還原，還阻礙氣體的擴散，影響密度、導熱、強度等，還降低還原效率。

三、鐵礦石的氣孔對冶金性能影響

1、還原性影響：氣孔率高時還原性能提升顯著，砌塊會為還原氣體提供滲透通道與反應附著面，是還原反應從表面深入到內部，開孔氣孔占比大于30%時會有顯著提升。但是氣孔率過高也會導致強度下降，影響穩定性。

2、機械強度：在氣孔率高時不會有明顯的好的影響，但是其強度會明顯下降，砌塊是作為應力集中點的，在轉運、裝料過程中易產生裂紋和粉末，會惡化高爐料柱的透氣性。

3、低溫還原粉化問題：赤鐵礦還原成磁鐵礦時會體積膨脹，產生裂紋導致礦物粉化，均勻的為空能夠環節內應力，但是大孔、連通孔會加劇粉化。高孔隙率在500-600攝氏度還原時內部的應力無法釋放，后期粉化指數會上升。

4、軟化熔滴性能：氣孔率高會有利于初始的軟化，因為熱量與還原氣體能夠更好、更容易的滲透；而過高的氣孔率會導致軟化區間變寬、熔融滴落的溫度降低，或者使熔融層透氣性惡化。

5、熱爆裂性：氣孔率高時在礦物進入爐內加熱時，內部的結晶水與吸附水會進行幾句的蒸發，從而會造成礦石的爆裂。

6、強度與透氣性問題：球團礦降低氣孔率能夠提高抗壓強度，但是會降低物料的還原性；燒結礦氣孔率增加會使得黏結強度減小，但是會改善料層的透氣性；在顯氣孔率為20-25%時達到一個平衡點，能夠兼顧還原性與強度。

四、不同鐵礦石的氣孔特征對比

五、鐵礦石的氣孔問題控制方案

1、優化配礦方案：控制褐鐵礦物料的比例，通常要在＜40%，再配置致密磁鐵礦或者高堿度的燒結礦物料。還需使用高還原性、低粉化的球團礦來代替部分燒結礦進行配礦優化。

2、改善燒結工藝：采用厚料燒結，利用自續熱作用使氣孔分布更均勻、孔徑更小。控制細粉含量、提高燒結溫度，減少孔隙率。控制焦粉粒度配比，避免局部強還原形成大孔。

3、優化球團工藝：控制預熱與焙燒溫度曲線，避免過早燒結形成硬殼，添加有機粘結劑替代部分膨潤土來減少孔隙的堵塞，高爐操作要進行調整，料柱的透氣性。

4、防范氣孔措施：選用結晶干燥的爐料，限制干氣量高的爐料使用，出鐵槽、出鐵口與過橋要完全烘干，降低硫的含量，在氣孔易發生的位置添加排氣的通道。