CN114686687A - 一种钛铁矿微波富钛装置及微波富钛方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛铁矿微波富钛装置及微波富钛方法，包括相互连通的预热段和还原段，其中，预热段的壳体垂直设置于还原段壳体的上方，其顶部设置有第一进口和第二进口，且预热段的壳体内部设置有混合输送器，混合输送器的螺旋输送叶片贴合壳体内壁设置，且螺旋输送叶片上分布设置有若干通孔，通孔直径大于原料粉体的直径；且若干磁控管通过波导安装在预热段的壳体上；还原段的壳体上设置有磁控管，且还原段内部设置有板式输送器，板式输送器的进料端位于混合输送器的下方，且板式输送器的上方设置有搅拌器。
Description
技术领域
本发明属于钛铁矿富钛技术领域，具体涉及一种钛铁矿微波富钛装置及微波富钛方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物，又称钛磁铁矿，是提炼铁和钛的主要矿石，虽然我国钛铁矿储量丰富，但是钛品位较低，难以高附加值直接使用。因此，钛铁矿一般都需要预先进行富集，富集方式以钛铁矿碳热还原为主。
微波加热是通过微波在原料内部的能量耗散直接加热，因其具有选择性加热、加热速度快、加热均匀、清洁环保以及加热过程易控制等特点逐步被应用于钛铁矿碳热还原领域。但是发明人发现，现有的钛铁矿微波作用下的碳热还原工艺一般为配料、造球、预热、微波还原、冷却以及后续的除杂，工艺非常复杂，尤其是前面的配料、造球与后续的预热、还原和冷却过程都是间歇式运行，无法一体化的高效连续运行，并且微波还原过程中存在物料加热不均匀、还原效率低的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种钛铁矿微波富钛装置及微波富钛方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种钛铁矿微波富钛装置，包括相互连通的预热段和还原段，其中，
预热段的壳体垂直设置于还原段壳体的上方，其顶部设置有第一进口和第二进口，且预热段的壳体内部设置有混合输送器，螺旋输送叶片上分布设置有若干通孔，通孔直径大于原料粉体的直径；且若干磁控管通过波导安装在预热段的壳体上；
还原段的壳体上设置有磁控管，且还原段内部设置有板式输送器，板式输送器的进料端位于混合输送器的下方，且板式输送器的上方设置有搅拌器。
第二方面，本发明提供一种钛铁矿微波富钛方法，包括如下步骤：
钛铁矿粉体和还原剂粉体分别通过预热段壳体顶部进口投加至预热段内的混合输送器中；
钛铁矿粉体和还原剂在混合输送器的螺旋输送作用下，不断混合，且部分钛铁矿粉体和还原剂粉体通过螺旋输送叶片上的通孔下落，产生二次混合作用；原料粉体在向下输送过程中，通过微波加热的方式进行预热；
经过预热和混匀后的原料混合粉体落在还原段的板式输送器上，在输送过程中微波加热还原，同时进行搅拌。
上述本发明的一个或多个实施例取得的有益效果如下：
螺旋输送叶片在输送混合粉料的过程中，可以实现混合粉料的初步混合；在输送过程中，原料粉体通过螺旋输送叶片上的通孔向下方落下，下落过程中会产生一定的时间差，进而使得下落的原料粉体落在螺旋输送叶片的其他位置，进而实现了二次混合。在微波加热还原过程中同时施加搅拌，可以充分保证物料的混匀，并有效防止板结。
混合输送器的巧妙设计使粉状物料依靠蛟龙叶片推动和自身重力双重作用下完成物料的混合和输送过程，保证物料混合均匀，实现物料混合和输送的连续化运行。
利用微波升温速率快、加热均匀的特点，将物料的混合、输送、预热过程一体化设计，使物料在输送过程中完成钛铁矿粉和还原剂的充分混合和预热，缩短了钛铁矿微波作用下的碳热还原工序，提升了工作效率。
还原段设置有物料均布器和物料搅拌器，使预热后的物料能够均匀的落在板式输送器上，保证物料受热均匀，同时在物料的还原过程中不断进行搅拌，使钛铁矿和还原剂充分接触，在保证钛铁矿高还原率的情况下缩短了还原时间，实现了钛铁矿微波作用下碳热还原工艺的一体化高效连续运行，大大提高了整体装置的工作效率。
整体装置撬装化、模块化，简单紧凑，占地面积小，方便运输和安装。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书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。
图1为本发明的一种或多种实施例的钛铁矿微波作用下的富钛装置结构示意图；
图2为本发明的一种或多种实施例的混合输送装置的结构示意图。
图3为本发明的一种或多种实施例的物料均布器的俯视图结构示意图。
图4为本发明的钛铁矿微波作用下的富钛方法的流程图。
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
其中，1-富钛反应室，1-1、预热段，1-2、还原段，1-3、冷却段，2、钛铁矿粉进口，3、还原剂进口，4、混合输送器，4-1、传动轴，4-2、蛟龙叶片，4-3、下料孔，5、混合输送器电机，6、小功率磁控管，7、波导，8、温度传感器，9、物料均布器，9-1、减速箱，9-2、旋转轴，9-3、均布叶片，10、物料均布器电机，11、板式输送器，12、板式输送器电机，13、支撑架，14、气体输送口，15、物料搅拌器，16、搅拌叶片，17、搅拌杆，18、搅拌电机，19、大功率磁控管，20、保温层，21、热解段出料口，22、星型卸料器、23、卸料减速电机，24、冷却段进料口，25、冷却水出口，26、水冷夹套，27、冷却壳体、28、螺旋输送器，29、螺旋输送器电机，20、冷却水进口，31、冷却段出料口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
第一方面，本发明提供一种钛铁矿微波富钛装置，包括相互连通的预热段和还原段，其中，
预热段的壳体垂直设置于还原段壳体的上方，其顶部设置有第一进口和第二进口，且预热段的壳体内部设置有混合输送器，混合输送器的螺旋输送叶片贴合壳体内壁设置，且螺旋输送叶片上分布设置有若干通孔，通孔直径大于原料粉体的直径；且若干磁控管通过波导安装在预热段的壳体上；
还原段的壳体上设置有磁控管，且还原段内部设置有板式输送器，板式输送器的进料端位于混合输送器的下方，且板式输送器的上方设置有搅拌器。
在一些实施例中，螺旋输送叶片上通孔的直径为0.3-10mm。
优选的，螺旋输送叶片上的开孔率为不低于1％。
在一些实施例中，预热段壳体的内径为200-700mm。预热段壳体的内径过大时，壳体中心区域加热效果较差。
优选的，预热段壳体的高径比为4:1-8:1。采用该高径比，以达到较好的预热效果和混匀程度。
在一些实施例中，混合输送器与板式输送器之间设置有物料均布器。
通过物料均布器可以将混合输送器输送的混合粉料均布于板式输送器上，以提高微波加热还原的均匀性。
优选的，所述均布器包括电机、减速器、旋转轴和若干叶片，若干叶片安装于旋转轴的一端，旋转轴的另一端通过减速器与电机连接，叶片的旋转轴竖向设置。
电机运行带动旋转轴旋转，进而带动叶片旋转，叶片旋转过程中可以将下落的混合粉料均布于下方的板式输送器上。
在一些实施例中，还原段的出口与冷却段连接，冷却段位于还原段的下方，两者之间通过星型卸料器连接。
优选的，所述冷却段包括冷却壳体和螺旋输送器，螺旋输送器设置于冷却壳体内部，同轴设置，冷却壳体上设置有水冷夹套。
向水冷夹套中通入循环冷却水，带走微波处理后的混合物料中的热量，以实现对混合物料的降温。
第二方面，本发明提供一种钛铁矿微波富钛方法，包括如下步骤：
钛铁矿粉体和还原剂粉体分别通过预热段壳体顶部进口投加至预热段内的混合输送器中；
钛铁矿粉体和还原剂在混合输送器的螺旋输送作用下，不断混合，且部分钛铁矿粉体和还原剂粉体通过螺旋输送叶片上的通孔下落，产生二次混合作用；原料粉体在向下输送过程中，通过微波加热的方式进行预热；
经过预热和混匀后的原料混合粉体落在还原段的板式输送器上，在输送过程中微波加热还原，同时进行搅拌。
在一些实施例中，钛铁矿粉体和还原剂粉体的质量比为1:0.1～0.5。
优选的，所述还原粉体选自煤粉、活性炭、冶金焦、石油焦或焦炭中的一种或多种的混合物。
在一些实施例中，钛铁矿粉体和还原剂粉体的粒径为≤0.3mm。
在一些实施例中，经过预热后的混合粉体的温度为200℃-700℃，预热的时间为20-60min。
在一些实施例中，还包括将经过预热和混匀后的原料混合粉体均布于板式输送器上的步骤。
在一些实施例中，微波加热还原的温度为700℃-1100℃，时间为30-60min。
在一些实施例，在进料之前，还包括反应体系抽真空和充入还原气体的步骤。
优选的，抽真空后的压力为-50～-80Pa；
优选的，向反应体系充入一氧化碳，营造还原气氛，使反应体系压力为0～-5Pa。
在一些实施例中，还包括对微波加热反应后的物料进行冷却的步骤，冷却的时间为60-120min，冷却后的温度为低于150℃。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种钛铁矿微波作用下的富钛装置及方法，包括预热段1-1、还原段1-2、星型卸料器22、冷却段1-3，其中所述预热段1-1位于还原段1-2上部，所述预热段1-1与还原段1-2一侧顶部壁面垂直连接，所述冷却段1-3位于还原段1-2下部，所述冷却段1-3与还原段1-2之间通过星型卸料器22连接。
预热段1-1设置有小功率微波磁控管6、波导7、温度传感器8、钛铁矿粉进口2、还原剂进口3、混合输送器4，所述预热段1-1腔体呈圆筒形，所述预热段1-1腔体径向方向的两侧壁面上分别设置有数量相同且位置相互交错的小功率微波磁控管6，所述小功率微波磁控管6通过波导7与预热段1-1腔体壁面连接，所述温度传感器8设置在预热段1-1腔体壁面上，所述钛铁粉进口2、还原剂进口3设置在预热段1-1顶部壁面，所述混合输送器4设置在预热段1-1内部，所述混合输送器4与预热段1-1顶部壁面连接。所述预热段1-1腔体的高度与直径之比为4:1～8:1，且所述预热段1-1腔体直径不宜过大，一般设置在200mm～700mm为宜。
所述混合输送器4包括混合输送电机5、传动轴4-1、蛟龙叶片4-2、下料孔4-3，所述混合输送电机5与传动轴4-1连接，所述蛟龙叶片4-2与传动轴4-1连接，所述蛟龙叶片4-2上设置有多个下料孔4-3。
所述还原段1-2与预热段1-1相互连通，所述还原段1-2设置有大功率微波磁控管19、波导7、温度传感器8、板式输送器11、物料均布器9、物料搅拌器15、支撑架13、气体输送口14、还原段出料口21，所述还原段1-2腔体呈矩形，所述还原段1-2腔体顶部壁面上设置有大功率微波磁控管19，所述大功率微波磁控管19通过波导7与还原段1-2腔体顶部壁面连接，所述温度传感器8设置在还原段1-2腔体顶部壁面上，所述还原段1-2腔体底部设置有板式输送器11，所述板式输送器11通过支撑架13与还原段1-2腔体底部内壁连接，所述物料搅拌器15设置在板式输送器11与还原段1-2腔体顶部壁面之间，所述还原段1-2与预热段1-1相连接的地方设置有物料均布器9，所述物料均布器9与预热段段1-1腔体底部壁面连接，所述气体输送口14设置在还原段1-2腔体顶部壁面上，所述气体输送口14位于还原段1-2腔体一侧靠近预热段1-1的位置，所述还原段出料口21设置在还原段1-2腔体底部壁面上，所述还原段出料口21位于还原段1-2腔体另一侧的位置，所述还原段出料口21与星型卸料器22连接。
所述物料搅拌器15包括搅拌电机18、搅拌杆17、搅拌叶片16，所述搅拌电机18与搅拌杆17连接，所述搅拌杆17与搅拌叶片16连接；所述物料搅拌器15的数量不低于1个。
所述物料均布器9包括均布器减速箱9-1、旋转轴9-2、均布叶片9-3，所述均布器减速箱9-1一端与物料均布器电机10连接，所述均布器减速箱9-1另一端与旋转轴9-2连接，所述均布叶片9-3一端与旋转轴9-2连接，所述均布叶片设置数量不低于2个。
所述冷却段1-3包括水冷夹套26、物料冷却腔体27，所述物料冷却腔体27呈圆筒形，所述物料冷却腔体27套在水冷夹套26内，所述物料冷却腔体27设置有冷却段进料口24、螺旋输送器28、螺旋输送电机29、冷却段出料口31，所述冷却段进料口24设置在物料冷却腔体27一侧的顶部壁面上，所述冷却段进料口24与星型卸料器22连接，所述冷却段出料口31设置于物料冷却腔体27另一侧的底部壁面上，所述螺旋输送器28位于物料冷却腔体27内部，所述螺旋输送器28与螺旋输送电机29连接，所述水冷夹套26设置有冷却水进口30和冷却水出口25，所述冷却水进口30位于水冷夹套26一侧的底部，所述冷却水进口30与冷却段出料口31相邻，所述冷却水出口25位于水冷夹套26另一侧的顶部，所述冷却水出口25与冷却段进料口24相邻。
预热段1-1和还原段1-2设置有保温层20，所述保温层20材料为无机纤维板。
小功率磁控管功率≤2kW，大功率微波磁控管功率＞2kW。
气体输送口用于抽真空的连接口，同时也是保护气氛处理的连接口。
如图3所示，钛铁矿微波作用下的富钛方法的流程图，适用于上述所述一种钛铁矿微波作用下的富钛装置，其包括以下步骤：
抽真空：关闭装置所有进料口和出料口，打开气体输送口进行抽真空操作，使预热段和还原段内压力保持在-50～-80Pa；
营造还原气氛：通过气体输送口向装置内通入一氧化碳保护气，使预热段和还原段内压力保持在0～-5Pa；
装置预热：打开预热段和还原段的微波磁控管电源，对预热段和还原段腔体进行预热，预热时间控制在0-10min；
进料：打开钛铁矿粉进料口和还原剂进料口，连续进料，控制钛铁矿粉和还原剂进料的重量比为1：(0.1～0.5)；
混料+预热：启动进料时，同时开启混合输送器电机，控制电机混合输送器电机频率，使物料在预热段停留时间为20-60min，调节微波磁控管频率，控制预热段腔体内温度为200℃-700℃；
还原反应：开启物料均布器、板式输送器以及物料搅拌器，调节板式输送器电机频率，控制物料在还原段停留时间为30-60min，使物料反应充分，调节微波磁控管频率，还原段腔体内温度为700℃-1100℃；
冷却：开启星型卸料器，同时开启冷却段的物料输送器和冷却水***，控制物料输送器电机频率，控制物料在冷却腔体内停留时间为60-120min，保证物料温度将至150℃以下；
出料：冷却完成后经冷却段出料口排出富钛料。
气体输送口连接三通件，既用于抽真空的连接口，同时也作为保护气体充入的连接口；还原剂为煤粉、活性炭、冶金焦、石油焦、焦炭等含炭物料中的一种或多种。
钛铁矿粉进料口、还原剂进料口、星型卸料器以及冷却段出料口均为密封进出料，保证钛铁矿的还原反应在还原气氛下进行；
以上步骤均由控制***自动化控制，保证装置连续稳定运行，提高装置工作效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钛铁矿微波富钛装置，其特征在于：包括相互连通的预热段和还原段，其中，
预热段的壳体垂直设置于还原段壳体的上方，其顶部设置有第一进口和第二进口，且预热段的壳体内部设置有混合输送器，螺旋输送叶片上分布设置有若干通孔，通孔直径大于原料粉体的直径；且若干磁控管通过波导安装在预热段的壳体上；
还原段的壳体上设置有磁控管，且还原段内部设置有板式输送器，板式输送器的进料端位于混合输送器的下方，且板式输送器的上方设置有搅拌器。
2.根据权利要求1所述的钛铁矿微波富钛装置，其特征在于：螺旋输送叶片上通孔的直径为0.3-10mm；
优选的，螺旋输送叶片上的开孔率为不低于1％。
3.根据权利要求1所述的钛铁矿微波富钛装置，其特征在于：预热段壳体的内径为200-700mm；
优选的，预热段壳体的高径比为4:1-8:1。
4.根据权利要求1所述的钛铁矿微波富钛装置，其特征在于：根据权利要求1所述的钛铁矿微波富钛装置，其特征在于：混合输送器与板式输送器之间设置有物料均布器；
优选的，所述均布器包括电机、减速器、旋转轴和若干叶片，若干叶片安装于旋转轴的一端，旋转轴的另一端通过减速器与电机连接，叶片的旋转轴竖向设置。
5.根据权利要求1所述的钛铁矿微波富钛装置，其特征在于：还原段的出口与冷却段连接，冷却段位于还原段的下方，两者之间通过星型卸料器连接；
优选的，所述冷却段包括冷却壳体和螺旋输送器，螺旋输送器设置于冷却壳体内部，同轴设置，冷却壳体上设置有水冷夹套。
6.一种钛铁矿微波富钛方法，其特征在于：包括如下步骤：
钛铁矿粉体和还原剂粉体分别通过预热段壳体顶部进口投加至预热段内的混合输送器中；
钛铁矿粉体和还原剂在混合输送器的螺旋输送作用下，不断混合，且部分钛铁矿粉体和还原剂粉体通过螺旋输送叶片上的通孔下落，产生二次混合作用；原料粉体在向下输送过程中，通过微波加热的方式进行预热；
经过预热和混匀后的原料混合粉体落在还原段的板式输送器上，在输送过程中微波加热还原，同时进行搅拌。
7.根据权利要求6所述的钛铁矿微波富钛方法，其特征在于：钛铁矿粉体和还原剂粉体的质量比为1:0.1～0.5；
优选的，所述还原粉体选自煤粉、活性炭、冶金焦、石油焦或焦炭中的一种或多种的混合物；
优选的，钛铁矿粉体和还原剂粉体的粒径为≤0.3mm。
8.根据权利要求6所述的钛铁矿微波富钛方法，其特征在于：经过预热后的混合粉体的温度为200℃-700℃，预热的时间为20-60min；
优选的，还包括将经过预热和混匀后的原料混合粉体均布于板式输送器上的步骤；
优选的，微波加热还原的温度为700℃-1100℃，时间为30-60min。
9.根据权利要求6所述的钛铁矿微波富钛方法，其特征在于：在进料之前，还包括反应体系抽真空和充入还原气体的步骤；
优选的，抽真空后的压力为-50～-80Pa；
优选的，向反应体系充入一氧化碳，营造还原气氛，使反应体系压力为0～-5Pa。
10.根据权利要求6所述的钛铁矿微波富钛方法，其特征在于：还包括对微波加热反应后的物料进行冷却的步骤，冷却的时间为60-120min，冷却后的温度为低于150℃。
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