菱鐵礦回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)爐尾段進入回轉(zhuǎn)爐 , 有燃燒器從回轉(zhuǎn)爐前段向回轉(zhuǎn)爐內(nèi)噴煤粉對回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐尾段的排氣道將尾氣排出回轉(zhuǎn)爐 ;  ③ 經(jīng)回轉(zhuǎn)爐煅燒后的鐵礦粉從回轉(zhuǎn)爐前段排出至冷卻池進行水淬 , 得成品鐵礦粉 。菱鐵礦回轉(zhuǎn)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(jié)菱鐵礦回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)合國內(nèi)其它行業(yè)大型回轉(zhuǎn)窯焙燒的成熟經(jīng)驗,主體設備回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)窯的主要焙燒機構(gòu)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)?；剞D(zhuǎn)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(zhuǎn)窯筒體。
（5）腰尾：回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)窯提供速度來源，傳動包括變速和連接機構(gòu)來帶動回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速在0.5-1.5r/min之間 ?；剞D(zhuǎn)窯窯體下面電機變速后的輸出速度，直接影響窯的轉(zhuǎn)速。
 
4：回轉(zhuǎn)窯的運行與控制
 
回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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 。回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)窯低速運轉(zhuǎn) 。
（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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)窯處理量2.8噸/日時，轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速0.88-0.93r/min條件下進行焙燒溫度實驗，結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。                  （微信17887827）
 

（一）、Φ4.0*60M回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)窯烘爐曲線