菱铁矿回转窑磁化焙烧流程及耐火材料配置
因受美国超印美元投放市场的影响，引起全球流通过剩，势必造成全球物品价格通胀，其中领先价格疯涨的是黑金。同时又受中国经济在疫情之后的复苏影响，国内钢铁需求量大增。2021年1月国内钢铁产量同比增幅6.9％ ，达到9020万吨 ；2月同比增长10.28％ ，钢铁产量增长更是达到20％以上 。这种产量的快速增长，在原料80％依赖国外的中国钢铁企业来说，无疑引起国外矿石的涨价潮 。目前澳大利亚矿石价格已经涨到176.7美元/吨 ，折合人民币1150元/吨 。铁矿石价格的飞涨势必影响钢铁企业的利润，因此，对国内贫矿的提炼，降低钢铁企业的成本成为大家关注的焦点 ，焙烧菱铁矿提纯就是其中之一。
煅烧菱铁矿FeCO3是一种菱铁矿回转窑磁化还原焙烧的方法 , 包括以下步骤 : ①将菱铁矿破碎成粒径小于或等于0.9mm ; ② 混合原料粉从回转炉尾段进入回转炉 , 有燃烧器从回转炉前段向回转炉内喷煤粉对回转炉内混合原料粉进行焙烧 , 焙烧温度为 650℃-850℃ , 焙烧温度时间为30分钟-80分钟 , 由回转炉尾段的排气道将尾气排出回转炉 ; ③ 经回转炉煅烧后的铁矿粉从回转炉前段排出至冷却池进行水淬 , 得成品铁矿粉 。菱铁矿回转窑用还原焙烧的方法焙烧后的铁矿粉品位稳定，原矿全铁含量35-45％经过磁化焙烧品味可达到84-86％ 。
一、烧结菱铁矿回转窑参数
产品规格
（m） |
窑体尺寸 |
电机功率
（kw） |
总重量
（t） |
备注 |
|
直径（m） |
长度（m） |
斜度（%） |
产量
（t/d） |
转速
（r/min） |
|
Φ2.5×40 |
2.5 |
40 |
3.5 |
180 |
0.44-2.44 |
55 |
149.61 |
预热分解窑 |
|
Φ2.5×50 |
2.5 |
50 |
3 |
200 |
0.62-1.86 |
55 |
187.37 |
预热分解窑 |
|
Φ2.5×54 |
2.5 |
54 |
3.5 |
280 |
0.48-1.45 |
55 |
196.29 |
预热分解窑 |
|
Φ2.7×42 |
2.7 |
42 |
3.5 |
320 |
0.10-1.52 |
55 |
198.5 |
预热分解窑 |
|
Φ2.8×44 |
2.8 |
44 |
3.5 |
450 |
0.437-2.18 |
55 |
201.58 |
预热分解窑 |
|
Φ3.0×45 |
3 |
45 |
3.5 |
500 |
0.5-2.47 |
75 |
201.94 |
预热分解窑 |
|
Φ3.0×48 |
3 |
48 |
3.5 |
700 |
0.6-3.48 |
100 |
237 |
预热分解窑 |
|
Φ3.0×60 |
3 |
60 |
4 |
800 |
0.3-2 |
100 |
310 |
预热分解窑 |
|
Φ3.2×50 |
3.5 |
50 |
4 |
1000 |
0.6-3 |
125 |
278 |
预热分解窑 |
|
Φ3.3×52 |
3.3 |
52 |
3.5 |
1300 |
0.266-2.66 |
125 |
283 |
预热分解窑 |
|
Φ3.5×54 |
3.5 |
54 |
3.5 |
1500 |
0.55-3.4 |
220 |
363 |
预热分解窑 |
|
Φ3.6×70 |
3.6 |
70 |
3.5 |
1800 |
0.25-1.25 |
125 |
419 |
余热发电窑 |
|
Φ4.0×56 |
4 |
56 |
4 |
2300 |
0.41-4.07 |
315 |
456 |
预热分解窑 |
|
Φ4.0×60 |
4 |
60 |
3.5 |
2500 |
0.396-3.96 |
315 |
510 |
预热分解窑 |
|
Φ4.2×60 |
4.2 |
60 |
4 |
2750 |
0.41-4.07 |
375 |
633 |
预热分解窑 |
|
Φ4.3×60 |
4.3 |
60 |
3.5 |
3200 |
0.396-3.96 |
375 |
583 |
预热分解窑 |
|
Φ4.5×66 |
4.5 |
66 |
3.5 |
4000 |
0.41-4.1 |
560 |
710.4 |
预热分解窑 |
|
Φ4.7×74 |
4.7 |
74 |
4 |
4500 |
0.35-4 |
630 |
849 |
预热分解窑 |
|
Φ4.8×74 |
4.8 |
74 |
4 |
5000 |
0.396-3.96 |
630 |
899 |
预热分解窑 |
二、回转窑磁化焙烧菱铁矿工艺流程
菱铁矿的特性决定了其难选性，因此选用菱铁矿专用煅烧窑烧焙很有必要。菱铁矿焙烧后可大幅提高铁精矿品位，因此可作为优质的炼铁原料。单一菱铁矿石（包含赤铁矿、褐铁矿和镜铁矿的矿石）的选矿工艺比较简单，一般粗粒或粗粒嵌布的单一菱铁矿石选矿采用重选（跳汰、重介质）、粗粒强磁选、焙烧磁选及其联合流程者居多，而对于细粒的菱铁矿，焙烧磁选更为有效，还可采用强磁选、浮选或磁浮联合流程。对于磁铁-菱（赤、褐、镜）铁矿石，选矿工艺比较复杂，一般采用弱选与焙烧磁选、重选、强磁选或浮选相串联的联合流程，或者磁化焙烧磁选法与其他方法的并联流程。
1、主要技术经济指标
设计确定的主要技术经济指标如下:
年工作日:300d/年
年处理菱铁矿:50万t-60万t
铁矿石B还原煤:10B1
还原温度:700~800e
还原时间:60~80min
磁化焙烧率:85%
回转窑单位容积生产率:2.58t/m3.d
烟尘率:3%
2、主要设备选择
根据建设规模 ,并结合国内其它行业大型回转窑焙烧的成熟经验,主体设备回转窑筒体内径4.0m、有效内径3.5m、长度60m。主要设备见表。
3、回转窑的主要焙烧机构及12个焙烧过程
（1）烟囱：烟气排放口，排放工业废气 。烟气内的尾风风门开度直接影响烟气排放速度 。烟囱高度35-60米。
（2）CEMS在线监测设备：对工业废气的各项指标、各段温度和压力进行在线监测。一般分为颗粒物CEMS、气态污染物CEMS（So2 ; No2 ; Co2 ; Co ; O2）、烟气参数设定系统、DAS数据采集和处理系统 。
（3）除尘设备：现代除尘设备有重力除尘、旋风除尘（利用离心力原理）、布袋除尘（利用过滤原理）、静电除尘（利用静电吸附原理）、洗涤塔发。回转窑排出的烟气经过旋风除尘器粗除尘和袋式除尘器精收尘后，排放烟气含尘浓度小于20mg/m3达到国家标准 。
（4）下料仓：菱铁矿从下料仓通过下料开关，在重力的作用下掉在传送皮带上，再通过斗状下料口进入转窑筒体。
（5）腰尾：回转窑的高端或称窑尾，是下料与窑烟气出口连接点，窑尾与窑体是通过滚圈连接的。
（6）筒体：是通过筒体与窑衬耐火材料组成的，窑体存在一定的倾斜角，倾斜度一般为1.5-3.5％ 。
（7）摇头：回转窑的低端或者前端，是燃烧火焰和出料口的连接口。
（8）煤粉燃烧器：给回转窑提供火焰燃烧的设备。一般的燃烧器包含给煤通道、一次给风通道、二次给风通道。
( 9 ) 出料口：熟料的出口。熟料燃烧后通过破损掉到了水中迅速冷却（避免氧化），再通过螺旋式（刮板式）传送机传出 。
（10）煤粉仓：为回转窑提供煤粉，煤以煤粉状态和一次风打入燃烧器 。煤粉仓的给煤量，同时还有一、二次风直接影响高温带温度和物料品味的好坏。
（11）给风设备：为燃烧器提供一次、二次给风。通过控制风门来控制风量，各自给风的多少直接影响燃烧器的燃烧状况 。
（12）电机与传动设备：电机为回转窑提供速度来源，传动包括变速和连接机构来带动回转窑旋转，回转窑的转速在0.5-1.5r/min之间 。回转窑窑体下面电机变速后的输出速度，直接影响窑的转速。
4：回转窑的运行与控制
回转窑的运行可以通过窑内两个重要的物质体系来分析，一路是气体的路线，二是物料的路线 。
（1）气体路线分析：气体是从摇头燃烧器输入的，煤粉在一二次给风的燃烧下变成了气体，其中包括 CO、CO2和原空气中的N2、O2等气体 。同时菱铁矿在燃烧带分解出CO、CO2、SO2等气体。孰料的出料通过水冷，故水蒸气是少不了的。由于气流是高温高速流动的，气体中含有大量的粉尘，气体上游到窑尾，给不断翻滚的物料预热，并脱去料石中的水分。接下来就进入水冷设备和除尘设备，通过冷水套中的冷水逆流来降温，从而去除大量水分。紧接着在旋风除尘中离心作用出去大量的大颗粒尘粒。然后再利用布袋除尘器中的布袋细孔过滤大量的小颗粒，达到除尘的目的，最后经烟囱排出 。
（2）物料的路线分析：菱铁矿进行破损后掉入下料仓，经传送带传送掉入窑尾。随着窑体的旋转，矿石得到充分的搅拌，在窑尾预热。到煅烧带前，物料经过脱水和预热，在燃烧带分解成磁铁矿，然后经过破损掉入水中速冷，再运送到选矿厂选矿，进行后续的冶炼过程 。回转窑磁化焙烧时间一般为60-80min左右 .
物料和气体两个路线正好逆流，能使能量得到充分的利用。
回转窑的控制主要通过窑头、窑尾和窑体三部分来完成。
（1）窑头的控制主要集中在燃烧器的控制上。三通道的燃烧器主要是一煤二风。煤和一次风主要控制燃烧带的温度，二次风主要控制火焰的形状。煤粉和一次风在内流螺旋叶片下充分混合，给风量是通过变频器来控制取样泵而控制给风量的 。
（2）窑体的控制主要是窑转速。窑速的控制主要是通过窑体下方的大电机再经过变速，再传送给窑体，控制回转窑低速运转 。
（3）窑尾的控制包括下料量和后面除尘器的控制。下料量是整个回转窑控制的根源，下料量是有下料仓的下料门开度和传送带速率决定的 。
5、菱铁矿矿石的焙烧原理
在氧化气氛下焙烧，菱铁矿变化为赤铁矿
2FeCo3+1/2O2=Fe2O3+CO2(反应1)
在非氧化气氛、温度小于600°C条件下焙烧，菱铁矿变成磁铁矿
3FeCo3=Fe3O4+2CO2+CO（400-560°C）（反应2）
在弱还原气氛 、温度大于600°C条件下焙烧 ，菱铁矿变成磁铁矿和赤铁矿混合物
FeCO3=Fe3O4/Fe2O3+CO2 +CO（600-700°C）（反应3）
在中等还原气氛、温度大于600°C条件下焙烧，菱铁矿变成磁铁矿和方铁矿的混合物
FeCO3=Fe3O4/FeO+CO2+C0 (700-800°C)（反应4）
在强还原气氛下焙烧，菱铁矿变成单质铁（金属铁）
3FeCO3+Co=Fe+CO2(反应5)
理论上菱铁矿400°C开始分解，到560°C完全分解 ，菱铁矿转化成磁铁矿，随着CO2和C0的逸出，铁元素得到富集，焙烧后的铁品味得到提高。但温度越温度过高会导致富氏体和弱磁性的硅酸铁的生成，温度越高生成量越多。举例：在回转窑处理量2.8吨/日时，转窑转速0.88-0.93r/min条件下进行焙烧温度实验，结果表明温度从600-800°C时，焙烧磁化率达到84.7-86.47％ ，当温度达到900°C时，指标恶化 。另外温度过低，煤燃烧不好，出现跑煤现象，也会出现窑内熄火现象，导致焙烧矿指标波动，因此，焙烧选择750°C最为适宜 。
炙热的菱铁矿如果接触氧气很容易转化为r-Fe2O3 ,甚至弱性的a-Fe2O3 ,导致弱磁选困难，为了防止焙烧矿在出窑时弱磁性赤铁矿，故焙烧矿出窑方案设计为水封拉链水冷，出水温度一般为70°C 左右。然后进料仓，再经过磨碎分级进行磁选，选出精矿粉。
三、菱铁矿磁化焙烧回转窑耐火材料的配置
由于菱铁矿物料是0.3-0.9mm的坚硬颗粒，所以对回转窑内衬耐火材料有相当的磨损。同时筒体内的耐火材料还要承受来自窑内高温的辐射和各种气体的腐蚀，以及转窑向心力对耐火材料的冲击力。所以耐火材料选用上应当具有强度高、耐高温、抗侵蚀能力强的特性。
|
（一）、Φ4.0*60M回转窑耐火材料 L200*H250*117/102.5=107块 |
|
序号 |
使用部位 |
材质 |
牌号/规格 |
密度 |
单重 |
重量(T) |
损耗 率% |
总量 |
|
1 |
前窑口
1.5米 |
刚玉钢纤维增强烧注料 |
FH-75 |
2.7 |
|
14.2 |
8% |
15.33 |
|
2 |
高温带
18米 |
高荷软磷酸盐改性砖 |
PA-75 |
2.9 |
15.9 |
153.1 |
3% |
157.72 |
|
3 |
中温带 10米 |
改性磷酸盐砖 |
PA-65 |
2.7 |
14.8 |
79.18 |
3% |
81.55 |
|
4 |
预热带 29.6米 |
磷酸盐耐磨砖 |
PA-60 |
2.6 |
14.3 |
226.5 |
3% |
233.30 |
|
5 |
后窑口0.9米 |
钢纤维增强烧注料 |
FH-75 |
2.7 |
|
8.5 |
8% |
9.20 |
|
小计 |
|
|
|
|
|
|
|
497.10 |
|
（二）、窑尾烟室和窑尾罩 |
|
序号 |
使用部位 |
材质 |
牌号/规格 |
密度 |
|
重量 |
损耗率% |
总量 |
|
1 |
窑尾罩 |
硅酸钙绝热板 |
50mm |
|
|
|
10% |
1m3 |
|
2 |
钢纤维浇注料 |
|
2.6 |
|
6.6T |
8% |
11 |
|
3 |
高铝砖 |
|
2.4 |
|
8T |
3％ |
15 |
|
小计 |
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
（三）、窑头罩及冷却器 |
|
序号 |
使用部位 |
材质 |
牌号/规格 |
密度 |
|
重量 |
损耗率% |
总量 |
|
1 |
窑头罩及冷却器 |
硅酸钙绝热板 |
50mm |
|
|
|
10% |
2m3 |
|
|
刚玉钢纤维浇注料 |
|
2.7 |
|
|
8％ |
6 |
|
2 |
高铝浇注料 |
|
2.4 |
|
14T |
8% |
15.12 |
|
3 |
高铝砖 |
|
2.4 |
|
42T |
3% |
43.26 |
|
小计 |
|
|
|
|
|
|
|
64.38 |
|
合计 |
|
|
|
|
|
|
|
587.48 |
四、焙烧菱铁矿回转窑烘炉曲线
文章选自《
威尔特窑炉》
