CN104745803B - 一种竖炉及其用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖炉及其用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，所述竖炉包括给料系统、炉体、排烟系统、排矿系统，炉体的炉腔内还设有至少两根还原煤输送管，还原煤输送管的顶端延伸至还原带，还原煤输送管的底端与还原煤气力输送装置相连接，还原煤输送管的顶端设有还原煤喷出口。还原煤按粒级及加入部位的不同，分2‑3次加入到竖炉还原带，与经过加热的铁矿石充分混合，高挥发分的还原煤为铁矿石提供充分的还原氛围，在提高铁矿石还原质量的同时，实现了难选低品位铁矿石竖炉煤基磁化焙烧的目的。本发明所述的竖炉既可以用加热煤粉作为燃料，也可用煤气作为燃料。在传统铁矿石竖炉气基磁化焙烧的基础上，采用还原煤可完成铁矿石的磁化焙烧。

Description

一种竖炉及其用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺

技术领域

本发明涉及冶金和矿物工程设备及工艺技术领域，公开了提高难选低品位铁矿石磁化焙烧均匀性的一种竖炉及其用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺。

背景技术

国内随着高品位铁矿石的不断开采而出现枯竭，以及铁矿石价格的不断上涨，使低品位铁矿石和复合共生铁矿石具有较大的利用价值，并成为日后开发利用的重要方向。

难选低品位铁矿石的利用主要是采用强磁选工艺或磁化焙烧-磨矿磁选工艺来生产铁精粉。对于难选低品位镜铁矿来说，铁矿石经过强磁选工艺磨矿和磁选后，生产的铁精粉品位为46～47%及金属回收率为66～67%，产品不但不能满足高炉生产的需要，而且选矿过程中造成了较大的金属浪费；磁化焙烧-磨矿磁选工艺是难选低品位铁矿石经过竖炉进行磁化焙烧后，再经过磨矿和磁选工艺，生产的铁精粉品位为54～56%及金属回收率为82～85%。由于难选低品位铁矿石采用竖炉磁化焙烧-磨矿磁选工艺生产的铁精粉品位及金属回收率较高，在国内得到了推广应用。

竖炉是主要处理块矿的一种炉型，整个炉体由炉顶上部的给料系统、炉体、炉体下部的排矿系统和排烟系统四部分所组成，炉体内部从上到下分为预热带、加热带和还原带三部分。竖炉从断面结构来看，炉膛上部较宽，向下逐渐收缩，到加热带最窄处（炉腰）后又逐渐扩大到还原带的底部。竖炉用辅助设备主要有炉体还原带下部两侧的辊式排矿机,它沿炉体长度方向进行安装，其中心线以下浸在水封池中，主要是用来排出焙烧完成的铁矿石。排矿辊下部设有搬出机，焙烧矿经排矿辊入水冷却后落在搬出机上，由搬出机运出。竖炉的顶部设有给矿漏斗，漏斗两侧为排烟管，相应废气弯管与排烟管连接，烟气经除尘后由一台抽风机将烟气排到大气中。铁矿石在竖炉内停留时间为6～10小时。

铁矿石竖炉磁化焙烧工艺的干燥、预热、焙烧、冷却在一个矩形竖炉内完成。虽然这种生产工艺简单、结构紧凑、投资较低，但由于这种工艺在理论上存在着固有的、难以克服的缺陷，使这种工艺存在较多问题。（1）产品质量差。由于块状铁矿石在竖炉内靠自身重力作用而向下流动，使这种运动不可能十分均匀，即使每个矿块的重量和大小完全相同，靠近炉壁处的块矿与中部的块矿下行也会快慢不一，滞后及超前现象较为严重。同时，竖炉内加热块状铁矿石的气流来自两侧的燃烧室，炉内加热铁矿石的烟气温度分布也不均匀，一般靠近炉壁处铁矿石的温度高，而靠近炉中部的铁矿石温度偏低。（2）只能使用气体燃料。当竖炉采用高炉煤气作燃料时，虽有节约能源的好处，但由于其热值太低，很难达到铁矿石磁化焙烧所需的温度。这对铁矿石的磁化质量产生了一定影响。对于另建煤气发生炉来生产竖炉磁化焙烧所需的煤气时，一方面，由于一般发生炉煤气的发热值不高，只能免强满足竖炉焙烧的要求；另一方面煤气发生炉的投资高而且还会带来新的污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种竖炉及其用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，以解决难选低品位铁矿石竖炉气基磁化焙烧质量不够均匀，只能使用煤气作为燃料进行铁矿石的磁化焙烧的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种竖炉，它包括给料系统、炉体、排烟系统、排矿系统，所述炉体的炉腔自上而下分为预热带、加热带、还原带，加热带的炉壁外侧设有燃烧室，燃烧室分为上燃烧室和下燃烧室，所述炉体的炉腔内还设有至少两根还原煤输送管，所述还原煤输送管的顶端延伸至还原带，还原煤输送管的底端与还原煤气力输送装置相连接，还原煤输送管的顶端设有还原煤喷出口。

作为本发明的进一步改进，所述还原煤输送管的高度不同，顶端呈错落分布。

作为本发明的更进一步改进，所述上燃烧室、下燃烧室内分别设有燃烧咀，下燃烧室的底部设有集灰装置。

一种竖炉用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，它包括以下步骤：

步骤一、铁矿石的预热，将铁矿石从给料系统加入，铁矿石依靠自身重力从上往下流动，在预热带与高温烟气进行初步热交换2～3h后从预热带流出时，铁矿石温度升高到500～600℃，铁矿石中的褐铁矿脱除结晶水，高温烟气仅有排烟系统排除炉体；

步骤二、铁矿石的加热，燃烧室内加热煤粉与助燃空气混合后进行燃烧产生高温烟气，高温烟气进入加入带与从预热带流下的铁矿石在加热带进行热交换2～3h，加热后的铁矿石从加热带流出时温度升高到900～950℃，铁矿石中的菱铁矿分解；

步骤三、铁矿石的还原，加热后的铁矿石流到还原带，还原煤从还原煤输送管顶端的还原煤喷出口喷入炉腔还原带中，大颗粒还原煤从高还原煤输送管顶端喷出，小颗粒还原煤从高度较低的还原煤输送管顶端喷出，还原煤与高温铁矿石进行混合，铁矿石经过4-5h的还原，得到充分的磁化焙烧；

步骤四、焙烧矿的冷却、磨矿及磁选，铁矿石在磁化焙烧完成后，高温焙烧矿由排矿系统从竖炉底部排出，入水进行冷却至60～80℃，冷却后的焙烧矿经过球磨机磨矿至粒度为-200目大于80%后，再经磁场强度为1250 Oe的磁选工艺进行磁选，得到铁精粉产品，所述铁精粉产品的铁品位为56～60%。

作为本发明的进一步改进，所述铁矿石为镜铁矿，由赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿组成，粒度为15～50mm、铁品位为29～35%；所述还原煤中挥发分质量百分比含量为35～45%，粒度为1～5mm、5～10mm、10～15mm；所述加热煤粉为粒度为-200目大于80%以上的动力煤。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤二中上燃烧室（501）的温度为700～800℃，下燃烧室（502）的温度为950～1050℃。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤三中粒度为1～5mm的还原煤从高度最低的还原煤输送管喷出，粒度为5～10mm的还原煤从中等高度的还原煤输送管喷出，粒度为10～15mm的还原煤从高度最高的还原煤输送管喷出。

作为本发明的更进一步改进，所述还原煤的加入量为铁矿石质量的2～2.5%。

作为本发明的更进一步改进，所述燃烧室的燃料为加热煤粉或煤气。

本发明所述的一种竖炉在炉体的下腔中设置数根高度不同的还原煤输送管，在铁矿石磁化焙烧过程中，不同粒度的还原煤从不同高度的还原煤输送管顶端喷入炉体的还原带，与经过加热的铁矿石充分混合，在还原煤温度升高过程中，首先进行裂解产生含有H₂和CO的挥发分，挥发分在还原带内上升过程中与下流的高温铁矿石进行接触，使铁矿石进行初步还原，还原煤裂解后的炭粒与初步还原的铁矿石一起下流过程中，炭粒与铁矿石进一步进行还原反应，反应放出的CO₂与炭粒接触又产生还原气体CO，使铁矿石的还原反应持续下去；同时，竖炉底部焙烧矿冷却产生的水蒸汽在向炉腔上部流动的过程中，经过还原带时与炭粒进行接触产生水煤气反应，释放出CO和H₂，又进一步增加了铁矿石的还原氛围。通过本发明的使用，使得加热后的铁矿石能够在炉腔内得到充分、均匀的还原，提高了焙烧矿的质量。

本发明所述的竖炉既可用加热煤粉作为燃料，也可用煤气作为燃料。当采用加热煤粉作为燃料时，在竖炉燃烧室中设置了燃烧咀，采用气力输送的方法将加热煤粉输送到燃烧室进行燃烧，并在燃烧室的下部设置集灰装置，将粉煤燃烧后的煤灰在集灰装置中进行暂存并定期排放。

本发明在传统铁矿石竖炉气基磁化焙烧的基础上，通过在还原带加入还原煤，当还原煤加入的比例与铁矿石的还原需求量相当时，可完全停止竖炉还原煤气的供入，采用还原煤可完成铁矿石的磁化焙烧。

本发明的有益效果为：

（1）、本发明所述的一种竖炉及其用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，通过还原煤的喷出方式的改变，提高了铁矿石在竖炉还原带中还原气氛浓度及铁矿石的还原速度，使得铁矿石的磁化焙烧更加均匀、充分，提高了单台竖炉的产量和质量；

（2）、本发明所述的竖炉在不使用还原煤气的情况下就可进行难选低品位铁矿石的磁化焙烧，减小了高热值煤气的使用两，降低了难选低品位铁矿石的选矿成本。

（3）本发明所述的竖炉既可用煤气作为燃料，也可用加热煤作为燃料，拓展了竖炉的功能。

附图说明

图1是一种竖炉的结构示意图；

图2是一种竖炉用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺的流程图；

图中：1、给料系统，2、炉体，201、预热带，202、加热带，203、还原带，3、排烟系统，4、排矿系统，5、燃烧室，501、上燃烧室，502、下燃烧室，6、还原煤气气力输送装置，7、还原煤输送管，8、集灰装置，9、燃烧咀，10、还原煤喷出口。

具体实施方式

如图1所示一种竖炉，它包括给料系统1、炉体2、排烟系统3、排矿系统4，炉体2的炉腔自上而下分为预热带201、加热带202、还原带203，加热带202的炉壁外侧设有燃烧室5，燃烧室5分为上燃烧室501和下燃烧室502，上燃烧室501、下燃烧室502内分别设有燃烧咀9，下燃烧室502的底部设有集灰装置8，炉体2的炉腔内还设有至少两根还原煤输送管7，还原煤输送管7的高度不同，顶端呈错落分布，还原煤输送管7的顶端延伸至还原带203，还原煤输送管7的底端与还原煤气力输送装置6相连接，还原煤输送管7的顶端设有还原煤喷出口10。

如图2所示的一种竖炉用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，它包括以下步骤：

步骤一、铁矿石的预热，将铁矿石从给料系统1加入，铁矿石依靠自身重力从上往下流动，在预热带201与高温烟气进行初步热交换2～3h后从预热带201流出时，铁矿石温度升高到500～600℃，铁矿石中的褐铁矿脱除结晶水，高温烟气仅有排烟系统3排除炉体2；

步骤二、铁矿石的加热，燃烧室5内加热煤粉与助燃空气混合后进行燃烧产生高温烟气，上燃烧室501的温度为700～800℃，下燃烧室502的温度为950～1050℃，高温烟气进入加入带与从预热带201流下的铁矿石在加热带202进行热交换2～3h，加热后的铁矿石从加热带202流出时温度升高到900～950℃，铁矿石中的菱铁矿分解；

步骤三、铁矿石的还原，加热后的铁矿石流到还原带203，还原煤从还原煤输送管7顶端的还原煤喷出口10喷入炉腔还原带203中，粒度为1～5mm的还原煤从高度最低的还原煤输送管7喷出，粒度为5～10mm的还原煤从中等高度的还原煤输送管7喷出，粒度为10～15mm的还原煤从高度最高的还原煤输送管7喷出，还原煤与高温铁矿石进行混合，铁矿石经过4-5h的还原，得到充分的磁化焙烧；

步骤四、焙烧矿的冷却、磨矿及磁选，铁矿石在磁化焙烧完成后，高温焙烧矿由排矿系统4从竖炉底部排出，入水进行冷却至60～80℃，冷却后的焙烧矿经过球磨机磨矿至粒度为-200目大于80%后，再经磁场强度为1250 Oe的磁选工艺进行磁选，得到铁精粉产品，铁精粉产品的铁品位为56～60%。

铁矿石为镜铁矿，由赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿组成，粒度为15～50mm、铁品位为29～35%；还原煤中挥发分质量百分比含量为35～45%，粒度为1～5mm、5～10mm、10～15mm，还原煤的加入量为铁矿石质量的2～2.5%；加热煤粉为粒度为-200目大于80%以上的动力煤。

燃烧室5的燃料为加热煤粉或煤气。

本发明通过在竖炉还原带设置能够喷出还原煤的还原煤输送管，采用高挥发分还原煤的裂解及碳气化产生的还原气体H₂和CO，可使铁矿石在还原带得到还原。为防止铁矿石在还原带还原过程中产生过还原及欠还原现象，采取了还原煤按粒级及加入部位的不同，分2-3次加入到竖炉还原带，可使铁矿石得到均匀还原。由于高挥发分还原煤裂解可产生H₂含量较高的还原气体，同时竖炉底部高温焙烧矿冷却产生的水蒸汽与高温焙烧矿中的炭粒产生水煤气反应而放出H₂和CO，可使还原气氛中H₂浓度增加，在提高铁矿石还原质量的同时，实现了难选低品位铁矿石竖炉煤基磁化焙烧的目的。

本发明所述的竖炉既可以用加热煤粉作为燃料，也可用煤气作为燃料。在传统铁矿石竖炉气基磁化焙烧的基础上，通过在还原带加入还原煤，当还原煤加入的比例与铁矿石的还原需求量相当时，可完全停止竖炉还原煤气的供入，采用还原煤可完成铁矿石的磁化焙烧。

Claims (4)

1.一种竖炉用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、铁矿石的预热，将铁矿石从给料系统（1）加入，铁矿石依靠自身重力从上往下流动，在预热带（201）与高温烟气进行初步热交换2～3h后从预热带（201）流出时，铁矿石温度升高到500～600℃，铁矿石中的褐铁矿脱除结晶水，高温烟气仅由排烟系统（3）排除炉体（2）；

步骤二、铁矿石的加热，燃烧室（5）内加热煤粉或煤气与助燃空气混合后进行燃烧产生高温烟气，高温烟气进入加热带与从预热带（201）流下的铁矿石在加热带（202）进行热交换2～3h，加热后的铁矿石从加热带（202）流出时温度升高到900～950℃，铁矿石中的菱铁矿分解；

步骤三、铁矿石的还原，加热后的铁矿石流到还原带（203），还原煤从还原煤输送管（7）顶端的还原煤喷出口（10）喷入炉腔还原带（203）中，大颗粒还原煤从高还原煤输送管（7）顶端喷出，小颗粒还原煤从高度较低的还原煤输送管（7）顶端喷出，还原煤与高温铁矿石进行混合，铁矿石经过4-5h的还原，得到充分的磁化焙烧；

步骤四、焙烧矿的冷却、磨矿及磁选，铁矿石在磁化焙烧完成后，高温焙烧矿由排矿系统（4）从竖炉底部排出，入水进行冷却至60～80℃，冷却后的焙烧矿经过球磨机磨矿至粒度为-200目大于80%后，再经磁场强度为1250 Oe的磁选工艺进行磁选，得到铁精粉产品，所述铁精粉产品的铁品位为56～60%。

2.根据权利要求1所述的一种竖炉用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，其特征在于：所述铁矿石为镜铁矿，由赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿组成，粒度为15～50mm、铁品位为29～35%；所述还原煤中挥发分质量百分比含量为35～45%；所述加热煤粉为粒度为-200目大于80%以上的动力煤。

3.根据权利要求1所述的一种竖炉用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，其特征在于：所述步骤二中上燃烧室（501）的温度为700～800℃，下燃烧室（502）的温度为950～1050℃。

4.根据权利要求1所述的一种竖炉用于难选低品位铁矿石煤基磁化焙烧工艺，其特征在于：所述还原煤的加入量为铁矿石质量的2～2.5%。