粒铁

冶金术语

粒铁是由碎铁矿、焦屑（或硬煤粉）和熔剂，在回转炉内较高温度下还原成半熔状产物，经冷却、破碎、磁选、去渣而获得的产品。含硫量较低的可直接用于炼钢，较高的一般用作高炉炉料。优点是可利用含二氧化硅高的贫铁矿和劣质燃料进行大规模生产。

简介

粒铁是用粒铁法生产得到的含铁金属化产品，外形呈球状，粒度一般为3～8mm。粒铁化学成分随原料成分及冶炼温度有较大波动，含碳量为0.5%～1.5%，有的可低至0.1%以下。只有用低硫低磷原料，才能生产出符合炼钢直接使用的代替废钢的原料。粒铁还含有5%的炉渣。硫、磷含量较高的粒铁多用于高炉炼铁、或为化铁炉作原料。当使用含镍铁矿时，产出含镍粒铁，是富集镍或冶炼合金钢的原料。

生产粒铁

利用氧化铁皮生产的粒铁，可以替代废钢、海绵铁等作为炼钢的原料，其生产流程是：将65%～75%氧化铁皮、18%～30%煤粉、4%～8%石灰和1%～2%黏结剂粉碎至颗粒度小于0.147mm（-100目）。并加水混匀，制成直径20～30mm的球体，烘干。还原，将球团放入炉内，以100～150℃/rain快速升温至1350～1480℃，恒温10min，冷却后出炉。分选粒铁，将还原后的球团破碎，磁选，筛分后得到成品粒铁。利用氧化铁皮生产粒铁的成分如右图所示。

利用氧化铁皮生产的粒铁有以下特点：

(1)铁含量高，硫和其他杂质含量低，可以作为转炉原料替代废钢或生铁，缓解炼钢原料的紧张局面。

(2)有效地利用钢铁企业大量废弃的氧化铁皮，就地取材、变废为宝，降低企业的生产成本。

(3)工艺简单，设备投入费用低，易于实现。

脱碳粒铁

脱碳粒铁全称为脱碳粒化生铁，是在高炉出铁时，经过高压水淬，制取不同粒度的粒化生铁（3～10mm），然后将其装入回转窑，加热至一定温度，在回转窑旋转过程中通入一定量的混合气体，进行生铁脱碳，得到供电弧炉炼钢使用的原料。图1为脱碳粒铁的典型成分。一般脱碳粒铁的粒度为5~15mm，耐压强度大于980N/粒，堆密度为3.5～4 。

脱碳粒铁的优点是：

(1)经高炉冶炼后，脱碳粒铁中脉石含量比直接还原铁低1%～3%，仅此一项就比直接还原铁用于电弧炉炼钢时的电耗降低10%：

(2)铁水水淬时粒铁中的磷降低约10%，在高炉和氧化回转窑中脱硫50%，因而粒铁的磷硫含量均较低，其他杂质元素也比直接还原铁低；

(3)粒铁的金属铁比直接还原铁高5%～10%，还原度比直接还原铁高3%～5%，粒铁表面少量的有利于电弧炉造泡沫渣；

(4)粒铁含碳量可根据需求控制在0.2%～3.0%之间，可以用小粒度（<0.2mm）粒铁得到含碳量低于0.02%的工业纯铁或其他特殊钢原料；

(5)粒铁经高温氧化气氛制出，耐氧化能力高，便于电弧炉热装，可降低电弧炉电耗，按出料温度800℃、保温后以500℃装料计算，全部用脱碳粒铁炼钢的电弧炉电耗每吨钢可降低1 ；

(6)粒铁堆密度（3.5～4 ）比直接还原铁（<2 ）高，利氧化性强，运输方便，粒铁成分单一，外形整齐（3～10mm），可减少电弧炉装料次数，降低电耗，提高生产率；

(7)生产规模灵活，适于中、小高炉配套使用，设备简单、投资少、操作简单。

回转窑粒铁法

在粒铁法中炉料在回转窑中经过预热和还原后，再进入粒铁带进一步提高温度，当提高到1200℃以后金属铁与炉渣开始软化，在半熔化状态下金属铁由小颗粒堆集成卵状粒铁，炉料出炉后经水淬冷却后很容易用磁选或重选把粒铁与脉石分开。图2为粒铁法的工艺流程。

由于使用贫矿及操作温度提高，粒铁法比海绵铁法燃料消耗大。但因粒铁法渣碱度很小，即使用高的很贫的铁矿，也不会消耗大量熔剂或生成过大渣量，因此贫矿用粒铁法还原比用高炉冶炼或用其它方法处理都可取得较低的燃料消耗，这就是粒铁法的最大优点，通常粒铁法使用含 30~50%范围内的铁矿石。原料粒度及燃料还原剂的要求则与海绵铁法相同。

为了保证炉料中还原剂与矿石密切接触，二者在装料之前应预先混合好，为了保证还原，粒铁配料中要保持一定的过剩碳。配碳量多少以能维持渣中含量在3~6为宜，碳量过小渣中升高，既反映还原不足又使炉渣中量过大，炉渣粘度过小。而碳量过大粒铁性质不良，炉渣粘度过大。

为使粒铁不沉积于炉底，以及避免液态炉渣在炉子转动时损坏炉衬，粒铁法只能使用半熔化状的炉渣操作，炉渣碱度在0.1~0.3的范围内。因此只须配入少量熔剂即能达到此碱度或完全不配熔剂而由燃料灰分和矿石脉石组成“自然碱度”的渣。

粒铁炉渣应具有较高粘度，即在使用温度下达到1000~2000泊，粘度过大不利于粒铁形成，粘度过小，特别当过高时易于结渣圈，并且损坏炉墙。

在粒铁回转窑中，炉料进入粒铁带时开始软化粘结而失去了散料特性，因而在还原带与粒铁带之间的过渡区，炉料具有最大的粘滞性，炉料推进速度最小而堆集成最厚的料层，这个高峰料层称之为“界山”。

粒铁操作中的最大问题是频繁发生的结瘤现象，强酸性炉渣结成的环形瘤（渣圈）及过熔的粒铁形成的环形瘤（铁圈）坚实顽固，处理结圈事故要造成大量减产并使燃料消耗增加。

据操作经验分析，炉瘤产生的主要原因与炉况波动有关，如（1）炉料波动、投料不均，混合不均，能造成局部还原剂不足或过多；（2）供气量波动，空气过多能造成氧化气氛，而供气不足则造成还原气氛。而当还原剂不足或氧化气氛时能使渣中增高，炉渣流动性小易于生成渣圈或使炉料滚成大球。而还原剂过多或还原气氛过强则促进生铁渗炭易于形成铁圈。

为了保持粒铁过程稳定而要尽可能稳定原料和生产条件，某些工厂的经验是为了保证炉渣性能稳定，粒铁法应维持较大的渣量，每吨铁渣量不小于0.6~0.8吨，为此目的某些粒铁操作中加入中性高炉渣以保持渣量足够。

粒铁法与海绵铁法重要不同之点是粒铁法预热矿石的负担大，这是因为处理贫矿使矿石通过量增大之故，而操作温度高，煤气量大诸因素使还原反应较易完成，为了适应这一情况，在粒铁回转窑中，炉料填充率只保持11~13%左右，这就使回转窑的单位容积出铁率大为降低，在粒铁法中，为保证还原而配加的过剩碳比例可以比海绵铁法小。如图3所示是粒铁法热平衡一例。

在粒铁回转窑中，还原剂（）及还原产物（）的燃烧可以提供过程所需热量的50~70%，燃料燃烧提供热量不超过30~50%，最大的热耗是由废气带走的热损失，约占30~40%。

由于粒铁法使用强酸性炉渣及较高的窑尾温度，形成大量挥发的有利条件（挥发率达到50~70%），但因炉料带入较多及炉渣脱能力过小，粒铁含S量仍然很高，视原料含硫情况约在0.1~0.4%之间。只能在粒铁回转窑中少量挥发（30%左右），但由于还原温度低只有一部分P还原进入粒铁中。在粒铁形成的温度下（1200℃）可以进行一定的渗碳反应，粒铁含碳在1~2%之间。含及低的粒铁可以用于电炉炼钢，但大部分粒铁由于高用作高炉原料，高炉单独重熔一吨粒铁需耗焦碳200kg左右，把粒铁配加在高炉料中使用才能取得更好效果。

粒铁由于含碳高及经过半熔化，再氧化性不强，所以在排料之后可以用水淬方法冷却，经过水淬冷却的粒铁通过磨机磨碎后用磁选方法清除粘连的炉渣，但是经过这种处理后粒铁仍被炉渣污染而降低品质。

粒铁生产由于具有作业率低，产量小，耐火材料消耗高等重大缺点，近年来逐渐被淘汰，但由于此法适应性大，是唯一能直接冶炼含高的贫铁矿的方法，对于处理某些难选分的微细嵌布高硅质铁矿仍有较大的吸引力，因而在某些国家和地区曾经使用并努力于克服存在的缺点。

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