一種鐵礦石豎爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鐵礦石豎爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝，包括如下工藝步驟：（1）鐵礦石磨礦后進行磁選富集，得到的粗精礦粉與膨潤土混合后進行潤磨、造球，得到球團礦；（2）將球團礦從豎爐頂部加入，在豎爐內(nèi)球團礦得到充分的加熱、氧化和固結；（3）氧化球團礦與粒煤混合后加入到回轉窯中進行還原；（4）將還原后球團礦加入余熱回收裝置，使球團礦與空氣進行間接換熱；（5）將余熱回收裝置排出的物料進行磁選，得到金屬化率85%以上、鐵品位80%以上的金屬化鐵粉。本發(fā)明解決了難選低品位鐵礦石直接還原中球團強度低及還原易產(chǎn)生液相的難題，提高了球團礦在還原焙燒回轉窯內(nèi)的還原溫度、縮短了還原時間、減少了球團的粉化現(xiàn)象。
【專利說明】-種鐵礦石豎爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金和礦物工程【技術領域】，涉及一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生 產(chǎn)鐵粉工藝。

【背景技術】
[0002] 隨著國內(nèi)高品位富礦及易選礦資源的日趨枯竭，難選低品位礦石的開發(fā)利用成為 鋼鐵企業(yè)關注的重點。在難選低品位鐵礦石直接還原方面，由于鐵礦石晶體粒度分布一般 在5?20 μ m之間，鐵礦物大多與脈石共生，分散程度較高，嵌布關系較為復雜。為使這類 鐵礦石得到有效利用，國內(nèi)外進行了大量的研究工作，主要是在磁鐵礦的礦物組成、物相及 嵌布特性的研究基礎上，采用傳統(tǒng)的強磁選、單一浮選（包括正浮選、反浮選等）、磁化焙 燒-磁選以及磁選-浮選等工藝對原礦進行研究，其結果表明這些工藝均不能實現(xiàn)這類鐵 礦物的有效富集。當這類鐵礦石在1050?1150°C溫度下進行煤基直接還原時，礦石中鐵氧 化物晶粒在逐級還原過程中（Fe 203 - Fe304 - FeO - Fe)不僅不能得到長大，而且高溫下礦 石中石英、硅酸鹽礦物與FeO、Fe304易于生成低熔點化合物鐵橄欖石（2Fe0. Si02)，當?shù)腿?點化合物發(fā)生軟化和熔化后可形成液相，包裹在團塊表面，影響還原氣氛向團塊內(nèi)部擴散， 使鐵礦石的還原速度降低，并造成生產(chǎn)鐵精粉的鐵品位及金屬回收率降低。同時，在直接 還原過程中采用未氧化的球團礦，在還原的高溫段球團強度較低(干球抗壓強度只有80? 100N/個)，難以滿足回轉窯還原的生產(chǎn)需要。
[0003] 為使難選低品位鐵礦石在直接還原過程中不產(chǎn)生液相，同時滿足球團礦還原強度 的需要，國內(nèi)在對鐵礦石直接還原溫度降低到950?1200°C的情況下，采用的還原設備主 要有隧道窯、轉底爐和回轉窯。隧道窯設備對球團礦的強度要求較低，但球團礦在隧道窯內(nèi) 一般需要停留30?40h才能得到充分還原，造成隧道窯單窯產(chǎn)量較低；對于轉底爐設備，由 于物料在爐內(nèi)停留時間一般為30?50min，較短的還原時間造成產(chǎn)品的金屬化率較低，不 能滿足煉鋼轉爐或電爐對還原鐵質(zhì)量的要求，同時轉底爐設備較難實現(xiàn)大型化；對于回轉 窯設備，由于原礦制備的球團礦在回轉窯高溫段還原時強度較低甚至發(fā)生粉化現(xiàn)象，粉化 的細粉在回轉窯的高溫下，其表面容易產(chǎn)生熔化現(xiàn)象，從而造成球團礦內(nèi)部鐵礦石還原的 困難，同時熔化的細粉粘附在回轉窯的窯壁上，造成窯體的結圈現(xiàn)象，從而造成回轉窯還原 質(zhì)量下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對難選低品位鐵礦石直接還原中存在的球團礦強度及金屬回收率較低 的問題，提供了一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝。
[0005] 為此，本發(fā)明采用如下技術方案： 一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝，包括如下工藝步驟： (1)鐵礦石的干磨、造球：磨礦到粒度-200目占80%以上后進行磁選富集，得到鐵品位 為35?45%的粗精礦粉，得到的粗精礦粉與膨潤土按100:1?3質(zhì)量比混合后進行潤磨、 造球，得到粒度為8?16mm的球團礦； (2) 球團礦的干燥預固結及氧化焙燒：將球團礦從堅爐頂部加入，在堅爐干燥帶，球團 礦經(jīng)過溫度200?400°C、時間10?15min干燥后依靠自身重力下流到堅爐預熱焙燒帶和 均熱帶，在預熱焙燒帶和均熱帶，球團礦經(jīng)過溫度1200?1300°C、時間40?50min的氧化 焙燒后，得到充分的加熱、氧化和固結；高溫球團礦再依靠自身重力下流到冷卻帶并與上升 冷卻氣流進行熱交換，當球團礦溫度降低到500?600°C、FeO含量降低到1%以下、強度達 到1500N/個以上時從堅爐底部排出； (3) 氧化球團礦的直接還原：從堅爐排出的溫度為500?600°C氧化球團礦與干燥后 粒煤按100 :40?50的質(zhì)量比混合后加入到回轉窯中進行還原，控制球團礦還原溫度為 1050 ?1150°C、時間為 60 ?120min ; (4) 還原球團礦的余熱回收：將還原回轉窯排出的1050?1150°C還原球團礦加入到余 熱回收裝置中，使球團礦與空氣進行間接換熱，當還原球團礦溫度降低到200°C以下時從余 熱回收裝置中排出； (5) 還原球團礦的磨選：將余熱回收裝置排出的物料進行磁選分離，得到的磁性物料磨 礦到粒度-200目占80%以上后再進行弱磁選，得到金屬化率85%以上、鐵品位80%以上的 金屬化鐵粉。
[0006] 進一步地，步驟（4 )中，所述余熱回收裝置包括罐體，所述罐體設有物料入口、物料 出口，所述罐體的上腔為延續(xù)還原區(qū)，下腔為換熱區(qū)，所述換熱區(qū)內(nèi)設有換熱管，所述換熱 管具有入口端和出口端，所述罐體的上腔連通有還原氣體出口；所述換熱管包括一級換熱 管和二級換熱管，所述一級換熱管位于二級換熱管上方，且罐體內(nèi)一級換熱管所在區(qū)域形 成一級換熱區(qū)，二級換熱管所在區(qū)域形成二級換熱區(qū)。
[0007] 進一步地，步驟（4)中，所述余熱回收的具體過程為：1050?1150°C金屬化球團 進入到余熱回收裝置后，在延續(xù)還原區(qū)內(nèi)利用自身余熱與碳進行進一步還原反應，然后球 團進入換熱區(qū)，在一級換熱區(qū)與通入一級換熱管的常溫空氣經(jīng)過換熱后，使一級換熱管出 口端排出的空氣溫度提高到600?700°C ;在二級換熱區(qū)與通入二級換熱管的常溫空氣經(jīng) 過換熱后，使二級換熱管出口端排出的空氣溫度提高到350?450°C，然后，將溫度降低到 200°C以下的金屬化球團從余熱回收裝置物料出口排出。
[0008] 進一步地，步驟（2)中，堅爐加熱的燃料采用從還原回轉窯排出的經(jīng)過除塵的高溫 還原廢氣，助燃空氣采用從余熱回收裝置一級換熱管排出的600?700°C空氣。
[0009] 進一步地，步驟（3)中，還原回轉窯所用粒煤干燥的熱源采用從余熱回收裝置二級 換熱管排出的350?450°C熱空氣。
[0010] 本發(fā)明步驟（2)中，鐵礦石中Fe304、Fe0逐步氧化為a-Fe 203，F(xiàn)e0含量逐步降低到 1%以下，鐵氧化物晶粒得到長大，球團礦強度逐步得到提高。具體地，鐵礦石在200?400°C 進行氧化焙燒時，其化學過程占優(yōu)勢，不發(fā)生晶型轉變，由FeO、Fe304氧化生成Y-Fe 203，而 在溫度為400?1300°C進行氧化焙燒時，其晶型轉變占優(yōu)勢，晶體重新排列，晶格從立方晶 系轉變?yōu)樾狈骄?，由磁性Y-Fe 203氧化生成無磁性a-Fe203。由于生成的Fe 203有較強遷 移能力，隨著氧化焙燒溫度的提高，F(xiàn)e203通過初晶-發(fā)育晶-互連晶的依次形成，可在提高 球團礦抗壓強度的同時，使磁鐵礦晶粒度得到一定的長大。當氧化后的鐵礦石進行磁化還 原焙燒時，依據(jù)Fe 203向Fe304轉變過程中的原子擴散可使Fe30 4產(chǎn)生一定的再結晶，但由于 原子擴散速度較慢，還原過程中，其晶粒度長大的幅度較小。
[0011] 本發(fā)明為解決難選低品位微細粒鐵礦石直接還原中存在的磨選產(chǎn)品金屬回收率 較低的問題，根據(jù)鐵礦石中鐵氧化物晶粒長大可提高直接還原產(chǎn)品的鐵品位及金屬回收率 的原理，即提高鐵氧化物晶粒大小后，使得步驟（7)磨礦后粘貼于金屬鐵顆粒表面上的脈石 雜質(zhì)易于磁選分離，從而提高金屬回收率及鐵品位。另外，由于粗粒鐵礦石在還原焙燒過程 中受結構致密的制約，鐵礦物的遷移受到限制，其嵌布粒度并無明顯變化，若粗粒鐵礦石細 磨后再焙燒，則鐵礦物顆粒會明顯聚集長大。因此，通過對鐵礦石采取在焙燒前的細磨措 施，可使其在氧化焙燒及直接還原的過程中晶粒度得到長大。通過F e〇、Fe304、Fe203的晶型 轉變及氧化可使鐵礦石中Fe 203晶粒由5?20 μ m長大到74 μ m以上。
[0012] 此外，本發(fā)明為提高鐵礦石(特別是高硅低品位微細粒鐵礦石）直接還原過程中的 還原速度和產(chǎn)品質(zhì)量，針對還原過程中鐵礦石中含有的石英、硅酸鹽礦物與金屬鐵氧化物 在溫度1205°C時易于生成低熔點化合物-鐵橄欖石（2Fe0. Si02)，形成液相的問題，步驟 (3)中，本發(fā)明采取的還原溫度為1050?1150°C。
[0013] 再次，本發(fā)明直接還原設備使用氧化球團礦進行還原，由于氧化后球團礦具有更 高的含氧量，可使還原過程中產(chǎn)生大量的C0 2, C02再與碳進行氣化反應，提高了還原介質(zhì)中 C0濃度，從而提高了鐵礦石的還原速度，縮短了還原時間，提高了單爐的產(chǎn)量，可使直接還 原設備的單爐年產(chǎn)由10?20萬噸提高到百萬噸級以上。
[0014] 綜上，本發(fā)明的有益效果在于： (1) 解決了難選低品位鐵礦石直接還原中球團強度低及還原易產(chǎn)生液相的難題； (2) 提高了球團礦在還原焙燒回轉窯內(nèi)的還原溫度、縮短了還原時間、減少了球團的粉 化現(xiàn)象； (3) 本發(fā)明工藝投資較低、占地面積??； (4) 生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)熱量得到了循環(huán)利用，有效降低了能耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明余熱回收裝置的結構示意圖； 圖中，1-罐體，2-物料入口，3-物料出口，4-延續(xù)還原區(qū)，5--級換熱區(qū)，6-二級 換熱區(qū)，7- -級換熱管，8-二級換熱管，9-還原氣體出口。

【具體實施方式】
[0016] 實施例物料的選擇： 本工藝原料選擇有代表性的低品位難選鐵礦石，鐵品位為31?35%、Si02含量為25? 48%的鐵礦石；球團內(nèi)配煤粉選擇固定碳含量為45?74%、粒度為-200目占80%以上的煤 種；還原焙燒回轉窯用煤選擇固定碳含量為74%以上、粒度為0?5mm的煤種。
[0017] 實施例1 一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝，包括如下工藝步驟： (1)鐵礦石的干磨、造球：磨礦到粒度-200目占80%以上后進行磁選富集，得到鐵品位 為36. 1%的粗精礦粉，得到的粗精礦粉與膨潤土按100:1質(zhì)量比混合后進行潤磨、造球，得 到粒度為8?16mm的球團礦； (2) 球團礦的干燥預固結及氧化焙燒：將球團礦從堅爐頂部加入，在堅爐干燥帶，球團 礦經(jīng)過溫度200?300°C、時間15min干燥后依靠自身重力下流到堅爐預熱焙燒帶和均熱 帶，在預熱焙燒帶和均熱帶，球團礦經(jīng)過溫度1200?1300°C、時間40min的氧化焙燒后，得 到充分的加熱、氧化和固結；高溫球團礦再依靠自身重力下流到冷卻帶并與上升冷卻氣流 進行熱交換，當球團礦溫度降低到500?600°C、Fe0含量降低到1%以下、強度達到1500N/ 個以上時從堅爐底部排出； (3) 氧化球團礦的直接還原：從堅爐排出的溫度為500?600°C氧化球團礦與干燥后 粒煤按100 :45的質(zhì)量比混合后加入到回轉窯中進行還原，控制球團礦還原溫度為1050? 1090°C、時間為 120min ; (4) 還原球團礦的余熱回收：將還原回轉窯排出的還原球團礦加入到余熱回收裝置中， 使球團礦與空氣進行間接換熱，當還原球團礦溫度降低到200°C以下時從余熱回收裝置中 排出； 如圖1所示，所述余熱回收裝置包括罐體1，罐體1設有物料入口 2、物料出口 3,罐體 的上腔為延續(xù)還原區(qū)4,下腔為換熱區(qū)，所述換熱區(qū)中設有換熱管，所述換熱管具有入口端 和出口端，罐體1的上腔連通有還原氣體出口 9 ;所述換熱管包括一級換熱管7和二級換熱 管8, 一級換熱管7位于二級換熱管8上方，且罐體1內(nèi)一級換熱管7所在區(qū)域形成一級換 熱區(qū)5,二級換熱管8所在區(qū)域形成二級換熱區(qū)6 ; 所述余熱回收的具體過程為：還原球團進入到余熱回收裝置后，在延續(xù)還原區(qū)內(nèi)利用 自身余熱與碳進行進一步還原反應，然后球團進入換熱區(qū)，在一級換熱區(qū)與通入一級換熱 管的常溫空氣經(jīng)過換熱后，使一級換熱管出口端排出的空氣溫度提高到600?700°C ;在二 級換熱區(qū)與通入二級換熱管的常溫空氣經(jīng)過換熱后，使二級換熱管出口端排出的空氣溫度 提高到350?450°C，然后，將溫度降低到200°C以下的金屬化球團從余熱回收裝置物料出 口排出； (5) 還原球團礦的磨選：將余熱回收裝置排出的物料進行磁選分離，得到的非磁性物 料中，過剩碳返回到還原回轉窯進行循環(huán)利用，其它非磁性物料返回步驟（1)造球利用，得 到的磁性物料經(jīng)過磨礦到粒度-200目占80%以上后再進行弱磁選，弱磁性的磁場強度為 1000-15000e，經(jīng)檢測，得到的金屬化鐵粉的鐵品位為82. 4%、金屬化率為87. 1%。
[0018] 上述步驟中，堅爐加熱的燃料采用從還原回轉窯排出的經(jīng)過除塵的高溫還原廢 氣，助燃空氣采用從余熱回收裝置一級換熱管排出的600?700°C空氣；還原回轉窯所用粒 煤干燥的熱源采用從余熱回收裝置二級換熱管排出的350?450°C熱空氣。
[0019] 實施例2 實施例2與實施例1的不同之處在于： 步驟（1)中，磁選富集后得到的粗精礦粉的鐵品位為37. 8%，得到的粗精礦粉與膨潤土 按100:2質(zhì)量比混合后進行潤磨、造球； 步驟（2)中，在堅爐干燥帶，球團礦經(jīng)過溫度250?350°C、時間12min干燥后依靠自身 重力下流到堅爐預熱焙燒帶和均熱帶，在預熱焙燒帶和均熱帶，控制球團礦氧化焙燒的時 間為50min ; 步驟（3)中，氧化球團礦與干燥后粒煤按100 :40的質(zhì)量比混合后加入到回轉窯中進行 還原，控制球團礦還原溫度為1080?1120°C、時間為90min ; 步驟（5)中，弱磁選后，經(jīng)檢測，得到的金屬化鐵粉的鐵品位為84. 6%、金屬化率為 88. 1%。
[0020] 實施例3 實施例3與實施例1的不同之處在于： 步驟（1)中，磁選富集后得到的粗精礦粉的鐵品位為42. 3%，得到的粗精礦粉與膨潤土 按100:3質(zhì)量比混合后進行潤磨、造球； 步驟（2)中，在堅爐干燥帶，球團礦經(jīng)過溫度300?400°C、時間lOmin干燥后依靠自身 重力下流到堅爐預熱焙燒帶和均熱帶，在預熱焙燒帶和均熱帶，控制球團礦氧化焙燒的時 間為45min ; 步驟（3)中，氧化球團礦與干燥后粒煤按100 :50的質(zhì)量比混合后加入到回轉窯中進行 還原，控制球團礦還原溫度為1110?1150°C、時間為60min ; 步驟（5)中，弱磁選后，經(jīng)檢測，得到的金屬化鐵粉的鐵品位為87. 5%、金屬化率為 92. 6%。
【權利要求】
1. 一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝，其特征在于，包括如下工藝步 驟： (1) 鐵礦石的干磨、造球：磨礦到粒度-200目占80%以上后進行磁選富集，得到鐵品位 為35?45%的粗精礦粉，得到的粗精礦粉與膨潤土按100:1?3質(zhì)量比混合后進行潤磨、 造球，得到粒度為8?16mm的球團礦； (2) 球團礦的干燥預固結及氧化焙燒：將球團礦從堅爐頂部加入，在堅爐干燥帶，球團 礦經(jīng)過溫度200?400°C、時間10?15min干燥后依靠自身重力下流到堅爐預熱焙燒帶和 均熱帶，在預熱焙燒帶和均熱帶，球團礦經(jīng)過溫度1200?1300°C、時間40?50min的氧化 焙燒后，得到充分的加熱、氧化和固結；高溫球團礦再依靠自身重力下流到冷卻帶并與上升 冷卻氣流進行熱交換，當球團礦溫度降低到500?600°C、FeO含量降低到1%以下、強度達 到1500N/個以上時從堅爐底部排出； (3) 氧化球團礦的直接還原：從堅爐排出的溫度為500?600°C氧化球團礦與干燥后 粒煤按100 :40?50的質(zhì)量比混合后加入到回轉窯中進行還原，控制球團礦還原溫度為 1050 ?1150°C、時間為 60 ?120min ; (4) 還原球團礦的余熱回收：將還原回轉窯排出的1050?1150°C還原球團礦加入余熱 回收裝置，使球團礦與空氣進行間接換熱，當還原球團礦溫度降低到200°C以下時從余熱回 收裝置中排出； (5) 還原球團礦的磨選：將余熱回收裝置排出的物料進行磁選，得到的磁性物料磨礦到 粒度-200目占80%以上后再進行弱磁選，得到金屬化率85%以上、鐵品位80%以上的金屬 化鐵粉。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝，其特征在 于，步驟（4)中，所述余熱回收裝置包括罐體，所述罐體設有物料入口、物料出口，所述罐體 的上腔為延續(xù)還原區(qū)，下腔為換熱區(qū)，所述換熱區(qū)內(nèi)設有換熱管，所述換熱管具有入口端和 出口端，所述罐體的上腔連通有還原氣體出口；所述換熱管包括一級換熱管和二級換熱管， 所述一級換熱管位于二級換熱管上方，且罐體內(nèi)一級換熱管所在區(qū)域形成一級換熱區(qū)，二 級換熱管所在區(qū)域形成二級換熱區(qū)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝，其特征在 于，步驟（4)中，所述余熱回收的具體過程為：1050?1150°C金屬化球團進入到余熱回收裝 置后，在延續(xù)還原區(qū)內(nèi)利用自身余熱與碳進行進一步還原反應，然后球團進入換熱區(qū)，在一 級換熱區(qū)與通入一級換熱管的常溫空氣經(jīng)過換熱后，使一級換熱管出口端排出的空氣溫度 提高到600?700°C ;在二級換熱區(qū)與通入二級換熱管的常溫空氣經(jīng)過換熱后，使二級換熱 管出口端排出的空氣溫度提高到350?450°C，然后，將溫度降低到200°C以下的金屬化球 團從余熱回收裝置物料出口排出。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝，其特征在 于，步驟（2)中，堅爐加熱的燃料采用從還原回轉窯排出的經(jīng)過除塵的高溫還原廢氣，助燃 空氣采用從余熱回收裝置一級換熱管排出的600?700°C空氣。
5. 根據(jù)權利要求3所述的一種鐵礦石堅爐-回轉窯直接還原生產(chǎn)鐵粉工藝，其特征 在于，步驟（3)中，還原回轉窯所用粒煤干燥的熱源采用從余熱回收裝置二級換熱管排出的 350?450°C熱空氣。
【文檔編號】C22B1/02GK104195278SQ201410380940
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月5日 優(yōu)先權日:2014年8月5日
【發(fā)明者】王明華, 權芳民, 雷鵬飛, 展仁禮, 魯逢霖, 張志剛, 寇明月, 付濤 申請人:甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司