大冶鐵礦難選氧化鐵礦多級循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒工藝及機理研究.pdf

1、目前，我國鋼鐵工業(yè)所需的鐵礦石自給率僅46％左右，國內鐵礦石資源嚴重短缺，必須擴大開發(fā)利用新的鐵礦資源。針對儲量約100億噸目前尚不能有效利用的菱鐵礦、褐鐵礦、鮞狀赤鐵礦等復雜難選鐵礦石，磁化焙燒-磁選法是最有效的方法，但常規(guī)工藝存在流程復雜、成本高等許多致命缺陷。本文利用氣固流態(tài)化高效傳熱傳質的優(yōu)點，開發(fā)出氧化鐵礦石快速轉化成易于回收的磁性鐵礦石的循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒新工藝，低成本地解決傳統(tǒng)焙燒和強磁技術無法處理的難選氧化礦回收難題。

2、 論文創(chuàng)造性研究開發(fā)了流態(tài)化磁化焙燒反應實驗室基礎實驗裝置，完成了適合大冶鐵礦尾礦的布風板的設計與選擇，通過理論計算和試驗研究，確定最佳的開孔率。在高溫條件下，通入含CO還原氣體，使物料處于懸浮狀態(tài)，進行了不同磁化焙燒溫度及時間試驗，查明在650℃～760℃，焙燒時間10～60秒內，可以使菱鐵礦(FeCO3)、赤鐵礦(Fe2O3)快速轉變?yōu)榇盆F礦(Fe3O4)。該裝置具有對溫度、O2、CO、還原氣體流量、反應時間等的快速檢測及調控

3、及快速卸料功能。大冶鐵礦尾礦中以赤褐鐵礦、菱鐵礦為主的氧化鐵礦石經焙燒后，經弱磁選，得到了鐵精礦品位為60～61％，鐵回收率為85～90％，尾礦鐵品位為10～12％的良好指標證實了弱磁性氧化鐵礦在數(shù)十秒鐘實現(xiàn)磁化焙燒的科學設想，為研制工業(yè)型循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒裝置奠定了技術及理論基礎。大冶鐵礦尾礦難選紅鐵礦磁化焙燒熱力學分析表明，因為該類礦石菱鐵礦含量高，分解后產生CO和CO2對磁化焙燒反應影響較大，在CO含量大于1％的情況下，磁化焙燒即

4、能完成。通過熱力學計算，首次揭示了菱鐵礦還原焙燒的分步相變轉化反應式和基本規(guī)律。 為進一步促進循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒工藝的工業(yè)化，首次完成了多級循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒設備、爐型結構及工藝流程優(yōu)化，研究了多級循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒工藝的基本特點，經過計算，在該系統(tǒng)中，氣固接觸面積是回轉窯堆積狀態(tài)下1萬倍以上，對于細粒鐵礦石(-0.2mm)，與氣體間的換熱系數(shù)大，高達1000kW/(m2·k)以上，為回轉窯內氣固換熱系數(shù)的600倍以上，整個系統(tǒng)

5、傳熱效率大大增加。 對各級旋風筒結構設計、風速計算和換熱管道風速計算表明，大冶鐵礦尾礦難選紅鐵礦礦粉顆粒(平均粒徑0.0693mm)，能在旋風筒內較好地實現(xiàn)氣固分離，固氣比為0.964Kg/Nm3(反應爐工況固氣比為0.237 Kg/m3)，整個系統(tǒng)氣固分離效率在95％以上；礦粉顆粒不會在系統(tǒng)中短路，能達到多級循環(huán)多級預熱的效果；熱平衡計算表明，采用多級循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒工藝處理氧化鐵礦，熱耗為1196KJ/kg礦，僅為煤基回轉

6、窯的70％、沸騰爐的80％，豎爐的75％，水泥燒成常規(guī)工藝的21％左右，加工成本大大降低；對顆粒在系統(tǒng)各級旋風筒內的懸浮速度與沉降速度的計算驗證了實際設計速度與理論計算顆粒的速度的一致，能夠確保礦粉顆粒在系統(tǒng)中的氣固分離和充分循環(huán)預熱的實現(xiàn)；對系統(tǒng)壓力損失的理論計算和實測表明，氣流在流動過程的壓頭損失△pm為系統(tǒng)的主要壓力損失(80％以上)，系統(tǒng)總的壓力損失為3000Pa左右，與常規(guī)四級旋風預熱器系統(tǒng)壓力損失相當。 多級循環(huán)流態(tài)

7、化磁化焙燒系統(tǒng)采用噴騰式反應爐與旋風筒相結合的結構形式，促使物料總的運動趨向順著氣流旋回前進有序地出爐?？朔肆骰参锪线\動紊亂，容易出現(xiàn)過還原或還原不足的弱點。對大冶鐵礦強磁鐵中礦進行磁化焙燒，半工業(yè)試驗表明，在流態(tài)化反應爐溫度900～950℃，流態(tài)化反應爐入口氣體CO濃度1.5％～2.5％，多級循環(huán)流態(tài)化磁化反應爐系統(tǒng)中固氣比0.8～1.0Kg/Nm3條件下，弱磁選鐵精礦品位達到60％～61％，回收率達到92％～93％；焙燒礦中鐵礦