铁矿石/砂/粉检测

铁矿石（块矿、粉矿）核心检测项目详解

铁矿石作为钢铁工业的基础原料，其质量直接影响冶炼效率、能耗、产品质量及成本。对铁矿石（包括块矿、粉矿及由其加工而成的烧结矿、球团矿）进行全面的质量检测至关重要。核心检测项目主要集中在物理性能、化学成分及冶金性能三个方面：

一、 物理性能指标检测

1. 粒度分布：

   • 检测意义： 影响高炉透气性、还原效率及烧结/球团生产工艺。
   • 检测内容： 测定矿石颗粒尺寸分布范围，计算特定粒度区间（如+6.3mm, -0.15mm）所占百分比或平均粒度。
   • 主要方法： 筛分分析法（干筛、湿筛）。

2. 水分含量：

   • 检测意义： 影响矿石运输计重、配料准确性以及烧结/球团过程能耗和效率。
   • 检测内容： 测定铁矿石中物理附着水的质量百分比（通常在105-110℃下烘干至恒重）。
   • 主要方法： 烘干失重法。

3. 堆积密度、真密度和孔隙率：

   • 检测意义： 堆积密度影响运输和储存效率；真密度和孔隙率与矿石结构、还原性有关。
   • 检测内容： 测定单位体积散装矿石的质量（堆积密度）；测定排除孔隙后单位体积矿石实体的质量（真密度）；计算孔隙所占体积百分比（孔隙率）。
   • 主要方法： 容量瓶法（真密度）、容器填充法（堆积密度）、计算得出（孔隙率）。

4. 抗压强度（主要针对块矿、球团矿）：

   • 检测意义： 反映块矿或球团矿在高炉炉料中承受料柱压力、抵抗碎裂的能力，影响炉内透气性。
   • 检测内容： 测定单颗粒试样压溃时所能承受的最大压力。
   • 主要方法： 万能材料试验机单粒压溃试验。

5. 转鼓指数和耐磨指数（主要针对烧结矿、球团矿）：

   • 检测意义： 模拟炉料在运输和高炉内下降过程中抵抗冲击、摩擦的能力，反映冷态强度及粉化倾向。
   • 检测内容： 将试样在特定转速和时间的转鼓中翻滚后，测定大于规定粒度（如+6.3mm）的质量百分比（转鼓指数）和小于规定细粒（如-0.5mm）的质量百分比（耐磨指数）。
   • 主要方法： 标准转鼓试验。

6. 堆角和流动性：

   • 检测意义： 影响矿石在储运过程中的堆积形态、料仓设计及下料均匀性。
   • 检测内容： 测定矿石自然堆积形成的锥体斜面与水平面的夹角（堆角）；评估矿石在特定条件下流动的难易程度（流动性）。
   • 主要方法： 自然堆积法（堆角）、漏斗流出法等（流动性）。

二、 化学成分指标检测

1. 全铁含量：

   • 检测意义： 是衡量铁矿石品位和经济价值的最核心指标。
   • 检测内容： 测定样品中所有形态铁元素（Fe）的质量百分比（TFe%）。
   • 主要方法： 氯化亚锡-氯化汞-重铬酸钾滴定法（经典方法）、EDTA络合滴定法、X射线荧光光谱法（XRF）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）等。

2. 铁物相分析（金属铁、磁性铁、硅酸铁、碳酸铁、硫化铁、赤/褐铁矿、磁铁矿等）：

   • 检测意义： 了解铁元素在矿石中的赋存状态，评估可选性与冶炼性能（如磁铁矿易选易还原）。
   • 检测内容： 通过化学选择性溶解或物理方法（磁选）分离并测定不同矿物中铁的含量。
   • 主要方法： 化学物相分析法、磁性分析法等。

3. 脉石成分含量：

   • 检测意义： 脉石成分决定冶炼时渣量和性质，影响能耗、渣铁分离、高炉操作顺行及耐火材料寿命。
   • 主要检测项：
     • 二氧化硅： 主要酸性脉石，增加渣量，需石灰石中和。
     • 三氧化二铝： 增加渣粘度和熔点，影响炉渣流动性和脱硫能力。
     • 氧化钙 + 氧化镁： 主要为碱性脉石。氧化钙是主要造渣剂，其含量高可减少石灰石添加量。氧化镁有助于改善炉渣流动性。
     • 检测方法： X射线荧光光谱法（XRF）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）、重量法（SiO₂）、滴定法（CaO, MgO）、比色法（Al₂O₃）等。

4. 有害元素含量：

   • 检测意义： 对钢铁产品质量（强度、韧性、加工性、表面缺陷）和冶炼过程（腐蚀设备、造成操作故障）有严重负面影响。
   • 主要检测项：
     • 磷： 使钢冷脆，难以去除。要求极严。
     • 硫： 使钢热脆，增加脱硫成本。
     • 砷： 使钢冷脆、焊接性变差，易挥发污染环境。
     • 铅、锌： 挥发沉积破坏高炉衬砖、堵塞管道，锌还引起炉衬膨胀。
     • 铜： 过量使钢热加工性变差。
     • 钾、钠： 挥发循环富集，降低焦炭强度，侵蚀炉衬，引起悬料。
     • 氟、氯： 腐蚀设备，污染环境。
     • 钛： 增加渣粘度和铁损（随渣带走）。
   • 检测方法： X射线荧光光谱法（XRF）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、比色法、原子吸收光谱法（AAS）等。

5. 有益元素含量（可选）：

   • 检测意义： 部分元素在特定钢种中有益。
   • 主要检测项：
     • 锰： 有益，可脱硫、脱氧，提高钢强度硬度。
     • 钒、铌、钛： 微量时可形成碳氮化物起沉淀强化作用。
   • 检测方法： 同有害元素检测方法。

三、 冶金性能指标检测（针对入炉原料，尤其烧结矿、球团矿）

1. 还原性：

   • 检测意义： 衡量矿石（或人造块矿）在模拟高炉中上部还原气氛下被还原气体（CO, H₂）脱氧速率的指标。还原性好则高炉煤气利用率高，焦比低。
   • 检测内容： 在规定温度、还原气体成分和流量下，经过一定时间还原后试样失氧的质量百分比。
   • 主要方法： 等温还原法（如ISO 4695, GB/T 13241）。

2. 低温还原粉化指数：

   • 检测意义： 模拟矿石（特别是烧结矿）在高炉炉身上部（500-600℃）低温区被CO还原和机械力作用下发生粉化的程度。粉化严重恶化高炉透气性。
   • 检测内容： 试样在固定床反应器中经特定低温还原处理后，在转鼓中转动规定次数，测定产生的特定粒度（如+6.3mm, -3.15mm, -0.5mm）粉末所占的质量百分比（RDI+6.3, RDI-3.15, RDI-0.5）。
   • 主要方法： 还原后转鼓法（如ISO 13930, GB/T 13242）。

3. 还原膨胀指数（主要针对球团矿）：

   • 检测意义： 衡量球团矿在还原过程中体积膨胀的性能。过度膨胀会导致球团矿碎裂粉化。
   • 检测内容： 测定球团矿在等温还原过程中最大膨胀的体积百分比。
   • 主要方法： 等温还原膨胀法（如ISO 4698, GB/T 13240）。

4. 软熔滴落性能：

   • 检测意义： 模拟矿石在高炉炉腹至炉缸高温区（1100-1500℃）的软化、熔融和滴落行为。该性能直接影响高炉下部透气性、煤气流分布、炉墙热负荷及操作顺行。
   • 检测内容： 在荷重下，以一定升温速度加热试样，记录其软化开始温度、软化终了温度（收缩率特定值）、熔融开始温度（压差陡升点）、最大压差值、滴落开始温度等特征温度及压差变化曲线。
   • 主要方法： 荷重还原软熔滴落试验（如ISO 18857, GB/T 34211）。

总结：

对铁矿石及其加工产品的全面检测，是确保其满足冶炼工艺要求、实现高效低成本生产和获得优质钢铁产品的关键环节。物理性能指标保证其在储运和炉料中的结构稳定性；化学成分指标是评估其经济价值和预测冶炼渣铁成分及有害元素影响的基础；冶金性能指标则直接反映了其在模拟高炉复杂工况下的实际行为，是指导优化配矿和高炉操作的核心依据。这三方面的检测数据共同构成了评价铁矿石品质的综合体系。具体的检测项目和方法需严格遵循相应的标准规范执行。