CN104745799B - 一种控制回转窑氧化还原气氛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制回转窑氧化还原气氛的方法，该方法采用下述工艺：（1）将原料充分混合，从窑尾进入回转窑；（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧；窑体上安装鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；（3）窑体内部在物料中混入氧化还原剂控制氧化还原气氛；调控料层厚度，控制料层结构；（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得到产品。本发明使能源利用更加合理，实现了钒和铁的高效氧化转化，较现有工艺提高10%左右；同时避免了焙烧过程中产生的物料烧结、窑体结圈现象。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种控制回转窑氧化还原气氛的方法。
背景技术
中国攀枝花—西昌地区、承德地区有丰富的钒钛磁铁矿资源，其中含有铁、钛、钒及一些其它伴生金属，资源的综合利用一直是科研工作者的研究课题。传统的“高炉—转炉”冶炼钒钛铁精矿的工艺只能回收铁、钒，而钒的综合回收率较低（40%左右），且钛被废弃在高炉渣中不能利用，钛资源利用率低，浪费巨大，严重制约钛工业的可持续发展。近些年来，第三代冶炼技术“直接还原—电炉熔分”工艺得到快速发展，为铁、钒、钛的清洁分离及高效利用提供了新的机会，铁回收率提高了2%~3%，钒回收率提高15%以上，直接还原新流程得到的熔分钛渣TiO2含量在50%左右，也可以综合利用。
目前，国内外正在研究“回转窑直接还原—电炉熔分”工艺，进行钒钛矿冶炼，控制窑内还原气氛，在高温条件下进行选择性还原，该技术经济指标相对较好。该技术具有以下优点：(1)可用烟煤、褐煤和部分无烟煤作还原剂，因而省去了建设焦炉的投资，(2)电炉炼铁允许炉渣中含有较高的TiO2，不需要向电炉中配加普通富铁矿，因面有利提高铁水含钒量和钒的回收率。但是，该技术的关键就是控制回转窑的还原气氛，实现钒钛矿的低温高效还原。
钒渣是由含钒铁水在含氧气体存在下吹炼出的一种钒富集物料，钢铁工业中由钒钛磁铁矿生产的钒渣是提钒的主要原料。钒渣的成份与生产方法以及钒钛磁铁矿的成份有关，各工厂钒渣成份差异也很大，但其物相结构基本相同，均由尖晶石、橄榄石、石英等物相组成。
钒渣提钒的传统工艺采用的是钠化焙烧-水浸提钒的方法，基本原理是以Na2CO3为添加剂，通过高温钠化焙烧（750-850℃）将低价态的钒转化为水溶性五价钒的钠盐，再对钠化焙烧产物直接水浸，得到含钒的浸取液，后加入铵盐制得多钒酸铵沉淀，经还原焙烧后获得钒的氧化物产品。钠化焙烧工艺钒回收率低，经多次焙烧后钒的回收率也仅为80%。
现有技术中，火法提钒过程中一般存在焙烧温度高，钒组分氧化不充分，钒转化率回收率低的问题；同时高温焙烧过程容易产生物料烧结、窑体结圈现象，阻碍了钒的进一步氧化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是准确控制回转窑的还原气氛，实现钒钛矿的低温高效还原；同时解决火法提钒过程中存在焙烧温度高，钒组分氧化不充分，钒转化率低的问题；并解决高温焙烧过程中产生的物料烧结、窑体结圈问题。
为解决上述技术问题，本发明一种控制回转窑氧化还原气氛的方法采取下述工艺步骤：
（1）将原料充分混合，从窑尾进入回转窑；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧；窑体上安装鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
（3）窑体内部在物料中混入氧化还原剂控制氧化还原气氛；调控料层厚度，控制料层结构；
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得到产品。
本发明所述步骤（1）中原料为钒钛磁铁矿与碳粉混合均匀所造的球团。
本发明所述步骤（2）中的窑体内有吹气截面，在窑尾端增加2～4个的烧嘴；所述步骤（2）中的窑体内鼓气量为煤气量的0.1~0.8倍。
本发明所述步骤（3）中氧化还原剂为焦炭、无烟煤、褐煤、烟煤、活性炭、石墨中的任意一种或几种，添加量按照C/O质量比为1-2:1；所述步骤（3）中的调控料层厚度的方法为：通过调控回转窑转速、窑尾下料量，调整料层厚度为窑体直径的1/20~1/5。
本发明所述步骤（1）中原料为钒渣与钠盐混合均匀的混合粉料。
本发明所述步骤（2）中的窑体内有吹气截面，在窑尾端增加2～4个的烧嘴；所述步骤（2）中的窑体内鼓气量为煤气量的0.5~2.0倍。
本发明所述步骤（3）中氧化还原剂为硫酸盐、氯盐、次氯酸盐、铁酸盐、含氧化铁物料中的任意一种或几种；所述含氧化铁物料为氧化铁皮、提钒尾渣，添加量为原料质量的5-15%；所述步骤（3）中的调控料层厚度的方法为：通过调控回转窑转速、窑尾下料量，调整料层厚度为窑体直径的1/30~1/10。
本发明所述步骤（2）中的煤气流量与原料下料量的比值为0～400；所述煤气流量单位为m3/h，所述原料下料量量单位为t/h；所述步骤（2）中焙烧温度为650-1250℃，焙烧时间为1-5小时。所述煤气可以来自回转窑内还原剂自发产生，无需外部引入。
本发明所述步骤（2）中的鼓风机数量为2～20个；烧嘴数量与鼓风机数量相等；每个吹气燃烧截面匹配1～5个烧嘴；所述步骤（2）中的每个吹气截面中的烧嘴与另一截面的烧嘴交错排列。
本发明所述步骤（2）中的鼓风机数量为5～15个；烧嘴数量与鼓风机数量相等；每个吹气燃烧截面匹配2～4个烧嘴。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用准确控制回转窑氧化、还原气氛的方法，能源利用更加合理，实现了钒钛矿直接还原过程的低温高效还原；实现了火法提钒过程中的低温氧化焙烧，较传统工艺降低30~50℃；实现了钒和铁的高效氧化、转化，较现有工艺提高10%左右；同时避免了焙烧过程中产生的物料烧结、窑体结圈现象。
具体实施方式
下面以具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
以Φ3.5m×90m钒渣氧化焙烧回转窑为例，初始下料量为20t/h：
（1）将钒渣与钠盐混合均匀充分混合，从窑尾进入回转窑；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为650℃，焙烧时间为5小时；窑体上中间偏窑头位置安装2个鼓风机以及相等数量的烧嘴，鼓气量均为1000 m3/h，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
窑体内鼓气量为煤气量的0.5倍；煤气流量为4000m3/h，与原料下料量的比值为200；
（3）窑体内部在物料中混入氧化还原剂提钒尾渣，控制氧化还原气氛，添加量为钒渣量的10%；回转窑转速提高到100s/转、窑尾下料量降低到10t/h，调控料层厚度为窑体直径的1/30；
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得氧化焙烧熟料。
本实施例中回转窑内的烧成带温度由650℃降低到600℃，经测算，钒的转化率为91.5%。
实施例2：
以Φ4.5m×100m钒渣氧化焙烧回转窑为例，初始下料量为25 t/h：
（1）将钒渣与钠盐混合均匀充分混合，从窑尾进入回转窑；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为800℃，焙烧时间为3小时；窑体上安装20个鼓风机以及相等数量的烧嘴，，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
吹气截面从窑尾到窑头按照1#~4#编号，1#吹气截面安装3个鼓风机，鼓气量为900m3/h，2#吹气截面安装8个鼓风机，鼓气量为2100 m3/h，3#吹气截面安装6个鼓风机，鼓气量为1200 m3/h，4#吹气截面安装3个鼓风机，鼓气量为1800 m3/h；
窑体内鼓气量为煤气量的2倍；煤气流量为3000m3/h，与原料下料量的比值为120；
（3）窑体内部在物料中混入氧化还原剂氧化铁皮，控制氧化还原气氛，添加量为钒渣量的15%；回转窑转速为93 s/转、窑尾下料量降低到20 t/h，调控料层厚度为窑体直径的1/10；
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得氧化焙烧熟料。
本实施例中回转窑内的烧成带温度为800℃，经测算，钒的转化率为92.1%。
实施例3：
以Φ4.5m×100m钒渣氧化焙烧回转窑为例，初始下料量为25 t/h：
（1）将钒渣与钠盐混合均匀充分混合，从窑尾进入回转窑；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为850℃，焙烧时间为2.5小时；窑体上安装5个鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
吹气截面从窑尾到窑头按照1#~3#编号，1#吹气截面安装1个鼓风机，鼓气量为600m3/h，2#吹气截面安装3个鼓风机，鼓气量为2000 m3/h，3#吹气截面安装1个鼓风机，鼓气量为900 m3/h；
窑体内鼓气量为煤气量的1倍；煤气流量为3500m3/h，与原料下料量的比值为140；
（3）窑体内部在物料中混入氧化还原剂次氯酸钠，控制氧化还原气氛，添加量为钒渣量的5%；回转窑转速提高到100s/转、窑尾下料量降低到20t/h，调控料层厚度为窑体直径的1/20；
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得氧化焙烧熟料。
本实施例中回转窑内的烧成带温度由850℃降低到820℃，经测算，钒的转化率为90.8%。
实施例4：
以Φ4.0m×65m钒钛矿还原回转窑为例，初始下料量为10 t/h：
（1）将钒钛磁铁矿与碳粉混合均匀所造的球团从窑尾进入回转窑；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为1100℃，焙烧时间为1.5小时；窑体上安装3个鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
吹气截面从窑尾到窑头按照1#~3#编号，1#吹气截面安装1个鼓风机，鼓气量为300m3/h，2#吹气截面安装1个鼓风机，鼓气量为200 m3/h，3#吹气截面安装3个鼓风机，鼓气量为100 m3/h；
窑体内鼓气量为煤气量的0.1倍；未从外部引入煤气，窑体内自发产生煤气量为6000 m3/h，与原料下料量的比值为0；
（3）窑尾端混入活性炭，添加量按照C/O质量比为2:1配加，控制氧化还原气氛；回转窑转速降低到130s/转、窑尾下料量提高到35t/h，调控料层厚度为窑体直径的1/5；
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得还原产物。
本实施例中回转窑内的烧成带温度由1100℃降低到1000℃，经测算，铁的金属化率为91.5%。
实施例5：
以Φ3.6m×60m钒钛磁铁矿还原窑为例，初始下料量为20t/h：
（1）将钒钛磁铁矿与碳粉混合均匀所造的球团从窑尾进入回转窑；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为850℃，焙烧时间为4小时；窑体上安装15个鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
回转窑体上均匀安装5个鼓风机，对应安装5个烧嘴，鼓风机从窑尾到窑头按照1#~5#编号，1#~5#鼓风机鼓气量分部为300 m3/h、600 m3/h、600 m3/h、300 m3/h、300 m3/h；
窑体内鼓气量为煤气量的0.5倍；煤气流量为3000m3/h，与原料下料量的比值为150；
（3）窑尾端混入石墨粉，添加量按照C/O质量比为1.5:1配加，控制氧化还原气氛；回转窑转速为180s/转、窑尾下料量不变，调控料层厚度为窑体直径的1/20；
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得还原产物。
本实施例中回转窑内的烧成带温度由850℃降低到820℃，经测算，铁的金属化率为85.5%。
实施例6：
以Φ3.0m×60m钒钛矿还原回转窑为例，初始下料量为30 t/h：
（1）将钒钛磁铁矿与碳粉混合均匀所造的球团从窑尾进入回转窑；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为1250℃，焙烧时间为1小时；窑体上安装14个鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
吹气截面从窑尾到窑头按照1#~4#编号，1#截面安装5个鼓风机，其鼓气量为1000m3/h；2#截面安装4个鼓风机，其鼓气量为800 m3/h；3#截面安装3个鼓风机，其鼓气量为300m3/h；4#截面安装2个鼓风机，其鼓气量为300 m3/h。
窑体内鼓气量为煤气量的0.8倍；煤气流量为3000m3/h，与原料下料量的比值为100；
（3）窑尾端混入无烟煤粉，添加量按照C/O质量比为1:1配加，控制氧化还原气氛；回转窑转速降低到150s/转、窑尾下料量提高到40t/h，调控料层厚度为窑体直径的1/8；
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得还原产物。
本实施例中回转窑内的烧成带温度由1250℃降低到1150℃，经测算，铁的金属化率为88.9%。
Claims (7)
1.一种控制回转窑氧化还原气氛的方法，其特征在于，该方法采用下述工艺步骤：
（1）将原料充分混合，从窑尾进入回转窑；所述原料为钒钛磁铁矿与碳粉混合均匀所造的球团；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧；窑体上安装鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
（3）窑体内部在物料中混入氧化还原剂控制氧化还原气氛；调控料层厚度，控制料层结构；所述氧化还原剂为焦炭、无烟煤、褐煤、烟煤、活性炭、石墨中的任意一种或几种，添加量按照C/O质量比为1-2:1；所述步骤（3）中的调控料层厚度的方法为：通过调控回转窑转速、窑尾下料量，调整料层厚度为窑体直径的1/20-1/5；
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得到产品。
2.根据权利要求1所述的一种控制回转窑氧化还原气氛的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的窑体内有吹气截面，在窑尾端增加2～4个的烧嘴；所述步骤（2）中的窑体内鼓气量为煤气量的0.1-0.8倍。
3.一种控制回转窑氧化还原气氛的方法，其特征在于，该方法采用下述工艺步骤：
（1）将原料充分混合，从窑尾进入回转窑；所述原料为钒渣与钠盐混合均匀的混合粉料；
（2）回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧；窑体上安装鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
（3）窑体内部在物料中混入氧化还原剂控制氧化还原气氛；调控料层厚度，控制料层结构；所述氧化还原剂为硫酸盐、氯盐、次氯酸盐、铁酸盐、含氧化铁物料中的任意一种或几种；所述含氧化铁物料为氧化铁皮、提钒尾渣，添加量为原料质量的5-15%；所述步骤（3）中的调控料层厚度的方法为：通过调控回转窑转速、窑尾下料量，调整料层厚度为窑体直径的1/30-1/10，
（4）经回转窑煅烧后的原料排出，得到产品。
4.根据权利要求3所述的一种控制回转窑氧化还原气氛的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的窑体内有吹气截面，在窑尾端增加2～4个的烧嘴；所述步骤（2）中的窑体内鼓气量为煤气量的0.5-2.0倍。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制回转窑氧化还原气氛的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的煤气流量与原料下料量的比值为0～400；所述煤气流量单位为m3/h，所述原料下料量量单位为t/h；所述步骤（2）中焙烧温度为650-1250℃，焙烧时间为1-5小时。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制回转窑氧化气氛的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的鼓风机数量为2～20个；烧嘴数量与鼓风机数量相等；每个吹气燃烧截面匹配1～5个烧嘴；所述步骤（2）中的每个吹气截面中的烧嘴与另一截面的烧嘴交错排列。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制回转窑氧化气氛的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的鼓风机数量为5～15个；烧嘴数量与鼓风机数量相等；每个吹气燃烧截面匹配2～4个烧嘴。
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