CN108588406A - 一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金和矿物工程技术领域，涉及一种难选铁矿石悬浮加热‑煤基磁化焙烧工艺，主要设备有文丘里干燥器、悬浮加热炉、混料及还原滚筒、流化床冷却机等，步骤为：粉状含水铁矿石矿粉经文丘里干燥器干燥后，进入到悬浮加热炉进行加热，加热矿粉进入到混料及还原滚筒内，采用煤基氢还原方法进行低温还原，还原物料经过流化床冷却机进行余热回收，可得到焙烧产品，系统产生废气经除尘后进行排放。本发明将铁矿石悬浮加热与煤基低温氢还原集成在一起，物料加热采用悬浮加热炉、磁化焙烧采用混料及还原滚筒，可在降低铁矿石还原温度及提高铁矿石产量的情况下，实现铁矿石的快速加热和低温氢还原。

Description

一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺
技术领域
本发明属于冶金和矿物工程技术领域，涉及一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺。
背景技术
我国的铁矿石储量中97%为贫矿，其中常规重选、磁选及浮选技术难以有效处理的铁矿石资源，包括褐铁矿、菱铁矿、沉积型赤铁矿等在内有近200亿吨。对这些难选铁矿石，可通过磁化焙烧将其中弱磁性的铁氧化物转化成强磁性的人工磁铁矿，再继以弱磁选实现铁矿物与脉石的分离，这是难选铁矿分选的有效方法。
过去几十年中，科技工作者对难选铁矿资源利用问题进行了长期的研究，尤其是对难选铁矿石采用磁化焙烧工艺进行了系统的研究与开发，证明了磁化焙烧工艺是处理难选低品位铁矿石的有效方法。目前，国内外铁矿石磁化焙烧工艺主要有竖炉磁化焙烧工艺和回转窑磁化焙烧工艺。
竖炉磁化焙烧工艺是处理铁矿石块矿（入炉粒级15~100mm）的一种工艺，其存在的主要问题有：①处理的铁矿石粒度较大，其重量比表面积比较小，因而铁矿石与还原剂（CO和H2等）的接触机会较小，铁矿石还原过程速度缓慢；②铁矿石磁化焙烧中，块矿表层还原度高于心部，存在着块矿表层和心部还原不均匀的现象，且块矿粒度愈大，其还原不均匀现象愈严重；③块矿入炉粒度差异较大，存在小粒级块矿整体过还原及大粒级块矿整体欠还原的问题。以上这些问题导致了竖炉焙烧铁矿石的能耗较大、焙烧矿技术经济指标差、生产成本高、经济性差。
回转窑磁化焙烧工艺是处理入炉粒度为25mm以下铁矿石的一种工艺，其技术指标较竖炉要好，但也存在着铁矿石还原质量不均、焙烧成本高等问题，特别是回转窑生产过程中尾端结圈频繁出现难以持久维持正常生产。
在铁矿石流态化磁化焙烧方面，铁矿石流态化加热还原反应炉及以其为核心的新型磁化焙烧技术与传统磁化焙烧技术（如回转窑法）相比，其最大不同点是将原来在回转窑内堆积态气固换热和传质转变为流态化气固传热和传质过程，气体通过流化床使物料形成湍流状态，然后进入到预热器内，在预热器旋风筒切向风力作用下形成湍流，稀相流化状态下的传质过程与回转窑内堆积过程相比，其优点为：（1）气固两相流在流化状态下接触面积较大，其热量交换、质量传递和颗粒化学反应的速度较快；（2）流态化预热装置是由多级气流单元自上而下串联组成的逆流式换热器，物料湍流度较高，气固两相之间温度差及还原气氛浓度差较大，综合传递系数和传递动力较大。
流态化磁化焙烧也有其不足之处，如铁矿石在流态化磁化焙烧过程中，还原废气燃烧产生结馏、还原温度高、还原过程煤气用量较大、设置余热锅炉回收系统多余热量的问题。
发明内容
本发明为了解决以上问题，提出一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺。
本发明的技术方案：1.一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺，用到的原料及设备有：含水铁矿石原料、原料料仓、原料电子定量给料机、原料螺旋给料器、文丘里干燥器、原料旋风收集器、悬浮加热炉、流化室、热风炉、煤气、加热物料旋风收集器、还原粒煤、粒煤料斗、粒煤电子定量给料器、粒煤螺旋给料器、混料及还原滚筒、还原废气旋风除尘器、罗茨风机、流化床冷却机、排料口、布袋除尘器、排尘口、抽风机、烟囱及设备间的物料流通管路，其步骤为：（1）含水量为10-12%的常温铁矿石矿粉由原料料仓经原料电子定量给料机、原料螺旋给料器输送到文丘里干燥器中，在500-550℃加热废气的作用下，矿粉被干燥并预热到145-155℃后，加热废气与铁矿石矿粉形成原料气固两相流；（2）原料气固两相流输送到原料旋风收集器中，其中干燥后的大部分铁矿石矿粉被收集后进入到流化室中，排出的含尘废气送入到布袋除尘器中进行除尘；从布袋除尘器排出的除尘空气经抽风机加压后由烟囱进行排放，布袋除尘器收集的矿物粉尘从排尘口排放后进行返料利用；（3）热风炉为流化室和悬浮加热炉提供热风，在流化室吹出高温烟气作用下，铁矿石矿粉在流化床上被吹起并形成气固两相流，气固两相流在悬浮加热炉内从下往上悬浮流动过程中，铁矿石矿粉被高温烟气加热到600-620℃后，气固两相流从悬浮加热炉顶部流出并进入到加热物料旋风收集器中，从加热物料旋风收集器底部排出的高温物料直接进入到混料及还原滚筒中，从加热物料旋风收集器顶部排出的高温废气作为文丘里干燥器的热源进行利用；（4）在热风炉内，从外部通入的常温煤气与从流化床冷却机排出的高温助燃空气混合后进行燃烧，产生的750-800℃高温烟气通入到流化室内；加入到悬浮加热炉内的粉状铁矿石在高温烟气作用下，可在2-3s时间内把预热后的铁矿石粉加热到600-620℃；（5）铁矿石还原所用的还原粒煤选用粒度为1-3mm的高挥发性煤种，粒煤按照铁矿石重量的3-4%进行配入，并经粒煤电子定量给料器称量、粒煤螺旋给料器输送后，从混料及还原滚筒的进料端加入；（6）铁矿石粉与还原粒煤在混料及还原滚筒内随滚筒的旋转，铁矿石粉在与还原粒煤混合过程中粒煤温度迅速升高，在粒煤干馏放出的含有大量H2的挥发份作用下，矿粉经过8-15min的低温氢还原，使铁矿石粉得到充分磁化；（7）铁矿石粉在混料及还原滚筒内还原过程排出废气，废气由还原废气旋风除尘器除尘；（8）从混料及还原滚筒出料端排出的400-420℃物料进入到流化床冷却机中；流化床冷却机内部设有空气换热通道和流化床，罗茨风机鼓入流化床冷却机的常温空气，一部分通入空气换热通道中，作为间接冷却空气与高温焙烧物料进行间接换热，得到350-400℃高温空气作为热风炉的助燃空气进行利用；另一部分空气通入流化床，作为焙烧矿流化空气与高温焙烧物料进行直接换热，得到290-310℃流化加热空气，流化加热空气再与加热物料旋风收集器排出的燃烧废气混合后作为文丘里干燥器的热源进行利用；（9）焙烧物料在流化床冷却机中冷却到200℃以下后排出，焙烧矿送入下道磨选工序。
进一步的是：步骤（7）所述还原过程排出的还原废气，经过还原废气旋风除尘器除尘后的除尘还原废气，由于其中含有一定的可燃成份，送入热风炉作为燃料进行利用，从还原废气旋风除尘器下部排出的物料再返回到混料及还原滚筒内进行利用。
本发明将铁矿石悬浮加热炉与混料及还原滚筒集成在一起，粉状铁矿石加热采用悬浮加热炉，可实现快速、均匀加热并提高单炉产量。铁矿石磁化焙烧采用高挥发性粒煤，在混料及还原滚筒内利用粒煤挥发出的挥发份中H2，可在不使用外供煤气情况下，实现铁矿石的低温氢还原，提高铁矿石的磁化焙烧质量。
本发明在混料及还原滚筒中，煤的挥发份中H2还原铁矿石后生成水，水再与高温煤炭发生碳气化反应生成H2和CO，可为铁矿石磁化焙烧提供较多的还原气体，使铁矿石得到充分的还原。
本发明将难选铁矿石矿粉在悬浮加热炉内先进行氧化焙烧，可使铁矿石中的Fe3O4先氧化焙烧生成Fe2O3，氧化矿再进入混料及还原滚筒内进行磁化焙烧，可使铁矿石中Fe2O3还原为新生的Fe3O4，有利于Fe3O4晶粒的长大。
本发明悬浮加热炉燃料采用煤气，煤气与高温助燃空气在热风炉内混合燃烧后产生高温烟气，烟气温度可通过调整空气过剩系数使其温度控制为600-620℃，高温烟气再送入到悬浮加热炉进行铁矿石加热，可避免铁矿石还原过程中与高温火焰接触产生低熔点物质的现象，达到悬浮加热炉连续稳定生产的目的。
本发明在流化床冷却机内设有空气换热管和流化床，从罗茨鼓风机鼓入的空气，一部分空气从流化床冷却机底部吹入，可使焙烧矿在流化床上流化的同时与空气进行直接换热，另一部分空气从流化床冷却机侧面吹入，空气在通过换热管道过程中与焙烧矿进行间接换热。
本发明通过一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺的实施，达到如下效果：
1、将铁矿石粉悬浮加热与煤基低温氢还原集成在一起，物料加热采用悬浮加热炉、磁化焙烧采用混料及还原滚筒，可在降低铁矿石还原温度及提高铁矿石产量的情况下，实现铁矿石的快速加热和低温氢还原。
2、本装置排出的废气及物料余热通过悬浮还原炉、流化床冷却机等设备进行回收，回收的热量在系统内部得到全部利用，不产生多余热量的外供问题，提高了系统的能源利用效率。
3、铁矿石磁化焙烧采用悬浮加热-煤基还原工艺，降低了系统焙烧温度，同时铁矿石在悬浮加热中Fe3O4在氧化气氛下生成Fe2O3后，Fe2O3再在混料及还原滚筒内还原气氛中生成新生的Fe3O4，可使铁矿石中嵌布粒度较细的难选铁矿石晶粒长大。
4、在悬浮加热炉内，燃烧所用空气都是净化空气、煤气是不含尘气体，煤气在热风炉内燃烧过程中不会产生结馏问题。
附图说明
图1是本发明的设备组成关系图；
图2是难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺流程图。
具体实施方式
1、原料及设备
含水铁矿石原料、原料料仓、原料电子定量给料机、原料螺旋给料器、文丘里干燥器、原料旋风收集器、悬浮加热炉、流化室、热风炉、煤气、加热物料旋风收集器、还原粒煤、粒煤料斗、粒煤电子定量给料器、粒煤螺旋给料器、混料及还原滚筒、还原废气旋风除尘器、罗茨风机、流化床冷却机、排料口、布袋除尘器、排尘口、抽风机、烟囱及设备间的物料流通管路。
2、实施步骤
实施例1
（1）含水量为10%的常温铁矿石矿粉由原料料仓经原料电子定量给料机、原料螺旋给料器输送到文丘里干燥器中，在500-520℃加热废气的作用下，矿粉被干燥并预热到145℃左右后，加热废气与铁矿石矿粉形成原料气固两相流；
（2）原料气固两相流输送到原料旋风收集器中，其中干燥后的大部分铁矿石矿粉被收集后进入到流化室中，排出的含尘废气送入到布袋除尘器中进行除尘；从布袋除尘器排出的除尘空气经抽风机加压后由烟囱进行排放，布袋除尘器收集的矿物粉尘从排尘口排放后进行返料利用；
（3）热风炉为流化室和悬浮加热炉提供热风，在流化室吹出高温烟气作用下，铁矿石矿粉在流化床上被吹起并形成气固两相流，气固两相流在悬浮加热炉内从下往上悬浮流动过程中，铁矿石矿粉被高温烟气加热到600-610℃后，气固两相流从悬浮加热炉顶部流出并进入到加热物料旋风收集器中，从加热物料旋风收集器底部排出的高温物料直接进入到混料及还原滚筒中，从加热物料旋风收集器顶部排出的高温废气作为文丘里干燥器的热源进行利用；
（4）在热风炉内，从外部通入的常温煤气与从流化床冷却机排出的高温助燃空气混合后进行燃烧，产生的750-765℃高温烟气通入到流化室内；加入到悬浮加热炉内的粉状铁矿石在高温烟气作用下，可在2-3s时间内把预热后的铁矿石粉加热到600-610℃；
（5）铁矿石还原所用的还原粒煤选用粒度为1-3mm的高挥发性煤种，粒煤按照铁矿石重量的3%进行配入，并经粒煤电子定量给料器称量、粒煤螺旋给料器输送后，从混料及还原滚筒的进料端加入；
（6）铁矿石粉与还原粒煤在混料及还原滚筒内随滚筒的旋转，铁矿石粉在与还原粒煤混合过程中粒煤温度迅速升高，在粒煤干馏放出的含有大量H2的挥发份作用下，矿粉经过15min的低温氢还原，使铁矿石粉得到充分磁化；
（7）铁矿石粉在混料及还原滚筒内还原过程排出废气，废气由还原废气旋风除尘器除尘；除尘的还原废气，由于其中含有一定的可燃成份，送入热风炉作为燃料进行利用，还原废气旋风除尘器下部排出的物料再返回到混料及还原滚筒内进行利用；
（8）从混料及还原滚筒出料端排出的400-410℃物料进入到流化床冷却机中；流化床冷却机内部设有空气换热通道和流化床，罗茨风机鼓入流化床冷却机的常温空气，一部分通入空气换热通道中，作为间接冷却空气与高温焙烧物料进行间接换热，得到350-370℃高温空气作为热风炉的助燃空气进行利用；另一部分空气通入流化床，作为焙烧矿流化空气与高温焙烧物料进行直接换热，得到290-300℃流化加热空气，流化加热空气再与加热物料旋风收集器排出的燃烧废气混合后作为文丘里干燥器的热源进行利用；
（9）焙烧物料在流化床冷却机中冷却到200℃以下后排出，焙烧矿送入下道磨选工序。
实施例2
（1）含水量为12%的常温铁矿石矿粉由原料料仓经原料电子定量给料机、原料螺旋给料器输送到文丘里干燥器中，在530-550℃加热废气的作用下，矿粉被干燥并预热到150℃左右后，加热废气与铁矿石矿粉形成原料气固两相流；
（2）原料气固两相流输送到原料旋风收集器中，其中干燥后的大部分铁矿石矿粉被收集后进入到流化室中，排出的含尘废气送入到布袋除尘器中进行除尘；从布袋除尘器排出的除尘空气经抽风机加压后由烟囱进行排放，布袋除尘器收集的矿物粉尘从排尘口排放后进行返料利用；
（3）热风炉为流化室和悬浮加热炉提供热风，在流化室吹出高温烟气作用下，铁矿石矿粉在流化床上被吹起并形成气固两相流，气固两相流在悬浮加热炉内从下往上悬浮流动过程中，铁矿石矿粉被高温烟气加热到610-620℃后，气固两相流从悬浮加热炉顶部流出并进入到加热物料旋风收集器中，从加热物料旋风收集器底部排出的高温物料直接进入到混料及还原滚筒中，从加热物料旋风收集器顶部排出的高温废气作为文丘里干燥器的热源进行利用；
（4）在热风炉内，从外部通入的常温煤气与从流化床冷却机排出的高温助燃空气混合后进行燃烧，产生的770-800℃高温烟气通入到流化室内；加入到悬浮加热炉内的粉状铁矿石在高温烟气作用下，可在2-3s时间内把预热后的铁矿石粉加热到610-620℃；
（5）铁矿石还原所用的还原粒煤选用粒度为1-3mm的高挥发性煤种，粒煤按照铁矿石重量的4%进行配入，并经粒煤电子定量给料器称量、粒煤螺旋给料器输送后，从混料及还原滚筒的进料端加入；
（6）铁矿石粉与还原粒煤在混料及还原滚筒内随滚筒的旋转，铁矿石粉在与还原粒煤混合过程中粒煤温度迅速升高，在粒煤干馏放出的含有大量H2的挥发份作用下，矿粉经过8min的低温氢还原，使铁矿石粉得到充分磁化；
（7）铁矿石粉在混料及还原滚筒内还原过程排出废气，废气由还原废气旋风除尘器除尘；除尘的还原废气，由于其中含有一定的可燃成份，送入热风炉作为燃料进行利用，还原废气旋风除尘器下部排出的物料再返回到混料及还原滚筒内进行利用；
（8）从混料及还原滚筒出料端排出的410-420℃物料进入到流化床冷却机中；流化床冷却机内部设有空气换热通道和流化床，罗茨风机鼓入流化床冷却机的常温空气，一部分通入空气换热通道中，作为间接冷却空气与高温焙烧物料进行间接换热，得到380-400℃高温空气作为热风炉的助燃空气进行利用；另一部分空气通入流化床，作为焙烧矿流化空气与高温焙烧物料进行直接换热，得到300-310℃流化加热空气，流化加热空气再与加热物料旋风收集器排出的燃烧废气混合后作为文丘里干燥器的热源进行利用；
（9）焙烧物料在流化床冷却机中冷却到200℃以下后排出，焙烧矿送入下道磨选工序。

Claims (2)

1.一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺，用到的原料及设备有：含水铁矿石原料、原料料仓、原料电子定量给料机、原料螺旋给料器、文丘里干燥器、原料旋风收集器、悬浮加热炉、流化室、热风炉、煤气、加热物料旋风收集器、还原粒煤、粒煤料斗、粒煤电子定量给料器、粒煤螺旋给料器、混料及还原滚筒、还原废气旋风除尘器、罗茨风机、流化床冷却机、排料口、布袋除尘器、排尘口、抽风机、烟囱及设备间的物料流通管路，其步骤为：（1）含水量为10-12%的常温铁矿石矿粉由原料料仓经原料电子定量给料机、原料螺旋给料器输送到文丘里干燥器中，在500-550℃加热废气的作用下，矿粉被干燥并预热到145-155℃后，加热废气与铁矿石矿粉形成原料气固两相流；（2）原料气固两相流输送到原料旋风收集器中，其中干燥后的大部分铁矿石矿粉被收集后进入到流化室中，排出的含尘废气送入到布袋除尘器中进行除尘；从布袋除尘器排出的除尘空气经抽风机加压后由烟囱进行排放，布袋除尘器收集的矿物粉尘从排尘口排放后进行返料利用；（3）热风炉为流化室和悬浮加热炉提供热风，在流化室吹出高温烟气作用下，铁矿石矿粉在流化床上被吹起并形成气固两相流，气固两相流在悬浮加热炉内从下往上悬浮流动过程中，铁矿石矿粉被高温烟气加热到600-620℃后，气固两相流从悬浮加热炉顶部流出并进入到加热物料旋风收集器中，从加热物料旋风收集器底部排出的高温物料直接进入到混料及还原滚筒中，从加热物料旋风收集器顶部排出的高温废气作为文丘里干燥器的热源进行利用；（4）在热风炉内，从外部通入的常温煤气与从流化床冷却机排出的高温助燃空气混合后进行燃烧，产生的750-800℃高温烟气通入到流化室内；加入到悬浮加热炉内的粉状铁矿石在高温烟气作用下，可在2-3s时间内把预热后的铁矿石粉加热到600-620℃；（5）铁矿石还原所用的还原粒煤选用粒度为1-3mm的高挥发性煤种，粒煤按照铁矿石重量的3-4%进行配入，并经粒煤电子定量给料器称量、粒煤螺旋给料器输送后，从混料及还原滚筒的进料端加入；（6）铁矿石粉与还原粒煤在混料及还原滚筒内随滚筒的旋转，铁矿石粉在与还原粒煤混合过程中粒煤温度迅速升高，在粒煤干馏放出的含有大量H2的挥发份作用下，矿粉经过8-15min的低温氢还原，使铁矿石粉得到充分磁化；（7）铁矿石粉在混料及还原滚筒内还原过程排出废气，废气由还原废气旋风除尘器除尘；（8）从混料及还原滚筒出料端排出的400-420℃物料进入到流化床冷却机中；流化床冷却机内部设有空气换热通道和流化床，罗茨风机鼓入流化床冷却机的常温空气，一部分通入空气换热通道中，作为间接冷却空气与高温焙烧物料进行间接换热，得到350-400℃高温空气作为热风炉的助燃空气进行利用；另一部分空气通入流化床，作为焙烧矿流化空气与高温焙烧物料进行直接换热，得到290-310℃流化加热空气，流化加热空气再与加热物料旋风收集器排出的燃烧废气混合后作为文丘里干燥器的热源进行利用；（9）焙烧物料在流化床冷却机中冷却到200℃以下后排出，焙烧矿送入下道磨选工序。
2.根据权利要求1所述的一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺，其特征在于：步骤（7）所述还原过程排出的还原废气，经过还原废气旋风除尘器除尘后的除尘还原废气，由于其中含有一定的可燃成份，送入热风炉作为燃料进行利用，从还原废气旋风除尘器下部排出的物料再返回到混料及还原滚筒内进行利用。
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