CN109943710B

CN109943710B - 一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置及方法

Info

Publication number: CN109943710B
Application number: CN201910241077.0A
Authority: CN
Inventors: 李艳军; 韩跃新; 余建文; 高鹏; 孙永升
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: CN109943710A

Abstract

一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置及方法，装置包括外壳、挡板组、进料管和进气管组；进料管内设有翻板阀；挡板组由N个上挡板和N‑1个下挡板组成，相邻两个上挡板之间设有一个下挡板；每个上挡板与一个支撑板相对，气流分布板的底面与支撑板连接；每个进气管与一个气流区域连通；各进气管同时与一个气体加热器连通；方法为：(1)还原气体加热至500～900℃后进入各反应室；(2)铁矿粉送入进料管，翻板阀开启进入反应室；(3)铁矿粉发生还原反应；(4)铁矿粉发生还原反应后从出料口排出。本发明的方法还原过程传热传质效率高，反应速度快，时间短，大幅提高生产效率和降低能耗。

Description

一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置及方法

技术领域

本发明属于矿物加工、冶金技术领域，特别涉及一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置及方法。

背景技术

我国拥有储量巨大复杂难选铁矿资源，微细粒矿、菱铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿等典型的难利用铁矿资源总储量达200亿吨以上，广泛分布于辽宁、河北、山西、陕西、湖北、新疆等地；难选铁矿石的矿物组成复杂、结晶粒度微细，采用常规选矿技术难以获得理想的技术经济指标，而采用磁化还原焙烧或者直接还原焙烧—磁选技术处理此类难选铁矿石均可获得较好的分选指标；目前，针对铁矿石还原(含磁化)焙烧的设备主要有隧道窑、回转窑、转底炉、竖炉、流化床等，但传统隧道窑、竖炉和转底炉等焙烧设备存在能耗高，回转窑存在容易结圈等问题；流化床由于气固接触充分、传热传质效率高、反应速度快，成为还原焙烧装置研发的热点；现有阶段针对铁矿粉研发新型悬浮态还原焙烧装置尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置及方法，通过对粉状铁矿石进行多级悬浮还原焙烧后，实现不同粒级的铁矿粉同步还原，焙烧矿质量均匀，分选指标优异。

本发明的铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置包括外壳、挡板组、进料管和进气管组；外壳的前端上方设有进料口与进料管连通，进料管内设有翻板阀；外壳后端的上方设有出料口；挡板组由N个上挡板和N-1个下挡板组成，相邻两个上挡板之间设有一个下挡板，挡板组将外壳前后两个端板之间的空间平均分隔为2N个反应室；其中每个上挡板的底边与一个支撑板的顶边相对，每个支撑板和与其相对的上挡板之间为下通道；每个下挡板顶边与外壳顶板之间为上通道；每个反应室内设有气流分布板，气流分布板的底面与支撑板连接，气流分布板将每个反应室分隔为上方的粉料悬浮区域和下方的气流区域；进气管组由多个设有流量阀的进气管组成，每个进气管与一个气流区域连通；各进气管同时与一个气体加热器连通，气体加热器与气源连通。

上述装置中，每个上挡板的顶边与外壳顶板固定连接，侧边与外壳侧板固定连接；每个支撑板的底边与外壳的底部固定连接；侧边与外壳侧板固定连接；每个下挡板的底边与外壳的底部固定连接，侧板与外壳侧板固定连接。

上述装置中，上通道和下通道的面积与反应室的水平截面积相同。

上述装置中，支撑板的高度为外壳高度为1/8～1/6。

上述装置中，进料管的水平截面积为反应室水平截面积的1/2～3/4。

上述的N≥2。

上述装置中，气流分布板孔径0.1～1mm，开孔率2～10％。

上述装置中，气流分布板的侧边与外壳侧板、外壳端板和下挡板固定连接，或者与外壳侧板和下挡板固定连接。

本发明的铁矿粉多级悬浮态还原焙烧方法是采用上述装置，按以下步骤进行：

1、将还原气体通过气体加热器加热至500～900℃，然后经进气管组进入各反应室，并经过气流分布板进入粉料悬浮区域；

2、将铁矿粉连续送入进料管，随着铁矿粉在进料管内累积，翻板阀开启，铁矿粉进入2N个反应室中的第一个反应室，然后翻板阀关闭；当进料管内铁矿粉继续累积时重复上述过程；

3、铁矿粉进入反应室粉料悬浮区域后，在还原气体的作用下处于悬浮流动状态，并被还原气体逐渐加热，发生还原反应；

4、悬浮状态下的铁矿粉随着反应的进行，逐渐从第一个反应室经过下通道和上通道向最后一个反应室移动，在此过程中持续发生还原反应，最后从出料口排出，获得还原铁矿粉。

上述方法中，还原气体为氢气和/或一氧化碳与氮气组成的混合气体，其中氮气的体积百分比为40～70％。

上述方法中，铁矿粉从进料口到出料口之间的停留时间为5～60min，铁矿粉进行还原反应时的温度为450～850℃。

上述方法中，控制还原气体的体积流量与铁矿粉平均质量流量的比例为0.02～0.1m³/kg。

上述的铁矿粉的粒度≤0.8mm，其中粒度在0.074mm以下的部分占总质量的65～85％。

上述的铁矿粉的铁品位TFe为45～70％。

上述方法中，从铁矿粉到还原铁矿粉的金属化率≥70％。

本发明的方法获得的还原铁矿粉的金属化率≥70％；通过控制焙烧温度、还原气体浓度和焙烧时间，促使铁矿粉中的铁矿物转化为磁铁矿(磁化还原焙烧)或者金属铁(直接还原焙烧)；本发明的铁矿粉在上升气流的作用下呈现悬浮或流动状态，根据铁矿粉的粒度和比重，通过调节气体流速使得气固混合物像流体一样具有流动性；同时，铁矿粉与高温还原气体接触后，铁矿粉中的铁氧化物如赤铁矿(Fe₂O₃)被快速还原转化为具有强磁性的磁铁矿或者金属铁，还原过程传热传质效率高，反应速度快，时间短，大幅提高生产效率和降低能耗。

附图说明

图1为本发明的一种铁矿粉多级悬浮态直接还原反应装置结构示意图；

图中，1、进料管，2、翻板阀，3、外壳前端板，4、气流分布板，5、支撑板，6、进气管，7、上挡板，8、下挡板，9、气体加热器，10、出料口，11、外壳后端板，12、外壳顶板，13、外壳底板，14、流量阀。

具体实施方式

本发明实施例中采用的铁矿粉的TFe为45～70％，按质量百分比含FeO 0.2～0.8％，SiO₂3～11％，Al₂O₃ 0.3～5％，CaO 0.05～1.2％，MgO 0.1～3％P≤0.08％，S≤0.03。

本发明实施例中支撑板的高度为外壳高度为1/8～1/6。

本发明实施例中进料管的水平截面积为反应室水平截面积的1/2～3/4。

本发明实施例中气流分布板孔径0.1～1mm，开孔率2～10％。

本发明实施例中上通道和下通道的面积与反应室的水平截面积相同。

以下为本发明优选实施例。

实施例1

铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置结构如图1所示，包括外壳、挡板组、进料口和进气管6组；外壳包括外壳侧板、外壳前端板3、外壳后端板11、外壳底板13和外壳顶板12；

外壳的前端上方设有进料口与进料管1连通，进料管1内设有翻板阀2；

外壳后端的上方设有出料口10；

挡板组由3个上挡板7和2个下挡板8组成，相邻两个上挡板7之间设有一个下挡板8，挡板组将外壳前端板3和外壳后端板11之间的空间平均分隔为6个反应室；

每个上挡板7的底边与一个支撑板5的顶边相对，每个支撑板5和与其相对的上挡板7之间为下通道；

每个下挡板8顶边与外壳顶板12之间为上通道；

每个反应室内设有气流分布板4，气流分布板4的底面与支撑板5连接，气流分布板4将每个反应室分隔为上方的粉料悬浮区域和下方的气流区域；

进气管组有多个设有流量阀的进气管6组成，每个进气管6与一个气流区域连通；各进气管同时与一个气体加热器9连通，气体加热器9与气源连通；

每个上挡板7的顶边与外壳顶板12固定连接，侧边与外壳侧板固定连接；

每个支撑板5的底边与外壳的底部固定连接；侧边与外壳侧板固定连接；

每个下挡板8的底边与外壳的底部固定连接，侧板与外壳侧板固定连接；

气流分布板4的侧边与外壳侧板、外壳端板(外壳前端板3或外壳后端板11)和下挡板8固定连接，或者与外壳侧板和下挡板8固定连接；

采用的铁矿粉的铁品位TFe 45.00％，按质量百分比含FeO 0.80％，SiO₂10.66％，Al₂O₃3.26％，CaO 0.07％，MgO 0.16％，P 0.07％，S 0.02％，粒度≤0.8mm，其中粒度为-0.074mm的部分占总质量的65％；

方法是采用上述装置，按以下步骤进行：

将还原气体通过气体加热器加热至500℃，然后经进气管组进入各反应室，并经过气流分布板进入粉料悬浮区域；还原气体为一氧化碳与氮气组成的混合气体，其中氮气的体积百分比为70％；

将铁矿粉连续送入进料管，随着铁矿粉在进料管内累积，翻板阀开启，铁矿粉进入2N个反应室中的第一个反应室，然后翻板阀关闭；当进料管内铁矿粉继续累积时重复上述过程；

铁矿粉进入反应室粉料悬浮区域后，在还原气体的作用下处于悬浮流动状态，并被还原气体逐渐加热，发生还原反应；

悬浮状态下的铁矿粉随着反应的进行，逐渐从第一个反应室经过下通道和上通道向最后一个反应室移动，在此过程中持续发生还原反应，最后从出料口排出，获得还原铁矿粉；

铁矿粉从进料口到出料口之间的停留时间为5min，铁矿粉进行还原反应时的温度为450℃；还原气体的体积流量与铁矿粉平均质量流量的比例为0.02m³/kg；从铁矿粉到还原铁矿粉的金属化率70％。

实施例2

装置结构同实施例1，不同点在于：

挡板组由4个上挡板和3个下挡板组成，挡板组将外壳前端板和外壳后端板之间的空间平均分隔为8个反应室；

采用的铁矿粉的铁品位TFe 62.22％，按质量百分比含FeO 0.26％，SiO₂ 3.53％，Al₂O₃4.69％，CaO 0.07％，MgO 2.38％，P 0.07％，S 0.02％，粒度≤0.8mm，其中粒度为-0.074mm的部分占总质量的85％；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)将还原气体通过气体加热器加热至900℃；还原气体中氮气的体积百分比为40％；

(2)铁矿粉从进料口到出料口之间的停留时间为20min，铁矿粉进行还原反应时的温度为850℃；还原气体的体积流量与铁矿粉平均质量流量的比例为0.1m³/kg；从铁矿粉到还原铁矿粉的金属化率92％。

实施例3

装置结构同实施例1，不同点在于：

挡板组由5个上挡板和4个下挡板组成，挡板组将外壳前端板和外壳后端板之间的空间平均分隔为10个反应室；

采用的铁矿粉的铁品位TFe 65.77％，按质量百分比含FeO 0.78％，SiO₂ 6.78％，Al₂O₃0.32％，CaO 1.11％，MgO 2.54％，P 0.07％，S 0.02％，粒度≤0.8mm，其中粒度为-0.074mm的部分占总质量的70％；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)将还原气体通过气体加热器加热至750℃；还原气体为氢气和一氧化碳与氮气组成的混合气体，其中氮气的体积百分比为40％，氢气体积百分比为40％；

(2)铁矿粉从进料口到出料口之间的停留时间为40min，铁矿粉进行还原反应时的温度为700℃；还原气体的体积流量与铁矿粉平均质量流量的比例为0.06m³/kg；从铁矿粉到还原铁矿粉的金属化率93％。

实施例4

装置结构同实施例1，不同点在于：

挡板组由6个上挡板和5个下挡板组成，挡板组将外壳前端板和外壳后端板之间的空间平均分隔为12个反应室；

采用的铁矿粉的铁品位TFe 50.22％，按质量百分比含FeO 0.39％，SiO₂10.68％，Al₂O₃2.58％，CaO 0.07％，MgO 1.68％，P 0.07％，S 0.02％，粒度≤0.8mm，其中粒度为-0.074mm的部分占总质量的70％；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)将还原气体通过气体加热器加热至650℃；还原气体为氢气和一氧化碳与氮气组成的混合气体，其中氮气的体积百分比为40％，氢气体积百分比为30％；

(2)铁矿粉从进料口到出料口之间的停留时间为60min，铁矿粉进行还原反应时的温度为600℃；还原气体的体积流量与铁矿粉平均质量流量的比例为0.08m³/kg；从铁矿粉到还原铁矿粉的金属化率98％。

Claims

1.一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置,包括外壳、挡板组、进料管和进气管组；外壳的前端上方设有进料口与进料管连通，进料管内设有翻板阀；外壳后端的上方设有出料口；其特征在于：挡板组由N个上挡板和N-1个下挡板组成，相邻两个上挡板之间设有一个下挡板，挡板组将外壳前后两个端板之间的空间平均分隔为2N个反应室，其中N=2~6；其中每个上挡板的底边与一个支撑板的顶边相对，每个支撑板和与其相对的上挡板之间为下通道；每个下挡板顶边与外壳顶板之间为上通道；每个反应室内设有气流分布板，气流分布板的底面与支撑板连接，气流分布板将每个反应室分隔为上方的粉料悬浮区域和下方的气流区域；所述的气流分布板孔径0.1~1mm，开孔率2~10%；进气管组由多个设有流量阀的进气管组成，每个进气管与一个气流区域连通；各进气管同时与一个气体加热器连通，气体加热器与气源连通。

2.根据权利要求1所述的一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置,其特征在于每个所述的上挡板的顶边与外壳顶板固定连接，侧边与外壳侧板固定连接；每个所述的支撑板的底边与外壳的底部固定连接；侧边与外壳侧板固定连接；每个所述的下挡板的底边与外壳的底部固定连接，侧板与外壳侧板固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧装置,其特征在于所述的进料管的水平截面积为反应室水平截面积的1/2~3/4。

4.一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：

（1）将还原气体通过气体加热器加热至500~900℃，然后经进气管组进入各反应室，并经过气流分布板进入粉料悬浮区域；

（2）将铁矿粉连续送入进料管，随着铁矿粉在进料管内累积，翻板阀开启，铁矿粉进入2N个反应室中的第一个反应室，然后翻板阀关闭；当进料管内铁矿粉继续累积时重复上述过程；

（3）铁矿粉进入反应室粉料悬浮区域后，在还原气体的作用下处于悬浮状态，并被还原气体逐渐加热，发生还原反应；

（4）悬浮状态下的铁矿粉随着反应的进行，逐渐从第一个反应室经过下通道和上通道向最后一个反应室移动，在此过程中持续发生还原反应，最后从出料口排出，获得还原铁矿粉。

5.根据权利要求4所述的一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧方法，其特征在于所述的还原气体为氢气和/或一氧化碳与氮气组成的混合气体，其中氮气的体积百分比为40~70%。

6.根据权利要求4所述的一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧方法，其特征在于所述的铁矿粉从进料口到出料口之间的停留时间为5~60min，铁矿粉进行还原反应时的温度为450~850℃。

7.根据权利要求4所述的一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧方法，其特征在于步骤（2）中控制还原气体的体积流量与铁矿粉平均质量流量的比例为0.02~0.1m³/kg。

8.根据权利要求4所述的一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧方法，其特征在于所述的铁矿粉的粒度≤0.8mm，其中粒度在0.074mm以下的部分占总质量的65~85%。

9.根据权利要求4所述的一种铁矿粉多级悬浮态还原焙烧方法，其特征在于所述的铁矿粉的铁品位TFe为45~70%。