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。同時又受中國經濟在疫情之后的復蘇影響，國內鋼鐵需求量大增。2021年1月國內鋼鐵產量同比增幅6.9％ ，達到9020萬噸 ；2月同比增長10.28％ ，鋼鐵產量增長更是達到20％以上 。這種產量的快速增長，在原料80％依賴國外的中國鋼鐵企業來說，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的利潤，因此，對國內貧礦的提煉，降低鋼鐵企業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噴煤粉對回轉爐內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定，原礦全鐵含量35-45％經過磁化焙燒品味可達到84-86％ 。
一、燒結菱鐵礦回轉窯參數
產品規格
（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，因此可作為優質的煉鐵原料。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，一般粗粒或粗粒嵌布的單一菱鐵礦石選礦采用重選（跳汰、重介質）、粗粒強磁選、焙燒磁選及其聯合流程者居多，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的聯合流程，或者磁化焙燒磁選法與其他方法的并聯流程。
1、主要技術經濟指標
設計確定的主要技術經濟指標如下:
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率:2.58t/m3.d
煙塵率:3%
2、主要設備選擇
根據建設規模 ,并結合國內其它行業大型回轉窯焙燒的成熟經驗,主體設備回轉窯筒體內徑4.0m、有效內徑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，排放工業廢氣 。煙氣內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在線監測設備：對工業廢氣的各項指標、各段溫度和壓力進行在線監測。一般分為顆粒物CEMS、氣態污染物CEMS（So2 ; No2 ; Co2 ; Co ; O2）、煙氣參數設定系統、DAS數據采集和處理系統 。
（3）除塵設備：現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。回轉窯排出的煙氣經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 。回轉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兩個重要的物質體系來分析，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，物料經過脫水和預熱，在燃燒帶分解成磁鐵礦，然后經過破損掉入水中速冷，再運送到選礦廠選礦，進行后續的冶煉過程 。回轉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，出現跑煤現象，也會出現窯內熄火現象，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，所以對回轉窯內襯耐火材料有相當的磨損。同時筒體內的耐火材料還要承受來自窯內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 |
牌號/規格 |
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 |
牌號/規格 |
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 |
牌號/規格 |
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》
