CN111748684A - 一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁矿石链篦机‑回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺几***，是将粒度40mm以下铁矿石分为三个粒级，粗粒铁矿石经链篦机干燥、预热后从回转窑入料端加入，高挥发份褐煤均匀喷吹分布到整个回转窑的长度方向上，中粒铁矿石喷吹到回转窑浅度氢冶金焙烧区前段和中段，细粒铁矿石加入到浅度氢冶金焙烧区后段，通过浅度氢冶金过程得到铁精矿。在磁化焙烧回转窑的前面串联了链篦机，采取了前期氧化焙烧方法和后期还原焙烧方法，进一步提高了氢利用效率，缩短了焙烧时间，使得铁矿石的焙烧质量、铁精矿的产率和金属回收率都有较大幅度的提高。

Description

一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺及 ***

技术领域

本发明属于冶金和矿物工程技术领域，涉及一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺及***。

背景技术

铁矿石资源中，褐铁矿、菱铁矿、沉积型赤铁矿采用常规选矿技术难以有效利用，采用磁化焙烧工艺将其转化为强磁性铁矿物，再通过弱磁选工艺将其中的含铁物料与脉石进行分离是提高这类铁矿资源利用率的有效途径。目前，国内外常见的铁矿石磁化焙烧技术主要为回转窑工艺。

传统的回转窑工艺主要处理入炉粒级为0-15mm的铁矿石，即0-15mm粉矿全粒级均从回转窑入料端入窑。前苏联在1962年建成30台φ3.6×50m的回转窑，用于处理克里沃罗格氧化铁矿石；我国从上世纪60年代开始，就有一些专业机构对白八街铁矿石、柳钢屯秋铁矿石、酒钢镜铁矿等难处理铁矿石进行了半工业或工业回转窑磁化焙烧试验研究及工业化实践。

目前，国内已经建成并投运的回转窑大约有20余台，技术背景均为长沙矿冶研究院，其采用的焙烧工艺为0-15mm铁矿石及还原煤均从回转窑入料端加入。他们错误地认为：铁矿石磁化焙烧的温度条件很低，在用原煤作还原剂的条件下，600℃左右即可以完成，因此国内磁化焙烧回转窑的设计还原温度即料温均在700-750℃；铁矿石还原过程的主反应为固体C与Fe₂O₃的固固反应而生成Fe₃O₄和CO，后续参加反应的还原气体CO以此为主要来源。由于固固反应的局限性很大，只有相互接触的两个颗粒之间才会发生，为满足铁矿石中Fe₂O₃所需的还原性气氛，上述工艺只能采用较高的还原剂即原煤配比，其配比高达6-8%。

物料在回转窑内翻滚行进及受热升温过程中，单体颗粒物料表面会同时接受辐射、对流、传导三种方式的传热量，而单体颗粒表面向芯部的热传递仅为传导传热。0-15mm铁矿石进入回转窑后，就单体铁矿石颗粒的升温过程而言，其表面首先受热升温，然后逐渐向芯部传热，粒度细的升温时间很短，粒度越大所需的升温时间越长。任何一粒颗粒铁矿石整体达到一定的温度即达到500-900℃是其所含Fe₂O₃被还原成Fe₃O₄最起码的冶金热力学条件，在料层内部还原性气氛相对稳定的条件下，温度越高，其冶金动力学条件越好被还原的速度就越快。细粒铁矿石及粗粒铁矿石的表层所需的还原时间很短，而粗粒铁矿石的芯部所需的还原时间很长。若要缩短颗粒铁矿石还原时间，首先要解决传热问题，而缩短传热时间的途径只有提高颗粒铁矿石内外温度梯度，即提高颗粒铁矿石表面的温度，在较高温度条件下，粗粒铁矿石芯部升温速度会有一定程度的提高，但粗粒铁矿石表层及细粒铁矿石温度将更高，在1000℃左右局部高温的环境下，Fe₃O₄很容易进一步被还原为FeO，FeO会与铁矿石中的SiO₂发生一系列复杂的化学反应生成多种低熔点化合物，加剧回转窑“结圈”。为缓解回转窑“结圈”、保证回转窑稳定运行，目前采用的常规解决方式，只能降低窑内铁矿石焙烧温度，如：陕西柞水大西沟回转窑实际运行还原温度仅在650℃左右，被迫延长铁矿石升温及还原时间，降低产能；即便如此，焙烧矿整体质量差，即细粒铁矿石过还原、粗粒铁矿石欠还原问题仍很严重，金属回收率普遍偏低。

我们通过试验研究发现，传统的回转窑磁化焙烧工艺中，一定温度下固态的C与Fe₂O₃反应产出的CO，实际上仅为铁矿石磁化焙烧过程还原Fe₂O₃生成Fe₃O₄和CO₂的一少部分还原剂；这部分CO₂和C发生气化反应也会生成CO，由于焙烧温度低，远未达到该反应剧烈进行的800℃，远远没有发挥CO₂的作用，因此，这部分CO的量也很少。由于还原用原煤是在回转窑入料端加入窑内的，它在升温至500℃之前热解所析出的挥发份在溢出料层后，将做燃料使用，这部分挥发份占到原煤充分热解析出挥发份总量的60%左右，其中的H₂几乎不会还原铁矿石中的Fe₂O₃。只有在原煤升温至500℃以上时热解所析出挥发份中的H₂才会对铁矿石中的Fe₂O₃进行还原，因为，此时的温度条件已经达到了Fe₂O₃可以被还原的冶金热力学条件。即便如此，H₂仍然是铁矿石磁化焙烧过程最主要的还原剂，这也是传统的回转窑磁化焙烧工艺中，还原用原煤配比很高的原因所在。

为提高产能、降低能耗，一些机构对传统的回转窑工艺也做过一些改造工作，但均未取得理想的效果。例如，为提高对还原煤的利用率，采取部分还原用原煤从出料端直接喷入回转窑焙烧区，部分仍随铁矿石从回转窑入料端加入方式进行焙烧，部分还原用原煤直接喷入回转窑焙烧区确实可以提高煤的利用率，但挥发份在该区域料层内热解析出后，过度提高了料层内部的还原性气氛，即过度提高了料层内部的气相体量和H₂的含量，增加了铁矿石的过还原趋势；同时，大量的可燃气体集中溢出料层表面进入回转窑燃烧空间充当燃料，使得该区域温度进一步升高，加剧了窑内“结圈”，并没有从根本上解决回转窑生产顺行及焙烧矿质量提升问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺及***，在磁化焙烧回转窑的前面串联了链篦机，采取了前期氧化焙烧方法和后期还原焙烧方法，进一步提高了氢利用效率，使得铁矿石的焙烧质量、铁精矿的产率和金属回收率都有较大幅度的提高。

本发明铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺，包括以下工艺步骤：

（1）将铁矿石分为0-3mm细粒、3-10mm中粒、10-40mm粗粒三个粒级；高挥发份煤分为0-5mm和5-25mm两个粒级；铁矿石包括褐铁矿、赤铁矿及含有赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿及少量磁铁矿的混合矿，铁品位26-45%；所述高挥发分煤为褐煤或泥煤，挥发份在40%以上。

（2）将10-40mm粗粒铁矿石铺设到链篦机入料端篦板上，其随篦板向前运动中进行干燥和预热，当其温度达到700-750℃时进入到回转窑内；铁矿石在链篦机后段高温作用下发生氧化，将矿石中Fe₃O₄氧化成Fe₂0₃,不但提高了入窑铁矿石的强度，而且由于Fe₃O₄向Fe₂0₃转弯过程中的晶格变化，会引起铁矿石体积的变化，在矿石内部形成大量微孔，可使还原气体较易渗透到矿石内部，为还原反应创造了动力学条件，从而提高铁矿石的磁化焙烧质量。

（3）将回转窑内燃烧空间温度控制为900-950℃；将干燥、预热后的10-40mm粗粒铁矿石从回转窑入料端加入，在窑时间14-16min、最高焙烧及物料温度800-850℃；将5-25mm高挥发份煤均匀喷吹到整个回转窑的长度方向上；将3-10mm中粒铁矿石喷吹到回转窑前段和中段，随粗粒铁矿石翻滚进入料层并实现均匀混合，中粒铁矿石在窑时间10-12min、最高焙烧及物料温度750-800℃；进入回转窑浅度氢冶金焙烧区的中粒铁矿石和5-25mm高挥发份粒煤温度迅速升高，它们所含的H₂O除少量直接进入烟气外，大部分将在料层内受热析出到热态料层空隙中，H₂O会有一部分在热态下气化活性颗粒碳和呆滞碳产生H₂和CO，由于化学反应的选择性，CO将溢出料层做燃料使用，H₂将参与浅度氢冶金过程，同时中粒铁矿石中菱铁矿分解生成Fe₃O₄并产生CO气体，这部分CO参与对中粒铁矿石中Fe₂O₃的还原反应；5-25mm高挥发份粒煤热解释放出挥发份，在热态料层内经二次及多次热解产生含H₂量较高的气体及活性颗粒碳。上述反应产出的H₂会还原铁矿石中Fe₂O₃生成Fe₃O₄和H₂O，部分H₂O再与料层中活性颗粒碳或呆滞碳进行碳气化反应生成H₂和CO，H₂再作为还原剂还原Fe₂O₃......，从而形成耦合效应，实现后续入窑物料脱水、煤的热解过程与铁矿石浅度冶金还原过程在热态下的高度集成，而CO则从料层中溢出后进入燃烧空间作为燃料利用。

将细粒铁矿石加入到回转窑后段，在窑内与来回转窑中段的高温物料充分混合；细粒铁矿石在窑时间5-7min、最高焙烧及物料温度700-750℃。细粒铁矿石的受热升温，部分H₂O与料层中的炽热的活性颗粒碳或呆滞炭进行碳气化反应产出H₂和CO，H₂作为还原剂还原铁矿石中Fe₂O₃生成Fe₃O₄和H₂O，部分H₂O再与料层内的碳进行碳气化反应产出H₂和CO，H₂再作为还原剂还原铁矿石中Fe₂O₃，从而形成耦合效应。其中的菱铁矿分解生成Fe₃O₄同时产生CO气体，这部分CO参与对细粒铁矿石中Fe₂O₃的还原反应；通过碳气化反应产生的CO则从料层中溢出后进入燃烧空间作为燃料利用。因此，细粒铁矿石在料层内析出的H₂O，直接主导了该段的浅度氢冶金过程。

（4）将浅度氢冶金回转窑排出的高温物料降温至400℃以下，得到300-400℃热风，可作为回转窑煤粉燃烧的二次助燃风和0-5mm高挥发份粉煤的干燥热源使用，400℃以下的物料再降温至150℃以下排出。

（5）将步骤（4）得到的冷态焙烧进行干磨干选，抛除尾矿后，可得到的铁精矿，铁精矿铁品位为60-70%，产率40-70%，金属回收率90%以上。

所述0-5mm高挥发份粉煤进行干燥，将其水份含量控制在6%以下后，研磨至粒度-200目占55-60%，从浅度氢冶金回转窑出料端吹入主燃烧器内作为回转窑的加热燃料。

所述回转窑排出750-850℃的高温烟气作为链篦机的热源使用；链篦机排出的150-180℃烟气经除尘***净化后，由抽烟机抽出排放。

所述喷吹入回转窑5-25mm高挥发份煤占铁矿石总量的1.5~1.8%。由于在回转窑的前面串联了链篦机，通过链篦机提高了料温后，进入到回转窑内的料温大大提高，回转窑入料温提高后，就可在整个回转窑的长度方向进行均匀喷煤，从而提高煤的利用率，将还原用煤配比降至1.5~1.8%。

一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿***，包括串联设置的链篦机和回转窑，以及与链篦机和回转窑连接的给料装置、无氧冷却装置和除尘装置，所述给料装置包括铁矿石分级装置和原煤分级装置，所述铁矿石分级装置包括铁矿粒度分级机和分别与铁矿粒度分级机出料端连接的0-3mm细粒收集装置、3-10mm中粒收集装置和10-40mm粗粒收集装置，所述10-40mm粗粒收集装置与链篦机连接，所述0-3mm细粒收集装置和3-10mm中粒收集装置分别与回转窑的出料端连通，所述原煤分级装置包括原煤粒度分级机和分别与原煤粒度分级机出料端连接的0-5mm高挥发份煤收集装置和5-25mm高挥发份煤收集装置，所述5-25mm高挥发份煤收集装置与回转窑的出料端连通，所述0-5mm高挥发份煤收集装置依次通过干燥机和干式磨煤机与回转窑的出料端连通；所述无氧冷却装置的出料端依次设置干式磨矿机和干式磁选机；所述无氧冷却装置的热风出口与回转窑和干燥机连通。

所述回转窑上设置窑背风机。回转窑窑体前端和中端设置若干台窑背风机，窑背风机将常温空气沿窑长方向按工艺需求供入到窑内，可在调整窑内温度沿窑长方向合理分布的同时，将回转窑内燃烧空间内烟气中的可燃气体处置干净。

所述除尘装置入口与链篦机连接，出口连接抽烟机。

本发明的原理如下：

在回转窑浅度氢冶金焙烧区的高温混合料层中，由于煤受热裂解产生H₂，H₂还原Fe₂O₃生成Fe₃O₄和H₂O，H₂O又气化C产出新的H₂，H₂再还原Fe₂O₃......，产生耦合效应，实现铁矿石浅度氢冶金过程。

链篦机氧化：铁矿石在链篦机后段高温作用下发生氧化，将矿石中Fe₃O₄氧化成Fe₂0₃,不但提高了入窑铁矿石的强度，而且由于Fe₃O₄向Fe₂0₃转弯过程中的晶格变化，会引起铁矿石体积的变化，在矿石内部形成大量微孔，可使还原气体较易渗透到矿石内部，为还原反应创造了动力学条件，从而提高铁矿石的磁化焙烧质量。

回转窑浅度氢冶金焙烧区：当氧化后的铁矿石进入到还原回转窑后，在窑内还原气氛作用下，Fe₂0₃又被还原成Fe₃O₄，同时伴随晶格转化而产生的体积变化和强度下降，但只要其内应力不引起团块破碎，只要矿石表面生成网状结构，就会在团块内部产生许多微孔，进一步为还原气体渗入和矿石还原创造动力学条件。因此，本发明在链蓖机上，铁矿石氧化得越充分、固结得越好，在回转窑内就越容易被还原，也越不容易产生粉末，回转窑就不会产生结圈。中粒铁矿石和粒煤分别从回转窑出料端喷入，沿窑长方向按工艺需求分布到窑体中端至后端各处，随高温粗粒铁矿石翻滚行进并均匀混合；细粒铁矿石从回转窑出料端加入，沿窑长方向按工艺需求分布到窑体后端至出料端各处，随物料翻滚进入料层并与其他物料均匀混合。在回转窑的中端到出料端这一区域，形成了由铁矿石、粒煤及呆滞炭混合构成的热态料层，在热态料层内一定会发生以Fe₂O₃中的氧元素、粒煤中的氢元素、呆滞炭中的碳元素联合主导的以煤热解过程、水气化碳过程、Fe₂O₃浅度还原过程在热态下高度集成的浅度氢冶金过程；在这一区域存在的含有活性颗粒碳的呆滞炭为该区域前段进入料层的粒煤经热解后在中后段所形成的。回转窑内发生这一浅度氢冶金过程所存在的空间，我们将其称为回转窑浅度氢冶金焙烧区。

煤热解过程：煤基浅度氢冶金过程的还原剂采用高挥发份煤，煤在350-400℃时，即开始热解成富碳的呆滞碳和富氢的挥发份，富氢的挥发份中包括焦油、苯、萘、烷、烯、烃类等大分子量气体和H₂、H₂O、CO、CO₂、H₂S等小分子量气体；在回转窑浅度氢冶金焙烧区的热态料层空间内，温度达到500℃以上时，焦油、苯、萘、烷、烯、烃类等大分子量气体会产生二次及多次热解，产生的气体产物以H₂为主，同时产出固体活性颗粒碳。

任何一颗粒煤从出料端喷入到回转窑浅度氢冶金焙烧区料层表面过程中，由于粒煤表面温度的迅速升高，其表面会有少量挥发份析出，进入回转窑燃烧空间再热解后作为燃料使用；当它下落到料层表面后，随焙烧物料翻滚行进会迅速进入料层内部与周边高温物料接触，其表层及浅层在升温过程中释放的挥发份会进入到高温料层空隙中，经热解产生H₂及活性颗粒碳，H₂将在热态下直接作为还原Fe₂O₃的还原剂，而活性颗粒碳会粘附在铁矿石或粒煤的表面。

进入到回转窑浅度氢冶金焙烧区热态料层内部的任何一颗粒煤的表面及浅层会首先受热升温，形成一个高温区，温度达到800℃左右，其芯部由浅至深的任何部位都将经历一个升温过程，当某处温度达到350-400℃时，该处的煤开始热解释放出挥发份，挥发份在溢出过程中经过粒煤表面及浅层高温区时，都会发生二次及多次热解生成以H₂为主的小分子气体及活性颗粒碳，H₂溢出该粒煤表面进入到高温料层空隙中将作为还原剂将铁矿石中Fe₂O₃还原成Fe₃O₄并生成H₂O，活性颗粒碳将停留在该粒煤生成的呆滞粒炭的表面及浅层。

进入到回转窑浅度氢冶金焙烧区前段或中段料层内部的粒煤，其热解产生的H₂将在热态下直接作为还原Fe₂O₃的还原剂，产生的带有活性颗粒碳的高温呆滞粒炭会随料层翻滚行进到中段及后段。

回转窑浅度氢冶金焙烧区料层内部的煤热解氢还原过程：在褐煤等高挥发份煤中，氢元素含量一般为4-5%，通过煤的热解获得的H₂中能有80%左右用于还原铁矿石，这部分H₂可将铁矿石中50%左右的Fe₂O₃还原成Fe₃O₄，我们将这一过程称为“煤热解氢浅度还原过程”。

回转窑浅度氢冶金焙烧区料层内部的碳气化氢还原过程：煤热解产生的H₂还原Fe₂O₃产生了H₂O，H₂O又与带有活性颗粒碳的高温呆滞粒炭进行碳气化反应生成H₂和CO，H₂再作为还原剂还原Fe₂O₃，再生成的H₂O又会气化碳生成新的H₂和CO......，产生耦合效应。由于化学反应的选择性，这个过程所生成的CO只有少部分参加还原Fe₂O₃的反应，大部分将排出料层进入燃烧空间作为燃料使用，通过这一过程又可以将铁矿石中50%左右的Fe₂O₃还原转化成Fe₃O₄，我们将这一过程称为“碳气化氢浅度还原过程”。

由各种物料带入回转窑浅度氢冶金焙烧区料层内部的H₂O所发挥的重要作用：进入回转窑的中粒铁矿石、粒煤、细粒铁矿石都含有化合H₂O和机械H₂O，其中：中粒铁矿石和粒煤由于直接进入到回转窑浅度氢冶金焙烧区的前段和中段，它们所含的H₂O除少量直接进入烟气外，大部分将在料层内受热析出到热态料层空隙中；细粒铁矿石由于直接进入到回转窑浅度氢冶金焙烧区的后段，其H₂O大部分也将在料层内受热析出到热态料层空隙中。上述物料在回转窑浅度氢冶金焙烧区料层内部析出的H₂O，会气化热态下的活性颗粒碳和呆滞碳产生H₂和CO，由于化学反应的选择性，CO将溢出料层做燃料使用，H₂将参与浅度氢冶金过程；特别是在回转窑浅度氢冶金焙烧区后段，细粒铁矿石在料层内析出的H₂O，直接主导了该段的浅度氢冶金过程。由于进入回转窑的物料中高挥发份煤的比例仅在1.5-1.8%，因此在回转窑浅度氢冶金焙烧区料层内部产生的H₂O只有其中的一部分有机会气化C，其余的将在料层内独立存在直至溢出料层，客观上降低了料层内部气相的还原性，即降低了气相中H₂的含量，对抑制Fe₃O₄被还原产生FeO即防止铁矿石的过还原发挥了至关重要的作用。

在“煤热解氢浅度还原过程”中，煤热解产生的H₂，其耗热量一般不会超过17KJ/mol。这一浅度氢基还原过程同碳基浅度还原过程相比，节能率接近80%；因为，碳基浅度还原过程是一个以CO₂做气化剂的碳气化反应为核心的冶金反应过程，该碳气化反应是一个强吸热反应，每产生1mol的CO需要耗热82.9kJ。

在“碳气化氢浅度还原过程”中，H₂O作为气化剂进行碳气化反应生成了H₂和CO，该碳气化反应（C+H₂O→CO+H₂-124.5KJ/mol）的吸热量比以CO₂做气化剂的碳气化反应（C+CO₂→2CO-165.8kJ/mol）的吸热量减少25%。这一浅度氢冶金过程与浅度碳冶金过程相比，节能率为25%。

在回转窑浅度氢冶金焙烧区，由于粒煤有先有后进入料层内部，以及燃烧空间对料层表面暨料层内部的传热特性，决定了在铁矿石磁化过程中存在煤热解氢浅度冶金过程和碳气化氢浅度冶金过程，且在热态下交织在一起，相互耦合。与浅度碳冶金相比，浅度氢冶金过程节能率在50%以上。

本发明进入回转窑浅度氢冶金焙烧区热态料层的任何一颗粒煤在升温过程中，都是其表面先接受周边高温物料的辐射传热，其表面接受的热量再向芯部传导，在辐射、对流和传导三种传热方式中，传导是最慢的；因此，粒煤在升温过程中，深层及芯部的温度会滞后于表面及浅层，而且，煤粒度越大，滞后的时间越长。本发明为提高对H₂的有效利用率，通过调整粒煤的粒级范围来控制料层内H₂逸出速度，粒煤粒度一般选择在5-25mm。

本发明铁矿石还原建立在浅度氢冶金基础上，回转窑的工艺耗能量即用于还原Fe₂O₃及物料物理升温的有效热降低，意味着在同样传热量的前提下，产能会大幅提升。更重要的是，浅度氢冶金的反应温度点低，Fe₂O₃在更低的温度下被还原，有活性颗粒碳参加时温度会更低；由于传热量取决于燃烧空间温度与物料温度的差异，因此同样的燃烧空间温度下，会传入料层更多的热量，提高对热量的使用效率。

本发明实现了煤的脱水及热解过程与铁矿石脱水及浅度氢冶金过程在热态下高度集成，整个过程仅采用褐煤等高挥发份煤。Fe₂O₃的还原以H₂为主力还原剂的浅度氢冶金过程，达到铁矿石磁化焙烧过程本质节能与本质减排的目的。

本发明针对粗粒铁矿石升温速度慢、还原时间长、颗粒内外温差大以及细粒铁矿石升温速度快、还原时间短等特点，将铁矿石粒度分级为粗粒、中粒和细粒。将粗粒铁矿石先经链篦机干燥、预热到700℃左右后再入窑升温，当其行进至回转窑浅度氢冶金焙烧区前段时，温度已升高到800℃左右；将中粒铁矿石从回转窑出料端直接喷入到浅度氢冶金焙烧区前段和中段；将细粒铁矿石从回转窑出料端直接加入到浅度氢冶金焙烧区后段，即：粗粒铁矿石加热升温时间长、中粒铁矿石加热升温时间次之、细粒铁矿石加热升温时间最短；也就是说，粗粒铁矿石经历的浅度氢冶金过程需要的温度最高、时间最长，中粒铁矿石经历的浅度氢冶金过程需要的温度次之、时间次之，细粒铁矿石经历的浅度氢冶金过程需要的温度最低、时间最短。从根本上解决各粒级铁矿石在传统回转窑磁化焙烧过程中出现的焙烧质量差异问题，即：粗粒铁矿石表面过还原、芯部欠还原和细粒铁矿石整体过还原的问题。

本发明相对于现有技术的有益效果：

（1）本发明在回转窑的前面串联了链篦机，通过链篦机提高了料温后，进入到回转窑内的料温大大提高，回转窑入料温提高后，就可在整个回转窑的长度方向进行均匀喷煤，缩短了焙烧时间，提高了煤的利用率，将还原用煤配比降至1.5~1.8%，同时使得铁矿石的焙烧质量、铁精矿的产率和金属回收率都有较大幅度的提高。

（2）本发明为提高回转窑产量，减轻窑内预热段热负荷，采取了前期氧化焙烧方法和后期还原焙烧方法，当在回转窑入料端配置链篦机时，可把回转窑入窑料温提高到700℃以上，同时铁矿石在链篦机后段高温作用下发生氧化，将矿石中Fe₃O₄氧化成Fe₂0₃,不但提高了入窑铁矿石的强度，而且由于Fe₃O₄向Fe₂0₃转化过程中的晶格变化，会引起铁矿石体积的变化，在矿石内部形成大量微孔，可使还原气体较易渗透到矿石内部，为还原反应创造了动力学条件，从而提高铁矿石的磁化焙烧质量。当氧化后的铁矿石进入到还原回转窑后，在窑内还原气氛作用下，Fe₂0₃又被还原成Fe₃O₄，同时伴随晶格转化而产生的体积变化和强度下降，但只要其内应力不引起团块破碎，只要矿石表面生成网状结构，就会在团块内部产生许多微孔，进一步为还原气体渗入和矿石还原创造动力学条件。因此，本发明在链蓖机上，铁矿石氧化得越充分、固结得越好，在回转窑内就越容易被还原，也越不容易产生粉末，回转窑就不会产生结圈。

（3）传统铁矿石在回转窑内磁化焙烧过程中存在产能低、能耗高、焙烧矿质量差及回转窑内容易“结圈”等问题，究其原因是未能找出还原剂的主要出处，没有合理控制回转窑焙烧区料层内的还原性气氛，偏离了铁矿石中Fe₂O₃被还原为Fe₃O₄的冶金热力学范围，从而使铁矿石还原过程产生更多的FeO，FeO与SiO₂结合后就容易产生低熔点的硅酸铁液相。本发明通过在回转窑前串联链篦机，延长了铁矿石的加热和还原时间，分散了还原剂在窑内的分布，降低了还原气氛的浓度，有效抑制了Fe₃O₄向FeO的转变，从而提高了铁矿石的还原质量。

（4）本发明采用褐煤等高挥发份煤种做还原剂及燃料，将H₂作为铁矿石磁化焙烧的主力还原剂，在窑内实现煤的脱水及热解过程与铁矿石脱水及Fe₂O₃的还原过程在热态下的高度集成，根据不同粒度铁矿石的磁化焙烧特性，采用合理的加料方式，满足了不同粒级铁矿石在同一回转窑内需要的不同温度及还原时间，并可将粉状铁矿石的粒级范围由0-15mm扩展到0-40mm，能有效控制回转窑焙烧温度及冶金焙烧区料层内的还原性气氛，从根本上解决回转窑“结圈”问题。提高了铁矿石焙烧质量，降低了能耗，提高了产能。

附图说明

图1为铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的阐述。

铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺流程图如图1所示，包括串联设置的链篦机和回转窑，以及与链篦机和回转窑连接的给料装置、无氧冷却装置和除尘装置，给料装置包括铁矿石分级装置和原煤分级装置，铁矿石分级装置包括铁矿粒度分级机和分别与铁矿粒度分级机出料端连接的0-3mm细粒收集装置、3-10mm中粒收集装置和10-40mm粗粒收集装置，10-40mm粗粒收集装置与链篦机连接，0-3mm细粒收集装置和3-10mm中粒收集装置分别与回转窑的出料端连通，原煤分级装置包括原煤粒度分级机和分别与原煤粒度分级机出料端连接的0-5mm高挥发份煤收集装置和5-25mm高挥发份煤收集装置，5-25mm高挥发份煤收集装置与回转窑的出料端连通，0-5mm高挥发份煤收集装置依次通过干燥机和干式磨煤机与回转窑的出料端连通；无氧冷却装置的出料端依次设置干式磨矿机和干式磁选机；无氧冷却装置的热风出口与回转窑和干燥机连通。

回转窑上设置窑背风机。回转窑窑体前端和中端设置若干台窑背风机，窑背风机将常温空气沿窑长方向按工艺需求供入到窑内，可在调整窑内温度沿窑长方向合理分布的同时，将回转窑内燃烧空间内烟气中的可燃气体处置干净。除尘装置入口与链篦机连接，出口连接抽烟机。无氧冷却装置上设置有鼓风机。

本实施方法以0-40mm难选低品位镜铁山矿为原料、0-25mm高挥发份褐煤为还原剂及加热燃料。难选低品位镜铁山矿铁品位为34%，高挥发份褐煤中挥发份含量48%左右、固定碳含量43%左右。

难选低品位镜铁山矿浅度氢冶金工艺的实施方法为：

（1）0-40mm镜铁山矿采用铁矿石分级装置分为0-3mm细粒、3-10mm中粒和10-40mm粗粒三个粒级，各粒级范围镜铁山矿分别占总矿量的15%、25%和60%；0-25mm高挥发份煤采用原煤分级装置分为0-5mm和5-25mm两个粒级，其中0-5mm煤约占总煤量的50%左右。

（2）将0-5mm高挥发份褐煤采用圆筒干燥机进行干燥，将其水份含量控制在6%以下，热源采用无氧冷却装置中产出的300-400℃热风，进行间接加热干燥。经干燥的高挥发份粉煤经干式磨煤机磨细至粒度-200目占60%左右，采用单独的鼓风机产生的一次风携带供至浅度氢冶金回转窑出料端主燃烧器，作为回转窑的加热燃料。

（3）将粗粒铁矿石铺设到链篦机入料端篦板上，其随篦板向前运动中进行干燥和预热，当其温度达到700℃时进入到回转窑内。铁矿石在回转窑内翻滚行进过程中继续受热升温，当其行进至回转窑浅度氢冶金焙烧区前段时，温度已升高到800℃。

（4）将回转窑内燃烧空间温度控制为950℃，将干燥、预热后的粗粒镜铁山矿从回转窑入料端加入，在窑时间16min、最高焙烧及物料温度850℃；将占总矿量1.6%的5-25mm高挥发份褐煤均匀喷吹分布到整个回转窑的长度方向上；从回转窑出料端将中粒镜铁山矿喷吹分布到浅度氢冶金焙烧区前段及中段，随高温粗粒镜铁山矿翻滚进入料层并实现均匀混合，中粒镜铁山矿在窑时间12min、最高焙烧及物料温度780℃；将细粒镜铁山矿加入到氢冶金浅度焙烧区后段，在窑内翻滚行进过程中与来自氢冶金浅度焙烧区中段的高温物料充分混合；细粒镜铁山矿在浅度氢冶金回转窑内的在窑时间6min、最高焙烧及物料温度730℃。

（5）将浅度氢冶金回转窑排出800℃左右的高温烟气作为链篦机的热源使用；链篦机排出的150-180℃烟气经除尘***净化后，由抽烟机抽出排放。

（6）将浅度氢冶金回转窑排出730℃左右的高温物料进入到无氧冷却装置中，经过空气间接换热后，将料温降至400℃以下，并产出300-400℃的热风；热风作为回转窑煤粉燃烧的二次助燃风和0-5mm高挥发份粉煤圆筒干燥机的间接干燥热源使用，400℃以下的物料再经水冷间接换热后温度降至150℃以下，从无氧冷却装置中排出。

（7）从无氧冷却装置排出的冷态焙烧矿送入到干式磨矿机和干式磁选机中进行磨选，抛除尾矿后，得到铁精矿，铁品位65%，产率68%，金属回收率90%。

Claims (10)

1.一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺，包括以下工艺步骤：

（1）将铁矿石分为0-3mm细粒、3-10mm中粒、10-40mm粗粒三个粒级；高挥发份煤分为0-5mm和5-25mm两个粒级；

（2）将10-40mm粗粒铁矿石通过链篦机干燥、预热到700-750℃；

（3）将回转窑内燃烧空间温度控制为900-950℃；将干燥、预热后的10-40mm粗粒铁矿石从回转窑入料端加入，在窑时间14-16min、最高焙烧及物料温度800-850℃；将5-25mm高挥发份煤均匀喷吹到整个回转窑的长度方向上；将3-10mm中粒铁矿石喷吹到回转窑前段和中段，随粗粒铁矿石翻滚进入料层并实现均匀混合，中粒铁矿石在窑时间10-12min、最高焙烧及物料温度750-800℃；将0-3mm细粒铁矿石加入到回转窑后段，与来自回转窑中段的高温物料充分混合，细粒铁矿石在窑时间5-7min、最高焙烧及物料温度700-750℃；

（4）将浅度氢冶金回转窑排出的高温物料降温至400℃以下，得到热风，再降温至150℃以下排出；

（5）将步骤（4）得到的冷态焙烧进行干磨干选，抛除尾矿后，可得到铁品位60-70%的铁精矿。

2.根据权利要求1所述的一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的铁矿石包括褐铁矿、赤铁矿及含有赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿及少量磁铁矿的混合矿，铁品位26-45%。

3.根据权利要求1所述的一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述高挥发分煤为褐煤或泥煤，挥发份在40%以上。

4.根据权利要求1所述的一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述0-5mm高挥发份粉煤进行干燥，将其水份含量控制在6%以下后，研磨至粒度-200目占55-60%，从浅度氢冶金回转窑出料端吹入主燃烧器内作为回转窑的加热燃料。

5.根据权利要求1所述的一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述回转窑排出750-850℃的高温烟气作为链篦机的热源使用；链篦机排出的150-180℃烟气经除尘***净化后，由抽烟机抽出排放。

6.根据权利要求1所述的一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述喷吹入回转窑5-25mm高挥发份煤占铁矿石总量的1.5~1.8%。

7.根据权利要求1所述的一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿工艺，其特征在于：步骤（4）中，所述降温得到的热风温度为300-400℃，可作为回转窑煤粉燃烧的二次助燃风和0-5mm高挥发份粉煤的干燥热源使用。

8.一种铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿***，其特征在于：包括串联设置的链篦机和回转窑，以及与链篦机和回转窑连接的给料装置、无氧冷却装置和除尘装置，所述给料装置包括铁矿石分级装置和原煤分级装置，所述铁矿石分级装置包括铁矿粒度分级机和分别与铁矿粒度分级机出料端连接的0-3mm细粒收集装置、3-10mm中粒收集装置和10-40mm粗粒收集装置，所述10-40mm粗粒收集装置与链篦机连接，所述0-3mm细粒收集装置和3-10mm中粒收集装置分别与回转窑的出料端连通，所述原煤分级装置包括原煤粒度分级机和分别与原煤粒度分级机出料端连接的0-5mm高挥发份煤收集装置和5-25mm高挥发份煤收集装置，所述5-25mm高挥发份煤收集装置与回转窑的出料端连通，所述0-5mm高挥发份煤收集装置依次通过干燥机和干式磨煤机与回转窑的出料端连通；所述无氧冷却装置的出料端依次设置干式磨矿机和干式磁选机；所述无氧冷却装置的热风出口与回转窑和干燥机连通。

9.如权利要求8所述的铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿***，其特征在于：所述回转窑上设置窑背风机。

10.如权利要求8所述的铁矿石链篦机-回转窑浅度氢冶金生产铁精矿***，其特征在于：所述除尘装置入口与链篦机连接，出口连接抽烟机。

Images