CN115652083A

CN115652083A - 一种含铁物料多级进风均热还原方法

Info

Publication number: CN115652083A
Application number: CN202211587933.6A
Authority: CN
Inventors: 叶恒棣; 胡兵; 沈维民; 魏进超; 郑富强; 刘臣; 何璐瑶; 王兆才; 师本敬
Original assignee: Zhongye Changtian International Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhongye Changtian International Engineering Co Ltd
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2042-12-12
Also published as: CN115652083B

Abstract

本发明公开了一种含铁物料多级进风均热还原方法，通过向含铁物料中加入有机‑无机复合黏结剂以及还原固结剂进行混料并压团，然后将含铁团块采用热尾气进行预干燥以及采用微波辅助热风进行深度干燥进而获得高黏结强度的干燥含铁团块，最后采用多级进风均热还原焙烧的方式实现含铁团块的均热还原焙烧，避免结圈现象的发生的同时，还能有效保证除铁外杂质金属（例如锌）的充分还原挥发，提高还原产物的金属化率。

Description

一种含铁物料多级进风均热还原方法

技术领域

本发明涉及冶金还原工艺，具体涉及一种含铁物料多级进风均热还原方法，属于冶金还原焙烧技术领域。

背景技术

含锌粉尘冷压团块为了保证高的团块强度，一般需要添加黏结效果较好的低温黏结剂，成本高，且冷压团块高温强度差，加入转炉后会在高温状态下碎裂，随气流扬起大量烟尘；冷压团块中金属铁含量低，大量加入转炉后铁回收率下降。另外冷压团块未经过脱锌，加入转炉后锌一直在钢铁流程中循环富集。

传统含锌粉尘回转窑还原脱锌采用粉料入窑或者小球团（3mm-8mm）入窑的方式，粉料方式和小球粒度小，锌还原挥发容易从颗粒中脱除，因此，还原时间较短，一般物料在窑内还原段停留时间在30min以上即可。粉料和小球产生粉末量大，结圈现象明显，另外物料粒度越小，比表面积越大，在冷却段极易被氧化，因此，还原后物料金属化率低。最后，粉料和小球还原产物强度低，只能返回烧结，造成其中铁回收过程能耗高、成本高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种含铁物料多级进风均热还原方法，通过向含铁物料中加入有机-无机复合黏结剂以及还原固结剂进行混料并压团，然后将含铁团块采用热尾气进行预干燥以及采用微波辅助热风进行深度干燥进而获得高黏结强度的干燥含铁团块，最后采用多级进风均热还原焙烧的方式实现含铁团块的均热还原焙烧，避免结圈现象的发生的同时，还能有效保证除铁外杂质金属（例如锌）的充分还原挥发，提高还原产物的金属化率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下所述：

一种含铁物料多级进风均热还原方法，该方法包括如下步骤：

1)将含铁物料、复合黏结剂、还原固结剂混合获得混合料，混合料再经压团处理后获得含铁团块。

2)采用热风对步骤1)获得的含铁团块进行预干燥，获得预干燥含铁团块。

3)采用微波辅助热风对步骤2)获得的预干燥团块进行深度干燥，获得干燥含铁团块。

4)将步骤3)获得的干燥含铁团块送入回转窑内进行多级进风均热还原焙烧处理，获得还原产物。

作为优选，所述含铁物料包括含铁矿和/或含铁固废。所述含铁矿为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿、镜铁矿、钒钛磁铁矿、铬铁矿、磷铁矿中的一种或多种。所述含铁固废为含有铁的高炉除尘灰、转炉灰、电炉灰、提钒尾渣、铜渣中的一种或多种。

作为优选，所述复合黏结剂包括有机黏结剂和/或无机黏结剂。所述有机黏结剂为腐殖酸、腐殖酸钠、聚乙烯醇、废糖蜜、煤焦油、亚甲基纤维素、亚甲基纤维素钠、淀粉中的一种或多种。所述无机黏结剂为膨润土、硅酸钠、消石灰、生石灰、水泥中的一种或多种。

作为优选，所述还原固结剂为强粘结性煤。优选所述强粘结性煤为气煤、气肥煤、肥煤、焦肥煤、焦煤中的一种或多种。

作为优选，在混合料中，复合黏结剂的含量为0-10wt%，优选为1-8wt%，更优选为2-6wt%。

作为优选，在混合料中，还原固结剂的含量为0-50wt%，优选为5-45wt%，更优选为10-40wt%。

作为优选，所述混合料的粒径不大于5mm，优选为0.5-5mm，更优选为0.5-4mm。

作为优选，所述含铁团块的粒径为5-60mm，优选为10-55mm，更优选为15-50mm。

作为优选，预干燥和深度干燥所用热风均为回转窑热尾气。所述热风的温度为80-400℃，优选为100-350℃，更优选为120-300℃。所述热风的流速为0.1-10m/s，优选为0.3-8m/s，更优选为0.5-5m/s。

作为优选，深度干燥过程中的微波功率密度为5-50kw/m³，优选为8-40kw/m³，更优选为10-30kw/m³。

作为优选，步骤4)具体包括：

401)将干燥含铁团从回转窑的窑尾送入，并依次流经预热段、还原段以及环冷段后从窑头排出还原产物。

402)在还原段内，向位于物料上方的腔室内通入热空气，通过控制热空气的通入量调节还原段的温度。

403)在还原段内，向物料层内通入热尾气，通过控制热尾气的通入量调节物料层的温度。

作为优选，步骤4)还包括：

404)在预热段还采用微波辅助加热对干燥含铁团进行预热处理。和/或

405)向缓冷段内喷入焦粉并使得焦粉均匀铺设在物料层上。

作为优选，步骤402)具体为：在还原段的内设置有n级热空气进风口，并从窑头至窑尾方向上依次编号为1，2，···，i，···，n。在回转窑旋转过程中，热空气始终是从位于物料上方的热空气进风口通入至回转窑内腔中。各级进风口的热空气通入量为：

其中：Q_i是第i级热空气通入量，m³/h，i为1~n的整数。

D是回转窑的内径，m。

L是回转窑总长度，m。

t是物料在回转窑内总停留时间，h。

T是第i级热空气进风口的热空气温度，℃。

M_i是第i级热空气进风口与第(i+1)级热空气进风口之间的距离，其中M_n=M_n-1，m。

在本发明中，最后一级（即第n级）热空气进风口与倒数第二级（即第n-1级）热空气进风口之间的距离（即M_n）和倒数第二级（即第n-1级）热空气进风口与倒数第三级（即第n-2级）热空气进风口之间的距离（即M_n-1）相等。

η是回转窑内物料的填充率，%。

ρ_TD是物料在回转窑内的堆密度，kg/m³。

W_A是物料中A的含量，%，A为Fe、Zn、Pb、K、Na、Sn中的一种。

K_A是物料中A成分的耗氧系数，根据成分不同，K_A的取值范围为0-1.3。

P是回转窑内压力，Pa。

K_airn是第i级热空气进风系数，K_airn的取值范围为0.5-3.0。

作为优选，步骤403)具体为：在还原段的内设置有m级热尾气进风口，并从窑头至窑尾方向上依次编号为1，2，···，j，···，m。优选，m级热尾气进风口与n级热空气进风口交错分布。在回转窑旋转过程中，热尾气始终是从位于物料下方的热尾气进风口通入至物料中。各级进风口的热尾气通入量为：

其中：Q_j是第j级热尾气通入量，m³/h，i为1~m的整数。

D是回转窑的内径，m。

L是回转窑总长度，m。

t是物料在回转窑内总停留时间，h。

η是回转窑内物料的填充率，%。

ρ_TD是物料在回转窑内的堆密度，kg/m³。

H_j第j级热尾气进风口与第(j+1)级热尾气进风口之间的距离，其中H₁=M₁/2，H₂=H₃=···=H_m=2H₁=M₁，m。

在本发明中，第一级热尾气进风口与第二级热尾气进风口之间的距离（即H₁）等于第一级热空气进风口与第二级热空气进风口之间的距离（即M₁）的一半。

T_cj是实测的第j级热尾气进风口与第(j+1)级热尾气进风口之间的转窑内的气氛温度，℃。

T_bj是设定的第j级热尾气进风口与第(j+1)级热尾气进风口之间的转窑内的气氛温度，℃。

T_w是第j级热尾气进风口的热尾气温度，单位℃。

K_j是第j级热尾气进风口的进风系数，K_j的取值范围为0.5~3.0。

作为优选，该方法还包括步骤5)将回转窑窑尾排出的热废气输送进入再燃室进行燃烧，燃烧处理后的高温热废气与冷空气进行间接换热处理，获得热尾气和热空气。将部分热尾气与热空气送入回转窑内内参与干燥含铁团块的多级进风均热还原焙烧处理。将部分热废气循环用于预干燥团块的深度干燥处理后再循环用于含铁团块的预干燥处理，最后经除尘处理后排放。将剩余的热尾气进行余热回收后依次经除尘处理和烟气净化后排放或循环与高温热废气进行间接换热处理获得热空气。优选所述余热回收为余热发电。

作为优选，该方法还包括步骤6）将步骤4)获得的还原产物进行冷却后筛分处理，筛上还原产作为炼钢原料，筛下还原产物循环至步骤1)中与混合料混匀进行压团处理。

作为优选，筛分处理时的筛孔孔径为3-10mm，优选为4-8mm。

作为优选，所述冷却包括快速干冷和缓慢干冷。其中快速干冷为采用氮气作为冷却介质进行快速冷却。所述缓慢干冷为采用热尾气作为冷却介质进行缓慢冷却。

在现有技术中，含锌粉尘冷压团块为了保证高的团块强度，一般需要添加黏结效果较好的低温黏结剂，导致成本高，且冷压团块高温强度差。加入转炉后会在高温状态下碎裂，随气流扬起大量烟尘；冷压团块中金属铁含量低，大量加入转炉后铁回收率下降。传统含锌粉尘回转窑还原脱锌采用粉料入窑或者小球（3mm-8mm）团入窑的方式，粉料方式和小球粒度小，锌还原挥发容易从颗粒中脱除，粉料和小球产生粉末量大，结圈现象明显，另外物料粒度越小，比表面积越大，在冷却段极易被氧化，因此，还原后物料金属化率低。

在本发明中，含铁物料首先与复合黏结剂和水充分混匀：复合黏结剂的主要组成分为两部分，一部分为腐殖酸、腐殖酸钠、聚乙烯醇、废糖蜜、煤焦油、亚甲基纤维素、亚甲基纤维素钠、淀粉等有机黏结剂中的一种或几种；另一部分为膨润土、硅酸钠、消石灰、生石灰、水泥等中的一种或几种。复合黏结剂的作用为提供团块的冷强度和部分热强度。复合黏结剂首先与含铁固废混匀的目的为复合黏结剂充分与含铁固废颗粒接触，在压团团块中直接在含铁固废颗粒间建立黏结桥，防止复合黏结剂提前与还原剂接触，在高温焙烧过程中还原剂消耗造成吸附在还原剂表面和孔隙中的复合黏结剂为无效添加，如此便能降低复合黏结剂使用量，提高其黏结效率。混匀方式应优选强力混合机。

在本发明中，混有复合黏结剂的含铁物料再与还原固结剂充分混匀：还原固结剂的主要为粘结性强的煤，粘结性强的煤内配入团块后，在高温还原挥发过程中，首先可以保证团块内部保持强的还原气氛，有利于铁的还原和锌的还原挥发，其次在还原焙烧过程中粘结性强的煤在受热后可与惰性物产生黏结，保证团块在还原过程有一定的强度，防止团块破碎造成大量粉末在窑内加剧结圈，最后在还原过程结束后，粘结性强煤中的碳组分消耗完，灰分形成部分液相并收缩固结，可以将团块内颗粒之间相互黏结，形成较高的强度，保证了还原后团块再进入转炉炼钢过程中的热强度，因此，使用粘结性强的煤不但作为还原剂，还是保证团块高温强度的黏结固结剂。

在本发明中，将含铁物料、复合黏结剂、还原固结剂混合获得混合料，混合料再经压团处理后获得含铁团块。含铁团块形状一般为类球形，其粒径大小为5-60mm，优选为10-55mm，更优选为15-50mm，压团成型时的压力一般为15MPa-50MPa。

在本发明中，压团成型后的含铁团块经过筛分处理后进入干燥工序（其中：一般粒径小于5mm的粉料返回压团工序重新压团，大于5mm的进入干燥工序）。干燥工序一般分两段进行，第一段为热风预干燥，第二段为热风+微波辅助深度干燥。进入回转窑前两端干燥的目的是：在含铁团块尺寸大的情况下，如果直接湿团块入窑在窑内进行干燥脱水速率慢，含铁团块外部首先被加热，外部水分脱除，当团块已经运行至回转窑内中高温段时，团块内部水分还未完全脱除，但团块外层因为水分脱除收缩已形成较为致密的硬壳，此时受外部温度场升高的影响，团块内部温度会快速上升，造成团块内部未脱除的水分和与颗粒结合紧密的分子水和结晶水等水分急剧蒸发形成大的气压强度，极易导致团块外层致密硬壳的破碎。而单纯使用热风干燥为保证团块不碎裂，只能在较低温度下长时间干燥，干燥效率低。单纯采用微波干燥的方法，可以实现团块内外部水分的同时脱除，加快团块内部水分的汽化和向外迁移，防止干燥过程团块破碎。但是单纯使用微波干燥会造成能耗高的问题，且团块强度低。本发明第一段采用热风预干燥，对团块进行预脱水，然后第二段采用热风与微波结合的方式对残余水分进一步脱除，确保了干燥过程团块的完整性。另外，传统热风干燥过程中，团块强度随着水分的脱除不断下降，当水分完全脱除时，团块内颗粒间依靠水分毛细力的黏结作用消失，温度还未达到产生新的黏结桥的固结温度，此时团块强度最差。微波具有非热效应，在微波场的作用下，可以强化颗粒间的质点迁移，干燥后的团块内部颗粒间建立起较强的黏结强度，提高干燥团块的整体强度。热风采用预热后的热尾气，热尾气中氧含量低，可以防止在干燥过程中团块内部碳燃烧。其中，干燥过程可采用链篦机、钢网带机等与微波结合的形式进行，料高为10mm-200mm，更优的，100mm-150mm；气体流速为0.1m/s-5m/s；热风温度为80-400℃（优选为100-350℃，更优选为120-300℃）。深度干燥过程中的微波功率密度为5-50kw/m³，优选为8-40kw/m³，更优选为10-30kw/m³。

在本发明中，先利用热风进行预干燥，将含铁团块干燥至低含水率（团块水分降至6%以下，例如0.5-6%，优选为1-5%），然后再利用微波热能辅助热风进行深度干燥固结，残余水分蒸发效率高，颗粒间分子力增强。采用本发明所述方法获得的干燥含铁团块的抗压强度最低能够接近200N·P^-1左右甚至更高，此方法高效利用耦合热风与微波热能，微波促使热量与水分均从球团中心由内向外扩散，无未反应核模型内扩散限制，提高微区温度，促进晶粒发育长大，形成疏松多孔结构，在低温还原焙烧过程中有利于还原气体的内扩散，从而降低还原温度与时间。

在本发明中，发明人经过多年研究发现，相较于单独采用热风干燥或者单独采用微波磁场干燥的方式，采用热风预干燥+微波电磁场辅助热风深度干燥固结的方式效果尤为突出。如果单独采用热风干燥的方式，通过物理传热的方式干燥团块，存在团块内外温度不均匀的技术问题，使得团块内部的固结强度较低。如果单独采用微波电磁场干燥的方式，导致团块内部本身的水分散失过快，团块内物料分子间的间隙内的水分突然丧失，也影响团块内物料分子间的固结效果。通过实验发现，首先采用热风预干燥的方式选择性将团块干燥至低含水率，使得团块内物料分子间的间隙内的水分以较慢的速度蒸发，使得团块内部物料内的物料分子慢慢聚拢，减小了物料内分子间的间距；然后再通过微波电磁场的辅助热风整体加热作用，使得团块内部物料颗粒分子热运动更剧烈，促使团块内部残留水分快速蒸发，进一步提高物料分子间的作用力，在物料的分子间形成固结结构，使团块内部物料更致密，即本发明通过热风预干燥+微波电磁场辅助热风深度干燥固结方式，得到的干燥含铁团块的强度大幅提升。

在本发明中，还可以在含铁团块中添加炭粉和/或金属铁粉等充当微区热点焊接剂，利用微区热点焊接剂吸波快速升温的特性，在微波干燥固结时，可在球团内部提供局部液相粘结桥，促进颗粒紧密互联及晶粒发育长大，从而使球团固结速度快，固结时间短，强度高。

在本发明中，干燥后的团块从回转窑尾进入回转窑，进行预热和还原焙烧。回转窑还原焙烧过程采用多级进风均热还原焙烧的方式，具体结构示意图见图2所示。团块从窑尾进入后，随着向窑头运行过程中，不断升温并被还原，可挥发组分从团块内挥发脱除并被窑内气流从窑尾带出。回转窑分为三段，分别的预热段、还原段、冷却段。在预热段设置有微波辅助加热装置，团块在微波加热状态下，内外部快速同步升温，避免了团块内部与外部升温过程中产生较大温差，不利于团块的整体还原，促进团块内部外部同时还原，不会产生外部致密外壳影响内部气体的扩散和还原过程的进行。窑尾微波功率密度为5kw/m³-50kw/m³，更优选为20kw/m³-40kw/m³。窑内还原段的进风分为两种，一种为从料层上部多级进入的热空气，一部分为从料层下部进入的热尾气。在还原段的内设置有n级热空气进风口，并从窑头至窑尾方向上依次编号为1，2，···，i，···，n。在回转窑旋转过程中，热空气始终是从位于物料上方的热空气进风口通入至回转窑内腔中。其中第1级热风进风口为从窑头伸入至窑内1m-5m（优选为1.5-3m）距离的进风管，并且该进风管伸入窑内的所跨过的距离为冷却段。之后每级热空气间隔一定距离（如M米）依次设置。第1级热风进风口至第n级热风进风口+M米之间的位置为还原段。窑头装有焦粉喷加管，还原排料过程中向冷却段喷加部分焦粉，焦粉粒度为小于10mm。

在本发明中，本发明的含铁团块尺寸大，在还原过程中团块内外温度达到设定温度需要较长的时间，锌被还原后从团块内挥发出来的路径较长，也需要足够的时间。传统回转窑高温段较短，也就是高温还原保持时间较短，为了延长有效高温时间，必须要提高窑内温度，这样会导致窑内结圈加重。本发明采用从料层上部多级进风，目的为窑内团块中煤的不完全燃烧提供氧气。每级进风通过控制进风进氧量，控制团块内煤的氧化放热过程和放热量，有效延长了窑内高温段分布区域，可以保证铁的充分还原和锌的充分还原挥发。从第1级热风进风口至第n级热风进风口的进风量控制根据窑内能力平衡计算，并结合实际生产调试过程数据进行拟合和修正，得到如下计算公式：

设定各级热风进风口的热空气通入量为Q_i，m³/h，则有：

其中：Q_i是第i级热空气通入量，m³/h，i为1~n的整数。

D是回转窑的内径，m。

L是回转窑总长度，m。

t是物料在回转窑内总停留时间，h。

T是第i级热空气进风口的热空气温度，℃。

η是回转窑内物料的填充率，%。

ρ_TD是物料在回转窑内的堆密度，kg/m³。

W_A是物料中A的含量，%，A为Fe、Zn、Pb、K、Na、Sn中的一种。

P是回转窑内压力，Pa。

K_airn是第i级热空气进风系数，K_airn的取值范围为0.5-3.0。

在本发明中，物料在回转窑内滚动过程中势必会产生部分粉末，还原过程中煤的不完全燃烧反应在料层中进行，料层温度较高，在窑内还原段一旦产生局部高温区域，便会加快窑内结圈。因此，将部分热尾气从还原段料层下部通入，通入位置为每两级热风进风口中间位置对应的料层下部，热尾气的通入不至于使料层温度急剧降低，又可以有效控制料层内温度；另外热尾气中的CO₂与团块中的C反应生成CO，增强了料层中还原气氛，从料层下部向上逸出的尾气也减少了料层中过剩的氧气，防止了团块内碳的过分氧化燃烧，减缓了团块内碳的消耗速度，确保了在较长时间的还原段内一直有充分的CO还原气氛。因此，料层下部通入热尾气，可以有效抑制局部高温的同时，能增强料层还原气氛、减缓煤的消耗，实现长时间还原气氛的有效保持。

在本发明中，在还原段的内设置有m级热尾气进风口，并从窑头至窑尾方向上依次编号为1，2，···，j，···，m。优选，m级热尾气进风口与n级热空气进风口交错分布（即第1级热尾气进风口位于第1级热风进风口与第2级热风进风口之间；即第2级热尾气进风口位于第2级热风进风口与第3级热风进风口之间，依次类推。第m级热尾气进风口位于第2级热风进风口与预热段末端之间）。在回转窑旋转过程中，热尾气始终是从位于物料下方的热尾气进风口通入至物料中。

在本发明中，在回转窑还原过程中，实时监测窑内各段内的气氛温度，例如窑内各段内的气氛温度应控制在T_bj+20℃以下，当窑内第j段温度T_cj在T_bj+20℃以下范围内时，维持当前各热尾气进风操作工艺不变；当窑内第j段温度T_cj大于T_bj+20℃时，从第j段料层下部通入热尾气，对窑内温度进行调节。从第1级热尾气进风口至第m级尾气进风口的进风量控制根据窑内能力平衡计算，并结合实际生产调试过程数据进行拟合和修正，得到如下计算公式：

设定各级热尾气进风口的热尾气通入量为Q_j，m³/h，则有：

其中：Q_j是第j级热尾气通入量，m³/h，i为1~m的整数。

D是回转窑的内径，m。

L是回转窑总长度，m。

t是物料在回转窑内总停留时间，h。

η是回转窑内物料的填充率，%。

ρ_TD是物料在回转窑内的堆密度，kg/m³。

H_j第j级热尾气进风口与第(j+1)级热尾气进风口之间的距离，其中H₁=M₁/2，H₂=H₃=···=H_m=2H₁，m。

T_w是第j级热尾气进风口的热尾气温度，单位℃。

在本发明中，第1级热风进风管伸入至窑内，适当增加了回转窑冷却段的长度，此外，通过在窑头向冷却段喷入焦粉的目的是：窑内冷却段适当延长，为冷却段过程热量在窑内随气流流向窑尾方向，从而直接在窑内利用提供条件；第1级热风进风管伸入窑内一定距离（1m-5m，优选为1.5-3m），确保冷却段无主动风进入，减少氧气接触已还原团块，防止已经还原的金属铁发生再氧化。而喷入焦粉覆盖并混匀在料层中，冷态的焦粉可以降低料层中物料温度，加快冷却过程；焦粉又可以优先消耗接触料层的氧气，防止团块的再氧化。因此，冷却段排料温度低于常规回转窑，团块不会被再氧化，排料团块的金属化率会显著提高。

在本发明中，从窑头排出的还原产物可以采用快速干冷的方式进行冷却，快速干冷的冷却介质为氮气，进行较快速度的冷却，冷却后铁物相主要以金属铁为主。冷却后再进行经筛分，其中小于5mm的物料中含有被还原的含锌粉尘和未反应的焦粉，可用作烧结原料进行配矿消纳；而大于5mm的物料为还原团块，含有较高的铁含量和高金属化率，可用作转炉炼钢添加料。

在本发明中，从窑头排出的还原物料还可采用缓慢干冷的方式进行冷却，缓慢干冷的冷却介质一般为含CO₂为主的热尾气，冷却缓慢进行，热尾气的温度一般在550-850℃范围内保持60min-240min即可。在冷却过程中残余焦粉与气体中CO₂发生布多尔反应C+CO₂=2CO，增强了缓冷物料中的CO还原气氛，CO与金属铁发生渗碳反应，形成碳化铁，冷却后铁物相主要以碳化铁和金属铁为主。冷却后同样经筛分处理，其中小于5mm的物料中含有被还原的含锌粉尘和未反应的焦粉，用作烧结原料进行配矿消纳；而大于5mm的物料为还原团块，含有较高的铁含量和高金属化率，用作电炉炼钢添加料。

在本发明中，采用干式冷却（快速干冷或缓慢干冷）后，还原物料经筛分，可将粉末料和残焦筛出，作为烧结原料。大团块作为转炉添加料进行利用，提高了铁的回收利用效率。

在本发明中，从窑尾排出的热废气中含有一定量的CO，经过再燃室燃烧后，与空气和尾气进行换热，换热后的空气为热空气通入窑内进行多级进风，换热后的热尾气进入窑内料层，换热后降温的废气经余热发电、除尘收集氧化锌粉尘，然后经过烟气净化后一部分经换热后作为通入料层的尾气循环利用，一部分换热后用于热风干燥，其余的外排。

在本发明中，含铁团块尺寸大，达到5mm-60mm。且采用高压力（15-50MPa）压制成团，团块致密程度更高，这为还原后团块的高强度提供了一定基础，但同时也会造成干燥预热还原过程与常规粉料或者小球回转窑还原不同。为确保大团块从生团块到干燥、预热和还原团块过程中一直保持较高的强度，本发明选择了有机和无机复合黏结剂结合还原固结剂方式，保证团块在干燥、预热过程和还原后不碎裂，也为还原团块在转炉中利用提供强度支撑。此外干燥过程为两段式干燥，采用热风预干燥和微波辅助热风深度干燥结合的方式，保证了大团块的干燥速率和干燥强度，且微波的非热效应强化了团块中颗粒间的质点迁移，为干燥团块提供黏结强度。

在本发明中，还通过在预热段设置有微波辅助加热装置，团块在微波加热状态下，内外部快速同步升温，避免了团块内部与外部升温过程中产生较大温差，不利于团块的整体还原，促进团块内部外部同时还原，不会产生外部致密外壳影响内部气体的扩散和还原过程的进行。还原过程采用窑内多级热风进风，以及料层通入热尾气的方法，延长窑内还原段时间，均匀化窑内还原段温度场，防止料层中局部高温发生，抑制窑内结圈。延长冷却段区间，并在冷却段喷加焦粉，冷却过程部分热量直接进入窑内利用，同时加快冷却速率，还防止了还原团块再氧化。如此便可保证大团块中铁的充分还原和锌的充分还原挥发。

与现有技术相比较，本发明的有益技术效果如下：

1：本发明采用高压制备获得大粒径含铁团块，提高了含铁团块的致密程度，同时通过选择有机和无机复合黏结剂结合还原固结剂方式，保证团块在干燥、预热过程和还原后不碎裂，也为还原团块在转炉中利用提供强度支撑。

2：本发明采用热风预热干燥结合微波辅助热风深度干燥的两段是干燥方式，有效保证了大团块的干燥速率和干燥强度，且微波的非热效应强化了团块中颗粒间的质点迁移，为干燥团块提供黏结强度。

3：本发明通过采用多级进风均热还原的方式，在还原段内从料层上部多级进入的热空气与从料层下部多级进入的热尾气，通过两种窑内进风方式结合延长窑内还原段时间，均匀化窑内还原段温度场，防止料层中局部高温发生，抑制窑内结圈。

4：本发明还通过在冷却段喷加焦粉，冷却过程部分热量直接进入窑内利用，同时加快冷却速率，还防止了还原团块再氧化。未反应的焦粉在后续筛分过程中随细粒物料进入烧结利用，无废料产生。

5：本发明采用快速干冷或缓慢干冷的冷却方式，并将冷却后的还原产物进行筛分，可将粉末料和残焦筛出，作为烧结原料。而大团块作为转炉添加料进行利用，提高了铁的回收利用效率。

附图说明

图1为本发明含铁物料多级进风均热还原方法的工艺流程图。

图2为本发明多级进风均热还原的回转窑进风机制示意图。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。

实施例1

以含锌粉尘为原料，其中TFe含量为45%，Zn含量为5.5%，-200目>85%；复合黏结剂为膨润土:腐殖酸钠:聚乙烯醇:亚甲基纤维素钠=1:0.2:0.2:0.1；还原固结剂为高粘结性煤，粒度-200目>85%。

混匀后的物料（65%含锌粉尘、5%复合黏结剂、30%还原固结剂）进行压团，团块形状为类球形，平均粒径大小为50mm，压团成型压力为40MPa。

团块经筛分后，小于5mm的粉料返回压团工序重新压团，大于5mm的进入干燥工序。干燥过程料高为150mm，气体流速为2m/s，热风温度为150℃，微波干燥段的微波功率密度15kw/m³。

干燥后的团块从回转窑尾进入回转窑，进行预热和还原焙烧。预热段微波功率密度为35kw/m³。其他参数见表1所示。窑头装有焦粉喷加管，还原排料过程中向冷却段喷加部分焦粉，焦粉粒度为小于10mm，喷加量为还原产物总质量的5%。

表1 回转窑多级进风参数

还原团块生产：将部分从窑头排出的还原产物经过快速干冷，冷却介质为氮气。冷却后经筛分，小于5mm的物料中含有被还原的含锌粉尘和未反应的焦粉，用作烧结原料进行配矿消纳；大于5mm的物料为还原团块，还原产物的金属化率为93.5%，脱锌率为98.6%，用作转炉炼钢添加料。

碳化团块的生产：将部分从窑头排出的还原产物经过缓慢干冷，冷却介质为含CO₂为主的热尾气，冷却缓慢进行，温度在700℃~750℃范围内保持180min，冷却后铁物相主要以碳化铁和金属铁为主。冷却后经筛分，小于5mm的物料中含有被还原的含锌粉尘和未反应的焦粉，用作烧结原料进行配矿消纳；大于5mm的物料为还原团块，金属铁中碳含量达到4.8%以上，用作电炉炼钢添加料。

进一步的，在实施例1的基础上，本发明还进行了多次平行实验（实施例2-实施例10），所得还原产物的金属化率为在92~97%之间，脱锌率均在97.5%以上。

此外，在实施例1的基础上，通过改变其中一个工艺参数的工况进行多次对比实验（对比例1-7），具体试验参数及效果数据对比如下。

Claims

1.一种含铁物料多级进风均热还原方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将含铁物料、复合黏结剂、还原固结剂混合获得混合料，混合料再经压团处理后获得含铁团块；

2)采用热风对步骤1)获得的含铁团块进行预干燥，获得预干燥含铁团块；

3)采用微波辅助热风对步骤2)获得的预干燥团块进行深度干燥，获得干燥含铁团块；

4)将步骤3)获得的干燥含铁团块送入回转窑内进行多级进风均热还原焙烧处理，获得还原产物；其具体为：

401)将干燥含铁团从回转窑的窑尾送入，并依次流经预热段、还原段以及环冷段后从窑头排出还原产物；

402)在还原段内，向位于物料上方的腔室内通入热空气，通过控制热空气的通入量调节还原段的温度；

403)在还原段内，向物料层内通入热尾气，通过控制热尾气的通入量调节物料层的温度；

404)在预热段还采用微波辅助加热对干燥含铁团进行预热处理；

405)向缓冷段内喷入焦粉并使得焦粉均匀铺设在物料层上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述含铁物料包括含铁矿和/或含铁固废；所述含铁矿为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿、镜铁矿、钒钛磁铁矿、铬铁矿、磷铁矿中的一种或多种；所述含铁固废为含有铁的高炉除尘灰、转炉灰、电炉灰、提钒尾渣、铜渣中的一种或多种；

所述复合黏结剂包括有机黏结剂和/或无机黏结剂；所述有机黏结剂为腐殖酸、腐殖酸钠、聚乙烯醇、废糖蜜、煤焦油、亚甲基纤维素、亚甲基纤维素钠、淀粉中的一种或多种；所述无机黏结剂为膨润土、硅酸钠、消石灰、生石灰、水泥中的一种或多种；

所述还原固结剂为强粘结性煤；所述强粘结性煤为气煤、气肥煤、肥煤、焦肥煤、焦煤中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在混合料中，复合黏结剂的含量为0-10wt%；在混合料中，还原固结剂的含量为0-50wt%。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在混合料中，复合黏结剂的含量为1-8wt%；在混合料中，还原固结剂的含量为5-45wt%。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在混合料中，复合黏结剂的含量为2-6wt%；在混合料中，还原固结剂的含量为10-40wt%。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述混合料的粒径不大于5mm；所述含铁团块的粒径为5-60mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：预干燥和深度干燥所用热风均为回转窑热尾气；所述热风的温度为80-400℃；所述热风的流速为0.1-10m/s；深度干燥过程中的微波功率密度为5-50kw/m³。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述热风的温度为100-350℃；所述热风的流速为0.3-8m/s；深度干燥过程中的微波功率密度为8-40kw/m³。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤402)具体为：在还原段的内设置有n级热空气进风口，并从窑头至窑尾方向上依次编号为1，2，···，i，···，n；在回转窑旋转过程中，热空气始终是从位于物料上方的热空气进风口通入至回转窑内腔中；各级进风口的热空气通入量为：

其中：Q_i是第i级热空气通入量，m³/h，i为1~n的整数；

D是回转窑的内径，m；

L是回转窑总长度，m；

t是物料在回转窑内总停留时间，h；

T是第i级热空气进风口的热空气温度，℃；

M_i是第i级热空气进风口与第(i+1)级热空气进风口之间的距离，其中M_n=M_n-1，m；

η是回转窑内物料的填充率，%；

ρ_TD是物料在回转窑内的堆密度，kg/m³；

W_A是物料中A的含量，%，A为Fe、Zn、Pb、K、Na、Sn中的一种；

K_A是物料中A成分的耗氧系数，根据成分不同，K_A的取值范围为0-1.3；

P是回转窑内压力，Pa；

K_airn是第i级热空气进风系数，K_airn的取值范围为0.5-3.0。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤403)具体为：在还原段的内设置有m级热尾气进风口，并从窑头至窑尾方向上依次编号为1，2，···，j，···，m；m级热尾气进风口与n级热空气进风口交错分布；在回转窑旋转过程中，热尾气始终是从位于物料下方的热尾气进风口通入至物料中；各级进风口的热尾气通入量为：

其中：Q_j是第j级热尾气通入量，m³/h，i为1~m的整数；

D是回转窑的内径，m；

L是回转窑总长度，m；

t是物料在回转窑内总停留时间，h；

η是回转窑内物料的填充率，%；

ρ_TD是物料在回转窑内的堆密度，kg/m³；

H_j第j级热尾气进风口与第(j+1)级热尾气进风口之间的距离，其中H₁=M₁/2，H₂=H₃=···=H_m=2H₁，m；

T_cj是实测的第j级热尾气进风口与第(j+1)级热尾气进风口之间的转窑内的气氛温度，℃；

T_bj是设定的第j级热尾气进风口与第(j+1)级热尾气进风口之间的转窑内的气氛温度，℃；

T_w是第j级热尾气进风口的热尾气温度，单位℃；

11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于：该方法还包括步骤5)将回转窑窑尾排出的热废气输送进入再燃室进行燃烧，燃烧处理后的高温热废气与冷空气进行间接换热处理，获得热尾气和热空气；将部分热尾气与热空气送入回转窑内内参与干燥含铁团块的多级进风均热还原焙烧处理；将部分热废气循环用于预干燥团块的深度干燥处理后再循环用于含铁团块的预干燥处理，最后经除尘处理后排放；将剩余的热尾气进行余热回收后依次经除尘处理和烟气净化后排放或循环与高温热废气进行间接换热处理获得热空气。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：该方法还包括步骤6）将步骤4)获得的还原产物进行冷却后筛分处理，筛上还原产作为炼钢原料，筛下还原产物循环至步骤1)中与混合料混匀进行压团处理；

筛分处理时的筛孔孔径为3-10mm；

所述冷却包括快速干冷和缓慢干冷；其中快速干冷为采用氮气作为冷却介质进行快速冷却；所述缓慢干冷为采用热尾气作为冷却介质进行缓慢冷却。