摘要  通过对矿粉混匀、烧结、炼铁过程中铜、砷含量变化的分析，可以得知，烧结过程中原料中铜、砷全部进入烧结矿；炼铁过程中铜、砷挥发少，铁水中铜、砷含量大致以矿耗比“浓缩”。

关键词  铁水铜、砷含量  分析

1     前言

    广东省韶关钢铁集团有限公司(以下简称韶钢)所用地方铁矿资源特点是铜(Cu)、砷(As)等元素含量较高。多年来，韶钢在铜、砷对钢材性能的影响上做了很多研究，但有关影响铁水中铜、砷含量的研究甚少。韶钢高炉入炉料中包括烧结矿、球团矿、铁块矿、焦炭、喷吹煤等。其中烧结矿比例最大，而烧结矿中铜、砷含量直接受混匀矿粉等的影响。本文拟就影响铁水中铜、砷含量的各因素进行分析探讨，为合理配矿，控制混匀矿粉中铜、砷含量，保证烧结矿、铁水、钢坯以至钢材中铜、砷含量在合理范围提供依据。

2  影响混匀矿粉中铜、砷含量的因素

2．1混匀矿粉配矿品种及其铜、砷含量

韶钢目前混匀矿粉的配矿品种矿粉铜、砷含量及其它化学成分见表1。

2．2影响混匀矿粉铜、砷含量的分析

    由于矿粉混匀过程是物理过程，不存在化学反应。混匀矿粉的成分取决于各品种矿粉的配比组成。混匀矿粉中铜、砷含量的高低主要取决于地方矿粉用量的多少，特别是地方磁粉、褐粉用量的多少。

2005年，随着韶钢5号烧结机、7号高炉相继建成投产，烧结矿、生铁生产能力大幅提高，因而对混匀矿粉的需求量大幅增加。为了应对市场压力，降低生产成本，韶钢加大了地方铁矿粉的用量。混匀矿粉中铜、砷含量自2005年9月后逐月上升，至2006年2月铜、砷含量平均值分别达到0．065％、0．055％，3月下旬，加大进口铁矿粉用量后，铜、砷含量又开始下降。详见图1。

3  影响烧结矿中铜、砷含量的因素

3．1  烧结用原料品种及其铜、砷含量

    韶钢目前烧结用原料品种有：混匀矿粉、生石灰、白云石、石灰石、燃料等。各品种原料的铜、砷含量及其它元素含量见表2。

    由表2可知，混匀矿粉中铜、砷含量显著高于其它原料，加之混匀矿粉配比大，因此，烧结矿中铜、砷主要由混匀矿粉中带来。

3．2影响烧结矿中铜、砷含量的分析

    铜在矿石中常呈单独矿物存在，但也有呈分散状态存在于某些硫化物中心。常见的含砷矿石有砷黄铁矿(FeAsS)、砷酸铁(FeAsO₄．2H₂O)、硫砷化铁(FeAsS₂)等矿物。大宝山铁矿主要含砷矿物为FeAsO₄．2H₂O。烧结过程中，单质铜及铜的硫化物先是在氧化气氛中氧化成氧化铜，后氧化铜又与碳、一氧化碳发生还原反应。因铜的沸点为2580℃，因此铜在烧结过程中不会因挥发而减少。砷的沸点为613℃。在燃烧带升华出来的三氧化砷随气流进到料层下部，当废气被泠料冷却时，砷又重新冷凝，以固体形态沉积在料层中。因此，烧结过程中脱砷是比较困难的，只有在固体燃料消耗较多，料层中还原气氛强的条件下，砷才可能挥发。

以2005年12月5号烧结机进行低铜、砷配矿试验数据，对烧结过程中铜、砷含量的变化进行分析，详见表3：

    由表3可知，烧结矿铜、砷理论计算值与实际检测值基本一致，由此可知，在目前生产工艺条件下，烧结过程不能去除铜、砷，烧结用原料中铜、砷全部进入烧结矿。

4  影响铁水中铜、砷含量的因素

4．1高炉炉料品种及其铜、砷含量

    韶钢目前高炉入炉料品种有：烧结矿、球团矿、块矿、焦炭、喷吹煤等。各品种炉料的铜、砷含量及其它元素含量见表4。

4．2影响铁水中铜、砷含量的分析

    铜、砷均易还原进入生铁。由钦铜、铁砷系平衡相图中可知，铜、砷的气相开始温度分别为1533℃、1388℃左右。因此，当铁水温度在1480℃左右时，一部分砷将挥发掉，而铜则极少挥发。

   同样以2005年12月进行低铜、砷配矿试验时的数据计算炼铁过程中铜、砷含量变化，详见表4。

    由表4可知，在上述炉料结构下铜、砷的总重量分别为0．132kg、0．221kg，理论出渣量为(113．609十47．593+104．103+38．924)／0．949=320．578kg。

    经检测，铁水中实际铜、砷含量平均值分别为0．011％、0．022％，高炉炉渣中铜、砷含量分别为0．005％、0．003%。因此铁水中铜砷的重量分别为0．110kg、0．220kg，炉渣中铜、砷重量分别为0．016kg、0．010kg。铁水、炉渣中铜、砷重量合计分别为0．126kg、0．230kg，与炉料中铜、砷含量基本一致，这说明，在目前工艺条件下，炉料中铜、砷未挥发进入煤气和瓦斯灰中，基本进入铁水和炉渣中。

比较烧结矿、球团矿、块矿与铁水中的铜、砷含量，可以发现，铜、砷含量在炼铁过程中“浓缩”。如忽略焦炭、喷吹煤作用，不考虑炉渣中带走的铜、砷，“浓缩”比大致为矿耗比，即铁水中铜、砷含量大致为矿料中铜、砷含量之和乘以矿耗比。

5  控制铁水中铜、砷含量的措施

    由上述分析可知，铁水中铜、砷含量主要取决于烧结矿、块矿、球团矿。

    韶钢目前矿料结构中烧结矿比例最大，约70％；块矿约10%，其中进口块矿、国内块矿各占一定比例，而国内块矿又以大宝山块矿为主；球团矿约20％左右，主要以进口球团矿为主。球团矿、进口块矿中铜、砷含量较低，而国内块矿、烧结矿中铜、砷含量较高。因此铁水中铜、砷含量因各矿料的配比的变化而变化，当球团矿配比减小，块矿、烧结矿配比增大时，铁水中铜、砷含量升高。如要保证铁水中铜、砷含量稳定，在球团矿配比减小时，就必须降低块矿或烧结矿中铜、砷含量。要降低块矿中铜、砷含量，就必须加大低铜砷块矿(如进口、大顶块矿)的配比；要降低烧结矿中铜、砷含量，就必须降低混匀矿粉中铜、砷含量，因而就必须降低高铜、砷含量矿粉的配比。

    有关标准规定，钢材中铜≤0．15％、砷≤0．08％(不同钢种规定不同，取最小值)。假设炼钢过程中铁水重量损失(脱碳等)5％，仅考虑铁水对钢水铜、砷的作用，则铁水中最高铜、砷含量分别为0．15 9，6×95％=0．143％、0．08 %×95％=0．076％，如高炉矿料组成为70％烧结矿、20％球团矿、10％块矿，球团矿、块矿中铜含量分别为0．003 %、0．14％，球团矿、块矿中砷含量分别为0．004％、0．06％，按矿耗比1．6进行粗略计算，则烧结矿的最高铜、砷含量分别为0．074％、0．047％，由此大致可知，混匀矿粉中允许的最高铜、砷含量分别为0．074％、0．047％。

6  结论

    综上所述，在目前工艺条件下：

    (1)混匀矿粉中铜、砷含量取决于各矿粉配比。

    (2)烧结过程中，烧结用原料中铜、砷全部进入烧结矿。烧结矿中铜、砷含量主要取决于混匀矿粉。

    (3)炼铁过程中，炉料中铜、砷挥发少，铁水中铜、砷含量大致以矿耗比“浓缩”。

    (4)如高炉矿料组成为70％烧结矿、20％球团矿、10％块矿，球团矿、块矿中铜含量分别为0．003％、0．14％，球团矿、块矿中砷含量分别为0．004％、0．06％，按矿耗比1．6进行粗略计算，混匀矿粉中允许的最高铜、砷含量分别为0．074．％、0．047％。