CN107760875A - 一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线及工艺，属于冶金和矿物工程技术领域，解决现有工艺得到氧化锌的品位、金属转化率和窑渣中的铁品位较低，窑渣中氧化锌含量过高造成资源浪费的问题。生产线包括回转窑、抽烟机、烟囱、保温沉降室、冷却器、布袋除尘器、冷却缸和磁选机，工艺包括混合物料、还原窑渣、物料冷却、磁选分离、保温沉降、粘接沉积、返料配料、除尘收集和尾气排放。本发明为充分利用高炉瓦斯灰提锌窑渣中的铁及锌等有益元素，对于高炉瓦斯灰提锌窑渣采用回转窑碳氢联合还原及碳循环增氧还原方法，可使处理后的窑渣中铁品位达到54%以上、氧化锌含量达到0.4%以下、金属化率达到90%以上，完全满足转炉生产的需要。

Description

一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线及工艺

技术领域

本发明属于冶金和矿物工程技术领域，具体涉及一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线及工艺。

背景技术

高炉瓦斯灰泥是炼铁过程中由高炉煤气携带出的细颗粒炉尘，它由高炉炉料粉末和在高温区激烈反应而产生的微颗粒组成，是钢铁企业主要固体排放物之一。高炉瓦斯灰泥的主要成分为铁，其铁含量一般为TFe30-65%，同时含有一定的Zn、K、Na等有害元素，其中高炉瓦斯灰泥含ZnO高的可达7-10%。

目前，国内对高炉瓦斯灰泥处置大多采用转底炉工艺。当高炉瓦斯灰泥采用转底炉进行处置时，高炉瓦斯灰与高锌物料进行配料，使混合物料中氧化锌含量达到8%以上再采用造球圆盘进行造球。球团矿从转底炉入窑端加入后，物料在转底炉内移动过程中其温度逐渐升高，由于高炉瓦斯灰中碳含量较高，高炉瓦斯灰泥中铁氧化物依靠高炉瓦斯灰中的碳进行还原。焙烧后的高温物料从转底炉出窑端排出后进行水冷，可得到具有一定金属化率的窑渣。由于转底炉在生产过程中兼顾氧化锌回收功能，其排烟温度一般为600-700℃。为回收转底炉排出的高温烟气余热，高温烟气从转底炉排出后进入到换热器中，在进行余热回收的同时降低排烟温度，温度降低到200℃以下的烟气再进行氧化锌的收集。这种工艺存在的问题是：生产得到的氧化锌品位为30-40%、窑渣金属化率30-40%、窑渣中氧化锌含量1-2%、窑渣的铁品位为45-48%，不能直接加入烧结或高炉进行利用。

本发明为充分利用高炉瓦斯灰提锌窑渣中的铁及锌等有益元素，对于高炉瓦斯灰提锌窑渣采用回转窑碳氢联合还原及碳循环增氧还原方法，可使处理后的窑渣中铁品位达到54%以上、氧化锌含量达到0.4%以下、金属化率达到90%以上，完全满足转炉生产的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线及工艺，以解决现有工艺得到氧化锌的品位、金属转化率和窑渣中的铁品位较低，窑渣中氧化锌含量过高造成资源浪费的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线，包括回转窑、抽烟机和烟囱，还包括保温沉降室、冷却器、布袋除尘器、冷却缸和磁选机，回转窑的入窑端与保温沉降室的一端连通，回转窑的入窑端设有进料口，进料口的上方设置原料矿仓，保温沉降室的另一端与冷却器的入口端连通，保温沉降室和冷却器的底部分别设有输送装置，冷却器的出口端与布袋除尘器连通，布袋除尘器的出口端与抽烟机和烟囱连通，冷却器和布袋除尘器下方设置料仓；回转窑的出窑端设有鼓风机和喷枪，回转窑通过下料管与冷却缸连通，冷却缸与磁选机连通。

为了进一步实现本发明，输送装置为传送皮带，冷却器底部的输送装置包括中品位传送皮带和高品位传送皮带，两者为背向运动，保温沉降室底部的输送装置与中品位传送皮带相向运动，输送装置的下方设有返料皮带。

为了进一步实现本发明，冷却器为10-12组U形冷却盘管。

为了进一步实现本发明，喷枪包括粒煤喷枪和粒矿喷枪

一种使用高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线生产金属化炉料的工艺，包括如下步骤：

步骤一、混合物料：

将粒度为1-10mm高炉瓦斯灰提锌窑渣与残碳按100：25-30比例配料、混合、加湿后加入到回转窑内；对窑渣焙烧前与残碳进行配料并混合、加湿，可有效减少窑渣在回转窑内焙烧中的扬尘量，从而减少了回转窑排出的烟气中粉尘含量；

步骤二、还原窑渣：

混合物料在回转窑内经过干燥和加热后，进入到高温还原段在1200-1250℃的条件还原60-90min，采用碳氢联合还原和/或碳循环增氧直接还原方法，在还原中后期向回转窑内喷入高挥发性粒煤和/或高品位粒矿；采用含水粒状物料入窑焙烧的方法，在减少回转窑入窑端粉尘量的同时，可使含水粒状物料干燥过程中排出的水分进入到烟气中，增加了烟气的湿度，从而促进烟气中微细颗粒之间的吸附及团聚作用；采用碳氢联合还原时，从回转窑出窑端喷入5-20mm粒煤时，粒煤挥发放出的H₂和CO及粒煤碳气化反应放出的CO可提高粒状物料还原反应中后期还原气氛浓度，从而提高粒状物料焙烧中后期的还原速度；采用碳循环增氧直接还原方法时，采用1-10mm高品位赤铁矿作增氧剂，高品位赤铁矿从出窑端喷入到回转窑内后，其还原反应放出大量的CO₂气体可加快粒状物料中碳气化反应速度，使碳气化反应生成更多的CO，从而加快粒状物料的还原反应速度，并使粒状物料中的铁氧化物及氧化锌得到充分的还原；混合物料在还原过程中，窑渣中的氧化锌被还原后变成单质锌，单质锌受热后气化成锌蒸汽而从粒状物料内部逸出，锌蒸汽在回转窑内氧化性气氛作用下又被氧化成氧化锌，氧化锌以微细粒的形式悬浮在烟气当中，并随烟气一起流动；在回转窑烘窑及升温过程中，从出窑端通入的煤粉与鼓风机鼓入的助燃空气进行燃烧提供热量，当回转窑温度升高到700℃以上时，粒状物料中的炭及喷入的粒煤开始进行碳气化反应，并向回转窑内提供一部分可燃气体，这部分可燃气体与从窑头鼓入的空气混合后进行燃烧，可向窑内提供一部分热量，当回转窑温度升高到800℃以上时，粒状物料中炭及喷入的粒煤进行激烈的碳气化反应，碳气化反应放出大量的可燃气体，可满足窑内粒状物料直接还原的热量需要；

步骤三、物料冷却：

混合物料高温还原后从回转窑的出窑端排出直接入水进行冷却，焙烧物料冷却到100℃以下后取出；

步骤四、磁选分离：

焙烧物料经磁选机磁选，分离带磁性的金属化产品和不带磁性的残炭；金属化产品可供高炉或转炉进行利用，残炭可返料作为煤炭进行利用；

步骤五、保温沉降：

从回转窑入窑端排出的600-700℃高温烟气进入保温沉降室中，矿物颗粒沉积，得到低品位氧化锌粉；随着烟气流速的降低，烟气中粘附氧化锌粉的大颗粒粉尘在重力作用下沉降聚集，可使大部分矿物颗粒沉积在保温沉降室底部，得到氧化锌品位10%左右、回收量5-6%的低品位氧化锌粉；

步骤六、粘接沉积：

步骤五排出的高温烟气进入冷却器中，烟气中固体颗粒通过碰撞及吸附粘结形成大颗粒物料，并沉积在冷却器底部，冷却器前端得到中品位氧化锌粉，冷却器后端得到高品位氧化锌粉，烟气温度降低；在冷却器中采用10-12组左右的U形冷却盘管，延长了烟气的流动距离，增强了烟气流动过程中的扰动，可使烟气中微小颗粒得到充分的碰撞并使其粘结吸附和团聚长大；通过提高进入回转窑物料中氧化锌含量，提高回转窑排出烟气中氧化锌含量及烟气流动过程中氧化锌微粒之间的碰撞及团聚概率，可提高成品氧化锌的品位；

步骤七、返料配料：

将步骤五得到的低品位氧化锌与步骤六的中品位氧化锌混合，混合物料返回原料矿仓配料后进入回转窑；从U形冷却盘管流出的烟气中氧化锌颗粒已得到充分长大，烟气在流经布袋除尘器时，可使氧化锌粉得到充分的回收；

步骤八、除尘收集：

步骤六排出的低温烟气进入布袋除尘器中进行高品位氧化锌粉收集；

步骤九、尾气排放：

烟气经布袋除尘器除尘及抽烟机加压后，可通过烟囱进行排放。

为了进一步实现本发明，步骤一的高炉瓦斯灰的铁品位为45-48%、SiO₂含量为6-7%、ZnO含量为1-3%、K₂O含量为0.6-0.8%、Na₂O含量为0.15-0.20%、C含量为2-3%。

为了进一步实现本发明，步骤二中的高挥发性粒煤占粒状物料量为10-15%，固定碳含量为44-46%、灰分含量为7-9%、挥发分含量为47-49%、粒度为5-20mm。

为了进一步实现本发明，步骤二中的高品位粒矿为高品位赤铁矿，占粒状物料量为15-20%，品位在45%以上，粒度为1-10mm。

为了进一步实现本发明，步骤二中的碳氢联合还原方法采用将粒度为5-20mm高挥发性煤喷吹到距回转窑出窑端为回转窑窑长的1/4-1/5处。距窑头出口为回转窑窑长的1/4～1/5处处于窑内高温还原段的中后段，此处高炉瓦斯灰中的碳大部分已消耗，料层内还原性气氛较弱。

为了进一步实现本发明，步骤二中的碳循环增氧直接还原方法采用将粒度为1-10mm的高品位赤铁矿作增氧剂喷吹到距回转窑出窑端为回转窑窑长的1/4-1/5处。粒矿喷入后，在窑内高温作用下，高品位粒矿中的铁氧化物与料层内的CO发生还原反应放出CO₂，CO₂作为“增氧剂”与喷入窑内的高挥发粒煤中的C发生碳气化反应放出CO，增强料层内的还原性气氛，改善还原反应动力学条件，提高还原反应速度。

本发明相较于现有技术的有益效果为：

本发明所用的窑渣在回转窑的高温及还原性气氛下，窑渣中的氧化锌被还原成金属锌，由于金属锌的熔点为419.53℃、沸点为907℃，生成的金属锌在窑内高温下进行气化，并以锌蒸汽的形式从物料内部排出。锌蒸汽在烟气的氧化性气氛下锌被再次氧化，并生成氧化锌固体微粒。烟气中的氧化锌微粒在流动过程中颗粒之间相互碰撞并粘结，可使微细粒氧化锌颗粒逐渐长大。颗粒长大后的氧化锌可采用布袋除尘器进行收集，可获得氧化锌含量50-60%的产品。本发明为充分利用高炉瓦斯灰提锌窑渣中的铁及锌等有益元素，对于高炉瓦斯灰提锌窑渣采用回转窑碳氢联合还原及碳循环增氧还原方法，可使处理后的窑渣中铁品位达到54%以上、氧化锌含量达到0.4%以下、金属化率达到90%以上，完全满足转炉生产的需要。

附图说明

图1为本发明生产线的结构示意图；

附图标记含义如下：1、保温沉降室；2、冷却器；3、布袋除尘器；4、冷却缸；5、磁选机；6、回转窑；7、原料矿仓；8、输送装置；9、抽烟机；10、烟囱；11、料仓；12、鼓风机；13、喷枪；14、下料管；15、中品位传送皮带；16、高品位传送皮带；17、返料皮带；18、进料口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线，包括回转窑、抽烟机和烟囱，还包括保温沉降室1、冷却器2、布袋除尘器3、冷却缸4和磁选机5，回转窑6的入窑端与保温沉降室1的一端连通，回转窑6的入窑端设有进料口18，进料口的上方设置原料矿仓7，保温沉降室1的另一端与冷却器2的入口端连通，保温沉降室1和冷却器2的底部分别设有输送装置8，输送装置8为传送皮带，冷却器2底部的输送装置8包括中品位传送皮带15和高品位传送皮带16，两者为背向运动，保温沉降室1底部的输送装置8与中品位传送皮带15相向运动，输送装置8的下方设有返料皮带17，冷却器2为10-12组U形冷却盘管，冷却器2的出口端与布袋除尘器3连通，布袋除尘器3的出口端与抽烟机9和烟囱10连通，冷却器2和布袋除尘器3下方设置料仓11；回转窑6的出窑端设有鼓风机12和喷枪13，喷枪13包括粒煤喷枪和粒矿喷枪，回转窑6通过下料管14与冷却缸4连通，冷却缸4与磁选机5连通。

一种使用高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线生产金属化炉料的工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、混合物料：

将粒度为1-10mm高炉瓦斯灰提锌窑渣与残碳按100：25-30比例配料、混合、加湿后加入到回转窑内，其中高炉瓦斯灰的铁品位为45-48%、SiO₂含量为6-7%、ZnO含量为1-3%、K₂O含量为0.6-0.8%、Na₂O含量为0.15-0.20%、C含量为2-3%；

步骤二、还原窑渣：

混合物料在回转窑内经过干燥和加热后，进入到高温还原段在1200-1250℃的条件还原60-90min，采用碳氢联合还原和/或碳循环增氧直接还原方法，在还原中后期向回转窑内喷入高挥发性粒煤和/或高品位粒矿，碳氢联合还原方法采用将粒度为5-20mm高挥发性煤喷吹到距回转窑出窑端为回转窑窑长的1/4-1/5处，碳循环增氧直接还原方法采用将粒度为1-10mm的高品位赤铁矿作增氧剂喷吹到距回转窑出窑端为回转窑窑长的1/4-1/5处，其中高挥发性粒煤占粒状物料量为10-15%，固定碳含量为44-46%、灰分含量为7-9%、挥发分含量为47-49%、粒度为5-20mm，高品位粒矿为高品位赤铁矿，占粒状物料量为15-20%，品位在45%以上，粒度为1-10mm；

步骤三、物料冷却：

混合物料高温还原后从回转窑的出窑端排出直接入水进行冷却，焙烧物料冷却到100℃以下后取出；

步骤四、磁选分离：

焙烧物料经磁选机磁选，分离带磁性的金属化产品和不带磁性的残炭；金属化产品可供高炉或转炉进行利用，残炭可返料作为煤炭进行利用；

步骤五、保温沉降：

从回转窑入窑端排出的600-700℃高温烟气进入保温沉降室中，矿物颗粒沉积，得到低品位氧化锌粉；随着烟气流速的降低，烟气中粘附氧化锌粉的大颗粒粉尘在重力作用下沉降聚集，可使大部分矿物颗粒沉积在保温沉降室底部，得到氧化锌品位10%左右、回收量5-6%的低品位氧化锌粉

步骤六、粘接沉积：

步骤五排出的高温烟气进入冷却器中，烟气中固体颗粒通过碰撞及吸附粘结形成大颗粒物料，并沉积在冷却器底部，冷却器前端得到中品位氧化锌粉，冷却器后端得到高品位氧化锌粉，烟气温度降低；从保温沉降室出来的含有氧化锌及少量矿物杂质的高温烟气送入到U型管状空水冷却器中，在U形盘管的多次扰流及空气和水的间接冷却作用下，烟气中固体颗粒在流动的扰流作用下通过碰撞及吸附开始长大，粘结形成的大颗粒物料在重力作用下沉积在U型管状空水冷却器底部，在U型管状空水冷却器前端可得到氧化锌品位15-40%左右、回收量2-3%的中品位氧化锌粉，在U型管状空水冷却器后端可得到氧化锌品位60%左右的高品位氧化锌粉，同时从U型管状空水冷却器排出的烟气温度降低到250℃左右；

步骤七、返料配料：

将步骤五得到的低品位氧化锌与步骤六的中品位氧化锌混合，混合物料返回原料矿仓配料后进入回转窑；将保温沉降室中得到的低品位氧化锌与U型管状空水冷却器得到的中品位氧化锌混合后，得到氧化锌品位12-15%、物料量8-9%的混合物料，混合物料再返回到原料配料系统进行配料，可使进入回转窑的物料中氧化锌含量提高到11%左右；

步骤八、除尘收集：

步骤六排出的低温烟气进入布袋除尘器中进行高品位氧化锌粉收集；可得到氧化锌品位60%左右、回收量7-8%的高品位氧化锌粉，高品位氧化锌粉可作为最终产品进行利用；

步骤九、尾气排放：

烟气经布袋除尘器除尘及抽烟机加压后，可通过烟囱进行排放。

Claims (10)

1.一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线，包括回转窑、抽烟机和烟囱，其特征在于：还包括保温沉降室（1）、冷却器（2）、布袋除尘器（3）、冷却缸（4）和磁选机（5），所述回转窑（6）的入窑端与保温沉降室（1）的一端连通，回转窑（6）的入窑端设有进料口（18），进料口的上方设置原料矿仓（7），保温沉降室（1）的另一端与冷却器（2）的入口端连通，保温沉降室（1）和冷却器（2）的底部分别设有输送装置（8），冷却器（2）的出口端与布袋除尘器（3）连通，布袋除尘器（3）的出口端与抽烟机（9）和烟囱（10）连通，冷却器（2）和布袋除尘器（3）下方设置料仓（11）；回转窑（6）的出窑端设有鼓风机（12）和喷枪（13），回转窑（6）通过下料管（14）与冷却缸（4）连通，冷却缸（4）与磁选机（5）连通。

2.如权利要求1所述的高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线，其特征在于：所述输送装置（8）为传送皮带，冷却器（2）底部的输送装置（8）包括中品位传送皮带（15）和高品位传送皮带（16），两者为背向运动，保温沉降室（1）底部的输送装置（8）与中品位传送皮带（15）相向运动，输送装置（8）的下方设有返料皮带（17）。

3.如权利要求1或2所述的高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线，其特征在于：所述冷却器（2）为10-12组U形冷却盘管。

4.如权利要求3所述的高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线，其特征在于：所述喷枪（13）包括粒煤喷枪和粒矿喷枪。

5.一种使用权利要求1-4中任意一项所述生产线生产金属化炉料的工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、混合物料：

将粒度为1-10mm高炉瓦斯灰提锌窑渣与残碳按100：25-30比例配料、混合、加湿后加入到回转窑内；

步骤二、还原窑渣：

混合物料在回转窑内经过干燥和加热后，进入到高温还原段在1200-1250℃的条件还原60-90min，采用碳氢联合还原和/或碳循环增氧直接还原方法，在还原中后期向回转窑内喷入高挥发性粒煤和/或高品位粒矿；

步骤三、物料冷却：

混合物料高温还原后从回转窑的出窑端排出直接入水进行冷却，焙烧物料冷却到100℃以下后取出；

步骤四、磁选分离：

焙烧物料经磁选机磁选，分离带磁性的金属化产品和不带磁性的残炭；

步骤五、保温沉降：

从回转窑入窑端排出的600-700℃高温烟气进入保温沉降室中，矿物颗粒沉积，得到低品位氧化锌粉；

步骤六、粘接沉积：

步骤五排出的高温烟气进入冷却器中，烟气中固体颗粒通过碰撞及吸附粘结形成大颗粒物料，并沉积在冷却器底部，冷却器前端得到中品位氧化锌粉，冷却器后端得到高品位氧化锌粉，烟气温度降低；

步骤七、返料配料：

将步骤五得到的低品位氧化锌与步骤六的中品位氧化锌混合，混合物料返回原料矿仓配料后进入回转窑；

步骤八、除尘收集：

步骤六排出的低温烟气进入布袋除尘器中进行高品位氧化锌粉收集；

步骤九、尾气排放：

烟气经布袋除尘器除尘及抽烟机加压后，可通过烟囱进行排放。

6.如权利要求5所述生产线生产金属化炉料的工艺，其特征在于：步骤一所述的高炉瓦斯灰的铁品位为45-48%、SiO₂含量为6-7%、ZnO含量为1-3%、K₂O含量为0.6-0.8%、Na₂O含量为0.15-0.20%、C含量为2-3%。

7.如权利要求6所述生产线生产金属化炉料的工艺，其特征在于：步骤二中所述的高挥发性粒煤占粒状物料量为10-15%，固定碳含量为44-46%、灰分含量为7-9%、挥发分含量为47-49%、粒度为5-20mm。

8.如权利要求7所述生产线生产金属化炉料的工艺，其特征在于：步骤二中所述的高品位粒矿为高品位赤铁矿，占粒状物料量为15-20%，品位在45%以上，粒度为1-10mm。

9.如权利要求8所述生产线生产金属化炉料的工艺，其特征在于：步骤二中所述的碳氢联合还原方法采用将粒度为5-20mm高挥发性煤喷吹到距回转窑出窑端为回转窑窑长的1/4-1/5处。

10.如权利要求9所述生产线生产金属化炉料的工艺，其特征在于：步骤二中所述的碳循环增氧直接还原方法采用将粒度为1-10mm的高品位赤铁矿作增氧剂喷吹到距回转窑出窑端为回转窑窑长的1/4-1/5处。