第七章 矿物加工焙烧设备

作用：混合生球布料，将生球均匀的布置在转底炉炉床上
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第七章矿物加工焙烧设备
转底炉直接还原炼铁的工作过程(以高炉瓦斯灰为例)
冷固结含碳球团炉料从装料区装入转底炉炉内仅1-2层，炉料随着炉底一 起转动，不会受到挤压。先在预热区内被加热到1000℃以上，然后进入 1200 ℃ -1400℃的还原区加热10-20min。在还原区，炉料中的Fe和K、 Na、Pb、Zn等氧化物陆续被含碳球团中的碳自还原，K、Na、Pb、Zn等 元素以气体的形式随烟气逸除。还原后的金属化球团经过冷却区后被排出炉 外冷却，部分再氧化金属化率降低一些。煤气燃烧及反应生成的烟气沿着与 炉料转动相反的方向流动，最后流入废气净化处理及余热回收系统。
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第七章矿物加工焙烧设备
产 率%；品位% 回收率%；浓度%
一段磁尾
焙烧矿(-16mm)
一段磨矿
100.00；29.74 100.00；93.50
旋流器Ф500mm
一段溢流-0.074mm 77.4 %
磁选一粗一扫；0.26T
一段回收机
二段溢流-0.045mm 92.8%
旋流器Ф250mm
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第七章矿物加工焙烧设备
甘肃酒泉钢铁公司选矿厂 采用竖炉磁化焙烧情况
酒钢选矿厂年处理镜铁铁矿石650万吨，破碎后，15~75mm的 块矿350万吨采用竖炉磁化焙烧，目前用100m3 竖炉20座，入炉块 矿含铁34～35%，生产铁精矿品位55～60%，含SiO2<8%、铁回 收率72～74%。
采用的流程：闭路磁化焙烧—两段阶段磨矿—四段弱磁选别— 磁选精矿再磨— 一粗一精四扫阳离子反浮选工艺，磁选磨矿细度为200目85％，浮选磨矿细度为-300目90％。
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竖炉磁化焙烧
镜铁矿磁化焙烧的优点：
对于酒钢镜铁山矿石，采用焙烧—弱磁选－反浮选工艺有独特优势： 第一：块矿(>15mm)的焙烧-磁选-反浮选工艺与粉矿(<15mm)强磁选工艺在
精矿品位相近的情况下，焙烧-磁选-反浮选工艺较粉矿(<15mm)强磁选 工艺回收率高近10个百分点。 第二：酒钢为钢铁联合企业，矿石焙烧可充分利用企业高炉及焦炉自产的 废气（煤气），有效利用了能源，防止放散，减少大气污染。
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酒钢选矿厂的实践证明，迄今为止，竖炉焙烧磁选工艺仍然是处理 复合、难选铁矿石最有效的工艺。通过磁化焙烧，各种氧化铁矿物 转变成人造磁铁矿，从而扩大了铁矿物与脉石的磁性差异，改善了 矿石的可选性，提高了金属回收率，而且其精矿有利于烧结。
回转窑的三维运行视频
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回转窑的结构参数
(1) 长径比：窑的长度与直径的比值 (L/D)。回转窑的长径比选择应
根据物料要求的煅烧温度、加热制度、窑尾是否设置 预热装置等因素来选择。
(2) 窑型：直筒型、热端扩大型、冷端扩大型、两端扩大型、
如：热端扩大可增加火焰对窑内物料的辐射传统能力，扩大煅烧 带，减少物料的结圏，延长窑的运行周期。
b、沸腾层高度：沸腾层高度即炉内排渣溢流堰距离风帽的高度，通 常沸腾床高度为1.0~1.5m 。
c、 炉气停留时间：炉气停留时间取决于炉气夹带的小矿粒达到一定 脱硫率所需的时间，通常炉气停留时间为8~12s。
d、沸腾层温度：随焙烧方法和物料不同而不同，锌精矿氧化焙烧温 度为1070~1100度。
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(3) 斜度：指窑轴线的升高与窑长的比值，如有色冶金工业回转
窑的斜度多为2%~5%。
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1.3 沸腾炉
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沸腾焙烧炉，又称流化床焙烧炉， 简称沸腾炉，是用固体流态化技 术焙烧矿粉的装置。硫化矿沸腾 焙烧技术是20世纪50年代初联 邦德国的巴登苯胺纯碱公司和美 国的多尔公司分别开发的。
竖炉的分类：根据截面积的形状，可以划分为圆形竖炉、矩形 竖炉、TCS圆环形竖炉三种。现在生产中多以矩形竖炉为主。
竖炉规模 焙烧面积
竖炉分类
小型竖炉 S<8 m2
中型竖炉
大型竖炉
8 m2<S<16 m2 S>16 m2
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竖炉结构：
包括由炉墙组成的炉膛，设于炉膛下端的锁风卸料装置， 炉膛上部的物料进口，炉墙下部设有供风喷口，炉膛内设有 与炉膛内外相通的 燃烧室，燃烧室内 设有燃料喷嘴。结构 简单，炉宽方向温度 均匀，热效率高。滚圈 Nhomakorabea托轮
(3) 滚圈：支承筒体、衬砖和物料等所有回转部分质量，通过滚圈传到支
承装置上。
滚圈
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大齿圈
第八章矿物加工热工设备
回转窑齿圈
回转窑小齿轮
(4) 传动装置：由弹簧
夹将大齿圈安装在筒体上， 电机带动小齿轮，再通过 小齿轮带动大齿圈，进而 让回转窑转动。
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窑头罩
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特点：实现全粒级铁矿粉的焙烧
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1.3 沸腾炉闪速磁化焙烧
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余永富院士
为开发利用褐铁矿、菱铁矿石资源，竖炉磁化焙烧技术及装备虽 然比较落后，但因为没有比之更先进的磁化焙烧装备不得不仍然在 工业生产上继续应用。
回转窑磁化焙烧，明显比竖炉有大的进步，它能全粒级焙烧，入 炉矿石粒度小，焙烧时间大大缩短，产量增大，能耗降低，但它还 有结圈，焙烧时间长，处理量小等问题。
竖炉磁化焙烧的缺点：焙烧时间长，处理量小，能耗高，而且不 能处理粉矿。为了优化磁化焙烧的工艺和装备，开发利用褐铁矿 和菱铁矿石，我国几十年来不断地对回转窑磁化焙烧进行研究。
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2.2 回转窑磁化焙烧菱铁矿
陕西大西沟菱铁矿石
大西沟菱铁矿为国内最大的菱铁矿床（含少量褐铁矿），铁矿石储量 近3亿吨，原矿石含铁26.96%。经长沙矿冶研究院研究，2004年制 定了回转窑磁化焙烧-弱磁-阳离子反浮选工艺流程，2006年8月大西 沟矿业有限公司按推荐工艺在大西沟建成二条90万吨菱铁矿焙烧生 产线生产至今，4台Φ4.0m×50m回转窑，入炉菱铁矿石16～0mm （全粒级）磁化焙烧，经弱磁选-反浮选工艺工业生产考查，对于含 铁26.96%的原矿石经选矿生产出铁精矿品位60.08%，铁回收率 75.62%。这是国内菱铁矿选矿大规模工业生产的最佳技术指标。
沸腾焙烧炉的特点：热容量大、热场分布均匀、反应速度快、
焙烧强度高、固气之间传质传质效率高。
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沸腾焙烧炉结构
扩大型沸腾焙烧炉结构示意图
第七章矿物加工焙烧设备
沸腾焙烧炉炉体为钢壳内衬保温砖 再衬耐火砖构成。炉子的最下部是风室， 设有空气进口管，其上是空气分布板。 空气分布板上是耐火混凝土炉床，埋设 有许多侧面开小孔的风帽。
上述问题的存在促使开始研究第三代磁化焙烧（闪速磁化焙烧） 技术及装备，该技术装备若能研究成功，将极大地改善和提高磁化 焙烧技术和效果。
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第七章 矿物加工焙烧设备及应用
1. 不同类型炉窑的结构与特征 2. 焙烧设备在难处理含铁资源加工中的应用
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第七章矿物加工焙烧设备
1. 不同类型炉窑的结构与特征
1.竖炉 2.回转窑 3.沸腾炉 4.转底炉
竖炉
回转窑
转底炉
沸腾炉
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1.1 竖炉
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我国已探明具有工业开发价值的镜铁矿主要 为沉积变质型铁矿，分布于安徽霍丘、山西 袁家村、甘肃镜铁山等矿区。
镜铁矿石
甘肃镜铁山铁矿性质：主要金属矿物为镜铁矿、菱铁矿、少量赤铁 矿和褐铁矿；脉石矿物主要为碧玉、铁白云石，少量石英、方解石、 白云石、绢云母等。矿石含铁30%～40%、含二氧化硅20%、含硫 0.1%～2.8%。
沸腾炉
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第七章矿物加工焙烧设备
沸腾焙烧炉的应用
1. 铁矿粉的流态化直接还原焙烧
2. 难选铁矿粉的磁化焙烧
3. 难处理有色金属的氯化、氟化焙烧（如提取稀有金属、贵金属）
4. 硫精矿的硫酸化焙烧
5. 金精矿的硫酸化焙烧
6. 有色金属矿（如硫化锌）脱硫焙烧
7. 氢氧化铝生产氧化铝的煅烧
8. 含钛矿物的氯化焙烧生产TiCl4 9. 石灰石的煅烧
第八章矿物加工焙烧设备
回转窑结构：筒体、滚圈、转动装置(大齿圈+小齿轮)、托轮、燃料喷嘴、
窑头罩、窑尾罩。
(1) 筒体与窑衬：筒体由钢板卷成，内砌筑耐火材料，即窑衬，
保护筒体和减少热损失。
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第七章矿物加工焙烧设备
(2) 支承装置：由一对托轮和一个大底座组成，托轮支承着滚圈，容
许筒体自由滚动。
（5）窑头罩：连接窑热端与流程中下道工序（如冷却机）的 中间体，燃烧器及燃烧所需空气经过头罩入窑。
窑尾罩
窑尾罩：连接窑冷端与物料预处理设备以及烟气处理设备的中 间体，其内砌有耐火材料。
回转窑组件安装过程视频
矿物加工设备 回转窑的工作过程
第七章矿物加工焙烧设备
物料回转窑内煅烧的过程是物料从窑的冷端喂入，由于 窑有一定的倾斜度，且不断回转，因此使生料连续向热端移 动。燃料自热端喷入，在空气助燃下燃烧放热并产生高温烟 气，烟气在风机的驱动下，自热端向冷端流动，而物料和烟 气在逆向运动的过程中进行热量交换，完成物料的焙烧。因 此，研究回转窑的工作原理，主要是研究物料在窑内的运动， 窑内气体的流动，燃料燃烧和物料与气体间传热的现象和规 律。
竖炉结构
干燥床+ 导风墙
中国竖炉
20世纪70年代济钢发明 了导风墙+干燥床，即在竖 炉的中间设置导风墙，炉顶 设置干燥床。
导风墙+干燥床的设置，既强化了块矿干燥和冷却，竖炉实现 了干燥、磁化焙烧与冷却一体化，提高了竖炉的利用系数。
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1.2 回转窑
第八章矿物加工焙烧设备
回转窑的实物图
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1.4 转底炉
转底炉炼铁工艺是非 高炉炼铁工艺的一种， 从1978年加拿大国际 镍集团（Inco,Ltd） 建成第一座转底炉以 来，已有近30年的历 史，它从美国发源、 先在日本推广、后在 中国得到发展。
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第八章矿物加工热工设备
煤基直接还原 转底炉(RHF)工艺是由轧钢使用的环形加热炉演变而来的， 具有环形炉膛和可转动的炉底，还原炉料均匀地铺在可以沿圆周循环转动 炉底上，炉膛是一个固定的相对密封的环状容器，炉膛内外墙上布置有多 组燃气烧嘴，按不同的区域通过自动调节阀装置和检测元件实现温度控制 和气氛调节。
三磁；0.19T
五磁；0.35T
四磁；0.19T
二段回收机 浮选粗选 精选
二段磨矿
一次扫选
尾矿
浮尾回收机 62.57；11.59 24.38；6.96
成品精矿
37.43；60.08 75.62；82.00
大西沟菱铁矿生产流程
磁化焙烧-弱磁-阳离子反浮选工艺流程
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第七章矿物加工焙烧设备
回转窑磁化焙烧
炉膛中部为向上扩大的圆锥体，上 部焙烧空间的截面积比沸腾层的截面积 大，以减少固体粒子吹出。沸腾层中装 有废热锅炉的冷却管，炉体还设有加料 口、矿渣溢流口、炉气出口、二次空气 进口、点火口等接管。炉顶有防爆孔。
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第七章矿物加工焙烧设备
工艺参数(以硫精矿焙烧为例)
a、焙烧强度：以单位沸腾层截面积一日处理含硫35%矿石的吨数计算， 焙烧强度与沸腾层操作气速成正比。气速多为1~3m/s。硫精矿的焙烧 强度为15~20t/(m2•d)。
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转底炉炉体结构示意图
第七章矿物加工焙烧设备
炉底
烟道
烧嘴
燃气管道
炉膛与转动的炉底之间有水封防止烟气和粉尘逸出
炉膛
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转底炉耐高温螺旋排料机
第七章矿物加工焙烧设备
RHF Discharge Screw 作用：成品金属化球团矿的热态排料
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转底炉振动布料机
第七章矿物加工焙烧设备
竖炉是较早采用的难选铁矿(块矿)磁化焙 烧设备。
优点：结构简单、投资少、热效率高、 操作维修方便。
缺点：单炉能力小（<50万t/年） 、 原料适应性差。
竖炉有效高度约20m，球团 （块矿）在炉内运行时间约 2~4h。
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第七章矿物加工焙烧设备
竖炉规格：以竖炉面积表示，如16m2竖炉。
竖炉面积(S)：指竖炉焙烧带的截面积。
装料 区
900~110 0℃
预热区
烟气流动方向 1200~1400℃
还原区
1100~900 ℃ 烧嘴
冷却区
排料区
转底炉炉底转动方向
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第七章矿物加工焙烧设备
2. 焙烧设备在难处理含铁资源加工中的应用
2.1 竖炉磁化焙烧镜铁矿
镜铁矿: 赤铁矿的亚种，具金属光泽的片状集合体，铁黑至钢灰色， 晶面光泽强，闪烁如镜，因而得名。