一种难选低品位铁矿石竖炉配加兰炭磁化焙烧工艺

摘要

本发明涉及冶金和矿物工程技术领域，公开了一种难选低品位铁矿石竖炉煤基磁化焙烧工艺。本发明所采取的步骤为：将粒度为15～50mm的铁矿石与粒度为15～30mm的兰炭按100：2～5的比例配料，混合均匀后从竖炉顶部加入；混合物料流经竖炉的预热带后进入加热带，部分兰炭参与竖炉燃烧，温度升高到900～950℃的铁矿石与剩余兰炭混合物料进入还原带。在竖炉还原带，还原煤气从炉腔底部通入，煤气中的H

说明书

技术领域

本专利涉及冶金和矿物工程技术领域，公开了能够提高竖炉还原介质的浓度、降低还原煤气用量的一种难选低品位铁矿石竖炉煤基磁化焙烧工艺。

背景技术

我国冶金行业随着高品位铁矿石的不断开采而出现枯竭，以及铁矿石价格的不断上涨，低品位铁矿石和复合共生铁矿石具有较大的利用价值，并成为日后开发利用的重要方向。

难选低品位铁矿石的利用主要是采用强磁选工艺或磁化焙烧-磨矿磁选工艺来生产铁精粉。对于难选低品位镜铁矿来说，铁矿石经过强磁选工艺磨矿和磁选后，生产的铁精粉品位为46～47%及金属回收率为66～67%，产品不但不能满足高炉生产的需要，而且选矿过程中造成了较大的金属浪费；磁化焙烧-磨矿磁选工艺是难选低品位铁矿石经过竖炉进行磁化焙烧后，再经过磨矿和磁选工艺，生产的铁精粉品位为54～56%及金属回收率为82～85%。由于难选低品位铁矿石采用竖炉磁化焙烧-磨矿磁选工艺生产的铁精粉品位及金属回收率较高，在国内得到了推广应用。

竖炉主要是处理块矿的一种炉型，整个炉体由炉顶上部的给料系统、炉体、炉体下部的排矿系统和抽烟系统四部分所组成，炉体内部从上到下分为预热带、加热带和还原带三部分。竖炉从断面结构来看，炉膛上部较宽，向下逐渐收缩，到加热带最窄处（炉腰）后又逐渐扩大到还原带的底部。竖炉用辅助设备主要有炉体还原带下部两侧的辊式排矿机,它沿炉体长度方向进行安装，其中心线以下浸在水封池中，主要是用来排出焙烧完成的铁矿石。排矿辊下部设有搬出机，焙烧矿经排矿辊入水冷却后落在搬出机上，由搬出机运出。竖炉的顶部设有给矿漏斗，漏斗两侧为排烟管，相应废气弯管与排烟管连接，烟气经除尘后由一台抽风机将烟气排到大气中。铁矿石在竖炉内停留时间为6～10小时。

铁矿石竖炉磁化焙烧工艺的干燥、预热、焙烧、冷却在一个矩形竖炉内完成。虽然这种生产工艺简单、结构紧凑、投资较低，但由于这种工艺在存在着固有的、难以克服的缺陷，主要体现为如下几方面：

（1）产出品的质量不高，由于块状铁矿石在竖炉内靠自身重力作用而向下流动，使这种运动不可能十分均匀，即使每个矿块的重量和大小完全相同，靠近炉壁处的块矿与中部的块矿下行也会快慢不一，滞后及超前现象较为严重；同时，竖炉内加热块状铁矿石的气流来自两侧的燃烧室，炉内加热铁矿石的烟气温度分布也不均匀，一般靠近炉壁处铁矿石的温度高，而靠近炉中部的铁矿石温度偏低；

（2）只能使用气体燃料，当竖炉采用高炉煤气作燃料时，虽有节约能源的好处，但由于其热值太低，很难达到铁矿石磁化焙烧所需的温度，对铁矿石的磁化质量产生了一定影响，如果另建煤气发生炉来生产竖炉磁化焙烧所需的煤气，一方面，由于一般发生炉煤气的发热值不高，只能免强满足竖炉焙烧的要求；另一方面煤气发生炉的投资高而且还会带来新的污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种难选低品位铁矿石竖炉配加兰炭磁化焙烧工艺，以提高难选低品位铁矿石竖炉气基磁化焙烧质量的均匀性，使用固体还原剂提高铁矿石的还原质量，降低还原煤气用量。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种难选低品位铁矿石竖炉配加兰炭磁化焙烧工艺，它包括如下步骤：

（1）、铁矿石的预热：将粒度为15～50mm的铁矿石与粒度为15～30mm的兰炭按质量比为100：2～5的比例配料，混合均匀后从竖炉的顶部加入，铁矿石依靠自身重力从上往下流动，在竖炉预热带混合物料与从加热带上升流动而来的高温烟气进行热交换，经过2～3h后混合物料从预热带流出时，其温度升高到500～600℃，同时镜铁矿中褐铁矿脱除结晶水，高温烟气在预热带换热后，温度降为80～120℃的含尘烟气从竖炉顶部排出，烟气经湿式除尘后通过抽风机排入大气；

（2）铁矿石的加热：在竖炉燃烧室内煤气与助燃空气混合后进行燃烧，燃烧产生的高温烟气从竖炉两侧进入加入带，并与从预热带流下来的铁矿石在加热带进行热交换，部分兰炭燃烧，铁矿石经过2～3h加热并从加热带流出进入还原带时，温度升高到900～950℃，同时镜铁矿中的菱铁矿得到充分分解，剩余的铁矿石和未燃烧的兰炭混合物料进入竖炉还原带；

（3）、铁矿石的还原：在竖炉的还原带，还原煤气从竖炉炉腔底部通入，还原煤气中的H₂和CO在参与铁矿石还原反应后生成水蒸汽和CO₂，水蒸汽和CO₂在竖炉炉腔内上升时，与混合物料中的兰炭接触，发生碳气化反应生成H₂和CO，竖炉内的还原介质浓度提高，铁矿石在竖炉还原带经过4～5h的还原，得到充分的磁化；

（4）、焙烧后铁矿石的冷却、磨矿及磁选：铁矿石在竖炉还原带焙烧完成后，高温焙烧矿经排矿辊从竖炉底部排出，先入水冷却至60～80℃，冷却后的焙烧矿再经过球磨机磨矿至-200目的颗粒占总铁矿石体积的80%，经磁场强度为1250 Oe的磁选工序后，得到铁品位为56～60%的铁精粉。

作为本发明的进一步改进，所述铁矿石为镜铁矿，粒度为15～50mm、铁品位为31～35%。

作为本发明的更进一步改进，所述兰炭中固定碳含量为72～76%、灰分含量为11～15%、挥发分含量为10～14%，粒度为15～30mm。

作为本发明的更进一步改进，所述还原煤气为高焦混合煤气。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤（2）中竖炉加热带的两侧沿高度方向设置有两层燃烧室，上层燃烧室温度控制为700～800℃，下层燃烧室温度控制为950～1050℃。

本发明中铁矿石与兰炭的混合物料从竖炉顶部加入竖炉后，从竖炉预热带由上往下流动过程中与高温烟气进行接触，可使其温度升高到500～600℃，预热后的混合物料进入到竖炉加热带后，随着物料温度的升高，混合物料中部分兰炭在加热带参与燃烧，未参与燃烧的兰炭与铁矿石混合物当温度升高到900～950℃时流动到还原带。在竖炉还原带内，还原煤气从竖炉的炉腔底部通入，煤气中的H₂和CO在参与铁矿石还原后生成水蒸汽和CO₂，水蒸汽和CO₂在炉腔内上流过程中与铁矿石中未燃烧的兰炭接触，发生碳气化反应，生成H₂和CO，提高了竖炉还原带中还原介质的浓度，使铁矿石的磁化焙烧得到充分进行。当混合物料流动到竖炉还原带底部时，铁矿石焙烧完成，同时混合物料中兰炭消耗完毕。焙烧后的铁矿石从竖炉底部排出后，为防止高温焙烧矿的氧化，采取焙烧矿入水冷却或间接无氧冷却的方法，使高温铁矿石冷却到常温。

提高铁矿石竖炉磁化焙烧质量的原理：在竖炉还原带内，铁矿石中配入的兰炭与含有水蒸汽和CO₂的还原气接触后，由于碳和水蒸汽的反应温度（为600～800℃）低于碳和CO₂的反应温度（850℃以上），碳优先与水蒸汽发生水煤气反应生成H₂和CO，同时还存在CO与水蒸汽的平衡反应生成CO₂及H₂。兰炭与水蒸汽发生反应的结果使还原气体中H₂含量增大，由于H₂在600～800℃温度范围内的还原能力大于CO，从而提高了铁矿石磁化焙烧的产量和质量。

本发明所述的工艺实施后，可有效提高竖炉还原带的还原气氛浓度，减小还原煤气用量约30～50%。

本发明的有益效果为：

（1）、提高了难选低品位铁矿石竖炉磁化焙烧的质量及选矿的金属回收率和铁精矿品位；

（2）、提高了铁矿石竖炉磁化焙烧还原介质浓度，缩短了还原时间，使单炉产量得到提高；

（3）、降低了铁矿石竖炉磁化焙烧的还原煤气用量，节约了生产成本。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，以100m³小块竖炉、采用煤气加热为例，对一种难选低品位铁矿石竖炉配加兰炭磁化焙烧工艺作进一步详细的说明。

1、物料的选择

难选低品位铁矿石：矿种为镜铁矿（由赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿组成）、粒度为15～50mm、铁品位为31～35%；

兰炭：固定碳含量为72～76%、灰分含量为11～15%、挥发分含量为10～14%、粒度为15～30mm；

加热及还原用煤气：高焦混合煤气。

2、铁矿石的预热

将粒度为15～50mm的铁矿石与粒度为15～30mm的兰炭按质量比为100：2～5的比例配料，混合均匀后从竖炉顶部加入，铁矿石依靠自身重力从上往下流动，在竖炉预热带混合物料与从加热带上升流动而来的高温烟气进行热交换，经过2～3h后混合物料从预热带流出时，其温度升高到500～600℃，同时镜铁矿中褐铁矿脱除结晶水，高温烟气在预热带换热后，温度降为80～120℃的含尘烟气从竖炉顶部排出，烟气经湿式除尘后通过抽风机排入大气。

3、铁矿石的加热

在竖炉加热带的两侧沿高度方向设置有两层燃烧室，上层燃烧室温度控制为700～800℃，下层燃烧室温度控制为950～1050℃。在竖炉燃烧室内煤气与助燃空气混合后进行燃烧，燃烧产生的高温烟气从竖炉两侧进入加入带，并与从预热带流下来的铁矿石在加热带进行热交换，部分兰炭燃烧，铁矿石经过2～3h加热并从加热带流出进入还原带时，温度升高到900～950℃，同时镜铁矿中的菱铁矿得到充分分解。

4、铁矿石的还原

在竖炉还原带，还原煤气从竖炉炉腔底部通入后，煤气中的H₂和CO在参与铁矿石还原后生成水蒸汽和CO₂，水蒸汽和CO₂在上流过程中与铁矿石中的兰炭接触，发生碳气化反应生成H₂和CO，提了高竖炉还原介质的浓度，使铁矿石还原得到充分进行。由于竖炉还原带还原气氛浓度提高，可减小竖炉还原煤气用量约30～50%。铁矿石在竖炉还原带经过4～5h还原，可使铁矿石得到充分磁化。

5、焙烧矿的冷却、磨矿及磁选

铁矿石在竖炉还原带焙烧完成后，高温焙烧矿经排矿辊从竖炉底部排出，先入水冷却至60～80℃，冷却后的焙烧矿再经过球磨机磨矿至-200目的颗粒占总铁矿石体积的80%，经磁场强度为1250 Oe的磁选工序后，得到铁品位为56～60%的铁精粉。

本发明以铁矿石粒度15～50mm进行说明，其铁矿石的粒度可延伸到15～70mm，相应的还原煤粒度可由15～30mm延伸到15～40mm；竖炉配加的兰炭可延伸到同粒级的焦碳。

本发明所述的工艺解决了铁矿石竖炉磁化焙烧还原质量不高、只能使用气体还原剂的问题，通过本发明的使用提高了铁矿石竖炉磁化焙烧的产品和质量，降低了还原煤气的用量，节约了生产成本。