一种烧结表层矿提质改性的工艺方法及装置
阅读说明：本技术 一种烧结表层矿提质改性的工艺方法及装置 (Process method and device for upgrading and modifying sintered surface layer ore ) 是由 陈敏 徐助要 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：一种利用微波对烧结表层矿提质改性的工艺方法,属于铁矿石烧结生产,尤其涉及烧结表层矿温度的微波控制方法及装置。该提质改性方法,按烧结料配制、启动烧结机、布料、高温点火、微波加热、烧结矿筛分步骤进行；该提质改性装置,包括带式烧结机、烧结机台车、烧结料、点火器、烧结风箱、废气集气总管,其特征在于点火器的后面设置工业微波加热炉,微波输出频率25MHz-2.45GHz,电磁震荡0.25-24.5亿次/秒的微波,对表层烧结矿进行提质改性。优点是,经过微波烧结,烧结生产的返矿率下降至18％左右,较目前传统工艺下降7-12％,实现了对表层烧结矿提质改性的目标,降低吨烧结矿加工成本；提高了生产效率。(A process method for improving the quality of a sintering surface layer ore by microwaves belongs to iron ore sintering production, and particularly relates to a microwave control method and a microwave control device for the temperature of the sintering surface layer ore. The upgrading modification method comprises the steps of preparing a sintering material, starting a sintering machine, distributing the material, igniting at high temperature, heating by microwave and screening the sintering ore; the quality-improving modification device comprises a belt sintering machine, a sintering machine trolley, a sintering material, an igniter, a sintering air box and a waste gas collecting main pipe, and is characterized in that an industrial microwave heating furnace is arranged behind the igniter, the microwave output frequency is 25MHz-2.45GHz, and the electromagnetic oscillation is 0.25-24.5 hundred million times per second, so that the surface layer sintering ore is subjected to quality improvement and modification. The method has the advantages that through microwave sintering, the return ore rate of sintering production is reduced to about 18 percent, and is reduced by 7-12 percent compared with the traditional process, the goal of quality improvement and modification of surface layer sintered ore is realized, and the processing cost of ton sintered ore is reduced; the production efficiency is improved.)
技术领域
本发明专利属于铁矿石烧结生产工艺方法及装置，尤其涉及烧结表层矿温度的微波控制方法及装置。
背景技术
铁矿石烧结工艺是将铁矿石、熔剂及燃料按一定比例配合好的烧结料，布置到运转的带式烧结机台车上，经过高温点火后，在抽风的作用下，烧结料自上而下开始烧结，细颗粒的烧结料在高温的条件下，部分熔化产生液相，在抽风烧结冷却过程中结晶固结呈块状的烧结矿，块状烧结矿经过破碎冷却后进行筛分，筛分后粒径大于5mm为成品烧结矿，作为高炉冶炼的主要原料，粒径小于5mm的烧结矿为不合格品，经内部转运，返回烧结机进行重新烧结。
现在，布置在烧结机台车的料层高度一般为700-930mm，烧结料铺设在烧结机台车上。经高温点火后，烧结料随着烧结机台车运转，在烧结抽风的作用下，自上而下进行烧结。由于上、中及下部的烧结料在烧结过程中的烧结温度及时间不同，导致烧结矿的质量存在明显的差异。烧结料在烧结过程中沿料层高度方向呈现五个带，最上层为烧结矿带，向下依次为燃烧带、预热带、干燥带、过湿带。
烧结矿带，***结点火开始，烧结矿带已形成，并逐渐加厚，温度在1100℃以下，这一带完成了燃料的燃烧，完成了FeO、Fe3O4及硫化物的氧化反应，产生的液相被抽入的冷空气冷却逐渐结晶凝固，并放出熔化潜热，通过料层的空气被烧结矿的物理热、反应热和熔化潜热所加热，促进下部的燃料继续燃烧，形成燃烧带。它提供燃烧层所需全部热量的40％左右，理论上，下部烧结料烧结时，可以减少燃料消耗。
燃烧带，自燃料着火开始(600-700℃)，至料层达到最高温度 (1200-1400℃)并下降至1100℃左右为止，其厚度为20-50mm，并以每分钟10-40mm速度向下移动，期间发生燃料的燃烧，碳酸盐的分解、铁氧化物的还原、氧化、热分解及低熔点矿物的生成与熔化，由于燃烧产物温度高，因此产生液相，这层的烧结阻力大。
预热带的厚度很窄，温度在150-700℃范围，期间发生燃料加热到着火温度，烧结料的化合水和部分碳酸盐、硫化物逐步分解，部分磁铁矿可发生氧化反应，在预热带只有气相与固相或固相同固相之间的反应，没有液相的生成。
干燥带是预热带的下一带，预热带的燃烧产物带来的热量，使烧结料的水分蒸发，温度大约在70-150℃，制粒好的小球可能被破坏。
过湿带是干燥带迁移下来的废气含有大量的水蒸气，遇到冷的烧结料开始冷凝，随时间延长，冷凝水量不断增加，而形成过湿，过湿带使料层的透气性变坏。
烧结反应是一个复杂的物理化学反应、传质、传热及结晶的过程，在烧结过程中：热量是五带在时空二维方向不断变化的驱动力，固相反应在燃烧带和预热带发生，生成是低熔点化合物，是烧结液相生成的先导，烧结料在五带内发生了碳酸盐的分解，铁的氧化物还原与氧化及褐铁矿的结晶水分解等反应，均使烧结料发生了变质，同时伴随着晶格缺陷的产生。在时空二维方向的新物质固结均向系内自由能低的方向发展，因此烧结矿是非均质产品，一般将烧结矿划分为三部分，即沿料层表面向下小于150mm厚度为表层烧结矿，150-500mm厚度为中部烧结矿、500-930mm厚度为下部烧结矿。现有技术存在缺陷是，表层烧结料固相反应的时间和温度均未达到烧结中下部的条件，固相反应不充分，产生的液相量少，液相结晶的时间也短，导致表层烧结矿的质量明显低于中下部烧结矿，表层烧结矿基本上为返矿，内返矿率达25-30％，生产效率低，返矿又需要返回重新烧结，造成烧结矿的加工成本增加。因此，探索对烧结表层矿提质改性工艺技术有着重要意义，也是改进传统烧结生产新的方向。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种烧结表层矿提质改性的工艺方法及装置，利用微波加热的特性，改变表层矿烧结的热制度，提高表层烧结矿品质，减少返矿，节能降耗，降低生产成本。
一种烧结表层矿提质改性的方法，按以下步骤进行:
1、烧结料配制铁矿石粉、熔剂(石灰石、白云石及生石灰) 及燃料(煤粉或焦粉)按设定比例、混匀及加水湿润制粒；
2、启动烧结机烧结机有效长度75-100m，外侧宽度4-8m，烧结机台车运行速度控制在0.6-3.8m/min；
3、布料将配制的烧结料布置在运行的烧结机的台车上，烧结料的布料高度控制在700-950mm；
4、高温点火台车运行至点火器下方，对台车上的烧结料进行点火，温度控制在850-1250℃；经点火后的的烧结料随台车一起向前运行，点火后烧结料在抽风机的作用下，烧结的烟气经过烧结风箱汇聚到废气集气总管外排，台车上的烧结料处于大气中；风箱的抽风负压根据烧结过程的透气性变化情况控制在12.0-17.5kpa；出点火器时，0-150mm的表层矿的温度为60-120℃；
5、微波加热为了解决烧结料表层矿质量问题，在点火器出口的正上方设置工业微波加热炉，其宽度与烧结机的外侧宽度相配合，长度10-35m，工业微波加热炉与烧结料的距离100-400mm；微波输出频率25MHz-2.45GHz，电磁震荡0.25-24.5亿次/秒的微波；按设定的加热时间-温度控制曲线，自动控制系统其对表层烧结矿进行自动控制：
升温段控制：0-0.86min时间，温度由60℃匀速提高至600℃； 0.86-1.55min,温度由600℃匀速提高至1100℃；1.55-5.1min,温度由1100℃匀速提高至1390℃；
降温段控制：5.1-7.6min,温度由1390℃匀速降至1080℃； 7.6-10.6min,温度由1080℃匀速降至520℃；10.6-12.87min,温度由 520℃匀速降至130℃。通过工业微波加热炉的温度控制，弥补表层烧结矿固相反应充分和延长结晶反应时间。
在烧结料出点火器的炉膛后，进入工业微波加热炉，微波源系统产生的微波直接刺入至280mm-320mm深度的烧结料，促进表层烧结料内部的偶极分子高频往复摩擦运动产生了热量，加快了烧结料的质点的内外扩散速度，激发了其自身的固相反应；同时加热蜂窝陶瓷至 200-1400℃，空气经过蜂窝陶瓷进行换热，经加热的空气经抽风作用进入烧结料床中，进一步促进烧结料表层以下300mm内的燃料完全燃烧，释放出热量，并能保持烧结料表层的温度控制在200-1400℃；工业微波加热炉作用在烧结表层矿的温度及时间具体参数，由自动控制系统控制。在热风及微波二者的共同作用下，自动控制表层烧结矿固相反应充分、延长液相生成及结晶时间，达到与中部烧结矿一致或接近的工况条件，改善表层烧结矿的质量；
6、烧结矿筛分熔融的铁矿石在烧结抽风的作用下，结晶冷凝成烧结，然后进行筛分，粒径大于5mm的块状烧结矿成品率提高，粒径小于5mm的块状烧结矿返矿率下降。
一种烧结表层矿提质改性的装置，包括带式烧结机、烧结机台车、烧结料、点火器、烧结风箱、废气集气总管，其特点是在点火器的后面设置工业微波加热炉，呈槽形，长度10-35m，至少覆盖十辆以上台车，炉膛宽度与烧结机宽度相当，为4.5-8.5m，炉膛与烧结料料面的距离100-400mm,工业微波加热炉产生的输出频率25MHz-2.45GHz，电磁震荡0.25-24.5亿次/秒的微波，对烧结料进行加热，弥补表层烧结矿固相反应、液相生成及液相结晶时间短的工艺缺陷，达到改善表层烧结矿的质量的目的。
进一步改进，所述的工业微波加热炉由微波源、微波罩、机架平台、蜂窝陶瓷、微波屏蔽装置、控制装置、循环冷却水系统等组成，微波源分布在微波罩的两侧面及顶部；蜂窝陶瓷分布在微波罩耐火炉膛内；微波罩外部设有外保温层，与烧结机接触面均设有微波屏蔽装置，确保微波***露；进风口分布在微波罩顶部，风从微波罩的顶部进入，经过高温的蜂窝陶瓷加热后，均匀进入烧结料床表面中，改变了烧结表层矿的质量。
进一步改进，所述的工业微波加热炉设备及参数设置：
微波罩(长×宽×高)10-35m×4.5-8.5m×3.0-5.0m
与现有技术相比优点是，通过微波烧结技术，表层烧结料的固相反应时间比中部的烧结料增加0.5-1.27min,固相反应产物量增加 22.5-35.8％，可产生液相的固相反应产物增加16-28％，表层液相生成时间比中部增加0.6-1.89min，液相生成量增加了18-26％，冷凝速度比中部减少20-32℃/min，烧结生产的返矿率下降至18％左右的水平，较目前传统工艺下降7-12％，实现了对目前表层烧结矿提质改性的目标，降低吨烧结矿加工成本；提高了生产效率。
附图说明
对照附图对本发明作进一步说明。
图1是一种烧结表层矿提质改性工艺设备配置示意图。
图2是工业微波加热炉结构示意图。
图3是图2之侧视图。
图4是图2之俯视图。
图5微波烧结技术表层矿的时间-温度控制曲线。
图6传统烧结工艺的表层矿的时间-温度控制曲线。
图中：
1、带式烧结机 2、烧结机台车 3、烧结料 4、点火器 5、工业微波加热炉 6、烧结风箱 7、废气集气总管 8、微波源系统 9、微波罩 10、蜂窝陶瓷 11、微波屏蔽装置 12、机架平台 13、进风口
具体实施方式
一种利用微波对烧结表层矿提质改性的方法，按以下步骤进行:
1、烧结料配制铁矿石粉、熔剂(石灰石、白云石及生石灰) 及燃料(煤粉或焦粉)按设定比例、混匀及加水湿润制粒；
2、启动烧结机烧结机有效长度75-100m，外侧宽度4-8m，烧结机台车运行速度控制在2.0m/min；
3、布料将配制的烧结料布置在运行的烧结机的台车上，烧结料的布料高度控制在830mm；
4、高温点火台车运行至点火器下方，对台车上的烧结料进行点火，温度控制在1050℃；经点火后的的烧结料随台车一起向前运行，点火后烧结料在抽风机的作用下，烧结的烟气经过烧结风箱汇聚到废气集气总管外排，台车上的烧结料处于大气中；风箱的抽风负压根据烧结过程的透气性变化情况控制在15.5kpa；出点火器时，0-150mm 的表层矿的温度为95℃；
5、微波加热为了解决烧结料表层矿质量问题，在点火器出口的正上方设置工业微波加热炉，其宽度与烧结机的宽度相配合，长度 10-35m，工业微波加热炉与烧结料的距离100-400mm；微波输出频率在25MHz-2.45GHz，电磁震荡在0.25-24.5亿次/秒的微波；按图5设定的加热时间-温度控制曲线由自动控制系统其对表层烧结矿进行自动控制：
升温段控制：0-0.86min时间，温度由60℃匀速提高至600℃； 0.86-1.55min,温度由600℃匀速提高至1100℃；1.55-5.1min,温度由1100℃匀速提高至1390℃；
降温段控制：5.1-7.6min,温度由1390℃匀速降至1080℃； 7.6-10.6min,温度由1080℃匀速降至520℃；10.6-12.87min,温度由 520℃匀速降至130℃。通过工业工业微波加热炉的温度控制，弥补表层烧结矿固相反应充分和延长结晶反应时间。
在烧结料出点火器的炉膛后，进入工业微波加热炉，微波源系统产生的微波直接刺入至280mm-320mm深度的烧结料的促进表层烧结料内部的偶极分子高频往复摩擦运动产生了热量，加快了烧结料的质点的内外扩散速度，激发了其自身的固相反应；同时加热蜂窝陶瓷至 200-1400℃，空气经过蜂窝陶瓷进行换热，经加热的空气经抽风作用进入烧结料床中，进一步促进烧结料表层以下300mm内的燃料完全燃烧，释放出热量，并能保持烧结料表层的温度控制在200-1400℃；工业微波加热炉作用在烧结表层矿的温度及时间具体参数，由自动控制系统控制。在热风及微波二者的共同作用下，自动控制表层烧结矿固相反应充分、延长液相生成及结晶时间，达到与中部烧结矿一致或接近的工况条件，改善表层烧结矿的质量。
6、烧结矿筛分熔融的铁矿石在烧结抽风的作用下，结晶冷凝成烧结，然后进行筛分，粒径大于5mm的块状烧结矿成品率提高，粒径小于5mm的块状烧结矿返矿率下降。
由图1可以看出，一种微波对烧结表层矿提质改性的装置，包括带式烧结机1、烧结机台车2、烧结料3、点火器4、烧结风箱6、废气集气总管7，其特点是在点火器的后面设置工业微波加热炉5，呈槽形，长度25m，至少覆盖十辆以上台车，炉膛宽度与烧结机宽度相当，为6.5m，炉膛与烧结料料面的距离200mm，工业微波加热炉产生的输出频率在25MHz-2.45GHz，电磁震荡在0.25-24.5亿次/秒的微波，对烧结料进行加热，弥补表层烧结矿固相反应、液相生成及液相结晶时间短的工艺缺陷，达到改善表层烧结矿的质量的目的。
由图1、图2、图3、图4可以看出，所述的工业微波加热炉由微波源8、微波罩9、蜂窝陶瓷10、微波屏蔽装置11、机架平台12、控制装置(图中未标注)、循环冷却水系统(图中未标注)等组成，微波分布在微波罩的两侧面及顶部；蜂窝陶瓷分布在微波罩耐火炉膛内；微波罩外部设有外保温层，与烧结机接触面均设有微波屏蔽装置，确保微波***露；进风口13分布在微波罩顶部，风从微波罩的顶部进入，经过高温的蜂窝陶瓷加热后，均匀进入烧结料床表面中，改变了烧结表层矿的质量。
由图5、图6可以看出，微波加热，烧结料表层矿加热时间延长，加热至5min时，表层矿温度匀速提高近1400℃，而传统烧结工艺的表层矿加热时间短，加热至3min时，表层矿温度就达到最高，仅为 1200℃。
工业工业微波加热炉设备及参数设置：
微波罩(长×宽×高)25m×7.0m×4.0m。