一种微波隧道窑还原装置及其还原精铁矿的方法与流程

本发明涉及矿石冶炼技术研究领域，尤其涉及一种微波隧道窑还原装置及采用该装置还原铁精矿的方法。

背景技术：

现有技术中，高炉炼铁通常需要配合焦化和烧结工序，而这两个工序会产生大量的so2和nox，造成严重的环境污染。直接还原炼铁的制备一般采用碳质还原剂(煤或还原气)直接将铁矿石还原为金属铁，具有流程短、产品质量稳定的优点，与高炉炼铁流程相比，不需焦化和烧结，环境友好，具有更显著的优势和更大的发展潜力。

目前，直接还原炼铁的主流工艺是回转窑和竖炉。回转窑直接还原流程依靠烧嘴燃烧重油或煤气维持窑内温度，竖炉直接还原流程依靠入炉还原气的显热和反应热维持炉内温度。由于这两种流程都主要采用外加热方式对物料加热，因此物料升温缓慢，能量利用效率也较低。

因此，寻求一种可靠的铁精矿还原装置及还原方法，使得还原过程中，升温迅速、能量利用率高，且能实现连续化、规模化生产，在直接还原铁、铁合金生产、钛铁矿还原以及钢铁尘泥还原领域具有极大的应用价值。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种微波隧道窑还原装置，其包括依次顺序设置的微波单元、冷却单元、磨矿单元和磁选单元，所述微波单元安置在轨道上；其中，

所述微波单元包括可以在所述轨道上移动的料车、设置在料车上方的微波发生器、带动所述微波发生器和所述料车移动的移动机构；

所述料车包括支撑底板和车厢，所述支撑底板上设置有出料口，所述出料口上盖装有活动底板；

所述微波单元为一个或连续排布的两个及以上。

进一步地，所述冷却单元包括设置在所述轨道下方的惰气储罐；

所述惰气储罐包括上部具有开口的罐体、设置在开口上的活动盖板、位于所述开口正下方的物料出口、设置在物料出口处的排料闸板、气体入口、惰气入口、设置在罐体上部的气体出口、缓冲板和用于承接缓冲板上滑下的物料的第一加固耐磨板；

所述气体入口和惰气入口设置在所述罐体的侧壁上，且所述气体入口和惰气入口均设置为出气管的管口朝下，所述缓冲板倾斜的安置在所述开口的正下方，所述第一加固耐磨板一端的水平高度高于另一端的水平高度，且水平高度较高的一端连接至惰气储罐的内壁上；

所述开口的尺寸大于所述出料口的尺寸。

进一步地，所述惰气储罐还包括用于承接由第一加固耐磨板滑下物料的第二加固耐磨板，所述第二加固耐磨板贴合地设置在罐体底部的倾斜内壁上。

进一步地，所述微波单元还包括外罩、测控装置和为所述测控装置提供电能的电源，所述外罩罩设在所述料车的正上方，所述微波发生器安置在所述外罩下表面，所述外罩上还设置有烟道；

所述测控装置分别连接微波发生器和移动机构，所述测控装置上还连接有安置在所述料车内的热电偶。

进一步地，所述热电偶的测温端以外的部分包覆有非微波吸收材料。

本发明的实施例还提供了一种采用上述微波隧道窑还原装置还原铁精矿的方法，包括以下步骤：

1)将铁精粉、碳质还原剂和脱硫剂混合均匀；

2)将步骤1)的混合物配入粘结剂进行压球；

3)将步骤2)压球后得到的生球烘干后得到干球，并将干球加入微波隧道窑还原装置的料车中，采用微波发生器进行微波加热将干球直接还原，得到金属化球团；

4)将步骤3)得到的金属化球团在惰气储罐中冷却后磨选，得到磁选精矿。

优选地，

步骤1)中，所述铁精粉中tfe的质量百分比为52～68％，包括钒钛磁铁矿精粉和普通铁精粉两大类，所述碳质还原剂中固定碳的质量百分比≥75％，

所述铁精粉、碳质还原剂和脱硫剂混料时的质量比为100:25-35：8-12，

所述铁精粉、碳质还原剂和脱硫剂的粒度均为-200目的质量百分比大于85％；

所述碳质还原剂为石墨粉、焦炭、石油焦、无烟煤中的一种或几种；

所述脱硫剂为石灰石、白云石或生石灰中的一种或几种；

所述粘结剂为聚乙烯醇溶液、淀粉溶液中的一种或两种；

步骤2)中，所述粘结剂的加入量为所述铁精粉、还原剂和脱硫剂混合物总质量5～10％；

配入粘结剂后用混料机混合时间为20～40min；

所述压球的压力为12～20mpa；

步骤3)中，所述烘干温度为90～130℃，烘干时间为2～4h；

所述微波发生器的微波频率为300mhz～300kmhz，微波管功率为15～30kw，所述料车内温度控制在900～1100℃，料车的保温反应时间为60～120min。

优选地，步骤4)为：将所述料车底部的活动底板打开，保温还原后的金属化球团经由所述出料口排入惰气储罐中进行冷却，冷却至室温的金属化球团由所述排料闸板排出后进行磨选。

优选地，所述惰气储罐所用的惰性气体为n2、ar中的一种或几种。

优选地，步骤4)中的磨选为首先磨矿至-150目的金属化球团的质量百分比不低于85％，然后在磁场强度600～800oe下进行磁选得到磁选精矿和尾渣。

本发明取得的有益技术效果为：

(1)本发明通过微波单元进行微波加热，实现对铁精矿等的还原，升温迅速、能量利用率高，通过设置两个以上的微波单元，可以实现连续化、规模化的还原生产，简化了生产高品质海绵铁的工艺流程；

(2)采用本发明的微波隧道窑还原装置及还原方法制备的磁性物中，tfe含量高，s含量低，满足了炼钢用海绵铁的品质要求。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得显而易见和容易理解，其中：

图1为本发明一实施例的微波隧道窑还原装置的微波单元结构示意图；

图2为本发明又一实施例的微波隧道窑还原装置的惰气储罐结构示意图；

图3为本发明又一实施例的微波隧道窑还原装置的微波单元向惰气储罐排料时的俯视图；

图4为本发明一实施例的采用微波隧道窑还原装置还原铁精矿的方法流程图；

图5为本发明又一实施例的采用微波隧道窑还原装置的设备连接示意图。

其中，1、轨道，2、料车，21、支撑底板，22、出料口，23、活动底板，3、微波发生器，4、移动机构，5、罐体，51、活动盖板，52、物料出口，53、排料闸阀，54、气体入口，55、惰气入口，56、气体出口，57、缓冲板，58、第一加固耐磨板，59、第二加固耐磨板，6、外罩，61、烟道，7、测控装置，8、电源，9、热电偶。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

本发明一实施例提供了一种微波隧道窑还原装置，其包括依次顺序设置的微波单元、冷却单元、磨矿单元和磁选单元；其中，如图1所示，微波单元安置在轨道1上，且微波单元包括可以在轨道1上移动的料车2、设置在料车2上方的微波发生器3、带动微波发生器3和料车移动的移动机构4。料车2包括支撑底板21和车厢，支撑底板21上设置有出料口22，出料口22上盖装有活动底板23；微波单元为一个或连续排布的两个及以上。本实施例通过微波实现对铁精矿的加热还原，升温迅速、能量利用率高，微波单元设置为连续排布的两个及以上时，优选可以采用8-15个，微波单元可以沿着轨道1连续移动，还可以更好的满足连续化、规模化的生产需要，同时大大的简化铁精矿的还原工艺。

在本发明提供的又一实施例中，在上述实施例的基础上，该微波隧道窑还原装置的冷却单元包括惰气储罐，如图2所示，该惰气储罐包括上部具有开口的罐体5、设置在开口上的活动盖板51、位于开口正下方的物料出口52、设置在物料出口52处的排料闸板、气体入口54、惰气入口55、设置在罐体5上部的气体出口56、缓冲板57和用于承接缓冲板57上滑下的物料的第一加固耐磨板58；

气体入口54和惰气入口55设置在罐体5的侧壁上，且气体入口54和惰气入口55均设置为出气管的管口朝下，缓冲板57倾斜的安置在开口的正下方，第一加固耐磨板58一端的水平高度高于另一端的水平高度，且水平高度较高的一端连接至惰气储罐的内壁上；为便于实现微波单元向惰气储罐排料，惰气储罐的开口的尺寸大于料车2出料口22的尺寸。

如图3所示，使用时，将料车2的活动底板23打开，物料由料车2下端的出料口22排出，在重力作用下进入惰气储罐的开口后，首先落到缓冲板57上，并随着缓冲板57的倾斜方向继续下落，随后落至第一加固耐磨板58，再由该第一加固耐磨板58滑下至惰气储罐的物料出口52，在物料的下落和冷却过程中，位于惰气储罐物料出口52处的排料闸阀53处于关闭状态，同时，气体入口54和惰气入口55分别有气体进入，与正在下落的物料完成热交换后，由位于惰气储罐上部的气体出口56排出，当物料完成换热冷却后，打开排料闸阀53，将冷却物料排出后，重新进料，进行下一批物料的冷却。

作为上述实施例的优选，惰气储罐中还设置有第二加固耐磨板59，该第二加固耐磨板59用于承接由第一加固耐磨板58滑下物料，第二加固耐磨板59贴合地设置在罐体5底部的倾斜内壁上，避免物料落下后，对罐体5底部的损伤，有效增加惰气储罐的使用寿命，同时增加换热效果。

在本发明的又一实施例中，如图1所示，微波单元还包括外罩6、测控装置7和为测控装置7提供电能的电源8，外罩6罩设在料车2的正上方，微波发生器3安置在外罩6下表面，外罩6上还设置有烟道61；测控装置7分别连接微波发生器3和移动机构4，测控装置7上还连接有安置在料车2内的热电偶9。通过外罩6一方面使料车2车厢处于一个相对封闭的空间，减料车厢内的热能损失，另一方面，可以作为微波发生器3的支撑架，同时，在外罩6上开设烟道61，以便于反应过程中的烟气等杂质的排出，通过测控装置7测量和控制料车2的温度，以及料车2在轨道1上的移动。需要指出的是，料车2的车厢材料优选采用石英等耐材，以满足还原反应的高温需要。

在上述实施例的基础上，热电偶9的3-5cm的测温端以外的部分包覆有非微波吸收材料，优选包覆金属管，以防止微波干扰；同时，惰性气体优选采用n2、ar中的一种或两种。

如图5所示，本发明的又一实施例中，铁精粉、碳质还原剂和脱硫剂先进入混料机混料，混料完成后加入粘结剂在压球机中进行压球，压球完成后，对湿球进行烘干，烘干完成后的干球送入料车2中进行微波还原，在微波还原的过程中，料车2不断的在轨道1上前进，前进距离设计为，当料车2到达惰气储罐的正上方时，反应正好完成，此时，打开料车2的活动底板23，将料车2内的物料卸下至惰气储罐进行冷却处理，冷却处理完成后的物料在进行磨选，最后得到终产物直接还原铁。

本发明的上述实施例中，用于磨选的磨矿设备可以选用普通球磨机、行星球磨机和棒磨机等，铁精粉中tfe质量百分比含量为52～68％，包括钒钛磁铁矿精粉和普通铁精粉两大类。保温时间为60-120min。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种采用上述的微波隧道窑还原装置还原铁精矿的方法，包括以下步骤：

1)将铁精粉、碳质还原剂和脱硫剂混合均匀；

2)将步骤1)的混合物配入粘结剂进行压球；

3)将步骤2)压球后得到的生球烘干后得到干球，并将干球加入微波隧道窑还原装置的料车2中，采用微波发生器3进行微波加热将干球直接还原，得到金属化球团；

4)将步骤3)得到的金属化球团在惰气储罐中冷却后磨选，得到磁选精矿。

作为上述实施例的优选，铁精粉中tfe的质量百分比为52～68％，碳质还原剂中固定碳的质量百分比≥75％，铁精粉、碳质还原剂和脱硫剂混料时的质量比为100:25-35：8-12，粘结剂的加入量为铁精粉、还原剂和脱硫剂混合物总质量5～10％。

铁精粉、碳质还原剂和脱硫剂的粒度均为-200目的质量百分比大于85％。

碳质还原剂为石墨粉、焦炭、石油焦、无烟煤中的一种或几种；

脱硫剂为石灰石、白云石或生石灰中的一种或几种；

粘结剂为聚乙烯醇溶液、淀粉溶液中的一种或两种。

步骤1)中的三种初始物料混匀的混合时间为15～30min；

步骤2)中配入粘结剂后用混料机混合时间为20～40min，压球的压力为12～20mpa；

步骤3)中烘干温度为90～130℃，烘干时间为2～4h。

步骤3)中微波发生器3的微波频率为300mhz～300kmhz，微波管功率为15～30kw，料车2内温度控制在900～1100℃，料车2的保温反应时间为60～120min。

步骤4)的具体过程为：将料车2底部的活动底板23打开，保温还原后的金属化球团经由出料口22排入惰气储罐中进行冷却，冷却至室温的金属化球团由排料闸板排出后进行磨选。

惰气储罐所用的惰性气体为n2、ar或其它惰性气体中的一种或几种。

步骤4)中的磨选为首先磨矿至-150目的质量百分比不低于85％，然后在磁场强度600～800oe下进行磁选得到磁选精矿和尾渣。

采用本发明的微波隧道窑还原装置还原铁精矿后，得到的磁矿精选中tfe不低于92％。如果所用的含铁原料是普通铁精粉，磁选得到的尾渣，其尾渣的主要成分为二氧化硅和氧化铝、氧化钙，可以用做水泥生产的原料。

实施例1

将tfe68％的铁精粉与固定碳不低于75％的无烟煤，以及生石灰按照质量比100:25:8的比例配料。铁精粉、无烟煤和生石灰的粒度均为-200目85％。

混合物用混料机混合15min。加入5％的聚乙烯醇溶液，混料机混合20min，然后在12mpa的压力下压球。生球在90℃下烘干2h。

干球装入料车中进行微波碳热还原，还原温度900℃，还原时间60min。

还原结束后，打开料车的活动底板，将产出的金属化球团排入料车下方的n2储罐中冷却至室温，金属化球团由活动盖板进入罐体后落在缓冲板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料闸板经冷却后排出惰性气体储罐得到冷球团。冷球团用球磨机破碎至-150目85％后，在600oe的磁场强度下磁选。经过分析，所得磁性物的tfe93％，s0.012％，满足炼钢用海绵铁的品质要求。

实施例2

将tfe68％的铁精粉与固定碳不低于75％的无烟煤，以及生石灰按照质量比100:35:12的比例配料。铁精粉、无烟煤和生石灰的粒度均为-200目100％。

混合物用混料机混合30min。加入10％的聚乙烯醇溶液，混料机混合40min，然后在20mpa的压力下压球。生球在130℃下烘干4h。

干球装入图1的轨道料车中进行微波碳热还原，还原温度1100℃，还原时间120min。

还原结束后，打开料车的活动底板，将产出的金属化球团排入料车下方的n2储罐中冷却至室温，金属化球团由活动盖板进入罐体后落在缓冲板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料闸板经冷却后排出n2储罐得到冷球团。冷球团用球磨机破碎至-150目100％后，在800oe的磁场强度下磁选。经过分析，所得磁性物的tfe94％，s0.011％，满足炼钢用海绵铁的品质要求。

实施例3

将tfe68％的铁精粉与固定碳不低于75％的无烟煤，以及生石灰按照质量比100:30:10的比例配料。铁精粉、无烟煤和生石灰的粒度均为-200目90％。

混合物用混料机混合20min。加入6％的聚乙烯醇溶液，混料机混合30min，然后在15mpa的压力下压球。生球在110℃下烘干3h。

干球装入图1的轨道料车中进行微波碳热还原，还原温度1000℃，还原时间90min。

还原结束后，打开料车的活动底板，将产出的金属化球团排入料车下方的n2储罐中冷却至室温，金属化球团由活动盖板进入罐体后落在缓冲板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料闸板经冷却后排出ar储罐得到冷球团。冷球团用球磨机破碎至-150目90％后，在700oe的磁场强度下磁选。经过分析，所得磁性物的tfe92％，s0.013％，满足炼钢用海绵铁的品质要求。

实施例4

将tfe52％的铁精粉与固定碳不低于75％的无烟煤，以及生石灰按照质量比100:30:10的比例配料。铁精粉、无烟煤和生石灰的粒度均为-200目90％。

混合物用混料机混合20min。加入6％的聚乙烯醇溶液，混料机混合30min，然后在15mpa的压力下压球。生球在110℃下烘干3h。

干球装入图1的轨道料车中进行微波碳热还原，还原温度1000℃，还原时间90min。

还原结束后，打开料车的活动底板，将产出的金属化球团排入料车下方的n2储罐中冷却至室温，金属化球团由活动盖板进入罐体后落在缓冲板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料闸板经冷却后排出n2储罐得到冷球团。冷球团用球磨机破碎至-150目90％后，在700oe的磁场强度下磁选。经过分析，所得磁性物的tfe92％，s0.013％，满足炼钢用海绵铁的品质要求。

实施例5

将tfe55％的钒钛磁铁矿精粉与固定碳不低于75％的无烟煤，以及生石灰按照质量比100:32:11的比例配料。铁精粉、无烟煤和生石灰的粒度均为-200目95％。

混合物用混料机混合20min。加入6％的聚乙烯醇溶液，混料机混合30min，然后在15mpa的压力下压球。生球在110℃下烘干3h。

干球装入图1的轨道料车中进行微波碳热还原，还原温度1050℃，还原时间120min。

还原结束后，打开料车的活动底板，将产出的金属化球团排入料车下方的n2储罐中冷却至室温，金属化球团由活动盖板进入罐体后落在缓冲板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料闸板经冷却后排出ar储罐得到冷球团。冷球团用球磨机破碎至-150目90％后，在600oe的磁场强度下磁选。经过分析，所得磁性物的tfe93％，s0.011％，满足炼钢用海绵铁的品质要求。

实施例6

将tfe52％的钒钛磁铁矿精粉与固定碳不低于75％的无烟煤，以及生石灰按照质量比100:35:10的比例配料。铁精粉、无烟煤和生石灰的粒度均为-200目100％。

混合物用混料机混合20min。加入6％的聚乙烯醇溶液，混料机混合30min，然后在15mpa的压力下压球。生球在110℃下烘干3h。

干球装入图1的轨道料车中进行微波碳热还原，还原温度1100℃，还原时间90min。

还原结束后，打开料车的活动底板，将产出的金属化球团排入料车下方的n2储罐中冷却至室温，金属化球团由活动盖板进入罐体后落在缓冲板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料闸板经冷却后排出ar储罐得到冷球团。冷球团用球磨机破碎至-150目90％后，在800oe的磁场强度下磁选。经过分析，所得磁性物的tfe92％，s0.012％，满足炼钢用海绵铁的品质要求。

从上述实施例1-6可以看出，本发明采用微波隧道窑还原，能够获得满足炼钢要求的直接还原铁。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。