CN103074460A - 一种分段处理铁矿石的转底炉设备及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分段处理铁矿石的转底炉设备，包括：炉体、转动炉底、传动部分、电气控制部分以及活动隔墙装置；其中，炉体包括炉壁与炉顶；在炉壁外侧上高于炉底400~1000mm的部位以一定的距离呈圆环形间隔安装50~100个煤气烧嘴，在每个煤气烧嘴的上方各自安装有一个二次风喷嘴；在炉体内靠近炉顶处安装有圆周轨道，在圆周轨道上悬挂有两套活动隔墙装置，沿着圆周轨道在转底炉的入料口和出料口之间移动；活动隔墙装置的高度略低于炉体的炉高；活动隔墙装置将转底炉内部按照温度的不同分隔为三段：1000~1200℃的低温还原段、1300~1400℃的高温熔融段、500~900℃的冷却段；炉壁的外侧均匀布置10~20组水冷管。

Description

一种分段处理铁矿石的转底炉设备及处理方法

技术领域

本发明涉及钢铁生产领域，特别涉及一种分段处理铁矿石的转底炉设备及处理方法。

背景技术

转底炉由轧钢用的环形加热炉演变而来，距今已有30多年的历史。转底炉起初用来处理钢铁生产过程中所产生的含铁、含锌粉尘，以及其它含铁废弃物、含铬氧化物、生产不锈钢时的废弃物。随着资源和环保压力日益突出，转底炉技术逐步受到钢铁行业的关注，并向钢铁生产主流程迈进。近十余年来，转底炉技术移植到炼铁生产的探索使得转底炉成为直接还原设备，利用转底炉进行钢铁生产的相关工艺已经得到充分发展，并成为最新的煤基炼铁工艺之一，在铁矿石的熔融还原、钢铁厂含锌粉尘的配碳还原等领域中都已经得到了应用。转底炉已经成为生产海绵铁、金属化球团和珠铁的设备。

转底炉技术是将含铁矿物或粉尘、煤粉和粘结剂混合造球，干燥后通过布料机均匀铺在转底炉的炉底上，炉底以一定速度旋转运动，矿料在20~30分钟内经历预热段、还原段和冷却段，最后还原为金属化球团或珠铁的工艺。转底炉在进行生产时，炉内能量通过烧嘴中煤气、天然气或油的燃烧供给，炉内产生的废气温度很高，可通过蓄热室和换热器回收热能，从而把煤气和助燃空气预热到指定的温度，以用于生球的烘干，所述煤气和助燃空气最后经过除尘排入大气。

与其它炼铁方法相比较，基于转底炉的炼铁方法具有独特的优势：完全的煤基炼铁，无需焦炭；对原料、燃料和还原剂的要求比较灵活，对原料机械强度要求不高；采用敞焰加热，加热温度比其它直接还原工艺中的加热温度高，因而还原后易于形成颗粒较粗大的铁珠，而且还原速度快，在20~40分钟内即可完成，生产效率较高；工艺简单，设备的构造比较简单，投资费用相对较低；工艺操作简单，易于掌握。然而实际生产中，除了规模较小外，还存在以下不足：

(1)一般来说炉内气氛分为两阶段，前段是氧化气氛，要求迅速提高物料温度；后段是还原气氛，以利于迅速还原。这在中小型炉中较难控制，而且理论研究证实铁氧化物的还原是分段进行的，在较低温时即可全部完成，在此阶段没有必要将炉温保持得很高。

(2)转底炉内加热所用的硅钼棒长期在高温下工作容易烧断，使用寿命较短，不断地更换硅钼棒会降低转底炉的炉龄，还影响工作效率。

随着进口铁矿石价格的日益上涨，迫切需要我们加快开发利用国内铁矿石的步伐。我国铁矿石资源储量巨大，但贫矿多富矿少，伴生夹杂矿较多，针对贫矿需要严格选矿获得铁精矿才能用于生产，针对难以处理，或者难以综合回收利用的复杂矿，如高磷矿、稀土矿和硼镁矿，设计新的生产工艺势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的炼铁设备炼铁规模小、使用寿命短等缺陷，从而提供一种能够分段温控的冶炼设备。

为了实现上述目的，本发明提供了一种分段处理铁矿石的转底炉设备，包括：炉体、转动炉底、传动部分、电气控制部分以及活动隔墙装置；其中，所述的炉体包括炉壁与炉顶；

在所述炉壁外侧上高于炉底400~1000mm的部位以一定的距离呈圆环形间隔安装50~100个煤气烧嘴，在每个煤气烧嘴的上方还各自安装有一个二次风喷嘴；所述煤气烧嘴和二次风喷嘴均能够单独控制；

在所述炉体内靠近炉顶处安装有圆周轨道，在所述圆周轨道上悬挂有两套活动隔墙装置，所述两套活动隔墙装置沿着所述圆周轨道在转底炉的入料口和出料口之间移动；所述活动隔墙装置的高度略低于所述炉体的炉高，保证铺满生球的转动炉底旋转时不会与所述活动隔墙装置接触；所述活动隔墙装置将转底炉内部按照温度的不同分隔为三段：1000~1200℃的低温还原段、1300~1400℃的高温熔融段、500~900℃的冷却段；

所述炉壁的外侧均匀布置10~20组水冷管，每组均由单独阀门控制。

上述技术方案中，所述低温还原区间占整个炉内圆周的50~70%，高温熔融区间占整个炉内圆周的20~30%，冷却区间占整个炉内圆周的10~30%。

本发明还提供了一种基于所述的转底炉设备所实现的分段处理方法，包括：

步骤1)、首先根据矿料确定最优生产温度和各生产阶段所需时间，结合生产中炉底旋转速度，计算每个温度区所占炉体的圆周比例；

步骤2)、根据步骤1)的计算结果移动炉体上部的活动隔墙装置，将炉内分隔为低温还原段、高温熔融段与冷却段，并将所述低温还原段、高温熔融段与冷却段维持在一定比例；

步骤3)、开启炉壁上相应位置的煤气烧嘴，保证炉内各区间的生产温度。

本发明的优点在于：

本发明在铁矿资源中主要物相的热力学分析基础上，通过对转底炉配套设备(主要是烧嘴和活动隔墙挡板)实施改造，采用分段温度控制的方法生产出较为纯净的珠铁，可代替废钢用作电炉或转炉炼钢，实现了铁矿资源的高效利用，具有一定的价值。

附图说明

图1是本发明的分段处理铁矿石的转底炉设备的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

参考图1，本发明的转底炉包括：炉体、转动炉底、传动部分、电气控制部分以及悬挂式活动隔墙装置；其中，所述的炉体包括炉壁与炉顶。

在转底炉外侧炉壁上高于炉底400~1000mm的部位以一定的距离呈圆环形间隔安装50~100个煤气烧嘴，在每个煤气烧嘴的上方还各自安装有一个二次风喷嘴，即在转底炉外侧炉壁上安装有50~100个二次风喷嘴；所述煤气烧嘴和二次风喷嘴均可单独控制。

在炉内靠近炉顶处安装有圆周轨道，在所述圆周轨道上悬挂有两套活动隔墙装置，这两套活动隔墙装置可以沿着圆周轨道在入料口和出料口之间的范围内移动；所述活动隔墙装置的高度略低于所述炉体的炉高，保证铺满生球的转动炉底旋转时不会与所述活动隔墙装置接触。通过这两套活动隔墙装置，可以调整炉内不同温度区间的分配范围。利用所述的活动隔墙装置，转底炉内部按照温度区间的需要分隔为三段：1000~1200℃的低温还原段；1300~1400℃的高温熔融段；500~900℃的冷却段。一般来说，低温还原区间占整个炉内圆周的50~70%，高温熔融区间占整个炉内圆周的20~30%，冷却区间占整个炉内圆周的10~30%。

外侧炉壁上均匀布置10~20组水冷管，每组均可由单独阀门控制。

以上是对本发明的转底炉的结构所做的说明。

基于本发明的转底炉所实现的分段处理方法包括以下步骤：

首先根据矿料确定最优生产温度和各生产阶段所需时间，结合生产中炉底旋转速度，计算每个温度区所占炉体的圆周比例；

接着，根据之前的计算结果移动炉体上部的活动隔墙装置，将炉内分隔为低温还原段、高温熔融段与冷却段，并将所述低温还原段、高温熔融段与冷却段维持在一定比例。

最后开启炉壁上相应位置的煤气烧嘴，保证炉内各区间的生产温度。

采用之前描述的本发明的转底炉以及基于该转底炉的分段处理方法，能够提高提高铁矿石的冶炼质量。已知：铁矿石中主要有用矿物为铁氧化物，还同时含有脉石，如硅、铝、钙、镁氧化物。理论研究表明：铁氧化物在1200℃以下便可还原形成弥散的金属铁，之后金属铁在凝聚长大的同时会与其他物质扩散接触，如碳、硅、磷、硫等元素，作为有害元素的磷和硫是不希望扩散渗入金属铁的，而温度越高保持时间越长扩散越充分，尤其是在液态下的物质扩散。当还原出的金属铁进入高温(约1400℃以上)时，金属铁和渣料分别熔化凝聚长大，基于两者密度、表面张力的差异出现分离，从而得到较为纯净的珠铁。往往铁矿中含有特殊的有价元素或杂质元素，如硼镁矿中的硼元素，稀土矿中的稀土元素，高磷矿中的磷元素等，为了实现铁矿资源的高效利用，需要将不同有价元素分离富集，而基于本发明的转底炉的分段处理方法便可实现该目标。具体来说，该发明中转底炉分段处理有三个主要阶段：1000~1200℃的充分保温还原区间，1300~1400℃的快速熔融长大区间，500~900℃的冷去区间。此外低温还原阶段用时是高温熔融阶段的2~3倍，所以合理分布温度区间的比例可以提高能量利用率。

下面结合多个实施例，对本发明的效果做进一步描述。

实施例1

取铁精矿进行探索，表1是该矿粉成分，可知该矿含铁较高，碱度较低，不利于熔融，在配碳充足的前提下再配加适量的石灰石和萤石，生产时熔融阶段要保持足够长时间。表2是生产配料，炉内生产条件设定为：低温还原区保持1200℃，时长25分钟；高温熔融区保持1400℃，时长10分钟；冷却区保持500℃，时长5分钟。经过40分钟的炉内高温反应，在出料口收集产物，破碎得到珠铁，经分析，成分见表3。

表1铁精粉的化学成分

表2铁精粉转底炉生产配料

表3铁精粉转底炉生产所得珠铁成分

实施例2

取鄂西高磷矿进行探索，表4是该矿成分，可知该矿含铁较高，碱度很低，不利于熔融，所以应配加足量的石灰石和萤石，生产时熔融阶段要保持足够长时间。

表5是生产配料，炉内生产条件设定为：低温还原区保持1200℃，时长30分钟；高温熔融区保持1400℃，时长12分钟；冷却区保持500℃，时长5分钟。经过47分钟的炉内高温反应，在出料口收集产物，破碎得到珠铁，经分析，成分见表6。

表4高磷矿成分

表5高磷矿转底炉生产配料

表6高磷矿转底炉生产所得珠铁成分

实施例3

取丹东硼镁矿进行探索，表7是生产配料，可知该矿含铁、硼较高，熔化性能较高，碱度较低，配加足量的石灰石和萤石即可，生产时熔融阶段要保持足够长时间。表8是生产配料，炉内生产条件设定为：低温还原区保持1200℃，时长25分钟；

高温熔融区保持1400℃，时长10分钟；冷却区保持500℃，时长5分钟。经过40分钟的炉内高温反应，在出料口收集产物，破碎得到珠铁，经分析，成分见表9。

表7硼铁精矿的化学成分

表8硼铁精矿转底炉生产配料

表9硼铁精矿转底炉生产所得珠铁成分

从上述实施例可以看出，本发明的转底炉以及基于该转底炉的分段处理方法具有良好的效果。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种分段处理铁矿石的转底炉设备，其特征在于，包括：炉体、转动炉底、传动部分、电气控制部分以及活动隔墙装置；其中，所述的炉体包括炉壁与炉顶；

在所述炉壁外侧上高于炉底400~1000mm的部位以一定的距离呈圆环形间隔安装50~100个煤气烧嘴，在每个煤气烧嘴的上方还各自安装有一个二次风喷嘴；所述煤气烧嘴和二次风喷嘴均能够单独控制；

在所述炉体内靠近炉顶处安装有圆周轨道，在所述圆周轨道上悬挂有两套活动隔墙装置，所述两套活动隔墙装置沿着所述圆周轨道在转底炉的入料口和出料口之间移动；所述活动隔墙装置的高度略低于所述炉体的炉高，保证铺满生球的转动炉底旋转时不会与所述活动隔墙装置接触；所述活动隔墙装置将转底炉内部按照温度的不同分隔为三段：1000~1200℃的低温还原段、1300~1400℃的高温熔融段、500~900℃的冷却段；

所述炉壁的外侧均匀布置10~20组水冷管，每组均由单独阀门控制。

2.根据权利要求1所述的分段处理铁矿石的转底炉设备，其特征在于，所述低温还原区间占整个炉内圆周的50~70%，高温熔融区间占整个炉内圆周的20~30%，冷却区间占整个炉内圆周的10~30%。

3.一种基于权利要求1或2所述的转底炉设备所实现的分段处理方法，包括：

步骤1)、首先根据矿料确定最优生产温度和各生产阶段所需时间，结合生产中炉底旋转速度，计算每个温度区所占炉体的圆周比例；

步骤2)、根据步骤1)的计算结果移动炉体上部的活动隔墙装置，将炉内分隔为低温还原段、高温熔融段与冷却段，并将所述低温还原段、高温熔融段与冷却段维持在一定比例；

步骤3)、开启炉壁上相应位置的煤气烧嘴，保证炉内各区间的生产温度。

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