一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置及方法

摘要

一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置及方法，属于冶金技术领域。本发明主要包括预热器、热分离器和可调节焙烧炉主体。预热器顶端气料混合出口通过连接管与所述热分离器顶端蜗口连接；热分离器底端排料口通过立管与所述可调节焙烧炉顶端焙烧炉入料口连接；可调节焙烧炉包括还原腔和风室，还原腔包括入料口、烟气出口、出料管、流化腔、排料腔和取料口，风室位于还原腔下方，风室与还原腔之间设置有弧形布风板装置，且每个流化腔和每个排料腔均与一个对应的风室连通。可调节焙烧炉采用单双向出料腔的设计，增大了焙烧炉体积，扩大了气固接触面积，有利于提高还原效率，增强物料处理及可调节能力，同时可与多个冷却系统相连，增加冷却速率。

权利要求

1.一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置，其特征在于：包括预热器、热分离器和可调节焙烧炉，所述预热器顶端气料混合出口通过连接管与所述热分离器顶端蜗口连接，所述热分离器底端排料口通过立管与所述可调节焙烧炉顶端焙烧炉入料口连接；

所述可调节焙烧炉包括还原腔和风室，所述还原腔包括焙烧炉入料口、烟气出口、出料管、两个流化腔、两个排料腔和取料口，所述出料管与冷却系统相连；

所述两个流化腔顶部相通且与焙烧炉入料口相连接，两个排料腔分别位于两个流化腔两侧且分别与两个流化腔底部相通；

排料腔与流化腔体积比为1:(0.5～1)；

排料腔顶部设有烟气出口，侧面与出料管连接，出料管上设有取料口；

所述风室位于还原腔下方，风室与还原腔之间设置有弧形布风板装置，且每个流化腔和每个排料腔均与一个对应的风室连通。

2.根据权利要求1所述可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置，其特征在于：所述预热器底端设有烟气入口、侧面与原料入料口及螺旋给料器连接；

所述热分离器顶端设有热风出口。

3.根据权利要求1所述可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置，其特征在于：所述立管长度大于1m。

4.根据权利要求1所述可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置，其特征在于：所述可调节焙烧炉内两个流化腔和两个排料腔的直径高度为1:(1～8)。

5.根据权利要求1所述可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置，其特征在于：每个所述出料管均与一个对应的冷却系统相连。

6.一种矿石流态化焙烧的方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任意一项所述的可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置，其包括以下步骤：S1、当物料在可调节焙烧炉内堆积到设定程度后，通过可调节焙烧炉下方风室分别向可调节焙烧炉内流化腔和排料腔中通入氮气，并观察出料管是否出料下料；

S2、根据物料处理量及下料要求及时调节通入流化腔和排料腔中氮气气量，保证下料顺畅；

S3、下料顺畅后，开始向排料腔内通入还原气，进行磁化焙烧作业，磁化焙烧过程中，通过对取料口中取出的物料进行化验，并对可调节焙烧炉顶部烟气出口中的烟气进行监测；

S4、根据检测结果调整炉温和还原气、氮气气量。

说明书

一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置及方法

技术领域

[0001] 一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置及方法，涉及冶金领域，尤其涉及矿石流态化焙烧领域。

背景技术

[0002] 矿产资源是国民经济和社会发展的重要物质基础，对支撑国民经济的可持续发展，保障社会民生的安全运行具有不可替代的作用。在众多的矿产资源当中，铁矿资源是最为重要的战略性矿产资源之一。随着我国钢铁工业的迅速发展，铁矿石需求量急剧上升，但因我国铁矿石品位低、矿相组成复杂等特点，采选成本高，导致国内铁矿石供应远远不能满足钢铁工业发展需求。

[0003] 实践证明采用磁化焙烧技术，将弱磁性矿物转变为强磁性矿物后，再利用弱磁选方法处理，选分效果好，能最有效的利用难选矿石，同时因为流程简单，利于工业化应用。由于磁化焙烧过程主要在焙烧炉中进行，因此焙烧炉的结构、性能等特点对磁化焙烧效果有着至关重要的作用。目前常用的磁化焙烧炉主要有竖炉、回转窑以及流态化焙烧炉。相比于竖炉和回转窑焙烧能耗大、生产成本高及产品技术指标不佳等缺陷，流态化焙烧炉因其焙烧过程中物料处于流态化状态，具有气固接触面积大，传质传热速度大等特点，使得焙烧能耗低，生产成本低，产品质量好，且易于实现连续化。这众多优势使得流态化焙烧炉成为现今磁化焙烧工艺的主要焙烧装置，也成为了现今研究热门。此外，流化态焙烧炉不单单可以用于磁化焙烧工艺，还可用于锰矿还原及铁精矿直接还原等工艺。

[0004] 现有的流态化焙烧炉多采用管式炉悬浮焙烧，物料通过入料口从焙烧炉底部加入，在炉内流态化焙烧后从炉顶与未反应完的还原气及尾气一同带出，如专利CN103436691B及专利CN201081545Y所示。由于物料在炉中处于类似气力运输的状态，同时颗粒粒度具有一定分布，因此要分辨颗粒在炉内的具体停留时间及流化状态十分困难，可调节能力差，存在停留时间过短等问题导致还原率较低，需要多次循环焙烧，也存在着单位处理量小的问题。针对这种现象，专利CN101191149采用异性缩口将焙烧炉分为多个流化床，以期保证炉内颗粒处于平推流状态，均匀颗粒停留时间及还原率。但由于管内有异性缩口装置的存在，可能会存在颗粒在各小段流化床内循环堆料的问题，同时因为缩口处截面积小，同等气量下缩口处速度明显高于其他部分速度，因此炉内气流变化更为复杂，气量可能更不易控制，可调节能力弱，且矿石单位处理量更小。

[0005] 专利CN105132670B及CN106241826A根据上述管式悬浮焙烧炉的缺点，提出了一种新型单向出料的流化态焙烧装置，将焙烧炉分为左右两个圆筒体分别通入还原气及惰性气还原，增加了对焙烧炉的调节能力，针对多种铁矿资源进行试验，均能获得90％以上回收率。但由于物料在炉中进行类似鼓泡床流态化还原，因此对炉内物料量及气体流量要求较为严格，需要减小单位物料处理量，来保证颗粒与气体充分接触，防止还原不充分的问题产生。

发明内容

[0006] (一)要解决的技术问题

[0007] 针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置，能够解决现有技术存在单位物料处理量小，操作参数不易调节与控制等问题。

[0008] 本发明的另一个目的在于，提出了一种矿石流态化焙烧的方法，其采用如以上所述的可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置。

[0009] (二)技术方案

[0010] 本发明就是针对现有技术及设备存在的不足，提供一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置，包括预热器、热分离器和可调节焙烧炉，所述预热器顶端气料混合出口通过连接管与所述热分离器顶端蜗口连接，所述热分离器底端排料口通过立管与所述可调节焙烧炉顶端焙烧炉入料口连接；

[0011] 所述可调节焙烧炉包括还原腔和风室，所述还原腔包括焙烧炉入料口、烟气出口、出料管、两个流化腔、两个排料腔和取料口；

[0012] 所述两个流化腔顶部相通且与焙烧炉入料口相连接，两个排料腔分别位于两个流化腔两侧且分别与两个流化腔底部相通；

[0013] 排料腔顶部设有烟气出口，侧面与出料管连接，出料管上设有取料口；

[0014] 所述风室位于还原腔下方，风室与还原腔之间设置有弧形布风板装置，且每个流化腔和每个排料腔均与一个对应的风室连通。

[0015] 根据本发明，所述预热器底端设有烟气入口、侧面与原料入料口及螺旋给料器连接；所述热分离器顶端设有热风出口。

[0016] 根据本发明，所述立管长度大于1m。

[0017] 根据本发明，所述可调节焙烧炉内两个流化腔和两个排料腔的直径高度为1:(1～8)，排料腔与流化腔体积比为1:(0.5～1)。

[0018] 根据本发明，所述风室设有弧形布风板装置，板底为四个锥台体风室与还原腔相通，可分别向流化腔和排料腔中通入不同气量的氮气及还原气，达到控制气流量和调节排料的目的。

[0019] 根据本发明，所述出料管与冷却系统相连。

[0020] 根据本发明，每个所述出料管均与一个对应的冷却系统相连

[0021] 一种矿石流态化焙烧的方法，其使用如以上所述的可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置对矿石进行流态化焙烧，其包括以下步骤：

[0022] S1、当物料在可调节焙烧炉内堆积到设定程度后，通过可调节焙烧炉下方风室分别向可调节焙烧炉内流化腔和排料腔中通入氮气，并观察出料管是否出料下料；

[0023] S2、根据物料处理量及下料要求及时调节通入流化腔和排料腔中氮气气量，保证下料顺畅；

[0024] S3、下料顺畅后，开始向排料腔内通入还原气，进行磁化焙烧作业，磁化焙烧过程中，通过对取料口中取出的物料进行化验，并对可调节焙烧炉顶部烟气出口中的烟气进行监测；

[0025] S4、根据检测结果调整炉温和还原气、氮气气量。

[0026] (三)有益效果

[0027] 本发明广泛适用于各类复杂难选铁矿资源，包括菱铁矿、鲕式赤铁矿、褐铁矿等多相混合的铁矿，以及尾矿、赤泥等废弃物的磁化焙烧；流化态焙烧炉不单单可以用于铁矿资源磁化焙烧工艺，还可用于其他特色资源如锰矿的低温还原及铁精矿直接还原等工艺；物料在炉内处于流态化状态，气固接触面积大，传质、传热速度大，物料能在还原气体中实现快速深度还原，所得焙烧产物质量好；可调节焙烧炉采用单双向出料腔的设计，增大了焙烧炉体积，扩大了气固接触面积，有利于提高还原效率，同时可与多个冷却系统相连，增加冷却速率；可调节焙烧炉底部采用弧形布风板装置，可以减小焙烧过程中物料在底部的堆积，减少甚至消除死区，进一步改善炉内颗粒状态；可调节焙烧炉可根据入料量和还原率调节焙烧炉单向或双向出料，提高了单位物料处理量，增强了对炉内颗粒状态与停留时间等参数的调节能力，保证了焙烧过程的顺利进行；单双向调控的优化使得设备更易于控制及大型化，设有多个检测口，可添加各类测压、测温等辅助系统，实现自动化；与传统设备相比，采用该可调节单双向下料的矿石流态化焙烧装置矿石回收率可达90％以上，与单向出料流态化设备相比，该可调节单双向下料的矿石流态化焙烧装置单台炉生产能力显著增加，且单位物料处理量变大。

附图说明

[0028] 图1为本发明的可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置的结构示意图。

[0029] 图2为图1中可调节焙烧炉的内部结构示意图。

[0030] 【附图标记说明】

[0031] 1-预热器，2-热分离器，3-可调节焙烧炉，4-原料入料口及螺旋给料器，5-烟气入口，6-气料混合出口，7-连接管，8-蜗口，9-热风出口，10-排料口，11-立管，12-焙烧炉入料口，13-烟气出口，14-出料管，15-流化腔，16-排料腔，17-风室，18-取料口，19-弧形布风板装置。

具体实施方式

[0032] 为了更好的解释本发明，下面结合图例将本发明的具体实施方式作详细的阐述。

[0033] 如图1所示一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置包括预热器1、热分离器2和可调节焙烧炉3，所有炉体均有耐高温防火内衬。预热器1侧面连接原料入料口及螺旋给料器4，底端为烟气入口5，其顶端气料混合出口6通过连接管7与热分离器顶端蜗口8相连；
热分离器2顶端为热气出口9，底端为排料口10通过立道11与可调节焙烧炉3顶端入料口12相连接；可调节焙烧炉3底部设有多个氮气及还原气入口，顶部设有烟气出口13，炉体两侧分别设有出料管14，可与单个或者多个冷却系统相连。

[0034] 如图2所示一种可调节单双向出料的矿石流态化焙烧装置的可调节焙烧炉包括还原腔和风室17，所述还原腔包括焙烧炉入料口12、烟气出口13、出料管14、两个流化腔15、两个排料腔16和取料口18，其中两个流化腔15顶部相通且与焙烧炉入料口12连接，两个排料腔16分别位于两个流化腔15两侧且分别与两个流化腔15底部相通；排料腔16顶部设有烟气出口13，侧面与出料管14连接，出料管14可进一步与冷却系统相连，同时出料管14设有取料口18便于取料化验；风室17位于还原腔下方，风室17与还原腔之间设置有弧形布风板装置，且每个流化腔15和每个排料腔16均与一个对应的风室17连通，可分别向流化腔15及排料腔16内通入不同气量的氮气及还原气，达到调节下料的目的。

[0035] 实施例提供了一种矿石流态化焙烧的方法，用料为褐铁矿、针铁矿、赤铁矿和菱铁矿等复杂多相混合的铁矿，其粒度要求在0.3mm以下；所用还原气为CO或H2等。具体步骤如下：

[0036] 通过进气管道，燃烧的烟气可经烟气入口5进入预热器1内，当预热器1温度达到预期温度后，通过入料口4将原料矿粉经螺旋给料器送入预热器1中，对矿粉进行预热处理。流态化状态下，物料温度逐渐增高，原料中的结晶水、碳酸盐及硫砷等有害元素可被分解或脱除，矿石品位得到提高，矿石结构变得疏松，有利于后阶段焙烧炉中还原气的扩散，提高还原效率。

[0037] 预热后的物料随着高温烟气在预热器1顶部气料混合出口6经连接管7通过蜗口8进入热分离器2，由于热分离2蜗壳结构影响，物料沿着热分离器2的腔壁向下运行，而气体从热分离器2顶部的热气出口9排出，实现物料与烟气的分离。

[0038] 随着物料的不断下行，物料经热分离器2底部立管11逐渐进入可调节焙烧炉3中。当物料在炉内堆积到一定程度后，通过焙烧炉3底部的四个锥台体风室17分别向炉内流化腔15及排料腔16中通入氮气，并观察出料管14是否出料，根据物料处理量及下料要求及时调节气体流量。保证下料顺畅后，开始向排料腔16内通入一定气量的还原气，进行磁化焙烧作业。磁化焙烧过程中，通过对取料口18中取出的物料进行化验，并对炉顶烟气出口13中的烟气进行监测，可对可调节焙烧炉3的还原率及炉内气体成分进行了解，并根据检测结果进一步调整炉温和还原气、氮气气量等操作参数。

[0039] 物料磁化焙烧过后，经出料管14可与单个或多个冷却系统相连进行对还原产物的冷却处理。此外，热风出口9和烟气出口13所产生的废气易可与除尘系统相连，或再次与预热器1相连，从而回收余热。若炉内配置了测压系统，易可通过压力检测对炉内颗粒状态进行检测。

[0040] 需要说明的是，构成还原腔的流化腔和排料腔数量并不局限两个，本发明对其数量不做限制。只需满足应用本发明可对矿石进行流态化焙烧的要求即可。

[0041] 需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。