CN104152620A - 用于铁矿粉直接还原的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁矿粉还原方法,尤其是一种用于铁矿粉直接还原的方法。本发明提供了一种避免“蛋壳效应”的用于铁矿粉直接还原的方法,A、将磁铁精矿粉、煤粉与催化剂混匀;B、将混匀后的物料压制成带孔物料块,带孔物料块上形成有蜂窝孔;C、将带孔物料块送入隧道窑中直接还原,其中隧道窑的炉膛用导热材料板隔开成上下两层,形成燃烧室和反应室;带孔物料块被送入反应室中,利用燃烧室中产生的热量间接加热带孔物料块。由于将炉膛分隔成了燃烧室和反应室,这使得带孔物料块不会受到直接加热,而是通过导热材料板将燃烧室中的热量传导到反应室中,同时由于带孔物料块本身具有蜂窝孔,由此使得物料块在各个位置受到的加热程度是接近的。

Description

用于铁矿粉直接还原的方法和设备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铁矿粉还原方法,尤其是一种用于铁矿粉直接还原的方法。此外, 本发明还涉及一种冶金设备,尤其是一种用于铁矿粉直接还原的设备。
背景技术
[0002] 钢铁工业是将铁矿粉经过烧结再送至高炉熔炼成铁水,继而成为下道工序的具有 高热能的主原料,长期的工业生产实践形成了规模化成熟的传统工艺。随着技术研究和进 步,这种传统工艺由于其高能耗、高投资、高污染和高运行成本,而受到直接还原铁工艺技 术的挑战。目前直接还原铁研究和生产主要是以气基还原和煤基还原为主,相对于传统工 艺,将铁矿粉中的氧化铁还原成金属铁产品,一套直接还原铁设备功能可取代传统工艺的 烧结、焦化、高炉的功能。但是,就直接还原铁研究和生产的现状而言:①铁矿粉作为主原料 因试验、生产的工艺或还原产品的用途不同,在物料准备阶段就存在不同程度的差异,不仅 包括煤基、粒度、脱硫剂、催化剂等组分配伍不同,而且有的将铁矿粉直接装入容器、有的则 挤压或压制成球团和其它形状。组分配伍的不同,直接决定还原反应所需要的温度和在该 温度下的反应速度;铁矿粉直接装入容器进行还原,虽然省却了铁矿粉成型过程,但在试验 中尽管将组分配伍进行若干调整,结果发现热传导是铁还原反应实现的条件和反应速度的 限制性因素;球团或其它形状的铁还原反应,在试验和实践中往往因组分配伍、密实程度和 供热方式不匹配或因其一因素不合适,在形状的表面形成"蛋壳"效应,其机理是物料被直 接加热,其表面受热速度远大于物料内部热传导速度,结果表面物料已呈熔融状而内部还 没有达到反应所需的温度,"蛋壳"就产生了,既影响反应速度又影响还原率;②在铁矿粉直 接还原工艺的研究与应用方面,归纳起来有两大主流:一是与电炉冶炼特种钢而形成的电 炉短流程;二是随着粉末冶金相关技术的研究成果不断涌现,促进了粉末冶金行业的大力 发展,铁矿粉直接还原海绵铁粉作为粉末冶金的主原料。就还原设备而言,煤基还原的炉窑 有隧道窑、回转窑、转底炉等,这些炉窑单机生产能力不高,只适合中小规模的生产;用于气 基直接还原的坚炉,虽然可以进行规模化生产,但是对天然气的依赖性较强,在没有天然气 的情况下,必须用煤粉通过"煤制气炉"生产煤气,同时要求被还原的物料必须是氧化球团, 如上所述的弊端也会出现。③铁矿粉直接还原的研究和应用需要进一步地拓展,其关键环 节是:更合理的进行适合工艺装备的物料配伍,增大反应界面,提高热传导速度,进而整体 提高还原反应速度;优化并创造性地设计炉窑装备,尽可能兼备其它炉窑装备的特优点,供 热状况、过程温度、炉窑的还原气氛、余热利用、物料装入、产品产出和冷却等实现自动化监 测及控制;最终实现整体工艺装备产能规模化、产品高品质、运行低成本低能耗、过程控制 规范。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种避免"蛋壳"效应的用于铁矿粉直接还原 的方法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的用于铁矿粉直接还原的方法,包括以下步骤:
[0005] A、将磁铁精矿粉、煤粉与催化剂混匀;磁铁精矿粉、煤粉与催化剂的使用比例应按 照具体使用的原料而定,其选用方法与传统的直接还原方法类似;
[0006] B、将混匀后的物料压制成带孔物料块,带孔物料块上形成有蜂窝孔,即在带孔物 料块上形成孔阵列,类似蜂窝煤状的结构;这些蜂窝孔可供热气流通过,增大了物料块受热 的表面积,其孔洞使物料受热均匀,有效的减少了整个带孔物料块的温差;
[0007] C、将带孔物料块送入隧道窑中直接还原,其中隧道窑的炉膛用导热材料板隔开成 上下两层,形成燃烧室和反应室;带孔物料块被送入反应室中,利用燃烧室中产生的热量间 接加热带孔物料块。本步骤中的隧道窑结构可参见后续所述的设备,但不仅限于本发明中 的设备。燃烧室中一般利用煤气或天然气进行燃烧加热,选用的燃料需根据需实际情况而 定,不必限于本方法推荐的燃料。用导热材料板板将炉膛隔开,在连续加热运行中,燃烧室 的热能能够与反应室的热能接近平衡,由于带孔物料块并不受到直接的加热,而是出于较 为均匀温度的反应室中,这样带孔物料块的内外部温度更加均匀,用这种间接加热的方式 就破解了"蛋壳"效应。
[0008] 进一步的是,在A步骤中,使用粒度为-320〜100目的钒钛磁铁精矿粉与粒 度-20〜30目的煤粉和钠盐催化剂按质量比3〜4 :0· 8〜1. 2:0. 3〜0· 4的比例混匀。
[0009] 进一步的是,在B步骤中,所述带孔物料块的密度不小于2. 7g/cm3,蜂窝孔孔径 02〇-3〇mm。本方法使得原料粉料密度由1. 7g/cm3经过压制后密度达到2. 7g/cm3,物料块 中的煤达到后一定温度燃烧生成的C0逸出阻力增加,有利于还原反应进行地彻底。同时, 即使粉料和物料压块受热传导速率接近,那么在台车面上一立方米的空间内多存放一吨物 料,使得生产效率高而成本低。
[0010] 进一步的是,在C步骤中,反应室的压力控制在+20〜-+50Pa之间。反应室内的 压力推荐采用变频调节与炉压调节阀双控制,从而获得精准的压力控制。
[0011] 进一步的是,在c步骤中,所述隧道窑呈环形。
[0012] 进一步的是,在C步骤中,所述反应室分为三段温区,带孔物料块在三段温区中的 运行时间比例分别是:温度1150°c占1/3,温度1300°C占5/9,炉内自然缓冷占1/9。
[0013] 本发明另一个要解决的技术问题是提供一种避免"蛋壳"效应的用于铁矿粉直接 还原的设备。
[0014] 本发明还提供了一种用于铁矿粉直接还原的设备,包括物料专用压机、送料机构 以及隧道窑,所述物料专用压机通过送料机构为所述隧道窑供料,所述隧道窑包括窑体、穿 过窑体的轨道、设置在轨道上的台车和布设在窑体上的燃烧系统,所述物料专用压机的模 具上设置有蜂窝孔成型结构;所述隧道窑还包括导热材料板,所述导热材料板设置在窑体 内,并将台车台面与窑体窑顶之间的炉膛分隔成上下两层,其中上层为布设燃烧系统的燃 烧室,下层为反应室。窑体的形状为直线形或曲线形,相应的轨道也为直线形或曲线形。导 热材料板沿炉膛轴线密封布设,导热材料采用耐高温的导热材料,具体的材料应根据实际 的情况而定,以达到节能和成本之间的平衡。
[0015] 进一步的是,所述导热材料板为碳化硅板,所述碳化硅板为拱顶朝向窑顶的拱形 结构。碳化硅的热导率是钢铁材料的3倍,且具有强的热震抗力,这样在反应室的物料能够 得到足够的热能;拱形结构的碳化硅板既可以增加反应室的空间,又能增加碳化硅版的导 热面积。
[0016] 进一步的是,所述隧道窑呈环形,所述窑体沿轴线设置成圆弧形,所述轨道为圆环 形,所述窑体圆周方向上的两端分别为进料端和出料端。窑体整体外形为圆弧形,台车沿着 圆环形的轨道圆周运动,从而在圆弧形的窑体中穿梭。
[0017] 进一步的是,所述燃烧系统包括设置在燃烧室顶部的顶烧嘴和设置在燃烧室外侧 壁的侧烧嘴。顶烧嘴是一种平火焰烧嘴,该烧嘴空气箱带内隔热,能适,喇叭形扩散口与气 流离心力的作用下使气流紧贴炉壁内缘向四周均匀扩散,而在烧嘴轴向中心形成回流区, 当回流的介质回流到快接近旋转气流出口处时,被气流卷入主旋转流股,成为它的一部分, 回流介质带着炉内焰气能起到稳定火焰着火的作用,也能促使流股附壁流动,从而形成了 平展形圆盘火焰。侧烧嘴是一种亚高速烧嘴,烧嘴壳体采用内绝热,结构简单,能形成亚高 速火焰,充分控制炉内燃烧气氛,特别适用于预热高气温度高的场合,燃烧稳定,使用安全 可靠。
[0018] 进一步的是,所述送料机构包括履带式输送机、进料推料机和出料推料机,所述带 式输送机从物料专用压机延伸至位于窑体进料端的轨道处,所述进料推料机和出料推料机 分别与物料专用压机位置和台车位置对应。
[0019] 进一步的是,还包括出料机和防氧化池,所述出料机位于窑体出料端并与台车台 面对应,所述出料机的出口与防氧化池相连。
[0020] 进一步的是,所述出料机包括螺旋出料机和挡铲;所述挡铲朝向来料方向的一面 为圆弧面,所述圆弧面的轴线与来料方向垂直并与台车台面平行;所述挡铲与螺旋出料机 的入口相对应。
[0021] 进一步的是,所述螺旋出料机的螺旋轴为中空状,螺旋轴上设置有进水端和出水 端;所述挡铲的内部设置有冷却水腔,冷却水腔上分别设置有进水口和出水口。
[0022] 进一步的是,所述台车的工作面层采用铬刚玉抗碱高强浇注料。
[0023] 进一步的是,所述台车的工作面层上设置有燃烧孔,所述燃烧孔位于工作面层的 侧壁。
[0024] 进一步的是,所述隧道窑还包括水封结构,所述水封结构包括水封槽、固定刀和活 动刀,所述水封槽位于窑体底部,所述固定刀固定安装在窑体底部处,所述活动刀安装在台 车底部,所述固定刀与活动刀通过与水封槽内液体配合以密封台车与窑体底部之间的缝 隙。
[0025] 进一步的是,所述水封结构还包括刮渣板,所述刮渣板安装在活动刀底部并位于 水封槽内。
[0026] 进一步的是,所述窑体为复合砌体,其内衬采用耐火浇注料整体浇注而成,外层采 用双层轻质隔热材料进行绝热。
[0027] 进一步的是,所述隧道窑在纵断面上则按照气体、压力、温度关系设计为阶梯参数 式通道。即隧道窑在纵断面上的压力、温度变化呈阶梯状,而不是在整个隧道窑内均相同。
[0028] 本发明的有益效果是:由于将炉膛分隔成了燃烧室和反应室,这使得带孔物料块 不会受到直接加热,而是通过导热材料板将燃烧室中的热量传导到反应室中,在连续加热 运行中,燃烧室的热能能够与反应室的热能接近平衡,从而加热带孔物料块,同时由于带孔 物料块本身具有蜂窝孔,由此使得物料块在各个位置受到的加热程度是接近的,也就是物 料块的内外温差非常小,这种间接加热的方式就破解了"蛋壳"效应。
附图说明
[0029] 图1是本发明第一种实施方式的结构示意图;
[0030] 图2是本发明第二种实施方式的结构示意图;
[0031] 图3是本发明横截面的示意图;
[0032] 图4是本发明进料处的横截面示意图;
[0033] 图5是台车工作面的示意图;
[0034] 图6是图5的A-A向示意图;
[0035] 图中零部件、部位及编号:物料专用压机1、窑体2、轨道3、台车4、导热材料板5、 燃烧室6、反应室7、顶烧嘴8、侧烧嘴9、带式输送机10、进料推料机11、出料推料机12、出料 机13、防氧化池14、排烟通道15、工作面层16、热电偶17、燃烧观察孔18、冷却水池19、带孔 物料块20、水封结构21。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0037] 本发明的方法包括以下步骤:
[0038] A、使用攀枝花地区粒度为-320〜100目的钒钛磁铁精矿粉,其化学成分为TFe 58. 62%,Ti028 . 49%,V2050. 721%,Si023. 19%,S 0· 42%,P 0· 015%,与粒度-20 〜30 目 的煤粉和钠盐催化剂按质量比3〜4 :0. 8〜1. 2:0. 3〜0. 4的比例混匀;在采用其它原料 时应根据情况适当更改比例。
[0039] B、将混匀后的物料压制成带孔物料块20,带孔物料块20上形成有蜂窝孔;将配伍 混匀好的物料装入设计制作好的模具内,用680吨的压机压制成类似蜂窝煤球状的块状物 料块,密度达到2. 7g/cm3,带孔物料块的孔径02〇-3〇mm,孔间隔l〇-12mm,带孔物料块20的 块度与专用的向台车表面布料的布料机相匹配,如图1中的带孔物料块20的形状和在台车 面上的布置。这样,一方面增大了带孔物料块20受热的表面积,其孔洞使物料受热均匀;台 车4的耐火材料工作面层在长期连续运行中也达到并保持一定温度,也可以从带孔物料块 20底部向带孔物料块20传热,另一方面压机将带孔物料块20压制的更为密实,使得粉料密 度由1. 7g/cm3经过压制后密度达到2. 7g/cm3,带孔物料块20中的煤达到一定温度后燃烧生 成的C0逸出阻力增加,有利于还原反应进行地彻底。同时,即使粉料和物料压块受热传导 速率接近,那么在台车面上一立方米的空间内多存放一吨物料,使得生产效率高而成本低。
[0040] C、将带孔物料块20送入隧道窑中直接还原,其中隧道窑的炉膛用导热材料板5隔 开成上下两层,形成燃烧室6和反应室7 ;带孔物料块20被送入反应室7中,利用燃烧室6 中产生的热量间接加热带孔物料块20。
[0041] 根据工艺要求在反应室内的气氛采用变频调节与炉压调节阀双控制,反应室7的 压力控制在+20〜_+50Pa之间。C0在线气体分析仪装于引风机前,当烟气C0超过规定值 时,通过电动执行阀控制掺入高温烟气段的风量,使得C0与氧气再燃烧,这部分的C0因保 证适量值而确保还原效果。
[0042] 本方法推荐采用计算机三级集散控制系统:上位管理级,由高性能的工业级计算 机和打印设备组成。配有工业控制的专用软件,主要完成对工艺设备运行状态的监视和报 表打印的功能,包括:总貌的运行显示、热工参数的显示、重要参数的曲线显示、报警显示 等,相关的修改,流量的积算,系统数据的存储;过程控制级,由PLC、电源、通讯单元、各种 输入及输出模块等组成。主要完成信号的采集、系统的控制及通讯;现场操作级,在仪表盘 及电控盘上设置自动(切至计算机控制)和手动(切换至就地控制)方式,且安装有维持 工艺设备正常运行的必备的仪表。手动方式可脱离开计算机控制系统,在仪表柜及电控柜 上直接对热工参数的控制进行操作。
[0043] 隧道窑的炉温控制采用连续比例控制方式,热电偶接入的温度经温控仪比较后输 出(以下信号制均采用4〜20mA)控制大小信号给各段总管上的空气、煤气调节阀来控制 阀位的大小,从而调节空气、煤气的供给量实现温度的调节控制。空气、煤气调节阀同步执 行,但它们在计算机上有一个分配比例设定值(K值0. 8〜1. 2),通过设定该值来完成空气 和煤气的自动配比,该值可根据流量孔板检测的流量值和炉内实际状态选择。
[0044] 隧道窑的炉内烟气有二部分组成,煤气燃烧产生烟气量和补燃空气进入与C0燃 烧产生烟气量,通过排烟口流出。炉内烟气流向为逆炉底转动方向,烟气经排烟口排出后通 过沉降室A将灰尘适当沉降,烟气分两股流过两组空气换热器,两组分别助燃空气和补燃 空气。经过两组空气换热器后的烟气温度约降至620°C左右,这两股烟气再汇流后进入沉降 室B再进入煤气换热器。空气入口温度20°C,经热交换其出口温度550°C左右;煤气入口温 度20°C,经热交换其出口温度可达到300°C左右,达到节能降耗的效果。
[0045] 下面通过实施例来介绍本发明方法:
[0046] 实施例1:采用本方法制备还原铁粉
[0047] 将100g攀枝花钒钛铁精矿(含铁:59%、含钛:9%、粒度一200目)、20〜30g煤 粉(粒度一 10目〜20目)、1.1〜1.5g钠盐混匀(可造型),在1150°C的温度下预热10〜 2011^11,13001:的温度下还原25〜351^11,出料水冷后得到品位为70〜80%金属化烧结块, 金属化烧结块经破碎、选矿得到一次还原铁粉,铁品位为98 %,铁收率达到95 %,剩余尾矿 铁品位10〜15%,铁收率3〜4%,钛品位39〜40 %,尾矿钛收率80%,一次还原铁粉于 600〜800°C经过氢气还原得到铁品味大于99. 5%的二次还原铁粉。
[0048] 实施例2:采用本方法制备还原铁粉
[0049] 将100g攀枝花钒钛铁精矿(含铁:55%、含钛:10%、粒度一200目)、20〜30g煤 粉(粒度一 10目〜20目)、1.1〜1.5g钠盐混匀(可造型),在1150°C的温度下预热10〜 2011^11,13001:的温度下还原25〜351^11,出料水冷后得到品位为70〜80%金属化烧结块, 金属化烧结块经破碎、选矿得到一次还原铁粉,铁品位为97. 3%,铁收率达到95%,剩余尾 矿铁品位10〜15%,铁收率3〜4%,钛品位39〜40%,尾矿钛收率80 %,一次还原铁粉 于600〜800°C经过氢气还原得到铁品味大于99. 5%的二次还还原铁粉。
[0050]
Figure CN104152620AD00081
[0051] 实施例3:采用本方法制备还原铁粉
[0052] 将100g攀枝花普通铁精矿(含铁:60%、粒度一 200目)、20〜30g煤粉(粒度一 10目〜20目)、1· 1〜1. 5g钠盐混匀(可造型),在1150°C的温度下预热10〜20min, 1300°C的温度下还原25〜35min,出料水冷后得到品位为70%金属化烧结块,金属化烧结 块经破碎、选矿得到一次还原铁粉,铁品位为97. 5%,铁收率达到95%,剩余尾矿铁品位 10〜15 %,铁收率3〜4%,一次还原铁粉于600〜800°C经过氢气还原得到铁品味大于 99. 5%的二次还原铁粉。
[0053] 实施例4:采用本方法制备还原铁粉
[0054] 将100g攀枝花普通铁精矿(含铁:63%、粒度一 200目)、20〜30g煤粉(粒度一 10目〜20目)、1· 1〜1. 5g钠盐混匀(可造型),在1150°C的温度下预热10〜20min, 1300°C的温度下还原25〜35min,出料水冷后得到品位为70%金属化烧结块,金属化烧结 块经破碎、选矿得到一次还原铁粉,铁品位为98. 3%,铁收率达到95%,剩余尾矿铁品位 10〜15%,铁收率3〜4%,一次还原铁粉于600〜800°C经过氢气还原得到铁品味大于 99. 5%的二次还还原铁粉。
[0055]
Figure CN104152620AD00091
[0056] 实施例5:采用本方法制备还原铁粉
[0057] 将100g攀枝花钒钛钛精矿(含铁:33%、含钛:47%、粒度一 200目)、39〜43g煤 粉(粒度一 10目〜20目)、6· 5〜8g钠盐混匀(可造型),在1300°C的温度下还原35〜 45min,出料水冷后得到品位为35%金属化烧结块,金属化烧结块经破碎、选矿得到一次还 原铁粉,铁品位为95%,铁收率达到88%,剩余尾矿铁品位5%,铁收率10%,钛品位80%, 尾矿钛收率87%
[0058] 实施例6:采用本方法制备还原铁粉
[0059] 将100g攀枝花钒钛钛精矿(含铁:33%、含钛:45%、粒度一 200目)、39〜43g煤 粉(粒度一 10目〜20目)、6· 5〜8g钠盐混匀(可造型),在1300°C的温度下还原35〜 45min,出料水冷后得到品位为35%金属化烧结块,金属化烧结块经破碎、选矿得到一次还 原铁粉,铁品位为94%,铁收率达到85%,剩余尾矿铁品位5%,铁收率10%,钛品位80%, 尾矿钛收率85%。
[0060] 实施例7:采用本方法制备还原铁粉
[0061] 将77g攀枝花钒钛铁精矿(含铁:59%、含钛:9%、粒度一200目)、21〜24g攀枝 花钒钛钛精矿(含铁:33%、含钛:47%、粒度一 200目)、35〜39g煤粉(粒度一 10目〜20 目)、2· 1〜3g钠盐混匀(可造型),在1300°C的温度下还原35〜45min,出料水冷后得到 品位为60%金属化烧结块,金属化烧结块经破碎、选矿得到一次还原铁粉,铁品位为97%, 铁收率达到95 %,剩余尾矿铁品位10 %,铁收率5 %,钛品位52 %,尾矿钛收率85 %,一次还 原铁粉于600〜800°C经过氢气还原得到铁品味大于99. 5%的二次还还原铁粉。
[0062] 实施例8:采用本方法制备还原铁粉
[0063] 将77g攀枝花钒钛铁精矿(含铁:55%、含钛:9%、粒度一200目)、21〜24g攀枝 花钒钛钛精矿(含铁:33%、含钛:45%、粒度一 200目)、35〜39g煤粉(粒度一 10目〜20 目)、2· 1〜3g钠盐混匀(可造型),在1300°C的温度下还原35〜45min,出料水冷后得到 品位为56%金属化烧结块,金属化烧结块经破碎、选矿得到一次还原铁粉,铁品位为98%, 铁收率达到95 %,剩余尾矿铁品位10 %,铁收率5 %,钛品位52 %,尾矿钛收率83 %,一次还 原铁粉于600〜800°C经过氢气还原得到铁品味大于99. 5%的二次还还原铁粉。
[0064]
Figure CN104152620AD00101
[0065] 本发明的设备包括物料专用压机1、送料机构以及隧道窑,所述物料专用压机1通 过送料机构为所述隧道窑供料,所述隧道窑包括窑体2、穿过窑体2的轨道3、设置在轨道3 上的台车4和布设在窑体2上的燃烧系统,所述物料专用压机1的模具上设置有蜂窝孔成 型结构;所述隧道窑还包括导热材料板5,所述导热材料板5设置在窑体2内,并将台车4台 面与窑体2窑顶之间的炉膛分隔成上下两层,其中上层为布设燃烧系统的燃烧室6,下层为 反应室7。本设备在实际生产中,带孔物料块20仅从反应室7中通过,因此带孔物料块20 并不会直接受到加热,导热材料板5将炉膛隔开,在连续加热运行中,燃烧室6的热能能够 与反应室7的热能接近平衡,用这种间接加热的方式就破解了"蛋壳"效应。
[0066] 为了获得较好的导热性能,所述导热材料板5为碳化硅板,所述碳化硅板为拱顶 朝向窑顶的拱形结构。碳化硅的热导率是钢铁材料的3倍,且具有强的热震抗力,这样在反 应室的物料能够得到足够的热能;拱形结构的碳化硅板既可以增加反应室的空间,又能增 加碳化硅版的导热面积。
[0067] 图1为本发明的一种实施方式,可称为环形隧道窑,所述窑体2沿轴线设置成圆弧 形,所述轨道3为圆环形,所述窑体2圆周方向上的两端分别为进料端和出料端。
[0068] 图2是本发明的另一种实施方式,可称为直形隧道窑,窑体2沿轴线设置成直线 形,所述轨道3也为直线形,窑体2的进料端和出料端共用一个端口或者分别位于窑体2的 两端。
[0069] 上述两种实施方式均采用多节台车,例如在02〇ra的环形隧道拼装了 22辆台车,在 环形隧道窑中进行定心平稳运转,3座驱动装置成360°布置且变频可调,使台车运行速度 在2〜6周/小时范围,这样才能便于布料和出料装置的敷设。更重要的是台车表面耐火 材料的选定,因为被还原的物料直接在台车表面耐火材料上进行,要求有强度、不开裂、不 变形、不粘料,试验中使用铬刚玉抗碱高强浇注料做台车表面,达到了预期效果。
[0070] 本发明的燃烧系统包括设置在燃烧室6顶部的顶烧嘴8和设置在燃烧室6外侧壁 的侧烧嘴9。烧嘴的布置,如图1所示,对于环形隧道窑主要布置顶烧嘴,通过试验证明选 择合适的碳化硅板材,其热导率是钢铁材料的3倍,且具有强的热震抗力,这样在反应室的 物料能够得到足够的热能。而对于直形隧道窑则采用顶烧嘴和侧烧嘴双向布置,如图2所 示,同时,台车工作面层16带燃烧孔,述燃烧孔位于工作面层16的侧壁,参见图5和图6所 示,铁粉或铁粉压制块在台车面上被加热还原时,台车处于静止,顶烧嘴和侧烧嘴使得物料 上下受热,有利于还原反应的快速进行。
[0071] 具体的,如图1和图4所示,所述送料机构包括带式输送机10、进料推料机11和出 料推料机12,所述带式输送机10从物料专用压机1延伸至位于窑体2进料端的轨道3处, 所述进料推料机11和出料推料机12分别与物料专用压机1位置和台车4位置对应。带式 输送机10向台车4面布带孔物料块20,带式输送机10可采用钢履带式布料机,其运行方向 与台车4的行走方向垂直,从台车4的横截面方向看,带式输送机10沿台车4表面、左侧、 台车轨道下方通道和右侧作循环运行,具体参见图4所示,带式输送机10上方有一个与台 车运行方向一致的出料推料机12,当带孔物料块20在出料推料机12上运行到接近台车4 外缘设定点时,出料推料机12将带式输送机10上带孔物料块20推到台车4面上,由物料 还原时间决定台车4的运行速度,用两台或两台以上的物料专用压机1保证带孔物料块20 的压制。实际上,整个送料机构是物料专用压机1、带式输送机10、出料推料机12和进料推 料机11的组合,并实现系列连锁。连锁是倒推的,即台车4运行速度决定带式输送机10运 行速度,当前排(排是指台车宽度)带孔物料块20前行距离恰好有后一排带孔物料块20 位置时,带式输送机10上必须正好有一排物料块,此时出料推料机12依照红外线信号或时 间继电器及时推料,同样出料推料机12与物料专用压机1的配合,定量定时给料机将物料 粉注入模具,物料专用压机1压制后自脱模,物料专用压机1也配置进料推料机11,当物料 专用压机1的压锤(或称为上模)脱模后上抬,进料推料机11推带孔物料块20至带式输 送机10上,为保证供料速度至少需2台或2台以上的物料专用压机1配合。
[0072] 为了避免还原产品在出炉后被氧化,如图1所示,还包括出料机13和防氧化池14, 所述出料机13位于窑体2出料端并与台车4台面对应,所述出料机13的出口与防氧化池 14相连。环形隧道窑的台车4在生产过程中一直处于运行状态,采用螺旋出料机再通过斜 槽将还原后的物料直接送入防氧化池;直形隧道窑的台车在出料和布料位是定位的,推料 机直接将还原后的物料推入防氧化池,再移动至布料位布料,再进入下一轮的还原生产。
[0073] 为了便于出料,所述出料机13包括螺旋出料机和挡铲;所述挡铲朝向来料方向的 一面为圆弧面,所述圆弧面的轴线与来料方向垂直并与台车4台面平行;所述挡铲与螺旋 出料机的入口相对应。挡铲的形状为"Γ',类似推土机推铲的挡板。挡铲的下缘贴近台车 4工作面,当台车4运行时其面上的物料被挡铲弧形面卷起,在挡铲前的螺旋刀片将物料排 出。
[0074] 为了及时降温,所述螺旋出料机的螺旋轴为中空状,螺旋轴上设置有进水端和出 水端;所述挡铲的内部设置有冷却水腔,冷却水腔上分别设置有进水口和出水口。物料在出 炉后仍然处于高温状态,采用冷却水冷却的可以保护螺旋刀片和挡铲。
[0075] 为了获得良好的密封效果,所述隧道窑还包括水封结构21,所述水封结构21包括 水封槽、固定刀和活动刀,所述水封槽位于窑体2底部,所述固定刀固定安装在窑体2底部 处,所述活动刀安装在台车4底部,所述固定刀与活动刀通过与水封槽内液体配合以密封 台车4与窑体2底部之间的缝隙。所述水封结构21还包括刮渣板,所述刮渣板安装在活动 刀底部并位于水封槽内。这样在台车4转动时环缝落入水封槽内的物料和其它一些杂质, 随着转动的活动刀和固定的水封槽之间相对运动,逐步被刮到水封槽上的漏斗处,最后通 过漏斗定期清渣,用小车运走。
[0076] 下面具体介绍本发明设备的具体工作细节:
[0077] 如图1、图3所示,物料专用压机1的模具接受来自混料机又经定量给料机的配伍 物料,物料专用压机1压制、自脱模,进料推料机11将带孔物料块20推向带式输送机10的 链板,在履带链板的输送下,带孔物料块20达到台车4的工作面层16,连锁装置使出料推料 机12动作,出料推料机12的推料板与工作面层16的宽度相匹配,带孔物料块20就被布置 在台车4的工作面16上。
[0078] 台车4在成120°分布的三个驱动装置驱动下,作顺时针按预设速度运行,排烟通 道15设置在窑体2进料的起始端,排烟通道15与沉淀室A、B和两组热交换器连接,烟气再 通过布袋除尘器、脱硫塔实现标内外排。
[0079] 带式输送机10在驱动装置的驱动下,开始环绕台车4的横断面运行,在台车4的 工作面层16上时承载带孔物料块20,运行至台车4轨道下方通过混凝土冷却水池19履带 链板得到冷却。
[0080] 水封结构21安装在内外环的立柱上,活动刀安装在台车4上,随台车4 一起转动, 避免反应室7内气体溢出室外和外部冷空气进入反应室7内。碳化硅板5将隧道窑炉的炉 膛分隔为燃烧室6和反应室7。
[0081] 碳化硅板通过热传导试验,其热传导率达96%,即碳化硅板上表面某点温度为 1355 °C,通过碳化娃板向下方传热,则该板的下表面某点的温度约为1300 °C,与板的厚度几 乎没有关系。碳化硅板做成弧形板,为使燃烧室均匀地向反应室传热,顶烧嘴8供热的直接 方向是碳化硅板的弧顶,环形窑体的内外侧在燃烧室6高度上布置的侧烧嘴9,其供热的直 接方向是碳化硅板12的两侧外弧面。
[0082] 隧道炉窑主要控制燃烧室6的炉温,采用连续比例控制方式,燃烧室6的热电偶接 入的温度经温控仪比较后输出(以下信号制均采用4〜20mA)控制大小信号给各段总管 上的空气、煤气调节阀来控制阀位的大小,从而调节空气、煤气的供给量实现温度的调节控 制。反应室7的热电偶仅作参考不参与控制。
[0083] 隧道炉窑的反应室7内的气氛采用变频调节与炉压调节阀双控制,使其室内压力 控制在+20〜+50Pa左右。C0在线气体分析仪装于引风机前,当烟气C0超过规定值时,通 过电动执行阀控制掺入高温烟气段的风量,使得C0与氧气再燃烧,这部分的C0因保证适量 值而确保还原效果。
[0084] 隧道炉窑的运行采用计算机三级集散控制系统,即上位管理级、工程控制级和现 场ί呆作级。集中在现场的中心控制室。
[0085] 台车4的工作面层16用铬刚玉抗碱高强浇注料浇注而成,台车4作顺时针运行, 将带孔物料块20从入料口带入隧道窑在反应室7中穿行,并在物料反应室7中还原气氛下 受热,带孔物料块20煤粉中的碳与铁矿粉中的氧化铁在一定温度下进行还原反应,将台车 4的运行速度通过变频设定,带孔物料块20在炉窑中边受热、边反应、边随台车4运行,
[0086] 从入料口到出料口约经过45分钟,完成铁矿粉直接还原铁过程。
[0087] 下面通过具体实施例介绍本申请第一种实施方式的设备:
[0088] 如图1、3和4,环形隧道窑反应室温度分布成三段,即全程45分钟,其中温度 1150°C占15分钟,温度1300°C占25分钟,炉内自然缓冷占5分钟。除去布料工位和出料 工位的占位角50°,环形隧道窑体8的占位角为310°,满足反应室的温度段,相对燃烧室 1200°C的占位角是90°,燃烧室1355°C的占位角是185°,炉内自然缓冷的占位角35°。顶 烧嘴8和内外侧烧嘴9就是根据这个位置和温度要求敷设的。
[0089] 完成还原反应的带孔物料块20在台车4的运载下从出料口出来,螺旋出料机的挡 板将其卷起,螺旋刀片将带孔物料块20推向出料斜槽,重力作用带孔物料块20落入防氧化 池14。
[0090] 被还原的物料从中取出进入破碎、磨选系统,经上述过程的还原再经破碎、磨选, 得到一次还原铁粉,其结果:1)攀枝花钒钛铁精矿(含铁:59%、含钛:9%、粒度一 200〜 100目)、煤粉(粒度一 20目〜30目)、催化剂混匀,压块经上述还原过程,得到一次还原 铁粉,铁品位为98%,铁收率达到95%,剩余尾矿铁品位10〜15%,铁收率3〜4%,钛品 位39〜40%,尾矿钛收率80%,一次还原铁粉于600〜800°C经过氢气还原得到铁品位大 于99. 5 %的二次还原铁粉。2)攀枝花钒钛钛精矿(含铁:33%、含钛:45%、粒度一 200〜 100目)、煤粉(粒度一20目〜30目)、催化剂混勻,压块经上述还原过程,得到品位为35% 金属化烧结块,金属化烧结块经破碎、选矿得到一次还原铁粉,铁品位为94%,铁收率达到 85%,剩余尾矿铁品位5%,铁收率10%,钛品位80%,尾矿钛收率85%。参见下表:
[0091]
Figure CN104152620AD00131
[0092] 下面介绍本发明第二种实施方式设备的工作方式:
[0093] 第二种铁矿粉直接还原的方法和设备,如图2、图3、图4所示。物料专用压机1并 配有推料机在布料工位,将带孔物料块20推布在台车4的工作面层16上,台车4的驱动装 置将其送入直型隧道窑的还原工位,关闭隧道窑炉门对带孔物料块20进行定位还原。
[0094] 直型隧道窑台车4的耐火材料工作层敷设了横穿台车4宽度的燃烧孔,侧烧嘴9 的火焰正对准该燃烧孔,燃烧室6的炉顶烧嘴8对着碳化硅板的上弧面进行加热,带孔物料 块20在反应室7中受到上下加热。
[0095] 燃烧室6和反应室7的烟气分两路到烟气排放通道15,实施除尘和热交换。温度、 气氛控制手段同环形隧道窑。
[0096] 通过中控室的计算机操纵,如各烧嘴进气、进风阀位控制,使反应室7温度在 1050〜1150°C和1280〜1300°C两个范围,全过程时间为35分钟,第一个温度段15分钟, 第二个温度段是20分钟。
[0097] -个还原过程结束,开启隧道窑炉门,台车4被驱动至出料位,推料出料机13直接 将还原产品推入防氧化池14。之后进入下一个工位布料位,重复上一个工程。

Claims (20)

1. 用于铁矿粉直接还原的方法,其特征在于:包括以下步骤: A、 将磁铁精矿粉、煤粉与催化剂混匀; B、 将混匀后的物料压制成带孔物料块(20),带孔物料块(20)上形成有蜂窝孔; C、 将带孔物料块(20)送入隧道窑中直接还原,其中隧道窑的炉膛用导热材料板(5)隔 开成上下两层,形成燃烧室(6)和反应室(7);带孔物料块(20)被送入反应室(7)中,利用 燃烧室¢)中产生的热量间接加热带孔物料块(20)。
2. 权利要求1所述的用于铁矿粉直接还原的方法,其特征在于:在A步骤中,使用粒度 为-320〜100目的钒钛磁铁精矿粉与粒度-20〜30目的煤粉和钠盐催化剂按质量比3〜 4 :0· 8〜L 2: 0· 3〜0· 4的比例混匀。
3. 权利要求1所述的用于铁矿粉直接还原的方法,其特征在于:在B步骤中,所述带孔 物料块(20)的密度不小于2. 7g/cm3,蜂窝孔孔径02〇-3〇mm。
4. 权利要求1所述的用于铁矿粉直接还原的方法,其特征在于:在C步骤中,反应室 (7)的压力控制在+20〜-+50Pa之间。
5. 权利要求1所述的用于铁矿粉直接还原的方法,其特征在于:在C步骤中,所述隧道 窑呈环形。
6. 权利要求1所述的用于铁矿粉直接还原的方法,其特征在于:在C步骤中,所述反应 室(7)分为三段温区,带孔物料块(20)在三段温区中的运行时间比例分别是:温度1150°C 占1/3,温度1300°C占5/9,炉内自然缓冷占1/9。
7. 用于铁矿粉直接还原的设备,包括物料专用压机(1)、送料机构以及隧道窑,所述物 料专用压机(1)通过送料机构为所述隧道窑供料,所述隧道窑包括窑体(2)、穿过窑体(2) 的轨道(3)、设置在轨道⑶上的台车⑷和布设在窑体⑵上的燃烧系统,其特征在于:所 述物料专用压机(1)的模具上设置有蜂窝孔成型结构;所述隧道窑还包括导热材料板(5), 所述导热材料板(5)设置在窑体(2)内,并将台车(4)台面与窑体(2)窑顶之间的炉膛分 隔成上下两层,其中上层为布设燃烧系统的燃烧室¢),下层为反应室(7)。
8. 如权利要求5所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述导热材料板(5) 为碳化硅板,所述碳化硅板为拱顶朝向窑顶的拱形结构。
9. 如权利要求5所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述隧道窑呈环形, 所述窑体(2)沿轴线设置成圆弧形,所述轨道(3)为圆环形,所述窑体(2)圆周方向上的两 端分别为进料端和出料端。
10. 如权利要求9所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述燃烧系统包括 设置在燃烧室(6)顶部的顶烧嘴(8)和设置在燃烧室(6)外侧壁的侧烧嘴(9)。
11. 如权利要求7所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述送料机构包括 履带式输送机(10)、进料推料机(11)和出料推料机(12),所述带式输送机(10)从物料专 用压机(1)延伸至位于窑体(2)进料端的轨道(3)处,所述进料推料机(11)和出料推料机 (12)分别与物料专用压机(1)位置和台车(4)位置对应。
12. 如权利要求7所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:还包括出料机(13) 和防氧化池(14),所述出料机(13)位于窑体(2)出料端并与台车(4)台面对应,所述出料 机(13)的出口与防氧化池(14)相连。
13. 如权利要求12所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述出料机(13) 包括螺旋出料机和挡铲;所述挡铲朝向来料方向的一面为圆弧面,所述圆弧面的轴线与来 料方向垂直并与台车(4)台面平行;所述挡铲与螺旋出料机的入口相对应。
14. 如权利要求12所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述螺旋出料机 的螺旋轴为中空状,螺旋轴上设置有进水端和出水端;所述挡铲的内部设置有冷却水腔,冷 却水腔上分别设置有进水口和出水口。
15. 如权利要求7所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述台车(4)的工 作面层(16)采用铬刚玉抗碱高强浇注料。
16. 如权利要求15所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述台车(4)的 工作面层(16)上设置有燃烧孔,所述燃烧孔位于工作面层(16)的侧壁。
17. 如权利要求7所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述隧道窑还包括 水封结构(21),所述水封结构(21)包括水封槽、固定刀和活动刀,所述水封槽位于窑体(2) 底部,所述固定刀固定安装在窑体(2)底部处,所述活动刀安装在台车(4)底部,所述固定 刀与活动刀通过与水封槽内液体配合以密封台车(4)与窑体(2)底部之间的缝隙。
18. 如权利要求17所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述水封结构 (21)还包括刮渣板,所述刮渣板安装在活动刀底部并位于水封槽内。
19. 如权利要求7所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述窑体(2)为复 合砌体,其内衬采用耐火浇注料整体浇注而成,外层采用双层轻质隔热材料进行绝热。
20. 如权利要求7所述的用于铁矿粉直接还原的设备,其特征在于:所述隧道窑在纵断 面上按照气体、压力、温度关系设计为阶梯参数式通道。
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