对于天然铁矿石的粗、中、细碎作业，目前采用的主要破碎设备有颚式破碎机和圆锥式破碎机两大类，其工作原理如图2—1所示。
图2—1 破碎机的工作原理示意图
（a）颚式破碎机；（b）圆锥式破碎机；（c）短锥式破碎机
二、筛分
通过单层或多层筛面，将颗粒大小不同的混合料分成若干不同粒度级别的过程，称为筛分。
其目的是筛除粉末，同时也要将大于规定粒度上限的大块筛除进行再破碎，并对合格块度进行分级。
筛分既可以提高破碎机的工作效率，又可以改善物料的粒度组成，更好地满足高炉冶炼的要求。
矿石的筛分设备多采用振动筛。
其筛分原理是利用筛网的上下垂直振动进行的。
筛网的振动可达每分钟l500次左右，振幅达0．5～12mm，筛面与水平面成l0°～40°的倾角。
矿石规定的入炉粒度若在8～35mm范围时，可分为二级入炉，8～20mm为一级，20～35mm为一级，分级入炉比混合入炉的效果好。
振动筛的筛分效率高，单位面积产量大，筛孔不易堵塞，调整方便，适用粒度范围广。
通常，矿石在破碎、筛分过程中通过皮带运输机将破碎机械与筛分机械联系起来，构成破碎筛分流程。
三、混匀
混匀又称为中和。
其目的在于稳定铁矿石的化学成分，从而稳定高炉操作，保持炉况顺行，改善冶炼指标。
矿石的混匀方法是按“平铺直取”的原则进行的。
所谓平铺，是根据料场的大小将每一批来料沿水平方向依次平铺，一般每层厚度为200-300mm，把料铺到一定高度（首钢原料场规定4.5m）。
所谓直取，即取矿时，沿料堆垂直断面截取矿石，这样可以同时截取许多层次的矿石，从而达到混匀的目的。
四、铁矿石的焙烧
铁矿石的焙烧是将其加热到低于软化温度200～300℃的一种处理过程。
焙烧的目的是改变矿石的矿物组成和内部结构，去除部分有害杂质，回收有用元素，同时还可以使矿石变得疏松，提高矿石的还原性。
焙烧的方法有氧化焙烧、还原磁化焙烧和氯化焙烧等。
氧化焙烧是铁矿石在氧化气氛条件下焙烧，主要用于去除褐铁矿中的结晶水，菱铁矿中的C02，并提高品位，改善还原性。
还原磁化焙烧是在还原气氛中进行，其作用是将弱磁性的赤铁矿及非磁性的黄铁矿转化为具有强磁性的磁铁矿，以便磁选。
五、铁矿石的选矿
选矿的目的主要是为了提高矿石品位。
在选矿时，根据各矿物的物理性质与物理化学性质的不同，借助各种选矿设备和药剂，将矿石中有用的矿物和脉石加以分离，使有用矿物相对富集，从而提高矿石品位，同时分离回收其他有用成分，除去部分有害杂质，从而充分、经济合理地利用矿产资源。
矿石经过选矿可得到三种产品：
精矿、中矿和尾矿。
精矿是指选矿后得到的含有用矿物含量较高的产品；中矿为选矿过程中间产品，需进一步选矿处理；尾矿是经选矿后留下的废弃物。
对于铁矿石，目前常用的选矿方法有：
1）重力选矿法。
根据矿物密度的不同，在选矿介质中具有不同的沉降速度而进行选矿。
2）磁力选矿法。
磁力选矿法是利用矿物的磁性差别，在不均匀的磁场中，磁性矿物被磁选机的磁极吸引，而非磁性矿物则被磁极排斥，从而达到选别的目的。
3）浮游选矿法。
浮游选矿法是利用矿物表面不同的亲水性，选择性地将疏水性强的矿物用泡沫浮到矿浆表面，而亲水性矿物则留在矿浆中，从而实现不同矿物彼此分离。
第四节 熔 剂
高炉冶炼中，除主要加入铁矿石和焦炭外，还要加入一定量的助熔物质，即熔剂。
一、熔剂的作用
熔剂在冶炼过程中的主要作用有两个：
第一个作用是使还原出来的铁与脉石和灰分实现良好分离，并顺利从炉缸流出，即渣铁分离。
第二个作用是生成一定数量和一定物理、化学性能的炉渣，去除有害杂质硫，确保生铁质量。
二、熔剂的种类
根据矿石中脉石成分的不同，高炉冶炼使用的熔剂，按其性质可分为碱性、酸性和中性三类。
1．碱性熔剂
当矿石中的脉石主要为酸性氧化物时，则使用碱性熔剂。
由于燃料灰分的成分和绝大多数矿石的脉石成分都是酸性的，因此，普遍使用碱性熔剂。
常用的碱性熔剂有石灰石（CaC03）和白云石（CaC03·MgC03）。
2．酸性熔剂
高炉使用主要含碱性脉石的矿石冶炼时，可加入酸性熔剂。
作为酸性熔剂使用的有石英石（Si02）、均热炉渣（主要成分为2FeO·Si02）及含酸性脉石的贫铁矿等。
生产中用酸性熔剂的很少，只有在某些特殊情况下才考虑加入酸性熔剂。
3．中性熔剂
亦称高铝质熔剂。
当矿石和焦炭灰分中A1203很少，渣中A1203含量很低，炉渣流动性很差时，在炉料中加入高铝原料作熔剂，如铁钒土。
生产上极少遇到这种情况。
三、对碱性熔剂的质量要求
对碱性熔剂的质量有如下要求：
1）碱性氧化物（CaO+MgO）含量高，酸性氧化物（Si02+A1203）愈少愈好。
否则，冶炼单位生铁的熔剂消耗量增加，渣量增大，焦比升高。
一般要求石灰石中Ca0的质量分数不低于50％，Si02+A1203的质量分数不超过3．5％。
熔剂的有效熔剂性是评价熔剂质量的重要指标，是指熔剂按炉渣碱度的要求，除去本身酸性氧化物含量所消耗的碱性氧化物外，剩余部分的碱性氧化物含量。
可用下式表示：
当熔剂中与炉渣中Mg0含量很少时，计算式可简化为：
要求熔剂的有效熔剂性愈高愈好。
2）有害杂质硫、磷含量要少。
石灰石中一般硫的质量分数只有0．01％～0．08％，磷的质量分数为0．001％～0．03％。
3）要有较高的机械强度，粒度要均匀，大小适中。
适宜的石灰石入炉粒度范围是：
大中型高炉为20～50mm，小型高炉为l0～30mm。
当炉渣黏稠引起炉况失常时，还可短期适量加入萤石（CaF2），以稀释炉渣和洗掉炉衬上的堆积物。
因此常把萤石称做洗炉剂。
第五节 高炉用燃料
燃料是高炉冶炼中不可缺少的基本原料之一。
现代高炉都使用焦炭做燃料，全部从炉顶装入。
近年来，喷吹技术的发展，从风口喷入一些燃料（如无烟煤粉、重油、天然气等），替代一部分焦炭，但只占全部燃料用量的10％～30％，焦炭仍然是高炉冶炼的主要燃料。
一、焦炭在高炉冶炼中的作用
焦炭在高炉冶炼中主要作为发热剂、还原剂和料柱骨架。
焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。
高炉冶炼过程中的热量有70％～80％来自焦炭的燃烧。
焦炭燃烧产生的C0及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。
焦炭在料柱中占1/3～1/2的体积，尤其是在高炉下部高温区只有焦炭是以固体状态存在，它对料柱起骨架作用，高炉下部料柱的透气性完全由焦炭来维持。
另外，焦炭还是生铁的渗碳剂。
焦炭燃烧还为炉料下降提供自由空间。
二、高炉冶炼对焦炭质量的要求
焦炭质量好坏，直接影响高炉冶炼过程的进行及能否获得好的技术经济指标，因此对入炉焦炭有一定质量要求。
1．焦炭的化学成分
焦炭的化学成分常以焦炭的工业分析来表示。
工业分析项目包括固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量。
（1）固定碳和灰分 焦炭中的固定碳和灰分的含量是互为消长的。
固定碳按下式计算：
ω（C固）=[100—（灰分十挥发分十硫）]％
要求焦炭中固定碳含量尽量高，灰分尽量低。
因为固定碳含量高，发热量高，还原剂亦多，有利于降低焦比。
生产实践证明：
固定碳含量升高l％，可降低焦比2％。
焦炭中灰分的主要成分是Si02、A12O3。
灰分高，则固定碳含量少，而且使焦炭的耐磨强度降低，熔剂消耗量增加，渣量亦增加，使焦比升高。
生产实践还证明：
灰分增加l％，焦比升高2％，产量降低3％。
我国冶金焦炭灰分一般为11％～l4％。
（2）硫和磷在一般冶炼条件下，高炉冶炼过程中的硫有80％是由焦炭带入的。
因此降低焦炭中的含硫量对降低生铁含硫量有很大作用。
在炼焦过程中，能够去除一部分硫，但仍然有70％～90％的硫留在焦炭中，因此要降低焦炭的含硫量必须降低炼焦煤的含硫量。
焦炭中含磷一般较少。
（3）挥发分焦炭中的挥发分是指在炼焦过程中未分解挥发完的H2、CH4、N2等物质。
挥发分本身对高炉冶炼无影响，但其含量的高低表明焦炭的结焦程度。
正常情况下，挥发分一般在0．7％～l．2％。
含量过高，说明焦炭的结焦程度差，生焦多，强度差；含量过低，则说明结焦程度过高，易碎。
因此焦炭挥发分高低将影响焦炭的产量和质量。
（4）水分焦炭中的水分是湿法熄焦时渗入的，通常为2％～6％。
焦炭中的水分在高炉上部即可蒸发，对高炉冶炼无影响。
但要求焦炭中的水分含量要稳定，因为焦炭是按重量入炉的，水分的波动将引起入炉焦炭量波动，会导致炉缸温度的波动。
可采用中子测水仪测量入炉焦炭的水分，从而控制入炉焦炭的重量。
2．焦炭的物理性质
（1）机械强度 焦炭的机械强度是指焦炭的耐磨性和抗撞击能力。
它是焦炭的重要质量指标。
高炉冶炼要求焦炭的机械强度要高。
否则，机械强度不好的焦炭，在转运过程中和高炉内下降过程中破裂产生大量的粉末，进入初渣，使炉渣的黏度增加，增加煤气阻力，造成炉况不顺。
目前我国一般用小转鼓测定焦炭强度。
小转鼓是用钢板焊成的无穿心轴的密封圆筒，鼓内径和宽均为1000mm，内壁每隔90°焊角钢一块，共计4块。
试验时，取粒度大于60mm的焦炭30kg，放人转鼓内，转鼓以25r／min的速度旋转100转，即4min，倒出试样，用φ40mm和声φl0mm的圆孔筛筛分，以大于40mm的焦炭占试样总量的百分比（以M40表示）作为破碎强度指标，以小于l0mm的焦炭占试样总量的百分比（以M10表示）作为耐磨强度指标。
M40愈大，Ml0愈小，表明焦炭的强度愈高。
一般要求M40≥72％，Ml0≤10％。
应该指出，小转鼓强度只代表焦炭在常温下的强度，并不能代表焦炭在高炉内的实际强度。
鉴定焦炭在高温下的强度的方法有待于进一步研究。
（2）粒度均匀、粉末少对于焦炭粒度，既要求块度大小合适，又要求粒度均匀。
大型高炉焦炭粒度范围为20～60mm，中小高炉用焦炭，其粒度分别以20～40mm和大于15mm为宜。
但这并不是一成不变的标准。
高炉使用大量熔剂性烧结矿以来，矿石粒度普遍降低，焦炭和矿石间的粒度差别扩大，这不利于料柱透气性，因此，有必要适当降低焦炭粒度，使之与矿石粒度相适应。
3．焦炭的化学性质
焦炭的化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性两方面。
燃烧性是指焦炭在一定温度下与氧反应生成C02的速度，即燃烧速度。
其反应式为：
C+02=C02
反应性是指焦炭在一定温度下和C02作用生成C0的速度。
反应式为：
C+C02=2CO
若这些反应速度快，则表明燃烧性和反应性好。
一般认为，为了提高炉顶煤气中的CO2含量，改善煤气利用程度，在较低温度下，希望焦炭的反应性差些为好；为了扩大燃烧带，使炉缸温度及煤气流分布更为合理，使炉料顺利下降，亦希望焦炭的燃烧性差一些为好。
但焦炭的燃烧性、反应性究竟在多大程度上影响高炉冶炼，有待于进一步研究。
三、炼焦生产工艺流程
炼焦生产工艺流程如图2-2所示。
图2-2 炼焦生产工艺流程
现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦和产品处理等工序。
1洗煤是原煤在炼焦之前，先进行洗选，目的是降低煤中所含的灰分和去除其他杂质。
2配煤是将各种结焦性能不同的煤按一定比例配合炼焦，目的是在保证焦炭质量的前提下，扩大炼焦用煤的使用范围，合理地利用国家资源，并尽可能地多得到一些化工产品。
3炼焦是将配合好的煤装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下通过两侧燃烧室加热干馏，经过一定时间，最后形成焦炭。
生产中结焦过程是在焦炉炭化室内进行的，炭化室中的煤料受到两侧燃烧室加热，热流从两侧炉墙同时传递到炭化室中心。
因此，结焦过程也是从靠近炉墙的煤料开始逐渐向中心移动。
在整个结焦时间内，炭化室中的煤料是分层变化的，靠近炉墙的先成熟，中心煤料最后成熟。
因此，在沿炭化室宽度方向上，焦炭质量是不均匀的。
靠墙处焦炭强度好，中心部分焦炭疏松多孔，强度差。
炭化室内成焦过程如图2—3所示。
图2-3 结焦过程示意图
4炼焦的产品处理是将炉内推出的红热焦炭送去熄焦塔熄火，然后进行破碎、筛分、分级、获得不同粒度的焦炭产品，分别送往高炉及烧结等用户。
熄焦方法有干法和湿法两种。
湿法熄焦是把红热焦炭运至熄焦塔，用高压水喷淋60～90s。
干法熄焦是将红热的焦炭放入熄焦室内，用惰性气体循环回收焦炭的物理热，时间为2～4h。
在炼焦过程中还会产生炼焦煤气及多种化学产品。
焦炉煤气是烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢生产的主要燃料。
各种化学产品是化学、农药、医药和国防工业部门的主要原料。
第六节 铁矿粉造块
铁矿粉造块目前主要有两种方法：
烧结法和球团法。
两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。
铁矿粉造块是为满足高炉冶炼对精料的要求而发展起来的，通过铁矿粉造块，可综合利用资源，扩大炼铁用的原料种类，去除有害杂质，回收有益元素，保护环境，同时可以改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求，使高炉冶炼的主要技术经济指标得到改善。
一、 铁矿粉烧结生产
烧结法生产烧结矿是重要的造块方法之一。
所谓烧结，就是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上进行烧结的过程。
在此过程中借助燃料燃烧产生的高温，使物料发生一系列物理化学变化，并产生一定数量的液相。
当冷却时，液相将矿粉颗粒黏结成块，即烧结矿。
目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。
烧结生产的工艺流程如图2—4所示。
主要包括烧结料的准备，配料与混
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