赤铁矿或褐铁矿快速直接还原制成铁粉的方法

摘要

一种赤铁矿或褐铁矿快速直接还原制成铁粉的方法，目的是利用难以磁选的铁矿石为原料，可降低成本。本发明将褐铁矿石或赤铁矿石破碎后，经水洗并磁选，再将铁矿粉、煤粉、石灰粉按比例混合，加入氟化钙及粘合剂，压成带气孔的坯子，烘干坯子；改进窑车面结构，制做匣钵；把压制烘干好的坯子码放好后吊装在窑车面上，将匣钵罩在坯子外面，采用隧道窑进行焙烧，隧道窑两端采用气慕机封口；窑车出窑后用电葫芦吊起匣钵，将焙烧块推入水池中快速冷却，自动粉碎，再将铁粉和渣子一块捞出，直接进入球磨机湿磨，经磁选机分选，烘干后压块或装袋。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海绵铁的生产方法，特别是一种将赤铁矿或褐铁矿快速直接还原制成铁粉的方法。

背景技术

近几年随着我国钢铁工业快速发展，我国高品位的铁精矿粉严重短缺，需要从国外大量进口。但同时在全国各地的矿山却存有大量的赤铁矿、褐铁矿等不能磁选的矿石，因为缺乏直接还原制成铁粉的方法，大量的赤铁矿等铁矿石不能被有效利用。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种利用难以磁选的铁矿石为原料、可降低生产成本的赤铁矿或褐铁矿快速直接还原制成铁粉的方法。

本发明方法是：

(1)水洗并磁选：将褐铁矿石或赤铁矿石破碎后，磨碎成-60目，水洗后用强磁选设备连续磁选，使铁矿粉品位达到55％以上。

(2)制坯：先将不粘结煤、消石灰分别磨碎至-60目成煤粉和石灰粉；将磁选后的铁矿粉与煤粉、石灰粉按比例混合，再依次加入氟化钙及粘合剂，压成带气孔的坯子，并烘干；

煤粉中固定碳的重量应该是铁矿粉中纯铁矿重量的25—27％；石灰粉中氧化钙的重量应该是铁矿粉中二氧化硅重量的1.5—2倍；氟化钙按照铁矿粉、煤粉和石灰份混合后总重量的2—5％加入；粘合剂采用108胶液加16—18倍水稀释而成；粘合剂按照铁矿粉、煤粉、石灰粉和氟化钙混合后总重量的7—10％加入；

首先在化验室将铁矿粉、煤粉、石灰粉进行化验，得到准确的成份比；然后根据铁氧化物全部被直接还原成金属铁所消耗的固定碳含量计算出还原剂煤粉的百分比；熔剂石灰粉的数量既考虑脱硫，又考虑提高铁氧化物在软熔阶段不液化的温度，根据渣相碱度来确定。

(3)改进窑车面结构：窑车面包括底部、隔断墙和侧板，底部中间设置横向通孔，隔断墙和侧板均有两条，均是沿着底部纵向设置，并位于底部上方；侧板位于底部边缘处，隔断墙正好将底部三等分；隔断墙中央有通气孔，隔断墙上端为连通管，连通管两端封闭，连通管内为连通孔，连通孔下方设有透气孔，连通孔通过通气孔与底部中间的横向通孔连通；窑车面底部通孔位置对准隧道窑两侧喷气嘴方向，通孔的中心线与两侧喷气嘴的中心在一条直线上；

(4)制做匣钵：匣钵为一个无底无盖的框子，采用高铝砖和耐热钢制成；也可用耐高温浇注料和耐热钢浇注而成。匣钵内四周涂有防结渣料层；匣钵的尺寸根据窑的高低和窑车面的尺寸而定；匣钵高度加上窑车全高应该低于窑高5—10cm；匣钵宽度比窑车面两端侧板之间的距离小2—4cm；

(5)装窑车：先在窑车面上铺约5cm厚的垫底煤，再把压制烘干好的坯子码放好后吊装在窑车面上，将匣钵罩在坯子外面，然后用约3cm厚的泥煤封口，再盖上石棉瓦封住上顶；垫底煤采用挥发份大于25的精煤；泥煤可以采用普通不粘结煤泥，含水率一般为20％；

(6)焙烧：进入隧道窑中进行焙烧，隧道窑包括予热带、烧成带、冷却带三部分，隧道窑两端采用气慕机封口；予热带温度为从室温至1250℃，烧成带温度为1250℃—1280℃，在烧成带的焙烧时间为10—15小时；冷却带温度为1250℃—800℃；全部的焙烧时间为20—25小时；隧道窑采用煤气或天然气作燃料。

(7)冷却：窑车出窑后被直接顶入渡车上，渡车驶入水池旁，用电葫芦吊起匣钵，将800℃左右的坯子焙烧块用顶车迅速推入水池中快速冷却，自动粉碎，然后将铁粉和渣子一块捞出；水池上方有凉水塔。

(8)细磨磁选：将捞出的湿料直接进入球磨机湿磨，经磁选机分选，烘干后压块或装袋。

磁选后剩余的渣料经过细粉脱水烘干后，可以送往水泥厂当原料备用。

铁矿石的直接还原与高炉冶炼过程相似，只是没有熔化及造渣过程，能够真正夺氧的物质是C、H₂、CO。作为还原剂煤粉的数量应当满足铁氧化物全部被直接还原成金属铁时所需消耗的固定碳量。在一定温度下有固定的平衡气相成分，为了铁氧化物还原彻底，需要有过量的还原剂。根据实验及计算，内配碳应当是赤(褐)铁矿粉中“纯铁矿粉”重量的25—27％为宜，过多过少都会影响到金属相的扩散凝聚。据化验煤含固定碳的比例可以算出应配煤的数量比例。作为熔剂石灰粉的数量是能提高铁氧化物在软熔阶段而不液化的温度，这样在焙烧温度为1250℃—1280℃的条件下，石灰粉不仅能起到脱硫的作用，还促使渣相不会熔化，在迅速冷却过程中渣相会自然粉化，便于筛分、磁选。考虑加入适量的CaF₂可以降低还原温度和炉渣的粘度。

坯子的尺寸约为24×11×10公分，坯子的气孔体积占整个坯体体积的约30％。这样做扩大了煤气与矿粉的接触面积；由于坯子间的缝隙和坯子本身有孔，增加了煤气的压力和流速，增加了还原速度。窑车面隔断墙高度为50—60cm，侧板高度为15—25cm；窑车面底部中间横向通孔的直径为16—18cm。

本发明充分利用目前难以磁选的褐铁矿石或赤铁矿石为原料，通过快速直接还原的方法生产铁粉，扩大了原料来源，有效降低了钢铁生产的成本。本发明采用内配碳制坯焙烧，可采用高温焙烧，有利于加速还原反应。采用匣钵替代罐体，便于机械化操作，而且可以提高装料量。改进窑车面结构后，从隧道窑喷气嘴喷射进来的CO、H₂或它们的混合气体能直接参与还原反应，起到提供还原剂和供热双重作用，缩短还原时间。采用新的冷却方式，既能快速冷却，又能自动粉碎。

附图说明

图1是窑车面结构示意图。

图中：1、底部，2、侧板，3、隔断墙，4、连通管，5、连通孔，6、透气孔，7、通气孔，8、通孔。

具体实施方式

本发明采用山西省孝义市南阳乡生产的褐铁矿(Te₂O₃的含量46.8％)按照上述方法直接还原制成铁粉。

水洗采用螺旋选矿机，强磁选设备采用立环脉动高梯度磁选机。磁选后铁矿粉含量提高到58.6％，再把铁矿粉、煤粉、石灰分别细磨到-60目左右，分别仓存。取样化验：Te₂O₃含量58.6％；SiO₂的含量4.64％；Al₂O₃含量7.1；S含0.12％等。煤的固定碳含量86％，煤的S含量0.42。

根据内配碳比的机理，换算为煤粉与褐铁矿粉的比：58.6％×27％＝15.8％。煤粉的重量是铁矿粉重量的15.8％÷(煤的固定碳含量)86％＝18.37％；

石灰粉的重量比是2×4.64％＝9.28％。适量加入氟化钙CaF₂做催化剂。各种成份混合的重量比为：铁矿粉70％，煤粉18.37％，石灰粉9.28％，CaF₂2.35％。

按上述比例将材料取好并搅拌均匀，再加入粘合剂强制搅拌，压制成坯，烘干后按要求装入窑车的匣钵内，推进窑内焙烧，出窑后推入水池冷却，捞入球磨机磨细，磁选机磁选得到铁粉。经化验铁粉中含全铁93.33％，金属铁88.13％，金属化率为：94.43％。

不粘结煤可以采用无烟煤，或其他不粘结煤。配方确定后，用电子皮带秤自动配料，搅拌均匀制成混合料，充分扩大它们之间的接触面积。

粘合剂是在一定数量的水中加入6％的108胶液搅匀后，再以7％—10％的比例加入混合料中，强制搅拌。用制坯机压成带气孔的坯子。

窑车面做在隔热层上面，窑车面采用不定型耐火浇注料浇注而成。底部(1)上通孔(8)的直径为16—18cm，侧板(2)厚5cm，高15cm。隔断墙(3)厚约12cm，壁厚约4cm，直墙段高约40cm，加上连通管(4)，总高约50—60cm。隔断墙(3)及连通管(4)应该预制好后再与底部(1)一起浇注。连通孔(5)与通孔(8)连通。目的是为了让隧道窑的喷气嘴喷射进来的CO、H₂或它们的混合气体能与坯子直接接触，真正进行高温下的快速还原反应，缩短还原时间。

匣钵采用耐高温、且不怕急冷急热的一级高铝砖和0Cr27A17Mo2型特种钢制成。具体尺寸要根据隧道窑的高低和窑车面的尺寸而定。高铝砖的厚度为80、100毫米两种，凹槽的深度约为10毫米，长宽尺寸由匣钵实际需求尺寸而定。特种钢在槽内焊接后用隔热岩棉包住，锁定整个匣钵的尺寸。它不外露，不怕氧化。

窑车推入隧道窑中进行焙烧，推车时间间隔为15—30分钟，根据窑体的长度而定。调节好隧道窑内的供排风系统的压力、流速和流量，找到平衡点，确立好平衡位置，保证窑车上部为微正压的还原气氛。在总控室内安装调试好各个窑车位的温控仪表，予设和掌握好每个窑车的受热情况。不同的隧道窑条件不同，不同品种和不同产地的铁矿石所采用的时间和温度也略有区别。

采用双渡车线，在渡车线的另一端建一个底部为水池的凉水塔，水池内安装有捞坑机。凉水塔高10米，水池深两米，塔的下部直径为6—8米，上部直径为2米。在距离水池面高1.3米—1.5米处，渡车线的窑车面与凉水塔相交的长度为两米左右，从这相交线两端斜着向水池中的底面砌筑个坡度比较陡的斜面。渡车载着刚出隧道窑的窑车行驶到斜面时停下来，用电葫芦将匣钵吊起。采用顶车将800℃左右的焙烧块推入水池让它快速冷却，自动粉碎，由捞坑机将铁粉和渣子一块捞出。形成的蒸气由凉塔上端抽走，送到压块机出坯口处烘干制坯。捞坑机捞出的湿料最好直接进入第一台球磨机湿磨，球磨机按装的场地最好设计成梯田形状的场地，让湿料自然流动，磁选机分选，然后再进入第二台磨机细磨，磁选机再选。最终选出的海绵铁经烘干机烘干后压块或装袋。剩余的渣料细粉脱水烘干送往水泥厂当原料备用。