CN104651564B - 一种低温快速还原分离粒铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种低温快速还原分离粒铁的方法，将矿石破碎、烘干后，打磨成细矿粉，向矿粉中加入金属铁粉、石灰粉、普通玻璃粉和萤石粉，喷水混合后造成球团或压制成球团；湿球团经过烘干，再添加还原煤和脱硫剂，将混合物料加入隔焰式回转窑进行还原反应；还原后的高温物料采用干式磁选机，将还原剂尾粉和金属化球团分离；金属化球团经破碎、筛分后，得到粒度为3～20mm、密度5.8～7.2t/m³的粒铁产品；粉料继续打磨后，进行湿式磁选，得到高品位金属铁粉。本发明使得铁矿能在相对低的还原温度下进行快速还原，分离出粒铁产品，粒铁产率高达90％以上，相比于日本ITmk3还原技术，更能够节能减排降碳。

Description

一种低温快速还原分离粒铁的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种低温快速还原分离粒铁的方法。

背景技术

我国是一个贫铁矿资源丰富的国家，低贫呆矿占铁矿资源的96％以上，但是每年却需要从国外进口8亿吨的富铁矿石，进口矿石依赖度为55％；而国内大量的低贫细难选细矿、复合矿及含铁废料没有得到很好的开发和利用。

2011年日本神户钢铁公司采用转底炉法，将铁矿粉内配碳压球，薄料层布料，在1450℃左右的还原温度下，使铁粒与渣滓分离。这种高炉炼铁法被称为第一代炼铁法，产品属高碳液态铁水；把直接还原法称为第二代炼铁法；将粒铁或者砾铁工艺称为第三代炼铁法(ITmk3)。此外，发明专利CN102936653B公开了“一种高密度金属化球团的还原方法”。

上述方法存在的缺点在于：1、铁原料为品位≥65％的高品位铁精矿粉；2、还原温度过高，一般为1450℃，耗能较高。

而我国富矿储量很少，铁矿资源96％以上为低贫细难选铁矿，因此，亟需一种针对难选铁矿的处理技术。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种低温、快速还原分离粒铁的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种低温快速还原分离粒铁 的方法，步骤如下：

(1)将低贫细难选铁矿矿石破碎、烘干后，打磨成160～200目的矿粉，向矿粉中加入金属铁粉、石灰粉、普通玻璃粉和萤石粉，各组分用量按重量分数计为：矿粉80～85％、金属铁粉3～10％、石灰粉3～6％、普通玻璃粉2～5％和萤石粉4～6％；上述组分经均匀混合，喷水造成￠6～￠20mm的球团或压制成￠10～￠30mm的球团；

(2)将步骤(1)的湿球团经过50～280℃烘干，使其水分≤0.5％、球团强度≥80N/个球；

(3)向步骤(2)所得球团中添加还原煤和脱硫剂，所述还原煤的用量为球团重量的20～40％，所述脱硫剂的用量为还原剂重量的5～10％；

(4)将步骤(4)的混合物料加入隔焰式回转窑，在1110～1150℃条件下还原反应1.5～2.5h；

(5)将还原后的高温物料在煤粉或惰性气体保护下冷却至100℃以下，采用干式磁选机，将还原剂尾粉和金属化球团分离；

(6)将步骤(5)得到的金属化球团经破碎、筛分后，得到粒度为3～20mm、密度5.8～7.2t/m³的粒铁产品；

(7)将步骤(6)得到的粉料继续打磨至160～200目，进行湿式磁选，得到TFe≥90％、ηFe≥93％、回收率≥93％的高品位金属铁粉，尾矿中TFe≤5.0％。

本发明的有益效果是：

1、本发明将石灰粉、普通玻璃粉和萤石粉加入铁矿粉中，能够降低铁矿熔点，且石灰粉遇水熟化后可以作为粘结剂使用；将金属铁粉加入铁矿粉中，利用金属铁粉在潮湿环境下容易氧化放热的特点，对铁矿粉起到固结作用，球团放热或烘干后，就能保证球团常温和高温强度，而且尽可能避免降低球团的品位。

2、本发明使用的还原设备为隔焰式回转窑，预热段、高温段通体连续 外加热，高温区温度连续稳定，减少温差，节约能源；且回转窑保持旋转状态，被还原物料在回转窑内不断旋转，因此反应物料温度可达1080～1150℃，反应更加剧烈，大大缩短反应时间；且金属化球团不会发生粘接现象。

3、本发明的方法使用品位40～50％的低贫细难选铁矿，使得铁矿能在相对低还原温度的环境下，进行快速还原，分离出密度为5.8～7.2t/m³的粒铁产品，粒铁产率高达90％以上，更加节能减排降碳。

表1为几种还原铁方法的还原温度和还原时间比较表：

表1

主要参数	隧道窑法	无罐窑法	内燃回转窑法	转底炉法(日本)	本专利法
						还原时间(h)	27～48	8～12	8～9	0.4～0.5	1.5～2.5
料层厚度(mm)	45～70	120～150	200～350	20～30	200～350
						还原温度(℃)	1130～1160	1280～1320	1100～1150	1400～1450	1110～1150
产品	海绵铁	粒铁	DRI	粒铁	粒铁

由表1可以看出，除了日本的转底炉法和无罐窑炉法，可以还原分离出粒铁产品，其它方法均难以还原出粒铁产品。但日本转底炉法和无罐窑炉法的缺点在于：还原温度较高、还原时间较长、或者料层较薄，还原时间长和还原温度高，能耗必然高，碳排放量也必然多。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤(1)中所述的矿石为赤铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿、羚羊石铁矿或菱铁矿等难选矿；或钒钛磁铁矿、红土镍矿、硼铁矿、锰铁矿等复合矿；或除尘污泥、硫酸渣、铅锌渣、铜渣、氧化铝赤泥等含铁废料。

进一步，步骤(1)中所述的金属铁粉为细度-200目占85％以上的金属铁粉，金属铁粉指标要求TFe≥90％、MFe≥85％。

进一步，步骤(3)中所述的还原煤为0～25mm粒度的烟煤粉或者无烟煤粉，其中烟煤粉的成分为：固定碳≥55％、灰分≤10％、挥发份≤32％、S≤ 0.6％；无烟煤粉的成分为：固定碳≥65％、灰分≤15％、挥发份≤20％、S≤0.6％。

进一步，步骤(3)中所述的脱硫剂为石灰粉或石灰石粉，其中，石灰粉：CaO≥93％、MgO≤5％、S≤0.5％；石灰石粉：CaO≥52％、MgO≤5％、S≤0.05％。

进一步，步骤(1)中所述的普通玻璃粉：要求熔点≤1000℃。

进一步，步骤(1)中所述的萤石粉：CaF₂≥85％、S≤0.5％。

进一步，步骤(7)中所述的磁选强度为1250～3200Gs。

进一步，步骤(7)得到的金属铁粉采用高强压球机，冷压成￠35～￠80mm、密度≥3.8t/m³的冷压块产品。

进一步，步骤(4)中所述的隔焰式回转窑包括回转窑筒体、加料装置、驱动装置、第一托圈装置和第二托圈装置，所述回转窑筒体支撑在所述驱动装置、第一托圈装置及第二托圈装置上，所述驱动装置与第一托圈装置之间设有第一加热炉体，所述第一托圈装置与第二托圈装置之间设有第二加热炉体，所述第一加热炉体和第二加热炉体的两侧分别设有第一烧嘴组和第二烧嘴组；

所述回转窑筒体从前到后依次包括预热段、高温段和冷却段，所述高温段设于所述第一加热炉体及第二加热炉体之内，所述加料装置与所述预热段前端相衔接，所述冷却段后端设有出料口；

所述回转窑筒体在所述第一加热炉体和第二加热炉体之间套装有筒体外壁，所述筒体外壁与回转窑筒体之间均布有支撑管，在筒体外壁与回转窑筒体之间形成烟气通道，所述筒体外壁支撑在所述第一托圈装置上；

所述回转窑筒体的轴线与水平线夹角为2.5°～5°，所述预热段高于冷却段。

所述第一托圈装置包括托圈、支撑座及支撑辊筒，所述托圈设于筒体外壁外围，所述支撑辊筒设于所述支撑座上，并支撑在所述托圈下部。

所述预热段外部设有烟气回收管，所述烟气回收管与回转窑筒体之间设有排烟火焰支管道，所述回转窑筒体的前端设有排烟护罩，所述排烟火焰支 管道在排烟护罩内设有径向通风口，所述排烟护罩上设有尾气排放口；所述驱动装置支撑在所述烟气回收管上。

所述加料装置包括加料斗和螺旋输送机，所述螺旋输送机的出口伸到所述回转窑筒体内，在所述出口上方设有煤气出口。

所述冷却段设有换热器，所述换热器包括冷却段回转窑外壁、换热管、热风护罩和冷风护罩，所述换热管设于所述回转窑筒体的内壁，所述冷却段回转窑外壁设于所述回转窑筒体的外部，所述热风护罩及冷风护罩分别设于所述冷却段回转窑外壁的前、后端外部，所述换热管两端分别设有穿过所述回转窑筒体的径向通风口。

所述烧嘴组包括水平设置的多个烧嘴，所述的烧嘴外部连接有助燃风管道和煤气管道。

采用上述进一步方案的技术效果是，采用预热段、高温段通体连续外加热隔焰式煤基回转窑装置，实现了高温区温度的连续稳定；旋转的窑炉为密闭、充满着正压的密闭回转窑，还原煤加入回转窑中，在高温条件下，迅速挥发煤气，而且金属化球团出炉后，有部分颗粒煤残留，没有完全参与反应，因此可以从窑头回收高纯煤气，整个回转窑中，一直充满着充分的还原气氛，完全满足了氧化铁深度还原的条件。

附图说明

图1为本发明的纵向剖面示意图；

图2为图1的A-A方向断面示意图；

图3为图1的B-B方向断面示意图；

图4为图1的C-C方向断面示意图；

图5为图1的D-D方向断面示意图；

图6为图1的E-E方向断面示意图；

图中，1、回转窑筒体；2、加料斗；3、螺旋输送机；4、驱动装置；5、 第一托圈装置；6、第二托圈装置；7、第一加热炉体；8、第二加热炉体；9、第一烧嘴组；10、第二烧嘴组；11、预热段；12、高温段；13、冷却段；14、筒体外壁；15、支撑管；16、烟气通道；17、托圈；18、支撑座；19、支撑辊筒；20、烟气回收管；21、排烟火焰支管道；22、排烟护罩；23、径向通风口；24、尾气排放口；25、煤气出口；26、冷却段回转窑外壁；27、换热管；28、热风护罩；29、冷风护罩；30、助燃风管道；31、煤气管道；32、出料口。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种通体外加热隔焰式回转窑，包括回转窑筒体1、加料装置、驱动装置4、第一托圈装置5和第二托圈装置6，其特殊之处在于，所述回转窑筒体1支撑在所述驱动装置4、第一托圈装置5及第二托圈装置6上，所述驱动装置4与第一托圈装置5之间设有第一加热炉体7，所述第一托圈装置5与第二托圈装置6之间设有第二加热炉体8，所述第一加热炉体7和第二加热炉体8的两侧分别设有第一烧嘴组9和第二烧嘴组10；

所述回转窑筒体1从前到后依次包括预热段11、高温段12和冷却段13，所述高温段12设于所述第一加热炉体7及第二加热炉体8之内，所述加料装置与所述预热段11前端相衔接，所述冷却段13后端设有出料口32；

所述回转窑筒体1在所述第一加热炉体7和第二加热炉体8之间套装有筒体外壁14，所述筒体外壁14与回转窑筒体1之间均布有支撑管15，在筒体外壁14与回转窑筒体1之间形成烟气通道16，所述筒体外壁14支撑在所述第一托圈装置5上；

所述回转窑筒体1的轴线与水平线夹角为2.5°～5°，所述预热段11高于冷却段13。

所述第一托圈装置5包括托圈17、支撑座18及支撑辊筒19，所述托圈17设于筒体外壁14外围，所述支撑辊筒19设于所述支撑座18上，并支撑在所述托圈17下部。

所述预热段11外部设有烟气回收管20，所述烟气回收管20与回转窑筒体1之间设有排烟火焰支管道21，所述回转窑筒体1的前端设有排烟护罩22，所述排烟火焰支管道21在排烟护罩22内设有径向通风口23，所述排烟护罩22上设有尾气排放口24；所述驱动装置4支撑在所述烟气回收管20上。

所述加料装置包括加料斗2和螺旋输送机3，所述螺旋输送机3的出口伸到所述回转窑筒体1内，在所述出口上方设有煤气出口25。

所述冷却段13设有换热器，所述换热器包括冷却段回转窑外壁26、换热管27、热风护罩28和冷风护罩29，所述换热管27设于所述回转窑筒体1的内壁，所述冷却段回转窑外壁26设于所述回转窑筒体1的外部，所述热风护罩28及冷风护罩29分别设于所述冷却段回转窑外壁26的前、后端外部，所述换热管27两端分别设有穿过所述回转窑筒体1的径向通风口23。

所述烧嘴组包括水平设置的多个烧嘴，所述的烧嘴外部连接有助燃风管道30和煤气管道31。

实施例1

一种低温快速还原分离粒铁的方法，步骤如下：

(1)采用四川TFe:43.38％的鲕状赤铁矿，将矿石破碎、烘干后，打磨成-160目占80％的矿粉，向矿粉中加入金属铁粉、石灰粉、普通玻璃粉和萤石粉，各组分用量按重量分数计为：矿粉84％、金属铁粉3％、石灰粉4％、普通玻璃粉5％和萤石粉4％；上述组分经均匀混合，喷水造成￠8～￠16mm的球团；

(2)将步骤(1)的湿球团经过105℃烘干2h，使其水分≤0.5％、球团强度118N/个球；

(3)向步骤(2)所得球团中添加无烟煤粉(粒度0～20mm、固定碳65.45％)和石灰粉(CaO≥93％、MgO≤5％、S≤0.05％)，所述无烟煤粉的用量为球团重量的40％，所述石灰粉的用量为无烟煤粉重量的5％；

(4)将步骤(4)的混合物料加入￠320mm的隔焰式回转窑，在1130℃±2℃条件下还原反应2.5h；

(5)将还原后的高温物料在覆盖煤粉保护下冷却至100℃以下，采用干式磁选机，将还原剂尾粉和金属化球团分离；

(6)将步骤(5)得到的金属化球团经破碎、筛分后，得到粒度为3～20mm、密度5.8～7.2t/m³的粒铁产品，；

(7)将步骤(6)得到的粉料继续打磨至160～180目，采用￠50mm磁选管进行湿式磁选，磁场强度1250Gs，得到高品位金属铁粉。所得产品主要指标如表2所示。

表2

实施例2

一种低温快速还原分离粒铁的方法，步骤如下：

(1)采用湖南TFe:45.56％的鲕状赤铁矿，将矿石破碎、烘干后，打磨成-160目占80％的矿粉，向矿粉中加入金属铁粉、石灰粉、普通玻璃粉和萤石粉，各组分用量按重量分数计为：矿粉84％、金属铁粉3％、石灰粉4％、普通玻璃粉3％和萤石粉6％；上述组分经均匀混合，喷水压制成20×22×18mm的球团；

(2)将步骤(1)的湿球团经过105℃烘干2h，使其水分≤0.5％、球团强度229N/个球；

(3)向步骤(2)所得球团中添加无烟煤粉(粒度0～20mm、固定碳65.45％)和石灰粉(CaO≥93％、MgO≤5％、S≤0.5％)，所述无烟煤粉的用量为球团重量的35％，所述石灰粉的用量为无烟煤粉重量的8％；

(4)将步骤(4)的混合物料加入￠200mm的隔焰式回转窑，在1130℃±2℃条件下还原反应2.5h；

(5)将还原后的高温物料在覆盖煤粉保护下冷却至100℃以下，采用干式磁选机，将还原剂尾粉和金属化球团分离；

(6)将步骤(5)得到的金属化球团经破碎、筛分后，得到粒度为3～20mm、密度5.8～7.2t/m³的粒铁产品，；

(7)将步骤(6)得到的粉料继续打磨至160～180目，采用￠50mm磁选管进行湿式磁选，磁场强度1250Gs，得到高品位金属铁粉。所得产品主要指标如表3所示。

表3

实施例3

一种低温快速还原分离粒铁的方法，步骤如下：

(1)采用辽宁朝阳TFe:19.18％、Mn:21.88％的低贫锰铁矿，将矿石破碎、烘干后，打磨成-160目占80％的矿粉，向矿粉中加入金属铁粉、石灰粉、普通玻璃粉和萤石粉，各组分用量按重量分数计为：矿粉85％、金属铁粉4％、石灰粉3％、普通玻璃粉3％和萤石粉5％；上述组分经均匀混合，喷水造成￠8～￠16mm的球团；

(2)将步骤(1)的湿球团经过105℃烘干2h，使其水分≤0.5％、球团强度126N/个球；

(3)向步骤(2)所得球团中添加无烟煤粉(粒度0～20mm、固定碳55.68％)和石灰石粉(CaO≥53％、MgO≤5％、S≤0.05％)，所述无烟煤粉的用量为球团重量的35％，所述石灰石粉的用量为无烟煤粉重量的10％；

(4)将步骤(4)的混合物料加入￠200mm的隔焰式回转窑，在1120℃±2℃条件下还原反应2.5h；

(5)将还原后的高温物料在氩气气氛保护下冷却至100℃以下，采用干式磁选机，将还原剂尾粉和金属化球团分离；

(6)将步骤(5)得到的金属化球团打磨至160～180目，采用￠50mm磁选管进行湿式磁选，磁场强度3200Gs，得到高品位金属铁粉和尾矿锰矿粉。所得产品主要指标如表4所示。

表4

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低温快速还原分离粒铁的方法，其特征在于，步骤如下：

(1)将矿石破碎、烘干后，打磨成160～200目的矿粉，向矿粉中加入金属铁粉、石灰粉、普通玻璃粉和萤石粉，各组分用量按重量分数计为：矿粉80～85％、金属铁粉3～10％、石灰粉3～6％、普通玻璃粉2～5％和萤石粉4～6％；上述组分经均匀混合，喷水造成￠6～￠20mm的球团或压制成￠10～￠30mm的球团；

(2)将步骤(1)的湿球团经过50～280℃烘干，使其水分≤0.5％、球团强度≥80N/个球；

(3)向步骤(2)所得球团中添加还原煤和脱硫剂，所述还原煤的用量为球团重量的20～40％，所述脱硫剂的用量为还原剂重量的5～10％配加；

(4)将步骤(3)的混合物料加入隔焰式回转窑，在1110～1150℃条件下还原反应1.5～2.5h；

(5)将还原后的高温物料在煤粉或惰性气体保护下冷却至100℃以下，采用干式磁选机，将还原剂尾粉和金属化球团分离；

(6)将步骤(5)得到的金属化球团经破碎、筛分后，得到粒度为3～20mm、密度5.8～7.2t/m³的粒铁产品；

(7)将步骤(6)得到的粉料继续打磨至160～200目，进行湿式磁选，得到TFe≥90％、ηFe≥93％、回收率≥93％的高品位金属铁粉，尾矿中TFe≤5.0％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的金属铁粉为细度－200目占85％以上的金属铁粉，金属铁粉指标要求TFe≥90％、MFe≥85％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的还原煤为0～25mm粒度的烟煤粉或者无烟煤粉，其中烟煤粉的成分为：固定碳≥55％、灰分≤10％、挥发份≤32％、S≤0.6％；无烟煤粉的成分为：固定碳≥65％、灰分≤15％、挥发份≤20％、S≤0.6％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的脱硫剂为石灰粉或石灰石粉，其中，石灰粉：CaO≥93％、MgO≤5％、S≤0.5％；石灰石粉的有效成分为：CaO≥52％、MgO≤5％、S≤0.05％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的普通玻璃粉：要求熔点≤1000℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的萤石粉：CaF₂≥85％、S≤0.5％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)中所述的磁选强度为1250～3200Gs。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的隔焰式回转窑包括回转窑筒体、加料装置、驱动装置、第一托圈装置和第二托圈装置，所述回转窑筒体支撑在所述驱动装置、第一托圈装置及第二托圈装置上，所述驱动装置与第一托圈装置之间设有第一加热炉体，所述第一托圈装置与第二托圈装置之间设有第二加热炉体，所述第一加热炉体和第二加热炉体的两侧分别设有第一烧嘴组和第二烧嘴组；

所述回转窑筒体从前到后依次包括预热段、高温段和冷却段，所述高温段设于所述第一加热炉体及第二加热炉体之内，所述加料装置与所述预热段前端相衔接，所述冷却段后端设有出料口；

所述回转窑筒体在所述第一加热炉体和第二加热炉体之间套装有筒体外壁，所述筒体外壁与回转窑筒体之间均布有支撑管，在筒体外壁与回转窑筒体之间形成烟气通道，所述筒体外壁支撑在所述第一托圈装置上；

所述回转窑筒体的轴线与水平线夹角为2.5°～5°，所述预热段高于冷却段。