粉状难选低品位铁矿石多级流态磁化焙烧炉及焙烧方法

摘要

本发明提供了一种粉状难选低品位铁矿石多级流态煤基磁化焙烧炉及利用该焙烧炉进行的粉状难选低品位铁矿石磁化焙烧方法。所述焙烧炉包括圆柱形炉体，炉体内设有若干隔板，炉体中心处穿设有转轴，炉体顶部设有给料口和引风机，炉体底部设有出料口，炉体的上部、中部、下部依次设有第一进烟口、第二进烟口和第三进烟口；出料口下方设有水池；所述隔板上设有扒臂，所述扒臂与转轴相连接；所述隔板上还开设有下料孔。本发明磁化焙烧炉具有炉内温度调整范围大、气氛控制灵活、气固接触面积大、单位体积产能高、还原反应速度较快、磁性铁转化效率高等优点，是处理粉状难选低品位的镜铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿的较好磁化焙烧设备。

说明书

技术领域

     本发明属于冶金技术领域，涉及一种粉状难选低品位铁矿石多级流态煤基磁化焙烧炉及利用该焙烧炉进行的粉状难选低品位铁矿石磁化焙烧方法。

背景技术

    我国铁矿石资源大多为平均含铁不足35%的贫铁矿，这些铁矿石中的铁矿物主要以镜铁矿、菱铁矿、褐铁矿和赤铁矿等形式存在，矿石的嵌布粒度细并伴生有大量物化性质相近的含铁硅酸盐。采用重力选、磁选、浮选等常规选矿工艺处理这些低品位难选铁矿石资源，不仅难以获得高质量的铁精矿，而且还会产生数量可观的难选中矿，经济效益较差。目前，铁矿石磁化焙烧-磁选技术是处理难选矿较为有效的方法。铁矿石磁化焙烧工艺按焙烧炉的结构形式可分为竖炉焙烧、回转窑焙烧、沸腾焙烧和闪速炉焙烧。磁化焙烧技术主要有气基磁化焙烧和煤基磁化焙烧。

   其中，竖炉一般用于处理粒径在15mm以上的块矿，存在着小粒级块矿过还原，而大粒级块矿欠还原的现象，而且由于大粒度的铁矿石单位比表面积较小，因而铁矿石和还原剂（CO和H₂等）的接触机会少，其还原过程进行较为缓慢，造成坚炉焙烧的产量较低；回转窑用于处理粒径在15mm以下的粉矿，存在着矿石还原不均匀、回转窑易结圈等问题；沸腾炉（和闪速焙烧炉主要是处理粒级为3mm以下矿石的一种炉型，其矿石的磁化焙烧质量较竖炉和回转窑都要好，但也存在着铁矿石还原不均匀和焙烧成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种磁化效率和产能高、生产成本低、结构紧凑且占地面积小的粉状难选低品位铁矿石多级流态磁化焙烧炉。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述磁化焙烧炉进行的粉状难选低品位铁矿石多级流态煤基磁化焙烧方法。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种粉状难选低品位铁矿石多级流态磁化焙烧炉，包括圆柱形炉体，所述炉体内设有若干隔板，炉体中心处穿设有转轴，炉体顶部设有给料口和引风机，炉体底部设有出料口，炉体的上部、中部、下部依次设有第一进烟口、第二进烟口和第三进烟口；所述出料口下方设有水池；所述隔板上设有扒臂，所述扒臂与转轴相连接；所述隔板上还开设有下料孔，且相邻隔板上的下料口交错设置。

进一步地，还包括第一燃烧室和第二燃烧室，所述第一进烟口与第一燃烧室相连通，所述第二进烟口和第三进烟口与第二燃烧室相连通。

进一步地，所述扒臂上设有扒齿，所述扒齿上开设有扒齿孔。扒齿孔可方便物料穿过，防止扒臂转动时物料发生堆积。

一种利用上述磁化焙烧炉进行的粉状难选低品位铁矿石多级流态煤基磁化焙烧方法，包括如下工艺步骤：

（1）将3mm以下的粉状铁矿石与1mm以下的煤粉按95～96%：4～5%的重量比进行配料，配料后将铁矿石粉与煤粉混合均匀，得到混合料；

（2）将混合料通过给料口送入多级流态磁化焙烧炉炉体内；高温烟气通过第一进烟口、第二进烟口和第三进烟口进入炉体内，并通过隔板上的下料孔不断上升，使炉体内温度保持在650-750℃；

（3）扒臂在转轴带动下，在隔板上表面不断作转动，对隔板上的混合料进行不断翻动，混合料在经过下料孔时落入下层隔板；混合料在向下运动过程中，与上升的高温烟气不断进行热交换，依次完成干燥、预热和焙烧；

（4）焙烧后得到的焙烧矿落入炉体底部低温段，在扒臂翻动作用下进行冷却，冷却后的焙烧矿通过出料口进入水池进行水淬，使焙烧矿温度降至70℃以下；

（5）水淬后的焙烧矿经磨矿后进行磁选，即可得高品位铁精矿。

     进一步地，步骤（1）中，所述煤粉为含碳量在79%以上的无烟煤。

     进一步地，步骤（2）中，在将混合料送入焙烧炉之前，采用从焙烧炉引风机排出的废烟气对混合料进行初步干燥，使混合料水分降至3%以下。

      进一步地，步骤（2）中，供入焙烧炉内的高温烟气的压强为30-50Kpa。这样才能使从焙烧炉排出的烟气压力保持在20～30Pa，以达到焙烧炉的微正压工作。

进一步地，步骤（3）中，混合料干燥时间为15-20min，预热时间为10-15min，焙烧时间为20-25min。

      进一步地，步骤（3）中，炉内含氧量控制在1-3%。

      进一步地，步骤（5）中，磁选的磁场强度为60-160kA/m。

      本发明磁化焙烧炉相邻隔板上的下料口交错设置，可避免相邻隔板之间的烟气发生短路现象，防止烟气快速通过，进而延长烟气的行程；扒臂和扒齿可对混合料进行不断翻动，使混合料获得充分热交换和反应。焙烧炉还采取了如下防止铁矿石结炉的措施：①燃烧室设置在焙烧炉的两侧，燃料在燃烧室内燃烧产生高温烟气，高温烟气通过进烟口进入烧炉内，加热更加均匀，避免了燃料在炉内直接燃烧时火焰局部高温所造成的粉状铁矿石熔化现象，进而防止铁矿石在焙烧炉内局部的结炉现象；②炉内采用扒齿翻动物料的形式，可杜绝铁矿石在隔板上的粘结。

     对于本发明磁化焙烧方法，因为在混合料中，固体碳和铁矿石颗粒之间是不完全接触的，两个固相之间的接触面积较小，使Fe₂O₃和C直接反应能力较小，在焙烧炉内采用微氧化性气氛（含氧量控制在1-3%），使铁矿石中的碳在与炉气中微量氧接触后，由于碳的缺氧反应可生成一定量的CO，从而可提高含碳铁矿石内部的还原气氛浓度，也就提高了还原反应速度。同时Fe₂O₃和C直接反应对还原含碳铁矿石最大的贡献是产生了CO和CO₂，菱铁矿受热分解在生成Fe₃0₄时也放出了CO和CO₂，并在炉内高温下由于CO₂的存在，铁矿石中的C被气化产生CO，使Fe₂O₃被还原成Fe₃0₄的反应持续下去。

     另外，可通过调节第一燃烧室和第二燃烧室的进风量或燃料量，使燃料在燃烧室内产生一定的不完全燃烧，这样既保证了铁矿石磁化焙烧所需的热量，又可产生还原性气体CO。焙烧炉尾气则通过顶部引风机送入物料脱水和细粒收集系统。细粒收集系统回收的约占总给料量5%的粉状铁矿石可做为成品进行利用，除尘后的废气由烟囱排入大气。

     本发明的有益效果在于：

     （1）本发明多级流态磁化焙烧炉具有炉内温度调整范围大、气氛控制灵活、气固接触面积大、单位体积产能高、还原反应速度较快、磁性铁转化效率高、生产成本低、设备结构紧凑、占地面积小、适用范围广和废气热能利用率高的优点，是处理粉状难选低品位的镜铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿的较好磁化焙烧设备；

     （2）本发明焙烧炉内气固接触面积较之回转窑等提高很多，铁矿石在炉内的脱水、干燥、预热、焙烧、冷却等过程均在动态下完成，可使炉气与铁矿石的接触面积比平铺料层大大增加，能使铁矿石快速达到焙烧所需的温度；细粒铁矿石(-0.2mm)与炉气的换热系数较大，整个系统的传热效率较高；

（3）混合料在焙烧炉内不断进行翻转，可提高物料与还原气体间的传热和传质效率，使铁矿石的还原反应易于进行；

（4）本发明方法可简化现有处置粉状难选铁矿石所采用的含碳球团焙烧-磁选工艺，对于粉状铁矿石在配煤后，直接在焙烧炉中进行加热和还原，省去了铁矿石的磨矿、润磨、造球、干燥等环节。

（5）采用铁矿石逐级预热和逐级反应的原理，焙烧炉各段可选择合理的温度制度和供热制度，能使炉内的压力、气氛和温度达到铁矿石焙烧的最佳要求，此外采用从炉顶排出的废气余热来干燥铁矿石，节约了一定的能源；

（6）焙烧后的产品仍为粉矿，可减少后续磁选工艺中破碎和磨细的能源消耗。

附图说明

图1为本发明多级流态磁化焙烧炉的结构示意图；

图2为图1的A部局部放大图。

图中，1-炉体，2-隔板，3-转轴，4-给料口，5-引风机，6-出料口，7-水池，8-第一进烟口，9-第二进烟口，10-第三进烟口，11-第一燃烧室，12-第二燃烧室，13-扒臂，14-扒齿，15-扒齿孔，16-下料孔。

具体实施方式

     如图1和2所示，一种粉状难选低品位铁矿石多级流态磁化焙烧炉，包括圆柱形炉体1，炉体1内设有若干隔板2（本实施例中，隔板2为10层），炉体1中心处穿设有转轴3，转轴3上下端部通过轴承（图中未标出）分别与炉体1相固定，炉体1顶部设有给料口4和引风机5，炉体1底部设有出料口6，炉体1的上部、中部、下部依次设有第一进烟口8、第二进烟口9和第三进烟口10；出料口6下方设有水池7；隔板2上设有扒臂13，扒臂13与转轴3相连接；扒臂13上设有扒齿14，扒齿14上开设有扒齿孔15；隔板2上还开设有下料孔16，且相邻隔板2上的下料孔16交错设置；所述磁化焙烧炉还包括第一燃烧室11和第二燃烧室12，其中，第一进烟口8与第一燃烧室11相连通，第二进烟口9和第三进烟口10与第二燃烧室12相连通。

一种利用上述磁化焙烧炉进行的粉状难选低品位铁矿石多级流态煤基磁化焙烧方法，包括如下工艺步骤：

（1）将3mm以下的粉状铁矿石与1mm以下的煤粉按95～96%：4～5%的重量比进行配料，配料后将铁矿石粉与煤粉混合均匀，得到混合料；煤粉选择含碳量在79%以上的无烟煤，而且因为粘结性强的煤在铁矿石焙烧过程中容易结块，影响焙烧质量，一般不能使用，应采用灰份少、挥发份含量较低和粘结性低的无烟煤；

（2）采用从焙烧炉引风机5排出的废烟气对混合料进行初步干燥，使混合料水分降至3%以下；然后将混合料通过给料口4送入多级流态磁化焙烧炉炉体1内；高温烟气通过第一进烟口8、第二进烟口9和第三进烟口10进入炉体1内，并通过隔板2上的下料孔16不断上升，使炉体1内温度保持在650-750℃；控制使炉体1内含氧量在1-3%，供入焙烧炉内的高温烟气的压强为30-50Kpa；

（3）扒臂13在转轴3带动下，在隔板2上表面不断作转动，对隔板2上的混合料进行不断翻动，混合料在经过下料孔16时落入下层隔板；混合料在向下运动过程中，与上升的高温烟气不断进行热交换，依次完成干燥、预热和焙烧，而且混合料干燥时间为15-20min，预热时间为10-15min，焙烧时间为20-25min；具体地，在磁化焙烧炉内，以隔板2为单位，由上至下，第1～3层为干燥段，第4～5层为预热段，第6～8层为焙烧段，第9～10层为冷却段；第一进烟口8设于干燥段下部，第二进烟口9设于预热段下部，第三进烟口10设于焙烧段下部；

（4）焙烧后得到的焙烧矿落入炉体1底部低温段即冷却段，在扒臂13翻动作用下进行冷却，冷却后的焙烧矿通过出料口6进入水池7进行水淬，使焙烧矿温度降至70℃以下；

（5）水淬后的焙烧矿经磨矿后进行弱磁选，磁选的磁场强度为60-160kA/m，即可得高品位铁精矿。

本发明铁矿石磁化焙烧后弱磁选的产品指标如表1所示：

表1   本发明铁矿石磁化焙烧后弱磁选的产品指标

产品名称产率（%）铁品位（%）铁回收率（%）铁精矿455684原矿﹨32﹨