CN117487991A - 一种采用密闭转底炉处理钒钛磁铁矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，属于非高炉炼铁及含铁固废处理领域，解决了现有钒钛磁铁矿预还原过程中碳排放量大、能耗高、生产成本高、还原铁金属化率低的难题。本发明的方法包括以下步骤：将钒钛磁铁矿、碳质还原剂、添加剂等混合制备得到的球团或压块通过布料机均匀的布到密闭式转底炉内；物料在密闭式转底炉内部随着转动不断升温还原，过程中不断产生富CO煤气，气流逆向从出口排出，控制炉内压力为20‑3000Pa；气流经过沉降、余热利用后，经过煤气净化系统，进入气柜中，并作为燃料送至密闭转底炉的烧嘴；转底炉采用间接加热方式，燃烧产生的高温烟气，经换热预热助燃空气及干燥球团后，经烟囱排出；转底炉采用高温出料，生产的金属化球团热送至熔分炉。
Description
技术领域
本发明属于非高炉炼铁技术及利用转底炉直接还原技术领域，具体涉及一种采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法。
背景技术
钒钛磁铁矿是我国重要的矿产资源，经过多年的研究开发，已在传统钢铁冶炼流程中实现利用，但高炉含钛渣品位较低，目前基本处于堆放状态，另外钒的综合收得率也只有70％～80％水平。为了解决钒钛磁铁矿资源综合利用的难题，国内学者开发了采用钠化焙烧-水解浸出工艺提钒，这种方法可使钛渣品位比高炉法明显提高，钒也有一定的回收率，初步实现了铁、钒、钛的回收利用，但是钠化焙烧过程对设备影响较大，不利于规模化推广应用。采用预还原-高温深度还原熔分的工艺被认为是一种有效的处理钒钛磁铁矿的方法。其中回转窑预热预还原－矿热炉深度还原方法，回转窑具有还原温度较低、反应速率慢、容易结圈、操作较困难、能耗高等缺点。
转底炉是一种已工业应用的炉型，目前普遍应用于钢厂含锌粉尘的处理中，具有快速还原、原料实用性强等优点。采用转底炉处理钒钛磁铁矿，由于其生产过程中炉内的钒钛磁铁矿球团与燃烧煤气、火焰直接接触，造成了炉内气氛中CO2的含量较高，难以获得高金属化率的产品，且由于转底炉烟气温度高，能源消耗大。目前采用转底炉处理钒钛磁铁矿已经基本在生产中停止应用。
发明内容
本发明提供了一种采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，包含以下步骤：
步骤1：将钒钛磁铁矿粉、还原剂等制备得到的球团或压块通过布料机均匀的布到密闭式转底炉内；
步骤2：物料在密闭式转底炉内部随着炉底转动不断升温还原，过程中不断产生煤气，气流逆向从出口排出，控制炉内压力为20-3000Pa；气流经沉降除尘、余热利用后，经过煤气净化系统，进入煤气柜中，并作为燃料送至密闭转底炉的烧嘴；
步骤3：转底炉采用间接加热方式，燃烧产生的高温烟气，经换热预热助燃空气及干燥球团后，经烟囱排出；
步骤4：转底炉采用高温出料，生产的金属化球团热装热送至熔分电炉；
进一步地，在所述步骤1中，所述转底炉为密闭式转底炉，炉内正压为20-3000Pa，炉体部分采用全密封结构，炉体、布料及出料位置不漏气；
进一步地，在所述步骤1中，所述原料为含铁原料，含铁量＞40％，采用碳质还原剂，其加入的含量为球团中碳质还原剂中固定碳与钒钛原料中钒氧化物及铁金属氧化物中氧的摩尔比为1～1.5：1，添加剂包含碱金属盐及粘结剂等；
进一步地，进入密闭式转底炉中的物料为已经过预处理的球团或者压块，物料进入转底炉的温度为室温至600℃。
进一步地，在所述步骤2中，炉内产生的煤气为富CO煤气，煤气出口设置在进料低温区，煤气流与物料运动方向相反，煤气可通过出口排出并回收利用；高温煤气可通过换热系统或锅炉系统将气体物理热回收利用，也可通过水冷系统等方式将高温煤气降温；
进一步地，在所述步骤2中，经过降温的煤气，可通过煤气净化回收系统回收，将富CO煤气回收至储气柜或储气包中缓冲、存储；得到的富CO煤气可用做燃料用于加热转底炉本体，也可用作燃料加热其他设备；
进一步地，在所述步骤2中，加热的热源除了由密闭式转底炉内回收的富CO气体之外，还可以补充少量CH4、天然气、焦炉煤气、高炉煤气、氢气、乙炔气、煤层气等燃料，额外补充的燃气热量在转底炉加热总需求热量中占比小于15％；进一步地，在所述步骤2中，密闭式转底炉内的物料逐步升温，最终加热还原温度为1100℃-1250℃。
进一步地，在所述步骤3中，密闭式转底炉的间接加热方式，火焰与物料不接触，可以采用辐射管加热、隔绝火焰加热或者隔离腔体加热等加热方式；
进一步地，在所述步骤3中，燃烧产生的高温烟气，经换热预热助燃空气及干燥球团后，温度降至200℃以下，经烟囱排出；助燃空气温度加热至600-800℃，球团被干燥并加热至20-500℃。
进一步地，在所述步骤4中，得到的产品为金属化球团，铁的金属化率可达到85％-98％；密闭加热炉的出料方式为高温出料，其出料温度范围为600-1200℃，出料过程中全程密封，不与外界空气接触；金属化球团可热装至料仓、料罐等密闭容器，然后热送至熔分电炉等冶炼；金属化球团也可经水淬破碎后磁选，选别金属铁。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果：
a)本发明采用密闭式转底炉为反应器，还原温度可达到1250℃以上，可实现钒钛磁铁矿球团的高质量还原；过程中采用密闭式转底炉可实现转底炉内煤气的密封，物料还原产生的煤气经过换热、降温、净化后，用于转底炉加热，而额外补充的热量在转底炉总需求热量中占比小于15％；高温出料可实现金属化球团热量的回收利用，实现节能减排。
b)本发明提供的密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，可实现调控转底炉内的气氛控制，通过将火焰直接加热方式改变为间接加热方式，使得炉内还原反应产生的煤气与加热的烟气分开，在保证加热温度及热量的同时，实现炉内煤气氧化度低，最终得到的金属化球团中铁的金属化率达到85％以上。
c)本发明提供的密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，可实现转底炉内煤气的密封，通过转底炉结构的优化，使得炉内物料还原产生的煤气压力可维持在20-3000Pa，且炉墙、布料及高温出料位置不漏气，保证气流能通过出口排出，并用于后续换热、净化、回收煤气。
d)本发明提供的密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，通过辐射管、隔绝火焰加热或者隔离腔体加热方式，加热产生的烟气与转底炉内的煤气隔离，转底炉内燃烧产生的烟气经换热预热助燃空气及干燥球团后，温度降至200℃以下，经烟囱排出，最大限度回收利用了燃烧烟气的热量；
e)本发明提供的密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，通过密封转底炉实现煤气回收利用，高温煤气先经过换热器或者余热锅炉，充分利用煤气的物理热，然后将煤气经过净化回收至煤气柜，回收的煤气可用作燃料加热转底炉，也可作为燃料加热其他设备，实现煤气的化学能的利用。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而非不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为实施例一的工艺示意图。
图2为实施例二的工艺示意图。
图3为实施例三的工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐述本发明的原理，并非用于限制本发明的范围。
实施例一
本发明的一个具体实施例，公开了一种密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法。采用钒钛磁铁矿粉，主要成分见表1，碳质还原剂用无烟煤粉，主要成分见表2，添加剂为Na2CO3(纯度＞95％)，成分见表3，粘结剂用有机粘结剂。工艺流程如图1所示。
表1铁矿粉主要成分/wt％
| T.Fe | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | TiO2 | V2O5 | S |
| 58.12 | 2.37 | 1.2 | 2.58 | 3.51 | 10.6 | 0.735 | 0.35 |
表2无烟煤的成分/wt％
| 挥发份 | 灰份 | 固定碳 | S |
| 8.1 | 7.6 | 82 | 0.07 |
混料机用连续式混碾机压球机，采用高压压球机压球，球形为枕头型，长边50mm，厚度20mm。干燥机为多层网带干燥机，热源使用转底炉间接加热产生的废热烟气。
采用连续密闭转底炉，采用热辐射管加热，燃气为天然气和返回煤气，最高温度1250℃。
步骤1，将铁矿粉、无烟煤粉、粘结剂、添加剂等进行配料、混匀，成型成球团，对球团进行干燥，输送到连续密闭转底炉的布料设备；球团内碳质还原剂中固定碳与钒钛原料中钒氧化物及铁金属氧化物中氧的摩尔比为1.2：1，粘结剂加入量为铁矿粉质量的4％；干燥后的球团物理水含量为0.5％。
步骤2，将干燥的球团放在连续密闭转底炉内加热还原，球团在密闭式转底炉内部随着转动不断升温还原，过程中不断产生煤气，气流逆向从出口排出，压力在50Pa-200Pa波动；加热最高温度1250℃，物料在炉内预热段及加热段停留时间30min，铺料厚度20mm～50mm。
步骤3，转底炉内产生的气流经过沉降、水冷后，经过煤气净化系统，进入煤气柜中，并作为燃料送至密闭转底炉的烧嘴；由于回收煤气的加热总热量不足，另外补充总热量10％的燃气用于加热转底炉；燃烧产生的高温烟气，经换热预热助燃空气及干燥球团后，经烟囱排出；加热过程中回收的煤气如不足以加热转底炉至目标温度，可补充部分燃料。
步骤4，还原得到的热态金属化球团采用高温出料的方式，其出料温度范围为600-1200℃，出料过程中全程密封，不与外界空气接触；金属化球团的金属化率大于94％，铁的收得率达到99％。金属化球团可热装至料仓、料罐等密闭容器，然后热送至熔分电炉冶炼；
实施例二
本发明的一个具体实施例，公开了一种采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法。
采用铁矿粉为普通铁矿粉，主要成分见表3，碳质还原剂用焦炭粉，主要成分见表4，添加剂为Na2CO3(纯度＞95％)，粘结剂用有机粘结剂。工艺流程如图2所示。
表3铁矿粉主要成分/wt％
| T.Fe | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | TiO2 | V2O5 | S |
| 56.5 | 12.23 | 1.4 | 3.3 | 2.1 | 12.2 | 0.65 | 0.3 |
表4焦炭粉的成分/wt％
| 挥发份 | 灰份 | 固定碳 | S |
| 3 | 10 | 85 | 0.7 |
混料机用连续式混料机，采用圆盘造球机，直径10-15mm。
采用连续密闭转底炉，采用热辐射管加热，燃气为天然气和返回煤气，最高温度1250℃。
步骤1，将铁矿粉、焦炭粉、脱硫剂、粘结剂、添加剂等进行配料、混匀，成型成球团，对球团进行干燥，输送到连续密闭转底炉的布料设备；球团内碳质还原剂中固定碳与钒钛原料中钒氧化物及铁金属氧化物中氧的摩尔比为1.3：1，粘结剂加入量为铁矿粉质量的4％,；干燥后的球团物理水含量为0.5％。
步骤2，将干燥的球团放在连续密闭转底炉内加热还原，球团在密闭式转底炉内部随着转动不断升温还原，过程中不断产生煤气，气流逆向从出口排出，压力在50Pa-200Pa波动；加热最高温度1200℃，物料在炉内预热段及加热段停留时间32min。
步骤3，转底炉内产生的气流经过沉降、换热后，经过煤气净化系统，进入煤气柜中，并作为燃料送至密闭转底炉的烧嘴；由于回收煤气的加热总热量不足，另外补充总热量12％的燃气用于加热转底炉；燃烧产生的高温烟气，经换热预热助燃空气及干燥球团后，经烟囱排出；
步骤4，还原得到的热态金属化球团采用高温出料的方式，其出料温度范围为600-1200℃，出料过程中全程密封，不与外界空气接触；金属化球团(直接还原铁)可热装至料仓、料罐等密闭容器，然后热送至熔分电炉冶炼；金属化球团(直接还原铁)的金属化率大于91％，铁的收得率达到99％。
实施例三
本发明的一个具体实施例，公开了一种采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法。
采用含铁固废为原料，主要成分见表5，碳质还原剂用生物质碳粉，主要成分见表6，添加剂为Na2CO3(纯度＞98％)，脱硫剂采用消石灰粉，主要成分见表7，粘结剂用有机粘结剂。工艺流程如图3所示。
表5铁矿粉主要成分/wt％
| T.Fe | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | TiO2 | V2O5 | S |
| 43.81 | 7.28 | 3.69 | 0.62 | 1.75 | 22.74 | 1.26 | 1.1 |
表6生物质碳的成分/wt％
| 挥发份 | 灰份 | 固定碳 | S |
| 3.1 | 2.5 | 94 | 0.03 |
表7消石灰粉成分/wt％
| Ca(OH)2 | SiO2 | P2O5 | S |
| 95.3 | 1.8 | 0.02 | 0.01 |
混料机用连续式混料机，采用圆盘造球机，直径10-15mm。
采用连续密闭转底炉，采用热辐射管加热，燃气为天然气和返回煤气，最高温度1250℃。
步骤1，将含铁固废、生物质碳、脱硫剂、粘结剂、添加剂等进行配料、混匀，成型成球团，对球团进行干燥，输送到连续密闭转底炉的布料设备；球团内碳质还原剂中固定碳与钒钛原料中钒氧化物及铁金属氧化物中氧的摩尔比为1.5：1，脱硫剂加入量为含锌固废质量的3％，粘结剂加入量为含锌固废质量的4％,；干燥后的球团物理水含量为0.5％。
步骤2，将干燥的球团放在连续密闭转底炉内加热还原，球团在密闭式转底炉内部随着转动不断升温还原，过程中不断产生煤气，气流逆向从出口排出，压力在500Pa-1000Pa波动；加热最高温度1200℃，物料在炉内预热段及加热段停留时间30min，铺料厚度20mm～50mm。
步骤3，转底炉内产生的气流经过沉降、水冷后，经过煤气净化系统，进入煤气柜中，并作为燃料送至密闭转底炉的烧嘴；由于回收煤气的加热总热量不足，另外补充总热量9％的燃气用于加热转底炉；燃烧产生的高温烟气，经换热预热助燃空气及干燥球团后，经烟囱排出；
步骤4，还原得到的热态球团采用高温出料的方式，其出料温度范围为600-1200℃，出料过程中全程密封，不与外界空气接触；热态球团中铁的金属化率大于92％。金属化球团可热装至料仓、料罐等密闭容器，然后热送至熔分电炉冶炼。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：将钒钛磁铁矿、碳质还原剂、添加剂等混合制备得到的球团或压块通过布料机均匀的布到密闭式转底炉内；
步骤2：物料在密闭式转底炉内部随着转动不断升温还原，过程中不断产生富CO煤气，气流逆向从出口排出，控制炉内压力为20-3000Pa，气流经过沉降、余热利用后，经过煤气净化系统，进入气柜中，并作为燃料送至密闭转底炉的烧嘴；
步骤3：转底炉采用间接加热方式，燃烧产生的高温烟气，经换热预热助燃空气及干燥球团后，经烟囱排出；
步骤4：转底炉采用高温出料，生产的金属化球团热送至熔分电炉冶炼。
2.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤1中转底炉为密闭式转底炉，炉内正压为20-3000Pa，不漏气。炉体两侧炉墙可采用水密封等密封形式，炉体部分采用全密封结构。
3.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤1中主要还原剂为碳质还原剂，其加入的含量为球团中碳质还原剂中固定碳与钒钛原料中钒氧化物及铁氧化物中氧的摩尔比为1～1.5：1。
4.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤2中转底炉内产生的煤气为富CO煤气，可通过出口排出并回收利用；产生的富CO煤气可通过出口排出，高温煤气可通过热量回收系统将气体物理热回收利用，也可通过水冷系统等方式将高温煤气降温。
5.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤2中经过降温的煤气，可通过煤气净化回收系统回收，将富CO煤气回收至储气柜或储气包中缓冲、存储；得到的富CO煤气可用做燃料用于加热转底炉本体。
6.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤2中加热的热源除了由密闭式转底炉内回收的富CO气体之外，还可以补充少量CH4、天然气、焦炉煤气、高炉煤气、氢气、乙炔气、煤层气等燃料，额外补充的燃气热量在转底炉加热总需求热量中占比小于15％。
7.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤3中密闭式转底炉采用间接加热的方式，火焰与物料不接触，可以采用辐射管加热方式、隔绝火焰加热或者隔离腔体加热方式；密闭式转底炉内的高温区加热温度为1100-1250℃。
8.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤4中密闭加热炉的出料方式为高温出料，其出料温度范围为600-1150℃，出料过程中全程密封，不与外界空气接触；金属化球团可热装至料仓、料罐等密闭容器，然后热送至熔分电炉等装备中冶炼，也可采用密闭热输送设备输送至电炉、转炉等冶炼炉。
9.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤4中得到的产品为金属化球团，铁的金属化率可达到85％-98％。
10.根据权利要求1所述采用密闭式转底炉处理钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，其主要特征在于，所述步骤1中进入密闭式转底炉中的物料为已经过预处理的球团或者压块，物料进入转底炉的温度为室温至600℃。
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