CN105861834A

CN105861834A - 一种旋流闪速冶炼工艺

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Publication number: CN105861834A
Application number: CN201610280697.1A
Authority: CN
Inventors: 黄小兵; 邱江波; 夏明�
Original assignee: TIANJIN FLASH IRONMAKING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIANJIN FLASH IRONMAKING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: CN105861834B

Abstract

本发明提供了一种旋流闪速冶炼工艺，包括如下步骤：1)原料准备：将原矿及熔剂破碎并干燥；2)制造旋流：通过在闪速炉反应塔侧壁上设置的气流导入装置向闪速炉中高速喷入反应气体并带入热量，在反应塔内形成旋流区，并使反应塔形成1000℃～1450℃的高温环境；3)物料加料；4)旋流冶炼。本发明所述的旋流闪速冶炼工艺一方面能够延长矿粉下落的轨迹，使矿粉和反应气体有更多的接触机会，从而提高矿粉和反应气体在反应塔空间的化学反应效率，提高了矿粉的冶炼效率和反应气体的利用率；另一方面能够优化矿粉的分散效果，使矿粉按粒径大小从反应塔中心向边缘有序排布，避免了物料在闪速炉中心部位的堆积。

Description

一种旋流闪速冶炼工艺

技术领域

本发明属于闪速冶炼领域，尤其是涉及一种旋流闪速冶炼工艺。

背景技术

目前在用的闪速炉，参加反应的主要的物料(如矿粉、氧气、熔剂等)都是从位于反应塔顶部的喷嘴加入炉内，由于喷嘴内部的空间有限，即使在投料时采用了分散锥等装置对物料进行分散，但物料的实际分散效果并不理想。另外，由于闪速炉气流方向是从反应塔经熔池上部的烟道向上升烟道方向流动，在反应塔中物料的下落方向和气流流向几乎相同，因而矿粉悬浮下落的轨迹较短，空间冶炼的效果有限。

目前，也有人尝试在反应塔顶部的喷嘴周围制造旋流的方式使物料能更好的分散和混料，但喷嘴的横向尺寸相对反应塔的直径较小，旋流从喷嘴进入反应塔后，一方面旋流主要集中在反应塔的中心部位，另一方面随着物料的下落，旋流的能量迅速衰减，物料分散和空间冶炼的效果提升的有限。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种旋流闪速冶炼工艺，以解决现有的闪速炉物料分散效果不好，物料在反应塔空间下落轨迹过短，未能充分利用空间进行悬浮冶炼等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种旋流闪速冶炼工艺，包括如下步骤：

1)原料准备：将原矿及熔剂破碎并干燥；即将原矿破碎成矿粉并干燥，并将熔剂也进行破碎和干燥；

2)制造旋流：通过在闪速炉反应塔1侧壁上设置的气流导入装置向闪速炉中高速喷入反应气体并带入热量，在反应塔1内形成旋流区，并使反应塔1形成1000℃～1450℃的高温环境；

3)物料加料：把破碎后的粉矿和熔剂通过设置在反应塔1顶部的给料装置2加入闪速炉中；

4)旋流冶炼：粉矿进入反应塔1后，经过旋流区，被气流充分搅拌，一方面使矿粉和气流充分的混合，利用矿粉颗粒比表面积大的特性，通过快速的传热、传质，矿粉在迅速被加热到800℃以上高温的同时，与反应气流快速的发生化学反应，另一方面，旋流使粉矿螺旋下落，延长了矿粉在反应塔1空间的下落轨迹，使反应更充分，同时，也使矿粉能有序弥散到反应塔各处。

在反应塔1的多个水平截面上，多股气流以一定角度和速度进入反应塔1，遇到反应塔壁后被迫作回转运动，形成旋流，在反应塔1内从上到下的多股旋流形成旋流区，矿粉进入反应塔后，由于受高速旋转气流的影响，在水平方向上沿气流方向产生切向旋转运动，并在自身重力的共同作用下，螺旋向下运动；由于矿粉的质量不同，所受的离心力不同，大颗粒矿粉所受的离心力大，能够克服气流阻力向塔壁运动，而小颗粒矿粉所受的离心力小，未及靠近塔壁即随气流做回转运动，在矿粉旋转下落的过程中，大颗粒继续向周边分散，而小颗粒则更靠近中心区域，在反应塔1水平截面上，矿粉的颗粒粒径由中心向塔壁方向越来越大，按粒径大小形成层状分布，从而使矿粉能有序的弥散并能与反应气体充分接触。同时，矿粉中粒径大的颗粒螺旋下落的距离长，与反应气体接触的机会更多，颗粒中心部分与反应气体的化学反应也更充分，在一定程度上解决了闪速熔炼中大颗粒矿粉空间冶炼效果差的缺点。

进一步的，步骤1)中将原矿粉干燥至含水0.3％以下，其中，0.3％是质量百分数。干燥的目的是为了防止矿粉里含有的水分进入闪速炉后，在矿粉颗粒周围形成一层水膜，阻止反应气体分子向矿粉颗粒内部的扩散。步骤1)中熔剂也须干燥至含水质量小于1％。

进一步的，步骤1)中将原矿破碎成矿粉，至粒径小于200目的比例大于50％，其中，50％是数目百分数。把原矿破碎的目的是制成小粒径的矿粉颗粒，一方面利用矿粉与反应气体接触的比表面积大的特性，通过快速的传热和传质，使进入闪速炉内矿粉迅速升温并与气体发生快速的化学反应；另一方面矿粉整体粒径较小，易于被旋流带动螺旋下落，有助于反应气体与矿粉的混合及矿粉的分散。

进一步的，步骤1)中将原矿破碎后矿粉的粒度分布如下表：

粒度/目	10～20	20～100	100～200	200～300	＜300
						数目比例(％)	5	10	25	45	15

不同粒径的矿粉在旋流中所受的离心力不同，在反应塔1圆周截面上离中心的位置也不同，有一定离散度的粒度分布有助于矿粉在反应塔1内的旋流中有序的弥散。

进一步的，步骤2)中使反应塔1形成1000℃～1450℃的高温环境的一种补充方法是通过设置在所述反应塔1上的燃料烧嘴6为反应塔1提供热量。若喷入的反应气体温度较低，且气体与矿粉间发生的化学反应不是强放热反应，则需为反应塔1补充热量，通过燃料烧嘴6燃烧重油或天然气等燃料放热是一种比较有效的方法，当然，也可以通过反应塔1顶部的给料装置向反应塔1中加入煤和氧，利用煤氧反应为反应塔1提供所需的热量。

进一步的，步骤2)中气流的喷射速度为50～200m/s，优选为100～150m/s，气流喷射速度过慢会造成旋流的速度不够，过快会磨损反应塔1的塔壁。通过调节气流导入装置的气压，可以控制向反应塔1内喷入气流的速度，在实际生产中可以根据需求灵活调整。

进一步的，所述气流导入装置为多组，每组设置于反应塔1侧壁的不同水平面上，每组均包括多个喷枪3。在反应塔1侧壁不同水平面上多组喷枪3的设置确保旋流的能量不会迅速衰减，以保证矿粉的分散效果。

进一步的，每组导入装置包括4个喷枪3，对侧两两平行错开设置。喷枪3对侧两两平行错开设置可以在反应塔1水平截面内形成以圆心为中心的有序的旋流场。

进一步的，每组导入装置中的所述喷枪3沿相同旋转方向，在同一平面内沿中心线偏移3°～20°。在反应塔1水平截面内，通过多个喷枪3按相同旋转方向沿中心线偏移相同角度的设置，也可以在反应塔1水平截面内形成以圆心为中心的有序的旋流场。

进一步的，所述气流导入装置导入的气流为煤制气产生的还原性气体或冶金、化工行业火法冶炼尾气。优选的为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电炉(矿热炉)尾气、回转窑尾气、转底炉尾气等；采用上述工业废气作为冶炼气体，一方面使废气不需要再经过尾气净化处理流程，大大减小了原生产工艺的投资，另一方面降低了本发明所述冶金工艺的生产成本，实现了资源的循环综合利用，变废为宝。

相对于现有技术，本发明所述的旋流闪速冶炼工艺具有以下优势：

本发明所述的旋流闪速冶炼工艺一方面能够使矿粉产生螺旋下落的效果，延长了矿粉下落的轨迹，使矿粉和反应气体的接触机会更多，从而提高了矿粉和反应气体在反应塔空间的化学反应效率，提高了矿粉的冶炼效率和反应气体的利用率；另一方面能够优化矿粉的分散效果及与反应气体的混合效果，使矿粉按粒径大小从反应塔中心向边缘有序排布，避免了物料在闪速炉中心部位的堆积。

本发明所述的旋流闪速冶炼工艺在反应塔侧壁上设置多组气流导入装置，利用多股气流以一定的角度高速射入闪速炉反应塔，形成旋流，相对于现在闪速炉领域的旋流制造方式(如在塔顶通过喷嘴内部制造旋流)，在反应塔内产生的旋流范围(半径和长度)更大、旋流的速度更快，旋流产生的分散和混合效果更好，使矿粉在螺旋下落的同时，按粒径大小从反应塔中心向边缘有序排布，同时旋流制造装置结构简单，灵活易调节；特别适合需要先造气再引入反应塔中进行空间冶炼的工艺，如金属氧化矿的闪速冶炼，需要先通过煤制气生产还原气氛(CO+H₂),再引入炉内与矿粉发生还原反应，也可以直接引入冶金、化工行业的含还原气氛的火法冶炼尾气，做到变废为宝，实现资源的综合回收利用。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的旋流闪速冶炼工艺中使用的一组气流导入装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的旋流闪速冶炼工艺中使用的一组气流导入装置的另一种结构示意图；

图3为本发明实施例所述的旋流闪速冶炼工艺中使用的闪速炉的结构示意图。

附图标记说明：

1-反应塔；2-给料装置；3-喷枪；4-上升烟道；5-熔池；6-燃料烧嘴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种旋流闪速冶炼工艺，包括如下步骤：

1)原料准备：将原矿及熔剂破碎并干燥；

4)矿粉的旋流冶炼：粉矿进入反应塔1后，经过旋流区，被气流充分搅拌，一方面使矿粉和气流充分的混合，利用矿粉颗粒比表面积大的特性，通过快速的传热、传质，矿粉在迅速被加热到800℃以上高温的同时，与反应气体快速的发生化学反应，另一方面，旋流使使粉矿螺旋下落，延长了矿粉在反应塔1空间的下落轨迹，使反应更充分，同时，也使矿粉能有序的分散到反应塔的各处。

若是硫化矿，步骤2)中反应气体为含氧气体：空气、富氧气体或工艺氧。若是氧化矿，步骤2)中反应气体为含CO、H₂和碳氢化合物气体中的一种或多种；优选的，为冶金、化工行业火法冶炼尾气等(如高炉煤气、焦炉煤气、电炉法黄磷尾气)。

本实施例中给料装置2为喷嘴。本实施例中反应塔1上设有燃料烧嘴6，燃料烧嘴6的设置能够为反应塔1内提供热量。通过气流导入装置喷入的气流形成高速旋流区，从反应塔1顶部的喷嘴加入的矿粉落入旋流区时，受旋流的影响，粉状矿粉螺旋下落，最终被有序的弥散于闪速炉的反应塔空间，一方面，使矿粉按粒径大小从反应塔中心向边缘有序的排布，矿粉得到了很好的分散并能与反应气体充分混合，促进了化学反应的快速的进行，另一方面，矿粉的螺旋下落延长了矿粉在闪速炉空间下落的轨迹，使空间悬浮冶炼的效率增加，降低了能耗；反应后的熔体沉降于反应塔1下方的熔池5中，矿粉中的脉石成分与给料装置2加入的熔剂在熔池5中造渣，冶炼后得到的金属(或锍)与渣沉淀分离后形成渣层和粗金属层(或锍层)，过程中产生的烟气由上升烟道4排出。

根据本发明的一个实施例，步骤1)中将原矿粉干燥至含水0.3％以下，优选为含水0.1％以下。以防止在矿粉颗粒周围形成水膜，阻止反应气体分子向固体或液体颗粒内部的扩散。

根据本发明的一个实施例，步骤1)中将原矿破碎成矿粉，至粒径小于200目的比例大于50％。优选为矿粉粒径都小于200目。

根据本发明的一个实施例，步骤1)中将原矿破碎后矿粉的粒度分布如下表：

根据本发明的一个实施例，气流的喷射速度为50～200m/s。优选为100～150m/s，气流喷射速度过慢会造成旋流的速度不够，过快会使反应塔的塔壁受损。气流的喷射速度优选为110m/s、120m/s、130m/s、140m/s。

根据本发明的一个实施例，所述给料装置2设置在炉顶。

根据本发明的一个实施例，所述气流导入装置为多组，每组设置于不同水平面上，每组均包括多个喷枪3。

根据本发明的一个实施例，每组导入装置中的所述喷枪3均布设置。

根据本发明的一个实施例，每组导入装置包括4个喷枪3，对侧两两平行错开设置。

根据本发明的一个实施例，每组导入装置中的所述喷枪3沿相同旋转方向，在同一平面内沿中心线偏移3～20°，优选为8°，9°，10°，15°，18°。

根据本发明的一个实施例，气流导入装置导入的气流为煤制气产生的还原性气体或冶金、化工行业火法冶炼尾气。优选的为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电炉(矿热炉)尾气、回转窑尾气、转底炉尾气等。

利用本发明提供的旋流闪速冶炼工艺对红土镍矿进行冶炼：

1)原料准备：将红土镍矿干燥并散化为含水量在0.3％以下、粒度在200目以下占50％的干精矿。造渣熔剂为生石灰，含水小于1％、粒度小于60目的占90％；

2)制造旋流：在闪速炉反应塔1侧壁上从上至下设置六组气流导入装置，每组导入装置包括4个喷枪3，对侧两两平行错开设置，如图1所示；在闪速炉附近设有煤气化装置，生产温度约在1400℃、压强为2MPa、含70％(CO+H₂)有效还原气成分的还原性气体；通过气流导入装置把煤气化装置生产的还原性气体以130m/s的速度喷入闪速炉反应塔中，形成一个旋流区；

3)物料加料：把红土镍矿矿粉和生石灰通过设置在反应塔1顶部的喷嘴加入闪速炉中，因为不断有冷料从反应塔顶部加入，为维持反应塔内1350℃左右的高温环境，通过重油或天然气烧嘴为反应塔1上部补充热量，使进入的物料被迅速加热升温；

4)旋流冶炼：红土镍矿矿粉进入反应塔1后，经过旋流区，被气流充分搅拌，一方面使矿粉和气流的接触的比表面积增大，通过快速的传热、传质，矿粉在被迅速被加热到的同时，与反应气流快速的发生化学反应，另一方面，旋流使矿粉在反应塔1空间螺旋下落，延长了矿粉下落轨迹，使其与还原气氛的接触机会更多，提高了红土镍矿矿粉中NiO和铁氧化物的还原率，使得在最终落入熔池前，95％的NiO被还原成Ni，90％的铁氧化物被还原成FeO，还有部分金属铁被还原出来，同时，红土镍矿矿粉由于粒径的大小不同，在旋流中的离心力作用下，在反应塔水平截面上离中心的位置也不同，从而使矿粉能有序的弥散到反应塔的各处。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：包括如下步骤：

1)原料准备：将原矿及熔剂破碎并干燥；

2)制造旋流：通过在闪速炉反应塔(1)侧壁上设置的气流导入装置向闪速炉中高速喷入反应气体并带入热量，在反应塔(1)内形成旋流区，并使反应塔(1)形成1000℃～1450℃的高温环境；

3)物料加料：把破碎后的粉矿和熔剂通过设置在反应塔(1)顶部的给料装置(2)加入闪速炉中；

4)旋流冶炼：粉矿进入反应塔(1)后，经过旋流区，被气流充分搅拌，一方面使矿粉和气流充分的混合，利用矿粉颗粒比表面积大的特性，通过快速的传热、传质，矿粉在迅速被加热到800℃以上高温的同时，与反应气体快速的发生化学反应，另一方面，旋流使粉矿螺旋下落，延长了矿粉在反应塔(1)空间的下落轨迹，使反应更充分，同时，也使矿粉能有序弥散到反应塔(1)各处。

2.根据权利要求1所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：按质量百分数计，步骤1)中将原矿干燥至含水0.3％以下。

3.根据权利要求2所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：步骤1)中将原矿破碎成矿粉，至粒径小于200目的比例大于50％。

4.权利要求3所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：步骤1)中将原矿破碎后矿粉的粒度分布如下：

粒度为10～20目的矿粉比例为5％；粒度为20～100目的矿粉比例为10％；粒度为100～200目的矿粉比例为25％；粒度为200～300目的矿粉比例为45％；粒度小于300目的矿粉比例为15％。

5.根据权利要求1所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：步骤2)中使反应塔(1)形成1000℃～1450℃的高温环境的一种补充方法是通过设置在所述反应塔(1)上的燃料烧嘴(6)为反应塔(1)提供热量。

6.根据权利要求1所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：步骤2)中气流的喷射速度为50～200m/s。

7.根据权利要求1所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：所述气流导入装置为多组，每组设置于反应塔(1)侧壁的不同水平面上，每组均包括多个喷枪(3)。

8.根据权利要求7所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：每组导入装置包括4个喷枪(3)，对侧两两平行错开设置。

9.根据权利要求7所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：每组导入装置中的所述喷枪(3)沿相同旋转方向，在同一平面内沿中心线偏移3°～20°。

10.根据权利要求1所述的旋流闪速冶炼工艺，其特征在于：所述气流导入装置导入的气流为煤制气产生的还原性气体或冶金、化工行业火法冶炼尾气。