CN103849759B - 一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法 - Google Patents

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一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，通过实现还原煤气的成分、流量、压力灵活调节，提高还原煤气中氢气的含量，将氢气含量控制在15%±3%，大幅度提高还原煤气的扩散能力和导热能力，获得了最佳的竖炉高效控制铁矿石磁化的焙烧方法效果。同时针对焙烧方法中还原煤气过剩的问题，将还原煤气从1800～2000m3/h降低至1000～1200m3/h，减少还原煤气消耗量800m3/h，降低了生产成本，消除了竖炉废气中CO对环境的污染。将铁矿石还原温度提高到680～720℃，为块状铁矿石还原提供了更好的还原温度，同时将还原煤气压力控制在5000Pa±200Pa，实现了铁矿石能够充分、均匀的完成焙烧过程。

Description

一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法
技术领域
本发明属于铁矿物焙烧技术领域，具体涉及一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法。
背景技术
竖炉主要是处理块矿的一种炉型，利用竖炉进行大规模工业磁化焙烧生产是1926年始建于我国鞍山，故称为“鞍山式竖炉”。磁化焙烧竖炉是将矿石在竖炉中，通过预热段、加热段被加热到一定温度后，在还原段的还原性气氛中进行物理化学反应，使弱磁性的赤铁矿等氧化铁矿物转变为强磁性的磁铁矿，经过冷却后可用弱磁场磁选法处理的一种装置。
酒钢选烧厂已建成44座100m3鞍山式竖炉,形成了目前焙烧50～100mm大块铁矿石、15～50mm小块铁矿石的分级焙烧工艺，已达到年处理原矿500万吨的规模。生产实践证明铁矿石这种焙烧方法还原时间长达4小时左右，还原段铁矿石温度只有550～600℃，还原煤气消耗量达1800～2000m3/h，还原煤气单耗高达1.3GJ/t矿石，尾气中有害气体含量较高，该方法铁矿石还原时间比较长，矿石磁化焙烧的均匀性差，以上一系列问题已成为制约酒钢竖炉生产的瓶颈问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中铁矿石焙烧过程中还原时间长、矿石磁化焙烧的均匀性差、尾气中有害气体含量较高的缺点而提供一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法。
为解决本发明的技术问题采用如下技术方案：
一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，第一步铁矿石由竖炉的布料器从竖炉顶部加入；第二步，铁矿石经过竖炉的预热段进行干燥、预热；第三步，铁矿石经过竖炉的加热段在竖炉的烧嘴进行加热、升温；第四步，铁矿石经过竖炉的还原段用竖炉的还原煤气喷出塔喷出的还原煤气进行还原；第五步，铁矿石经过冷却段由竖炉的排矿辊排入冷却水池中进行冷却、降温，所述第四步中还还原温度为680～720℃，还原时间为1～1.5h，还原煤气为CO和H2的混合气体，其中还原煤气中的H2体积分数为15%±3%，还原煤气喷出塔喷出的还原煤气的流量为1000～1200m3/h，喷出的还原煤气的压力为5000Pa±200Pa。
所述铁矿石粒度为15～100mm。
所述铁矿石为褐铁矿mFe2O3.nH2O和赤铁矿Fe2O3。
所述竖炉的加热段的加热煤气***和竖炉的还原段的还原煤气***独立设置，所述还原煤气***设置还原煤气加压混合站，所述加热煤气***设置加热煤气加压混合站。
所述第四步中所使用的还原煤气喷出塔的喷出嘴的通径为22mm×85mm。
理论依据：本发明针对背景技术中所述的铁矿石焙烧方法中存在的问题，为改善块矿竖炉磁化焙烧过程，我们***的研究了磁化焙烧温度、块矿粒度、还原气体成分和磁化焙烧时间等工艺参数，总结出对块矿竖炉磁化焙烧过程的影响因素。
1、还原气体中CO和H2含量对块矿磁化焙烧过程的影响
在磁化焙烧温度和磁化焙烧时间分别控制为700℃和90min的前提条件下进行块矿粒度为55～65mm的磁化焙烧试验，由H2和N2组成的还原气体中H2含量对块矿竖炉磁化焙烧过程的影响见图1和图2所示。由CO、CO2和N2组成的还原气体中CO含量对块矿竖炉磁化焙烧过程的影响见图3至图4所示。
由于氢的原子半径非常小，在块状铁矿石焙烧过程中的扩散能力非常强，理论上H2的扩散速度是CO扩散速度的3.74倍，大大改善块状铁矿石焙烧过程中的动力学条件；同时，H2的导热性能也非常好，理论上H2的导热能力是CO导热能力的7至10倍，在块状铁矿石焙烧过程中快速提高块状铁矿石中心的温度，促使块状铁矿石中菱铁矿的分解，从而改善块状铁矿石化焙烧过程。因此，在块状铁矿石焙烧过程中可以适当提高还原气体中H2含量，降低CO含量，并且将H2含量提高到15%±3%，获得了最佳的块状铁矿石焙烧效果。
2、磁化焙烧时间对块矿竖炉磁化焙烧过程的影响
在还原气体成分和磁化焙烧温度分别控制为H2/N2=15/85和700℃的前提条件下进行块状铁矿石粒度为55～65mm的焙烧试验，焙烧时间对块状铁矿石焙烧过程的影响见图5和图6所示，从图5和图6中可以看出：将块状铁矿石焙烧时间控制在60min至90min之间是比较适宜的，此期间向块状铁矿石中心铁矿物还原反应界面H2扩散速度、导热性能不断增加，从而导致块状铁矿石焙烧的均匀性得到改善。较好的提高了块状铁矿石焙烧的均匀性。
本发明通过铁矿石焙烧方法中还原煤气***与加热煤气***独立设置，实现还原煤气的成分、流量、压力灵活调节，提高还原煤气中氢气的含量，将氢气含量控制在15%±3%，大幅度提高还原煤气的扩散能力和导热能力，获得了最佳的竖炉高效控制铁矿石磁化的焙烧方法效果。同时针对焙烧方法中还原煤气过剩的问题，将还原煤气从1800～2000m3/h降低至1000～1200m3/h，减少还原煤气消耗量800m3/h，降低了生产成本，消除了竖炉废气中CO对环境的污染。将铁矿石还原温度提高到680～720℃，为块状铁矿石还原提供了更好的还原温度，同时将还原煤气压力控制在5000Pa±200Pa，实现了铁矿石能够充分、均匀的完成焙烧过程。降低还原煤气使用量后，为保证压力的稳定性和喷出的均匀性，本发明的竖炉缩小还原煤气喷出塔的喷嘴通径。
附图说明
图1为还原气体中H2含量对块矿竖炉磁化焙烧过程的影响图；
图2为还原气体H2含量对块矿表层与块矿中心磁化率差值的影响图；
图3为还原气体中CO含量对块矿竖炉磁化焙烧过程的影响图；
图4为还原气体CO含量对块矿表层与块矿中心磁化率差值的影响图；
图5为磁化焙烧时间对块矿竖炉磁化焙烧过程的影响图；
图6为磁化焙烧时间对块矿表层与块矿中心磁化率差值的影响图。
具体实施方式
一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法所使用的竖炉，竖炉的加热段的加热煤气***和竖炉的还原段的还原煤气***独立设置，还原煤气***设置还原煤气加压混合站，加热煤气***设置加热煤气加压混合站。所使用的竖炉的还原煤气喷出塔的喷出嘴的通径为22mm×85mm。
实施例1
一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，第一步褐铁矿mFe2O3.nH2O由竖炉的布料器从竖炉顶部加入，褐铁矿mFe2O3.nH2O粒度为15mm；第二步，铁矿石经过竖炉的预热段进行干燥、预热；第三步，铁矿石经过竖炉的加热段在竖炉的烧嘴进行加热、升温；第四步，铁矿石经过竖炉的还原段用竖炉的还原煤气喷出塔喷出的还原煤气进行还原；还原温度为720℃，还原时间为1h，还原煤气为CO和H2的混合气体，其中还原煤气中的H2体积分数为15%，还原煤气喷出塔喷出的还原煤气的流量为1200m3/h，喷出的还原煤气的压力为5000Pa；第五步，铁矿石经过冷却段由竖炉的排矿辊排入冷却水池中进行冷却、降温。
实施例2
 一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，第一步赤铁矿Fe2O3由竖炉的布料器从竖炉顶部加入，赤铁矿Fe2O3粒度为100mm；第二步，铁矿石经过竖炉的预热段进行干燥、预热；第三步，铁矿石经过竖炉的加热段在竖炉的烧嘴进行加热、升温；第四步，铁矿石经过竖炉的还原段用竖炉的还原煤气喷出塔喷出的还原煤气进行还原；还原温度为700℃，还原时间为1.25h，还原煤气为CO和H2的混合气体，其中还原煤气中的H2体积分数为18%，还原煤气喷出塔喷出的还原煤气的流量为1000m3/h，喷出的还原煤气的压力为5200Pa；第五步，铁矿石经过冷却段由竖炉的排矿辊排入冷却水池中进行冷却、降温。
实施例3
一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，第一步赤铁矿Fe2O3由竖炉的布料器从竖炉顶部加入，赤铁矿Fe2O3粒度为100mm；第二步，铁矿石经过竖炉的预热段进行干燥、预热；第三步，铁矿石经过竖炉的加热段在竖炉的烧嘴进行加热、升温；第四步，铁矿石经过竖炉的还原段用竖炉的还原煤气喷出塔喷出的还原煤气进行还原；还原温度为680℃，还原时间为1.5h，还原煤气为CO和H2的混合气体，其中还原煤气中的H2体积分数为12%，还原煤气喷出塔喷出的还原煤气的流量为1100m3/h，喷出的还原煤气的压力为4800Pa；第五步，铁矿石经过冷却段由竖炉的排矿辊排入冷却水池中进行冷却、降温。

Claims (4)

1.一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，第一步铁矿石由竖炉的布料器从竖炉顶部加入，所述铁矿石粒度为15～100mm；第二步，铁矿石经过竖炉的预热段进行干燥、预热；第三步，铁矿石经过竖炉的加热段在竖炉的烧嘴进行加热、升温；第四步，铁矿石经过竖炉的还原段用竖炉的还原煤气喷出塔喷出的还原煤气进行还原；第五步，铁矿石经过冷却段由竖炉的排矿辊排入冷却水池中进行冷却、降温，其特征在于：所述第四步中还原温度为680～720℃，还原时间为1～1.5h，还原煤气为CO和H2的混合气体，其中还原煤气中的H2体积分数为15%±3%，还原煤气喷出塔喷出的还原煤气的流量为1000～1200m3/h，喷出的还原煤气的压力为5000Pa±200Pa。
2.根据权利要求1所述的一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，其特征在于：所述铁矿石为褐铁矿mFe2O3.nH2O和赤铁矿Fe2O3。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，其特征在于：所述竖炉的加热段的加热煤气***和竖炉的还原段的还原煤气***独立设置，所述还原煤气***设置还原煤气加压混合站，所述加热煤气***设置加热煤气加压混合站。
4.根据权利要求3所述的一种高效控制铁矿石磁化的焙烧方法，其特征在于：所述第四步中所使用的还原煤气喷出塔的喷出嘴的通径为22mm×85mm。
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