铁矿石的气孔问题解析

详细解答

铁矿石的气孔问题是直接影响其冶金性能的关键因素，气孔率直接影响铁矿石的还原性、强度与高温性能，气孔结构还直接关联高炉冶炼效率、抗粉化等能力，对高炉冶炼与烧结矿质量有决定性影响。下面从几个维度对铁矿石的气孔问题进行系统解析。

一、铁矿石的气孔来源与形成

铁矿石的气孔并非缺陷，其产生主要可分为地质成因与加工成因两类。

1、地质成因：主要是存在于赤铁矿、褐铁矿等自然形成的矿石中，在地质成矿过程中，由于结晶不完全、碳酸盐等易溶矿物被地下水溶蚀、生物遗骸分解等作用形成。褐铁矿因其含水率高、结构疏松等因素，其气孔率显著高于致密的磁铁矿或赤铁矿。特征是形态不规则，大小从微米级到毫米级不大，随机分布。

2、加工成因：主要是出现在烧结矿与球团矿的制作过程当中，烧结料中固体燃料燃烧与碳酸盐分解会产生二氧化碳，在液相冷凝前形成气孔。球团矿在焙烧时磁铁矿氧化为赤铁矿后硫、碳等杂质挥发也会形成孔隙。特征是烧结矿砌块不规则、相互连通，球团矿气孔多为球形，相对孤立，尺寸较小。

二、铁矿石的气孔特征与分类

1、气孔率定义：气孔率指铁矿石中孔隙所占体积与总体积的百分比，分为以下几种。显气孔率是材料中开放气孔的容积占比，直接影响吸水率和渗透性能；真气孔率是包含所有孔隙（开放和封闭气孔）的总孔隙体积与总体积之比；闭口气孔率是由真气孔率减去显气孔率得出，反映内部封闭孔隙分布。

2、气孔类型差异：气孔类型分为开口气孔与闭口气孔。开口气孔联通表面，对还原有利，可利用还原气体扩散来提高还原性，是气体扩散的通道。闭口气孔各个内部孤立，不参加还原，还阻碍气体的扩散，影响密度、导热、强度等，还降低还原效率。

三、铁矿石的气孔对冶金性能影响

1、还原性影响：气孔率高时还原性能提升显著，砌块会为还原气体提供渗透通道与反应附着面，是还原反应从表面深入到内部，开孔气孔占比大于30%时会有显著提升。但是气孔率过高也会导致强度下降，影响稳定性。

2、机械强度：在气孔率高时不会有明显的好的影响，但是其强度会明显下降，砌块是作为应力集中点的，在转运、装料过程中易产生裂纹和粉末，会恶化高炉料柱的透气性。

3、低温还原粉化问题：赤铁矿还原成磁铁矿时会体积膨胀，产生裂纹导致矿物粉化，均匀的为空能够环节内应力，但是大孔、连通孔会加剧粉化。高孔隙率在500-600摄氏度还原时内部的应力无法释放，后期粉化指数会上升。

4、软化熔滴性能：气孔率高会有利于初始的软化，因为热量与还原气体能够更好、更容易的渗透；而过高的气孔率会导致软化区间变宽、熔融滴落的温度降低，或者使熔融层透气性恶化。

5、热爆裂性：气孔率高时在矿物进入炉内加热时，内部的结晶水与吸附水会进行几句的蒸发，从而会造成矿石的爆裂。

6、强度与透气性问题：球团矿降低气孔率能够提高抗压强度，但是会降低物料的还原性；烧结矿气孔率增加会使得黏结强度减小，但是会改善料层的透气性；在显气孔率为20-25%时达到一个平衡点，能够兼顾还原性与强度。

四、不同铁矿石的气孔特征对比

五、铁矿石的气孔问题控制方案

1、优化配矿方案：控制褐铁矿物料的比例，通常要在＜40%，再配置致密磁铁矿或者高碱度的烧结矿物料。还需使用高还原性、低粉化的球团矿来代替部分烧结矿进行配矿优化。

2、改善烧结工艺：采用厚料烧结，利用自续热作用使气孔分布更均匀、孔径更小。控制细粉含量、提高烧结温度，减少孔隙率。控制焦粉粒度配比，避免局部强还原形成大孔。

3、优化球团工艺：控制预热与焙烧温度曲线，避免过早烧结形成硬壳，添加有机粘结剂替代部分膨润土来减少孔隙的堵塞，高炉操作要进行调整，料柱的透气性。

4、防范气孔措施：选用结晶干燥的炉料，限制干气量高的炉料使用，出铁槽、出铁口与过桥要完全烘干，降低硫的含量，在气孔易发生的位置添加排气的通道。