CN111023799B - 一种基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，包括料仓、皮带给料器、回转窑系统、流态化还原系统、一级除尘装置和二级除尘装置；所述料仓设于皮带给料器的上方，所述皮带给料器的末端设于回转窑系统的上方，所述回转窑系统的末端设于流态化还原系统的上方，所述一级除尘装置设置于回转窑系统靠近皮带给料器处，所述二级除尘装置连通于第一除尘装置；本发明的目的是结合现有回转窑加热技术，提供一种可行性高的节能环保的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统。

Description

一种基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统

技术领域

本发明涉及一种基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，属于复杂难选铁矿的流态化磁化焙烧领域。

背景技术

我国铁矿资源丰富，已探明储量超过600亿吨，可利用的矿石中97％以上需要经过选矿才能得到利用，研究表明，磁化焙烧是处理难选铁矿石最有效的方法之一。磁化焙烧通过改变铁矿物的物相组成，使其具有强磁性，再利用简单的磁选将铁矿物分离出来，为复杂难选铁矿的开发，提供了一条可行的路径。

目前，工业上使用的焙烧设备主要是竖炉、传统回转窑、沸腾炉等。竖炉只适宜于焙烧块矿(75～25mm)，原料利用率低，物料呈堆积态，传热效率低，自动化程度低，处理量小，中心易欠烧，表面易过烧，焙烧效率低，焙烧成本高。传统回转窑可实现全粒级(25～0mm)焙烧，但对物料、燃料、含水量、焙烧气氛、温度等要求严格，需精确控制，否则容易结窑结圈，导致工业生产难以顺行。沸腾炉虽然焙烧时间短、焙烧矿质量均匀，但是因其附属设备过多，操作维护困难，在工业上并没有投产。

近年来，形成的流态磁化焙烧装置，具有焙烧温度低、焙烧时间短、焙烧效率高、焙烧产品质量好、能耗低等优点，在工业应用上有了一定的突破。但是，由于物料全程均呈流态化状态，甚至部分为气力输送床，导致了在加热或反应过程中，需加热大量的空气，造成了能量的浪费，同时由于气体和固体运动速度较快，导致物料存在磨损，增加了物料粉尘含量，也存在炉体磨损较为严重的问题，尤其是高速旋风收尘装置磨损较为严重。在较大的气体和固体流速下，大致大量的粉尘进入了收尘系统，也增加了收尘系统的压力，从而导致设备运行不畅。进而一种可行性高的节能环保的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统有待研究。

发明内容

本发明的目的是结合现有回转窑加热技术，提供一种可行性高的节能环保的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，包括料仓、皮带给料器、回转窑系统、流态化还原系统、一级除尘装置和二级除尘装置；

所述料仓、皮带给料器、回转窑系统和流态化还原系统依次从上至下分布，且出进料端依次连接；所述一级除尘装置设置于皮带给料器的上方，所述二级除尘装置连通于一级除尘装置。

优选的，所述流态化还原系统包括停留室、锁气装置和第一旋风收尘器，所述停留室的顶部设有第一进料口，停留室的底部连通于还原性气体管道，停留室的内部竖直设有若干个第一挡板，以使停留室内形成若干个U型通道；

所述第一旋风收尘器设于停留室的上方靠近第一进料口处；

所述锁气装置连通于停留室远离第一进料口的一侧，锁气装置的底部连通于惰性气体管道，锁气装置的侧壁设有第一出料口，第一出料口设于远离停留室的一侧。

优选的，所述还原性气体管道和惰性气体管道上设有气体阀门。

工作原理：物料从料仓底部落入皮带给料器上，经由皮带给料器运输至末端落入回转窑系统，物料在回转窑系统内完成换热过程，然后从回转窑系统的末端经由第一进料口落入停留室内，还原性气体从停留室的底部通过还原性气体管道进入，进而落下的物料在还原性气体的作用下，呈流态化状态，沿停留室中的U型通道移动，所述U型通道由1～4级“U型”还原腔构成，可实现物料在停留室内逐级还原，可确保磁化焙烧产品在冷却过程中不发生二次氧化，确保产品质量均匀稳定，停留室内过量的还原性气体和反应生成的气体进入第一旋风收尘器，可实现气固分离，使气体返回到回转窑系统内进行燃烧和热量利用，固体物料则留在停留室内；还原后的物料从锁气装置排出，锁气装置底部通过惰性气体管道通入少量惰性气体，防止物料流出的过程中还原性气体的外泄，进而还原后的流态化的物料从第一出料口排出。U型通道的设计可以延长物料在停留室内停留的时间，进而延长物料和还原气体的接触时间。

进一步的，所述锁气装置的内部竖直设有第二挡板，以使锁气装置内形成U型通道。优选的，所述第二挡板的底端在水平位置上低于第一出料口，防止物料未经惰性气体阻隔直接与还原性气体一起排出。

进一步的，所述还原性气体管道为若干组，均匀设于停留室的底部；所述惰性气体管道为若干组，均匀设于锁气装置的底部。优选的，惰性气体为氮气。

进一步的，所述第一旋风收尘器的底部设有排出管，所述排出管连通于停留室；所述第一旋风收尘器的顶部侧壁设有进气管，所述进气管连通于停留室顶部。所述第一旋风收尘器顶部还设有便于气体排入进风口的管道。反应后多余的气体经第一旋风收尘器进行气固分离，固体返回流态化停留室，气体进入回转窑燃烧，继续循环处理。第一旋风收尘器和第二旋风收尘器的原理一致。

进一步的，所述回转窑系统包括依次连接的窑尾、回转窑和窑头，所述窑尾顶部设有第二进料口，窑尾底部设有第二出料口；所述窑头的端面设有进风口，窑头底部设有第三出料口，所述第三出料口位于所述第一进料口上方。皮带给料器处落下的物料从第二进料口处落入回转窑系统内，回转窑系统内换热处理后的物料从第三出料口处落入第一进料口进入停留室内。所述回转窑包括筒体、轮带、托轮、挡轮、密封装置、传动装置和附属设备。回转窑燃料为气体燃料，在负压状态下工作，所述回转窑倾斜设置，优选的，回转窑倾角为5～15°。与传统回转窑的不同之处在于，本发明回转窑只是用于预热原料，所需筒体较传统回转窑短。

进一步的，靠近所述进风口处设有助燃风机，所述第一旋风收尘器靠近于进风口。燃料与空气在助燃风机的作用下从进风口进入回转窑，为回转窑系统提供热源，加热后的气体在回转窑内与物料完成换热过程。第一旋风收尘器将停留室内的多余气体从进风口处导入回转窑。

进一步的，所述一级除尘装置包括第二旋风收尘器，所述第二旋风收尘器和回转窑系统之间还设有冷却器，所述冷却器的底部连通于窑尾顶部；所述二级除尘装置包括依次设置的除尘器、引风机和烟囱，且出进料端依次连接；所述除尘器和第二旋风收尘器连通。冷却器将从窑尾排出的气体冷却后，排入第二旋风除尘器，经由其气固分离作用，气体继续通入除尘器中继续除尘，固体落入皮带给料器上，然后继续从窑尾进入回转窑，如此循环处理；进入除尘器的气体经除尘处理后，少量固体落入除尘器中的收集装置内，收集装置内的固体物料可以进一步地投掷到皮带给料器处，继续循环处理；气体经由引风机作用从烟囱排出。

优选的，所述冷却器为列管冷却器。

进一步的，靠近所述第二出料口处还设有斗式提升机，以使从第二出料口排出的物料被运送至皮带给料器。从窑尾处的第二出料口排出的固体物料，经由斗式提升机继续运输至皮带给料器处，继续循环处理。

一种基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)将原料磨碎至0-1mm，给入回转窑，在回转窑中加热至700-900℃，在回转窑内的停留时间为5-30min，然后从第三出料口排出；

(2)从第三出料口排出的物料通过第一进料口进入停留室，在停留室内通入还原性气体，使物料保持流态化状态，所得物料经流态化还原以后，进入锁气装置，从第一出料口排出；

(3)将第一出料口排出的物料冷却，冷却后的物料经磨矿、磁选，得到强磁性产品和弱磁性产品。

进一步的，步骤(2)中停留室内的温度为600-800℃，停留时间为5-60min，还原性气体含量为20-90v/v％。

优选的，步骤(3)采用的冷却工艺为水淬冷却或干式保磁冷却。

本发明步骤(3)中，磨矿、磁选，可根据步骤(2)所得物料性质参照现有技术进行，具体而言，磨矿细度、磁选工艺参数等均可参照常规磁铁矿的分选工艺参数进行。

本发明步骤(1)-(3)中的一级除尘装置、二级除尘装置、第一旋风收尘器和斗式提升机等设备的启动及其使用参数的设定均可依照常规磁化焙烧工艺做适应性调整。

本发明结合现有的回转窑焙烧技术，将回转窑加热与流态化还原系统分别在两个装置中进行，可以很好克服回转窑磁化焙烧容易结圈的缺点，在没有热源的流态化还原系统中进行还原，既可充分利用磁化焙烧所产生的热量进行保温，也避免了局部温度过高造成的过还原或流态化焙烧“失流”的问题，确保了所获得的产品均匀稳定。

本发明中，基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，相对于传统的流态化磁化焙烧，不需要大量的气体使所有的物料保持悬浮状态，因此，在加热过程中，无需加热过多气体，减少了能源的浪费。同时，由于气体、固体运动速度较小，不会造成物料和炉体的磨损，因此，既减少了物料磨损产生的粉尘量，又减少了对炉体的磨损，尤其是减少对传统流态化磁化焙烧中的旋风收尘器的磨损。

本发明中，在流态化还原系统内，可通入过量及高浓度的还原性气体，可加快反应的进行，多余的气体进入回转窑中进行燃烧，也不会造成能源的浪费，极大的方便了流态化磁化焙烧的控制。

本发明的有益效果：

1.本发明的适用范围广，适用于各类型的复杂难选铁矿的磁化焙烧，根据不同原料性质，需确定不同的装置工艺参数和焙烧工艺参数；总体来说，当原料粒度较粗时，回转窑的风量就可以加大，回转窑炉体可以更短，流态化磁化焙烧的温度需提高，焙烧时间需延长，反之亦然；由于回转窑应用范围广阔，技术成熟，基于回转窑的新型磁化焙烧装置非常适宜工业化；

2.本发明的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，相对于传统的流态化磁化焙烧，处理细粒级原料具有更大的优势，当降低回转窑风量后，其除尘压力明显比传统流态化磁化焙烧小了很多，本发明的装置及工艺适用于0-1mm的原料，也可以适用于细粒级含量极高的粉矿和尾矿等，对原料适应性广；

3.本发明对焙烧装置及焙烧工艺参数要求并不严格，具体的说，可以在较大的工艺参数范围内实现物料的磁化焙烧，焙烧产品质量仍然均匀稳定，非常易于自动化控制；

4.本发明的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，同时兼具了回转窑加热效率高、产能大、投资小、节约能源、对原料适应性广，易于自动化控制等优点，又具有流态化磁化焙烧效率高、焙烧产品质量均匀等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为流态化还原系统的俯视图；

图中：1-料仓，2-皮带给料器，3-回转窑系统，4-流态化还原系统，5-一级除尘装置，6-二级除尘装置，7-停留室，8-锁气装置，9-第一旋风收尘器，10-第一进料口，11-还原性气体管道，12-第一挡板，13-惰性气体管道，14-第一出料口，15-窑尾，16-回转窑，17-窑头，18-第二进料口，19-第二出料口，20-进风口，21-第三出料口，22-助燃风机，23-第二旋风收尘器，24-冷却器，25-除尘器，26-引风机，27-烟囱，28-斗式提升机，29-第二挡板，30-排出管，31-进气管，32-气体阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，如图1-2所示，包括料仓1、皮带给料器2、回转窑系统3、流态化还原系统4、一级除尘装置5和二级除尘装置6；

所述料仓1设于皮带给料器2的上方，所述皮带给料器2的末端设于回转窑系统3的上方，所述回转窑系统3的末端设于流态化还原系统4的上方，所述一级除尘装置5设置于皮带给料器2的上方，所述二级除尘装置6连通于一级除尘装置5；

所述流态化还原系统4包括停留室7、锁气装置8和第一旋风收尘器9，所述停留室7的顶部设有第一进料口10，停留室7的底部连通于还原性气体管道11，停留室7的内部竖直设有若干个第一挡板12，以使停留室7内形成若干个U型通道；

所述第一旋风收尘器9设于停留室7的上方靠近第一进料口10处；

所述锁气装置8连通于停留室7远离第一进料口10的一侧，锁气装置8的底部连通于惰性气体管道13，锁气装置8远离停留室7的一侧设有第一出料口14。

优选的，所述还原性气体管道11和惰性气体管道13上设有气体阀门32。

工作原理：物料从料仓1底部落入皮带给料器2上，经由皮带给料器2运输至末端落入回转窑系统3，物料在回转窑系统3内完成换热过程，然后从回转窑系统3的末端经由第一进料口10落入停留室7内，还原性气体从停留室7的底部通过还原性气体管道11进入，进而落下的物料在还原性气体的作用下，呈流态化状态，沿停留室7中的U型通道移动，所述U型通道由1～4级“U型”还原腔构成，可实现物料在停留室7内逐级还原，可确保磁化焙烧产品在冷却过程中不发生二次氧化，确保产品质量均匀稳定，停留室7内过量的还原性气体和反应生成的气体进入第一旋风收尘器9，可实现气固分离，使气体返回到回转窑系统3内进行燃烧和热量利用，固体物料则留在停留室7内；还原后的物料从锁气装置8排出，锁气装置8底部通过惰性气体管道13通入少量惰性气体，防止物料流出的过程中还原性气体的外泄，进而还原后的流态化的物料从第一出料口14排出。U型通道的设计可以延长物料在停留室7内停留的时间，进而延长还原气体和物料的接触时间。

实施例2

基于实施例1，所述锁气装置8的内部竖直设有第二挡板29，以使锁气装置8内形成U型通道。优选的，所述第二挡板29的底端在水平位置上低于第一出料口14，防止物料未经惰性气体阻隔直接与还原性气体一起排出。

实施例3

基于实施例1，所述还原性气体管道11为若干组，均匀设于停留室7的底部；所述惰性气体管道13为若干组，均匀设于锁气装置8的底部。优选的，惰性气体为氮气。

实施例4

基于实施例1，所述第一旋风收尘器9的底部设有排出管30，所述排出管30连通于停留室7；所述第一旋风收尘器9的顶部侧壁设有进气管31，所述进气管31连通于停留室7顶部。所述第一旋风收尘器9顶部还设有便于气体排入进风口20的管道。反应后多余的气体经第一旋风收尘器9进行气固分离，固体返回流态化停留室7，气体进入回转窑16燃烧，继续循环处理。第一旋风收尘器9和第二旋风收尘器23的原理一致。

实施例5

基于实施例1，所述回转窑系统3包括依次连接的窑尾15、回转窑16和窑头17，所述窑尾15顶部设有第二进料口18，窑尾15底部设有第二出料口19；所述窑头17的端面设有进风口20，窑头17底部设有第三出料口21，所述第三出料口21位于所述第一进料口10上方。皮带给料器2处落下的物料从第二进料口18处落入回转窑系统3内，回转窑系统3内换热处理后的物料从第三出料口21处落入第一进料口10进入停留室7内。所述回转窑16包括筒体、轮带、托轮、挡轮、密封装置、传动装置和附属设备。回转窑16燃料为气体燃料，在负压状态下工作，优选的，回转窑16倾角为5～15°。与传统回转窑16的不同之处在于，本发明回转窑16只是用于预热原料，所需筒体较传统回转窑短。

实施例6

基于实施例5，靠近所述进风口20处设有助燃风机22，所述第一旋风收尘器9靠近于进风口20。燃料与空气在助燃风机22的作用下从进风口20进入回转窑16，为回转窑系统3提供热源，加热后的气体在回转窑16内与物料完成换热过程。第一旋风收尘器9将停留室7内的多余气体从进风口20处导入回转窑16。

实施例7

基于实施例5，所述一级除尘装置5包括第二旋风收尘器23，所述第二旋风收尘器23和回转窑系统3之间还设有冷却器24，所述冷却器24的底部连通于窑尾15顶部；所述二级除尘装置6包括除尘器25、引风机26和烟囱27，所述除尘器25和第二旋风收尘器23连通。冷却器24将从窑尾15排出的气体冷却后，排入第二旋风除尘器25，经由其气固分离作用，气体继续通入除尘器25中继续除尘，固体落入皮带给料器2上，然后继续从窑尾15进入回转窑16，如此循环处理；进入除尘器25的气体经除尘处理后，少量固体落入除尘器25中的收集装置内，收集装置内的固体物料可以进一步地投掷到皮带给料器2处，继续循环处理；气体经由引风机26作用从烟囱27排出。优选的，所述冷却器24为列管冷却器。

实施例8

基于实施例5，靠近所述第二出料口19处还设有斗式提升机28。从窑尾15处的第二出料口19排出的固体物料，经由斗式提升机28继续运输至皮带给料器2处，继续循环处理。

实施例9

基于实施例1-8，基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)将含TFe35.02％的复杂难选铁矿石磨碎至0-1mm，给入回转窑16，在回转窑16中加热至700℃，加热时间为10min，在回转窑16内的停留时间为5-30min，然后从第三出料口21排出；

(2)从第三出料口21排出的物料通过第一进料口10进入停留室7，在停留室7内通入还原性气体，使物料保持流态化状态，所得物料经流态化还原以后，进入锁气装置8，从第一出料口14排出，在停留室的温度为600-650℃，停留时间为10min，还原性气体CO含量为80％；

(3)将第一出料口14排出的物料冷却，冷却后的物料经磨矿至0-0.1mm后进行弱磁选，磁场强度为80kA/m，获得了TFe品位为58.03％，回收率为92.17％的优质铁精矿。

实施例10

基于实施例1-8，基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)将含TFe35.02％的复杂难选铁矿石磨碎至0-1mm，给入回转窑16，在回转窑16中加热至750℃，加热时间为10min，在回转窑16内的停留时间为5-30min，然后从第三出料口21排出；

(2)从第三出料口21排出的物料通过第一进料口10进入停留室7，在停留室7内通入还原性气体，使物料保持流态化状态，所得物料经流态化还原以后，进入锁气装置8，从第一出料口14排出，在停留室的温度为600-650℃，在停留室的温度为650-670℃，停留时间为20min，还原性气体CO含量为20％；

(3)将第一出料口14排出的物料冷却，冷却后的物料经磨矿至0-0.1mm后进行弱磁选，磁场强度为80kA/m，获得了TFe品位为59.17％，回收率为93.08％的优质铁精矿。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，其特征在于，包括料仓(1)、皮带给料器(2)、回转窑系统(3)、流态化还原系统(4)、一级除尘装置(5)和二级除尘装置(6)；

所述料仓(1)、皮带给料器(2)、回转窑系统(3)和流态化还原系统(4)依次从上至下分布，且出进料端依次连接；所述一级除尘装置(5)设置于皮带给料器(2)的上方，所述二级除尘装置(6)连通于一级除尘装置(5)；

所述流态化还原系统(4)包括停留室(7)、锁气装置(8)和第一旋风收尘器(9)；

所述停留室(7)的顶部设有第一进料口(10)，停留室(7)的底部连通于还原性气体管道(11)，停留室(7)的内部竖直设有若干个第一挡板(12)，以使停留室(7)内形成若干个U型通道；

所述第一旋风收尘器(9)设于停留室(7)的上方靠近第一进料口(10)处；

所述锁气装置(8)连通于停留室(7)远离第一进料口(10)的一侧，锁气装置(8)的底部连通于惰性气体管道(13)，锁气装置(8)上还设有第一出料口(14)；

所述锁气装置(8)的内部竖直设有第二挡板(29)，以使锁气装置(8)内形成U型通道；所述还原性气体管道(11)为若干组，均匀设于停留室(7)的底部；所述惰性气体管道(13)为若干组，均匀设于锁气装置(8)的底部。

2.根据权利要求1所述的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，其特征在于，所述第一旋风收尘器(9)的底部设有排出管(30)，所述排出管(30)连通于停留室(7)；所述第一旋风收尘器(9)的顶部侧壁设有进气管(31)，所述进气管(31)连通于停留室(7)顶部。

3.根据权利要求1所述的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，其特征在于，所述回转窑系统(3)包括依次连接的窑尾(15)、回转窑(16)和窑头(17)；

所述窑尾(15)顶部设有第二进料口(18)，窑尾(15)底部设有第二出料口(19)；所述窑头(17)的端面设有进风口(20)，窑头(17)底部设有第三出料口(21)，所述第三出料口(21)位于所述第一进料口(10)上方；所述回转窑(16)倾斜设置，倾角为5～15°。

4.根据权利要求3所述的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，其特征在于，靠近所述进风口(20)处设有助燃风机(22)，所述第一旋风收尘器(9)靠近于进风口(20)。

5.根据权利要求3所述的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，其特征在于，所述一级除尘装置(5)包括第二旋风收尘器(23)，所述第二旋风收尘器(23)和回转窑系统(3)之间还设有冷却器(24)，所述冷却器(24)的底部连通于窑尾(15)顶部；

所述二级除尘装置(6)包括依次设置的除尘器(25)、引风机(26)和烟囱(27)，且出进料端依次连接；所述除尘器(25)和第二旋风收尘器(23)连通。

6.根据权利要求3所述的基于回转窑的新型流态化磁化焙烧系统，其特征在于，靠近所述第二出料口(19)处还设有斗式提升机(28)，以使从第二出料口(19)排出的物料被运送至皮带给料器(2)。

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