菱鐵礦回轉窯磁化焙燒流程及耐火材料配置
因受美國超印美元投放市場的影響，引起全球流通過剩，勢必造成全球物品價格通脹，其中領先價格瘋漲的是黑金。同時又受中國經(jīng)濟在疫情之后的復蘇影響，國內(nèi)鋼鐵需求量大增。2021年1月國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)量同比增幅6.9％ ，達到9020萬噸 ；2月同比增長10.28％ ，鋼鐵產(chǎn)量增長更是達到20％以上 。這種產(chǎn)量的快速增長，在原料80％依賴國外的中國鋼鐵企業(yè)來說，無疑引起國外礦石的漲價潮 。目前澳大利亞礦石價格已經(jīng)漲到176.7美元/噸 ，折合人民幣1150元/噸 。鐵礦石價格的飛漲勢必影響鋼鐵企業(yè)的利潤，因此，對國內(nèi)貧礦的提煉，降低鋼鐵企業(yè)的成本成為大家關注的焦點 ，焙燒菱鐵礦提純就是其中之一。
煅燒菱鐵礦FeCO3是一種菱鐵礦回轉窯磁化還原焙燒的方法 , 包括以下步驟 : ①將菱鐵礦破碎成粒徑小于或等于0.9mm ; ② 混合原料粉從回轉爐尾段進入回轉爐 , 有燃燒器從回轉爐前段向回轉爐內(nèi)噴煤粉對回轉爐內(nèi)混合原料粉進行焙燒 , 焙燒溫度為 650℃-850℃ , 焙燒溫度時間為30分鐘-80分鐘 , 由回轉爐尾段的排氣道將尾氣排出回轉爐 ; ③ 經(jīng)回轉爐煅燒后的鐵礦粉從回轉爐前段排出至冷卻池進行水淬 , 得成品鐵礦粉 。菱鐵礦回轉窯用還原焙燒的方法焙燒后的鐵礦粉品位穩(wěn)定，原礦全鐵含量35-45％經(jīng)過磁化焙燒品味可達到84-86％ 。
一、燒結菱鐵礦回轉窯參數(shù)
產(chǎn)品規(guī)格
（m） |
窯體尺寸 |
電機功率
（kw） |
總重量
（t） |
備注 |
|
直徑（m） |
長度（m） |
斜度（%） |
產(chǎn)量
（t/d） |
轉速
（r/min） |
|
Φ2.5×40 |
2.5 |
40 |
3.5 |
180 |
0.44-2.44 |
55 |
149.61 |
預熱分解窯 |
|
Φ2.5×50 |
2.5 |
50 |
3 |
200 |
0.62-1.86 |
55 |
187.37 |
預熱分解窯 |
|
Φ2.5×54 |
2.5 |
54 |
3.5 |
280 |
0.48-1.45 |
55 |
196.29 |
預熱分解窯 |
|
Φ2.7×42 |
2.7 |
42 |
3.5 |
320 |
0.10-1.52 |
55 |
198.5 |
預熱分解窯 |
|
Φ2.8×44 |
2.8 |
44 |
3.5 |
450 |
0.437-2.18 |
55 |
201.58 |
預熱分解窯 |
|
Φ3.0×45 |
3 |
45 |
3.5 |
500 |
0.5-2.47 |
75 |
201.94 |
預熱分解窯 |
|
Φ3.0×48 |
3 |
48 |
3.5 |
700 |
0.6-3.48 |
100 |
237 |
預熱分解窯 |
|
Φ3.0×60 |
3 |
60 |
4 |
800 |
0.3-2 |
100 |
310 |
預熱分解窯 |
|
Φ3.2×50 |
3.5 |
50 |
4 |
1000 |
0.6-3 |
125 |
278 |
預熱分解窯 |
|
Φ3.3×52 |
3.3 |
52 |
3.5 |
1300 |
0.266-2.66 |
125 |
283 |
預熱分解窯 |
|
Φ3.5×54 |
3.5 |
54 |
3.5 |
1500 |
0.55-3.4 |
220 |
363 |
預熱分解窯 |
|
Φ3.6×70 |
3.6 |
70 |
3.5 |
1800 |
0.25-1.25 |
125 |
419 |
余熱發(fā)電窯 |
|
Φ4.0×56 |
4 |
56 |
4 |
2300 |
0.41-4.07 |
315 |
456 |
預熱分解窯 |
|
Φ4.0×60 |
4 |
60 |
3.5 |
2500 |
0.396-3.96 |
315 |
510 |
預熱分解窯 |
|
Φ4.2×60 |
4.2 |
60 |
4 |
2750 |
0.41-4.07 |
375 |
633 |
預熱分解窯 |
|
Φ4.3×60 |
4.3 |
60 |
3.5 |
3200 |
0.396-3.96 |
375 |
583 |
預熱分解窯 |
|
Φ4.5×66 |
4.5 |
66 |
3.5 |
4000 |
0.41-4.1 |
560 |
710.4 |
預熱分解窯 |
|
Φ4.7×74 |
4.7 |
74 |
4 |
4500 |
0.35-4 |
630 |
849 |
預熱分解窯 |
|
Φ4.8×74 |
4.8 |
74 |
4 |
5000 |
0.396-3.96 |
630 |
899 |
預熱分解窯 |
二、回轉窯磁化焙燒菱鐵礦工藝流程
菱鐵礦的特性決定了其難選性，因此選用菱鐵礦專用煅燒窯燒焙很有必要。菱鐵礦焙燒后可大幅提高鐵精礦品位，因此可作為優(yōu)質(zhì)的煉鐵原料。單一菱鐵礦石（包含赤鐵礦、褐鐵礦和鏡鐵礦的礦石）的選礦工藝比較簡單，一般粗?；虼至Ｇ恫嫉膯我涣忤F礦石選礦采用重選（跳汰、重介質(zhì)）、粗粒強磁選、焙燒磁選及其聯(lián)合流程者居多，而對于細粒的菱鐵礦，焙燒磁選更為有效，還可采用強磁選、浮選或磁浮聯(lián)合流程。對于磁鐵-菱（赤、褐、鏡）鐵礦石，選礦工藝比較復雜，一般采用弱選與焙燒磁選、重選、強磁選或浮選相串聯(lián)的聯(lián)合流程，或者磁化焙燒磁選法與其他方法的并聯(lián)流程。
1、主要技術經(jīng)濟指標
設計確定的主要技術經(jīng)濟指標如下:
年工作日:300d/年
年處理菱鐵礦:50萬t-60萬t
鐵礦石B還原煤:10B1
還原溫度:700~800e
還原時間:60~80min
磁化焙燒率:85%
回轉窯單位容積生產(chǎn)率:2.58t/m3.d
煙塵率:3%
2、主要設備選擇
根據(jù)建設規(guī)模 ,并結合國內(nèi)其它行業(yè)大型回轉窯焙燒的成熟經(jīng)驗,主體設備回轉窯筒體內(nèi)徑4.0m、有效內(nèi)徑3.5m、長度60m。主要設備見表。
3、回轉窯的主要焙燒機構及12個焙燒過程
（1）煙囪：煙氣排放口，排放工業(yè)廢氣 。煙氣內(nèi)的尾風風門開度直接影響煙氣排放速度 。煙囪高度35-60米。
（2）CEMS在線監(jiān)測設備：對工業(yè)廢氣的各項指標、各段溫度和壓力進行在線監(jiān)測。一般分為顆粒物CEMS、氣態(tài)污染物CEMS（So2 ; No2 ; Co2 ; Co ; O2）、煙氣參數(shù)設定系統(tǒng)、DAS數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng) 。
（3）除塵設備：現(xiàn)代除塵設備有重力除塵、旋風除塵（利用離心力原理）、布袋除塵（利用過濾原理）、靜電除塵（利用靜電吸附原理）、洗滌塔發(fā)。回轉窯排出的煙氣經(jīng)過旋風除塵器粗除塵和袋式除塵器精收塵后，排放煙氣含塵濃度小于20mg/m3達到國家標準 。
（4）下料倉：菱鐵礦從下料倉通過下料開關，在重力的作用下掉在傳送皮帶上，再通過斗狀下料口進入轉窯筒體。
（5）腰尾：回轉窯的高端或稱窯尾，是下料與窯煙氣出口連接點，窯尾與窯體是通過滾圈連接的。
（6）筒體：是通過筒體與窯襯耐火材料組成的，窯體存在一定的傾斜角，傾斜度一般為1.5-3.5％ 。
（7）搖頭：回轉窯的低端或者前端，是燃燒火焰和出料口的連接口。
（8）煤粉燃燒器：給回轉窯提供火焰燃燒的設備。一般的燃燒器包含給煤通道、一次給風通道、二次給風通道。
( 9 ) 出料口：熟料的出口。熟料燃燒后通過破損掉到了水中迅速冷卻（避免氧化），再通過螺旋式（刮板式）傳送機傳出 。
（10）煤粉倉：為回轉窯提供煤粉，煤以煤粉狀態(tài)和一次風打入燃燒器 。煤粉倉的給煤量，同時還有一、二次風直接影響高溫帶溫度和物料品味的好壞。
（11）給風設備：為燃燒器提供一次、二次給風。通過控制風門來控制風量，各自給風的多少直接影響燃燒器的燃燒狀況 。
（12）電機與傳動設備：電機為回轉窯提供速度來源，傳動包括變速和連接機構來帶動回轉窯旋轉，回轉窯的轉速在0.5-1.5r/min之間 ?；剞D窯窯體下面電機變速后的輸出速度，直接影響窯的轉速。
4：回轉窯的運行與控制
回轉窯的運行可以通過窯內(nèi)兩個重要的物質(zhì)體系來分析，一路是氣體的路線，二是物料的路線 。
（1）氣體路線分析：氣體是從搖頭燃燒器輸入的，煤粉在一二次給風的燃燒下變成了氣體，其中包括 CO、CO2和原空氣中的N2、O2等氣體 。同時菱鐵礦在燃燒帶分解出CO、CO2、SO2等氣體。孰料的出料通過水冷，故水蒸氣是少不了的。由于氣流是高溫高速流動的，氣體中含有大量的粉塵，氣體上游到窯尾，給不斷翻滾的物料預熱，并脫去料石中的水分。接下來就進入水冷設備和除塵設備，通過冷水套中的冷水逆流來降溫，從而去除大量水分。緊接著在旋風除塵中離心作用出去大量的大顆粒塵粒。然后再利用布袋除塵器中的布袋細孔過濾大量的小顆粒，達到除塵的目的，最后經(jīng)煙囪排出 。
（2）物料的路線分析：菱鐵礦進行破損后掉入下料倉，經(jīng)傳送帶傳送掉入窯尾。隨著窯體的旋轉，礦石得到充分的攪拌，在窯尾預熱。到煅燒帶前，物料經(jīng)過脫水和預熱，在燃燒帶分解成磁鐵礦，然后經(jīng)過破損掉入水中速冷，再運送到選礦廠選礦，進行后續(xù)的冶煉過程 ?；剞D窯磁化焙燒時間一般為60-80min左右 .
物料和氣體兩個路線正好逆流，能使能量得到充分的利用。
回轉窯的控制主要通過窯頭、窯尾和窯體三部分來完成。
（1）窯頭的控制主要集中在燃燒器的控制上。三通道的燃燒器主要是一煤二風。煤和一次風主要控制燃燒帶的溫度，二次風主要控制火焰的形狀。煤粉和一次風在內(nèi)流螺旋葉片下充分混合，給風量是通過變頻器來控制取樣泵而控制給風量的 。
（2）窯體的控制主要是窯轉速。窯速的控制主要是通過窯體下方的大電機再經(jīng)過變速，再傳送給窯體，控制回轉窯低速運轉 。
（3）窯尾的控制包括下料量和后面除塵器的控制。下料量是整個回轉窯控制的根源，下料量是有下料倉的下料門開度和傳送帶速率決定的 。
5、菱鐵礦礦石的焙燒原理
在氧化氣氛下焙燒，菱鐵礦變化為赤鐵礦
2FeCo3+1/2O2=Fe2O3+CO2(反應1)
在非氧化氣氛、溫度小于600°C條件下焙燒，菱鐵礦變成磁鐵礦
3FeCo3=Fe3O4+2CO2+CO（400-560°C）（反應2）
在弱還原氣氛 、溫度大于600°C條件下焙燒 ，菱鐵礦變成磁鐵礦和赤鐵礦混合物
FeCO3=Fe3O4/Fe2O3+CO2 +CO（600-700°C）（反應3）
在中等還原氣氛、溫度大于600°C條件下焙燒，菱鐵礦變成磁鐵礦和方鐵礦的混合物
FeCO3=Fe3O4/FeO+CO2+C0 (700-800°C)（反應4）
在強還原氣氛下焙燒，菱鐵礦變成單質(zhì)鐵（金屬鐵）
3FeCO3+Co=Fe+CO2(反應5)
理論上菱鐵礦400°C開始分解，到560°C完全分解 ，菱鐵礦轉化成磁鐵礦，隨著CO2和C0的逸出，鐵元素得到富集，焙燒后的鐵品味得到提高。但溫度越溫度過高會導致富氏體和弱磁性的硅酸鐵的生成，溫度越高生成量越多。舉例：在回轉窯處理量2.8噸/日時，轉窯轉速0.88-0.93r/min條件下進行焙燒溫度實驗，結果表明溫度從600-800°C時，焙燒磁化率達到84.7-86.47％ ，當溫度達到900°C時，指標惡化 。另外溫度過低，煤燃燒不好，出現(xiàn)跑煤現(xiàn)象，也會出現(xiàn)窯內(nèi)熄火現(xiàn)象，導致焙燒礦指標波動，因此，焙燒選擇750°C最為適宜 。
炙熱的菱鐵礦如果接觸氧氣很容易轉化為r-Fe2O3 ,甚至弱性的a-Fe2O3 ,導致弱磁選困難，為了防止焙燒礦在出窯時弱磁性赤鐵礦，故焙燒礦出窯方案設計為水封拉鏈水冷，出水溫度一般為70°C 左右。然后進料倉，再經(jīng)過磨碎分級進行磁選，選出精礦粉。
三、菱鐵礦磁化焙燒回轉窯耐火材料的配置
由于菱鐵礦物料是0.3-0.9mm的堅硬顆粒，所以對回轉窯內(nèi)襯耐火材料有相當?shù)哪p。同時筒體內(nèi)的耐火材料還要承受來自窯內(nèi)高溫的輻射和各種氣體的腐蝕，以及轉窯向心力對耐火材料的沖擊力。所以耐火材料選用上應當具有強度高、耐高溫、抗侵蝕能力強的特性。
|
（一）、Φ4.0*60M回轉窯耐火材料 L200*H250*117/102.5=107塊 |
|
序號 |
使用部位 |
材質(zhì) |
牌號/規(guī)格 |
密度 |
單重 |
重量(T) |
損耗 率% |
總量 |
|
1 |
前窯口
1.5米 |
剛玉鋼纖維增強燒注料 |
FH-75 |
2.7 |
|
14.2 |
8% |
15.33 |
|
2 |
高溫帶
18米 |
高荷軟磷酸鹽改性磚 |
PA-75 |
2.9 |
15.9 |
153.1 |
3% |
157.72 |
|
3 |
中溫帶 10米 |
改性磷酸鹽磚 |
PA-65 |
2.7 |
14.8 |
79.18 |
3% |
81.55 |
|
4 |
預熱帶 29.6米 |
磷酸鹽耐磨磚 |
PA-60 |
2.6 |
14.3 |
226.5 |
3% |
233.30 |
|
5 |
后窯口0.9米 |
鋼纖維增強燒注料 |
FH-75 |
2.7 |
|
8.5 |
8% |
9.20 |
|
小計 |
|
|
|
|
|
|
|
497.10 |
|
（二）、窯尾煙室和窯尾罩 |
|
序號 |
使用部位 |
材質(zhì) |
牌號/規(guī)格 |
密度 |
|
重量 |
損耗率% |
總量 |
|
1 |
窯尾罩 |
硅酸鈣絕熱板 |
50mm |
|
|
|
10% |
1m3 |
|
2 |
鋼纖維澆注料 |
|
2.6 |
|
6.6T |
8% |
11 |
|
3 |
高鋁磚 |
|
2.4 |
|
8T |
3％ |
15 |
|
小計 |
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
（三）、窯頭罩及冷卻器 |
|
序號 |
使用部位 |
材質(zhì) |
牌號/規(guī)格 |
密度 |
|
重量 |
損耗率% |
總量 |
|
1 |
窯頭罩及冷卻器 |
硅酸鈣絕熱板 |
50mm |
|
|
|
10% |
2m3 |
|
|
剛玉鋼纖維澆注料 |
|
2.7 |
|
|
8％ |
6 |
|
2 |
高鋁澆注料 |
|
2.4 |
|
14T |
8% |
15.12 |
|
3 |
高鋁磚 |
|
2.4 |
|
42T |
3% |
43.26 |
|
小計 |
|
|
|
|
|
|
|
64.38 |
|
合計 |
|
|
|
|
|
|
|
587.48 |
四、焙燒菱鐵礦回轉窯烘爐曲線
文章選自《
威爾特窯爐》
