一种难选铁矿石悬浮磁化焙烧-干式无氧冷却系统的制作方法

本实用新型属于冶金和矿物工程技术领域，涉及一种难选铁矿石悬浮磁化焙烧-干式无氧冷却系统。

背景技术：

我国的铁矿石储量中97%为贫矿，其中常规重选、磁选及浮选技术难以有效处理的铁矿石资源，包括褐铁矿、菱铁矿、沉积型赤铁矿等在内有近200亿吨。对这些难选铁矿石，可通过磁化焙烧将其中弱磁性的铁氧化物转化成强磁性的人工磁铁矿，再继以弱磁选实现铁矿物与脉石的分离，这是难选铁矿分选的有效方法。

过去几十年中，科技工作者对难选铁矿资源利用问题进行了长期的研究，尤其是对难选铁矿石采用磁化焙烧工艺进行了系统的研究与开发，证明了磁化焙烧工艺是处理难选低品位铁矿石的有效方法。目前，国内外铁矿石磁化焙烧工艺主要有竖炉磁化焙烧工艺和回转窑磁化焙烧工艺。

竖炉磁化焙烧工艺是处理铁矿石块矿（入炉粒级15～100mm）的一种工艺，其存在的主要问题有：①处理的铁矿石粒度较大，其重量比表面积比较小，因而铁矿石与还原剂（CO和H2等）的接触机会较小，铁矿石还原过程速度缓慢；②铁矿石磁化焙烧中，块矿表层还原度高于心部，存在着块矿表层和心部还原不均匀的现象，且块矿粒度愈大，其还原不均匀现象愈严重；③块矿入炉粒度差异较大，存在小粒级块矿整体过还原及大粒级块矿整体欠还原的问题。以上这些问题导致了竖炉焙烧铁矿石的能耗较大、焙烧矿技术经济指标差、生产成本高、经济性差。

回转窑磁化焙烧工艺是处理入炉粒度为25mm以下铁矿石的一种工艺，其技术指标较竖炉要好，但也存在着铁矿石还原质量不均、焙烧成本高等问题，特别是回转窑生产过程中尾端结圈频繁出现难以持久维持正常生产。

在铁矿石流态化磁化焙烧方面，铁矿石流态化加热还原反应炉及以其为核心的新型磁化焙烧技术与传统磁化焙烧技术（如回转窑法）相比，其最大不同点是将原来在回转窑内堆积态气固换热和传质转变为流态化气固传热和传质过程，气体通过流化床使物料形成湍流状态，然后进入到预热器内，在预热器旋风筒切向风力作用下形成湍流，稀相流化状态下的传质过程与回转窑内堆积过程相比，其优点为：（1）气固两相流在流化状态下接触面积较大，其热量交换、质量传递和颗粒化学反应的速度较快；（2）流态化预热装置是由多级气流单元自上而下串联组成的逆流式换热器，物料湍流度较高，气固两相之间温度差及还原气氛浓度差较大，综合传递系数和传递动力较大。

中国实用新型专利申请号201010621731.X公开了一种难选铁矿石粉体磁化焙烧的系统及焙烧工艺，该实用新型采用循环流化床对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧，焙烧尾气经燃烧室燃烧释放未反应气体的潜热后，由3～5级旋风预热器与常温铁矿石粉体进行换热，通过预热铁矿石粉体来回收焙烧尾气的显热和潜热。该技术方案存在的主要问题，一是铁矿石粉焙烧温度较低，不利于铁矿石快速磁化焙烧；二是对高温焙烧矿的显热未进行有效回收利用；三是系统需要消耗大量的煤气资源；四是系统在焙烧过程中存在结馏和失流问题。

技术实现要素：

本实用新型为解决以上技术问题，提出一种难选铁矿石悬浮磁化焙烧-干式无氧冷却系统。

本实用新型的技术方案：一种难选铁矿石悬浮磁化焙烧-干式无氧冷却系统，包含的设备有：原料矿仓、电子定量给料机、螺旋给料器、文丘里干燥器、原料旋风除尘器、布袋除尘器、抽风机、烟囱、悬浮磁化焙烧主炉、燃气燃烧系统、非直接接触物料冷却筒、鼓风机、磁化焙烧炉、加热物料旋风除尘器；铁矿石矿粉从原料矿仓出料口出来后经电子定量给料机称量，称量铁矿石矿粉流入螺旋给料器，螺旋给料器为文丘里干燥器供给铁矿石矿粉，文丘里干燥器出料口通过管道连通原料旋风除尘器的进口，原料旋风除尘器的上出气口与布袋除尘器的进口通过管道相连通，布袋除尘器的出气口经抽风机连通烟囱；原料旋风除尘器的底部出料口与悬浮磁化焙烧主炉的进口通过管道连通，悬浮磁化焙烧主炉下部通入空气、同时由燃气燃烧系统输入煤气，悬浮磁化焙烧主炉的上部出料口与加热物料旋风除尘器的进口通过管道连通，加热物料旋风除尘器的顶部出气口通过管道连通文丘里干燥器的进气口；加热物料旋风除尘器底部出料口与磁化焙烧炉的进料口连通，磁化焙烧炉通入还原煤气，磁化焙烧炉产生还原后煤气、焙砂，还原后煤气通过管道送入悬浮磁化焙烧主炉下部作为燃料、焙砂移入非直接接触物料冷却筒冷却。

所述悬浮磁化焙烧主炉下部还连接有辅助燃烧器，辅助燃烧器作为燃气燃烧系统的备用设备。

所述非直接接触物料冷却筒为卧式旋转冷却器，分为空气间接换热区和水冷间接换热区，且筒体由旋转传动装置带动旋转，空气间接换热区设有空气通过管、水冷间接换热区设有水管，空气间接换热区由鼓风机鼓入常温空气，常温空气经过空气间接换热区后吸热成为高温助燃空气，高温助燃空气经连接管道进悬浮磁化焙烧主炉下部，为煤气燃烧提供氧气；水冷间接换热区接入水管，水经过水冷间接换热区后吸热成为蒸汽。

本实用新型的有益效果是：1、将加热物料的焙烧分为两个过程进行，铁矿石中的结晶水去除与菱铁矿分解在悬浮磁化焙烧主炉中进行，铁矿石中Fe2O3还原在磁化焙烧炉中进行，缩短了铁矿石磁化焙烧的时间。2、高温焙烧矿的冷却采用非直接接触物料冷却，实现高温铁矿石的无氧化冷却。3、进一步的采用卧式旋转冷却器，分为空气间接换热区和水冷间接换热区，在卧式旋转冷却器高温端采用常温空气间接换热的形式，在卧式旋转冷却器低温端采用冷凝水间接换热的形式，可使高温焙烧矿的余热得到最大限度的回收，同时通过间接换热得到洁净的高温空气和高温蒸汽，达到悬浮磁化焙烧主炉达到连续稳定生产的目的。

附图说明

图1为本实用新型设备关系图；

图2为卧式旋转冷却器设备结构图；

图3为本实用新型工艺流程图；

图中附图标记：1-原料矿仓、2-电子定量给料机、3-螺旋给料器、4-文丘里干燥器、5-原料旋风除尘器、6-布袋除尘器、7-抽风机、8-烟囱、9-悬浮磁化焙烧主炉、10-燃气燃烧系统、11-非直接接触物料冷却筒、12-鼓风机、13-磁化焙烧炉、14-加热物料旋风除尘器、15-空气间接换热区、16-水冷间接换热区、17-辅助燃烧器、18-旋转传动装置、19-旋转冷却筒、20-换热管道、21-旋转接头、22-冷却水入口。

具体实施方式

一种难选铁矿石悬浮磁化焙烧-干式无氧冷却系统，包含的设备有：原料矿仓1、电子定量给料机2、螺旋给料器3、文丘里干燥器4、原料旋风除尘器5、布袋除尘器6、抽风机7、烟囱8、悬浮磁化焙烧主炉9、燃气燃烧系统10、非直接接触物料冷却筒11、鼓风机12、磁化焙烧炉13、加热物料旋风除尘器14；铁矿石矿粉从原料矿仓1出料口出来后经电子定量给料机2称量，称量铁矿石矿粉流入螺旋给料器3，螺旋给料器3为文丘里干燥器4供给铁矿石矿粉，文丘里干燥器4出料口通过管道连通原料旋风除尘器5的进口，原料旋风除尘器5的上出气口与布袋除尘器6的进口通过管道相连通，布袋除尘器6的出气口经抽风机7连通烟囱8；原料旋风除尘器5的底部出料口与悬浮磁化焙烧主炉9的进口通过管道连通，悬浮磁化焙烧主炉9下部通入空气、同时由燃气燃烧系统10输入煤气，悬浮磁化焙烧主炉9的上部出料口与加热物料旋风除尘器14的进口通过管道连通，加热物料旋风除尘器14的顶部出气口通过管道连通文丘里干燥器4的进气口；加热物料旋风除尘器14底部出料口与磁化焙烧炉13的进料口连通，磁化焙烧炉13通入还原煤气，磁化焙烧炉13产生还原后煤气、焙砂，还原后煤气通过管道送入悬浮磁化焙烧主炉9下部作为燃料、焙砂移入非直接接触物料冷却筒11冷却。

所述悬浮磁化焙烧主炉9下部还连接有辅助燃烧器17，辅助燃烧器17作为燃气燃烧系统10的备用设备。

非直接接触物料冷却筒11采用卧式旋转冷却器，分为空气间接换热区15和水冷间接换热区16，且筒体由旋转传动装置18带动旋转（采用齿轮传动或摩擦副传动），空气间接换热区15设有空气通过管、水冷间接换热区16设有水管，空气通过管、水管都是换热管道20，由于要使旋转冷却筒19转动、换热管道20相对地面不动，需要空气通过管、水管进出的一段安装旋转接头21，空气间接换热区15由鼓风机12鼓入常温空气，常温空气经过空气间接换热区15后吸热成为高温助燃空气，高温助燃空气经连接管道进悬浮磁化焙烧主炉9下部，为煤气燃烧提供氧气；水冷间接换热区16接入水管，水从冷却水入口22进入经过水冷间接换热区16后吸热成为蒸汽。

使用过程：（1）将粒度为-200目占40%以上、含水量为10-12%的常温铁矿石矿粉由原料矿仓1经电子定量给料机2、螺旋给料器3输送到文丘里干燥器4中，在670℃左右加热废气的作用下，矿粉被干燥并预热到150℃左右后，废气与矿粉形成原料气固两相流。

（2）原料气固两相流输送到原料旋风除尘器5中，其中大部分矿粉被收集后进入到悬浮磁化焙烧主炉9中，排出的含尘废气送入到布袋除尘器6中进行除尘。从布袋除尘器6排出的洁净空气经抽风机7加压后由烟囱8排放，布袋除尘器6收集的矿物粉尘从排灰口排放后进行返料利用。

（3）干燥矿粉从悬浮磁化焙烧主炉9进料口加入后，在底部吹出高温烟气作用下，矿粉在流化床上被吹起并形成气固两相流。气固两相流在悬浮磁化焙烧主炉9内由下往上悬浮流动，铁矿石粉流动过程中被高温烟气加热到670℃左右，物料中的结晶水和菱铁矿进行分解，预焙烧的气固两相流从悬浮磁化焙烧主炉9顶部流出并进入到加热物料旋风除尘器14中，从加热物料旋风除尘器14底部排出的高温物料直接进入到磁化焙烧炉13内。

（4）在燃气燃烧系统10内，从外部通入的常温煤气及还原后煤气与从卧式旋转冷却器排出的高温助燃空气混合后进行燃烧，产生的700-720℃高温烟气通入到悬浮磁化焙烧主炉9内。加入到悬浮磁化焙烧主炉9内的粉状铁矿石在高温烟气作用下，可在2-3s时间内把预热后的铁矿石粉加热到670℃左右。

（5）加热物料从磁化焙烧炉13顶部加入后，在其底部通入的还原煤气作用下，加热物料流化后并在煤气中CO和H2作用下，经过时间10-20S的还原，可使加热物料中Fe2O3还原为Fe3O4，加热物料还原后得到560℃左右的焙砂。

（6）焙砂进入到卧式旋转冷却器中，物料旋转过程中在通过空气间接换热区15时与鼓风机12鼓入的常温空气进行热交换，可使空气温度提高到400-500℃，物料温度下降到600℃左右，预热后的空气作为燃气燃烧系统的助燃空气进行利用；物料在通过水冷间接换热区时与冷凝水进行热交换，可得到300-350℃高温蒸汽，物料温度下降到200℃以下后作为焙烧矿进行利用，蒸汽可供给余热发电进行利用。

本实用新型将难选铁矿石悬浮磁化焙烧主炉、磁化焙烧炉与卧式旋转冷却器集成在一起，粉状铁矿石加热采用悬浮磁化焙烧主炉，可实现快速、均匀加热并提高单炉产量。磁化焙烧炉还原后的高温铁矿石采用卧式旋转冷却器进行冷却，可使560℃左右铁矿石在不与空气接触情况下得到冷却，同时其热量得到全部回收利用，实现了高温铁矿石的无氧化冷却，提高了焙烧矿的磁性。

进一步地，本实用新型将加热物料的焙烧分为两个过程进行，铁矿石中的结晶水去除与菱铁矿分解在悬浮磁化焙烧主炉中进行，铁矿石中Fe2O3还原在磁化焙烧炉中进行，铁矿石还原以煤气中的H2和CO为还原剂，缩短了铁矿石磁化焙烧的时间。

进一步地，本实用新型将难选铁矿石矿粉在悬浮磁化焙烧主炉内先进行氧化焙烧，可使铁矿石中的Fe3O4先氧化焙烧生成Fe2O3，氧化矿再进入到磁化焙烧炉内进行还原，可使铁矿石中Fe2O3还原为新生的Fe3O4，有利于Fe3O4晶粒的长大，从而提高后续磨选过程的金属回收率。

进一步地，本实用新型悬浮磁化焙烧主炉燃料采用煤气和还原后煤气，煤气和还原后煤气与高温助燃空气在燃气燃烧系统内混合后燃烧产生高温烟气，烟气温度通过调整空气过剩系数使其控制为700-720℃，高温烟气再送入到悬浮磁化焙烧主炉内进行铁矿石加热，可避免铁矿石在还原过程中与高温火焰接触而产生低熔点物质，达到悬浮磁化焙烧主炉连续稳定生产的目的。

进一步地，本实用新型将卧式旋转冷却器采用管状间接换热器，空气或冷却水在管道内部流动，高温物料在冷却筒内与管道外部之间流动，在卧式冷却器的旋转作用下，高温物料与管道外壁充分接触，高温物料把自身的热量传递给管道外壁，管道外壁再通过传导传热方式把热量传递给管道内壁，管道内壁再通过对流及传导传热方式把热量传递给空气或冷却水，实现了铁矿石的无氧冷却。同时物料冷却产生的洁净高温空气送到燃气燃烧系统，可使悬浮磁化焙烧主炉在不结留的情况下稳定工作。

进一步地，本实用新型为提高卧式旋转冷却器的传热效率，将卧式旋转冷却器分为空气间接换热区和水冷间接换热区，在卧式旋转冷却器高温端采用常温空气间接换热的形式，在卧式旋转冷却器低温端采用冷凝水间接换热的形式，可使高温焙烧矿的余热得到最大限度的回收。