发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种气基直接还原磁选优化铁矿的装置及方法。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种气基直接还原磁选优化铁矿的装置，包括窑体，所述窑体内由上至下设置有迂回的蛇形烟道，所述蛇形烟道从上到下分为三层，依次为：焙烧预热段、焙烧加热段、焙烧还原段；所述焙烧预热段连接有烟气引风收集装置，所述焙烧预热段上方设置有预热料池，预热料池通过预热料管与焙烧预热段相连通，焙烧预热段的底部连通有垂直的落料通道，所述落料通道穿过焙烧加热段、焙烧还原段并与焙烧加热段和焙烧还原段相隔离；所述焙烧还原段连接有燃烧室的火咀；焙烧还原段内的焙烧加热温度为960-1030℃；所述落料通道的底端连通有用于冷却物料的风冷管，所述风冷管内设有还原气预热还原装置；所述还原气预热还原装置连通有还原气管路；还原气预热还原装置内的还原气压力为600-1200Pa；所述风冷管上端外壁设置有送风预热器和冷却热风收集器；所述风冷管底部设置有输出提升装置，所述输出提升装置依次连接有循环研磨系统和磁选优化系统；所述循环研磨系统包括依次连接的对辊磨机、磁选机、筛分抽离装置、雷蒙磨机、离心抽离装置、提升机；所述磁选优化系统包括中磁精选装置。

进一步的，所述还原气预热还原装置的还原气出口设置在风冷管内的上端并朝向落料通道；风冷管外部设置有保温还原连接段，所述还原气进入风冷管内预热，还原气进入具有保温还原连接段的风冷管部分与焙烧料直接接触吸收焙烧料热能；所述冷却热风收集器出风口与送风预热器入风口相连接，所述送风预热器与燃烧室的火咀相连接。

进一步的，物料经过风冷管后温度冷却至45-55℃。所述风冷管末端下方设有导料叶轮；所述导料叶轮下方设有导料平台；所述导料平台下方设有焙烧还原后料仓，所述料仓下方设有输出提升装置。

进一步的，所述还原气预热还原装置内所通入的还原气为H₂ 或 CO。

进一步的，还包括原料处理系统，所述原料处理系统包括依次连接的铁矿筛分制粒装置、烟气净化干燥装置、铁矿筛选输出装置。

更进一步，所述烟气引风收集装置与烟气净化干燥装置相连接。

进一步的，还包括除灰除尘系统，所述除灰除尘系统包括依次相连接的除灰除尘装置和静电除尘装置；所述的对辊磨机、筛分抽离装置、中磁精选装置分别与除灰除尘装置相连接。

气基直接还原磁选优化铁矿的方法，包括以下步骤：

a）原料处理：将氧化铁矿经过筛分制粒干燥筛选，得到粒径3-40mm铁矿颗粒物料，水分重量百分比＜10%。

b）气基直接还原焙烧：焙烧还原段烟气温度达920-930℃时，将铁矿颗粒物料沿预热料池、预热料管和落料通道开始下料，下料速度为v1；同时向落料通道通入还原气，焙烧还原段烟气温度达980℃时，下料速度为v2；v2为v1的5-6倍；铁矿颗粒物料在预热料池中平铺堆积厚度为200～300mm；焙烧还原段烟气温度上升速度≤2℃/分钟。

c）经过气基直接还原焙烧的铁矿颗粒物料进入风冷管、冷却至45-55℃。

d）经过冷却的物料依次经过对辊磨机、磁选机、筛分抽离装置、雷蒙磨机、提升机循环研磨、中磁精选装置、抽灰除尘装置，得到＞300目的优化还原铁精粉；优化还原铁精粉含Fe的重量百分比>76％。

优选的，铁矿颗粒物料通过导料叶轮转速控制下料，所述导料叶轮转速4-6转/小时并输送至对辊磨机。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

1）对于原料处理：原料进行加热干燥利用了气基直接还原焙烧窑烟气余热，焙烧窑排烟温度160～200℃、焙烧料冷却热风作为备用热源，加热干燥原料便于生产进行，为气基直接还原焙烧提供以下有利条件。

①热烟气引入干燥装置，烟气流经原料颗粒空隙，烟气中的微尘及有害物被原料颗粒粘结吸附，微尘及有害物在筛选过程中顺便抽灰除去，原料颗粒成为烟气净化填料，烟气得到净化、环境友好、净化后烟气温度<60℃、环保投资减少，原料得到干燥，烟气余热利用效率明显提高，再经筛选得到颗粒物料。

②铁矿筛选过程顺便将铁矿中部分杂质（6%～10%）直接抽灰除去，减少生产成本消耗，焙烧加热能耗减少＞6%，生产过程环境友好。

③铁矿颗粒空隙还原接触面积增大、还原气容留空间充足、反应时间充分；

④铁矿颗粒空隙便于焙烧料吸收烟气热能水分迅速蒸发，并随烟气及时排出，焙烧加热天然气消耗明显减少。

⑤铁矿颗粒空隙有利于对流还原反应、还原后气体自然上行及时逸出，还原落料通道内还原气体浓度及时增高。

⑥颗粒空隙有利于还原后气体和过剩还原气在还原段溢入蛇形烟道，便于过剩还原气体与过剩空气在蛇形烟道及时充分燃烧、循环热能利用效率提高；也有利于落料通道内自然形成气基充分对流还原反应。

2）对于气基直接还原焙烧工艺：所述的气基直接还原焙烧，焙烧加热烟气与落料还原各行其道，避免了烟气对还原气体稀释造成还原气浓度不足，焙烧加热燃烧过氧充分，落料还原气体浓度充足过剩。落料颗粒空隙：还原气接触面增大、容留空间充足、反应时间充余，还原时间变频可调。

利用焙烧料冷却热能预热送风，预热送风温度320～380℃，送风自身吸热能耗减少，焙烧料冷却热能循环利用，加热天然气消耗明显减少，焙烧过程热能耗损失明显减少、焙烧料冷却效率提高、热能循环利用效率明显提高。气基直接还原焙烧，还原温度控制在930±30℃低温还原，气基直接还原焙烧窑排烟温度160℃～200℃，利用烟气余热对原料加热干燥，加热干燥后排出烟气温度<60℃，排烟热能损失明显减少。气基直接还原焙烧窑保温效果良好，窑外体温度接近常温，散热损失极大减少。气基直接还原焙烧，加热烟气沿着蛇形烟道逐层自然加热上行，因而烟气引风动力消耗极小。焙烧料重力直下，因而导料叶轮以4-6转/小时控制落料动力消耗极小。

在焙烧还原过程中，气基还原气体从风冷管中上部进入冷却管内，还原气随着焙烧颗粒空隙预热（还原气预热温度>850℃）还原自然缓慢上行，在落料通道内自然形成气基对流还原反应；还原后气体和过剩还原气从溢流口溢入蛇形烟道。过剩还原气溢入蛇形烟道：过剩还原气与蛇形烟道内过剩空气及时充分燃烧，省去烟气处理设备投资和费用，烟气热能循环利用节能效率明显提高，焙烧加热能耗明显减少、烟气排放减少环境友好。

蛇形烟道两侧壁加热均匀，蛇形烟道烟气容留空间大，储热蓄能，瞬时加热温度过高，可及时充分缓解。

焙烧加热烟气沿所设置的还原段蛇形烟道、加热段蛇形烟道、预热段蛇形烟道，从下逐层蛇形自然加热缓慢上行，热交换效率明显提高。焙烧料落入预热段落料通道，焙烧料与加热烟气直接接触，焙烧料充分吸收烟气热能，水分迅速蒸发并随烟气及时排出。

焙烧料落入还原段落料通道，还原后气体和过剩还原气从还原段溢流口溢入蛇形烟道，过剩还原气与蛇形烟道内过剩空气及时充分燃烧，环保投资减少，污染排放减少环境友好，过剩空气利用预热热风及时可调，热能及时循环利用效率明显提高。

焙烧料落入焙烧保温连接段落料通道,还原温度保持良好、还原气体浓度充足、还原时间充分，焙烧对流还原氛围更加充分可靠。焙烧料落入风冷方管，焙烧料在导料叶轮转速4～6转/小时控制下冷却缓慢下行，导料叶轮旋转动力电耗极小；焙烧料在风冷方管内自然风冷至50℃左右，避免了焙烧料再次氧化，磁选优化不用水，省去了水资源消耗，地域适应性强。

气基直接还原焙烧，烟道内焙烧还原段与焙烧加热段之间设置有隔板，所述隔板末端向焙烧还原段内设置有凸缘；焙烧加热段与焙烧预热段之间设置有隔板，所述隔板末端焙烧加热段与焙烧预热段内对称设置有凸缘，有效保证了各段的温度。

气基直接还原焙烧，还原焙烧过程所需的温度、还原气浓度、还原时间分别控制，不仅各项控制参数间互相影响相对较弱，而且能够高度自然协调控制，铁矿在所需充分对流还原氛围中进行，热工控制精准易控。本气基直接还原焙烧过程内外预热加热、热能循环利用，焙烧加热天然气消耗明显减少，解决了现有技术还原效率低、还原加热时间长、加热温度高、保温效果差的问题；由于还原温度控制在930±30℃低温还原，因而焙烧料极易磨细，为进一步磁选优化提供了便利。

3）对于循环研磨系统：试验表明所述的气基直接还原焙烧料极易磨细，其次，所述的铁矿经气基低温直接还原焙烧后，还原铁质硬大部分杂质质软而且杂质灰尘比重相对较小，还原料磨细杂质灰尘及时磁选、抽灰除去，磨细电耗极低，为进一步磁选优化提供了便利；焙烧还原料依次经对辊磨机、磁选机、筛分抽离装置、雷蒙磨机、离心抽离装置、提升机、循环研磨磁选抽灰除尘，得到300目以上还原物料。

4）磁选优化系统：所述的300目以上还原物料经中磁精选装置精选，分离得到含铁Fe>76%的优化还原铁精粉产品，解决了自然界世界还原铁原材料奇缺难题，为进一步生产还原铁提供了便利。

5）除灰除尘分离系统：除灰除尘装置不仅除灰除尘，还为磁选优化过程提供了负压有利条件，静电除尘进一步提高了除尘效率。

6）烟气余热利用系统：即为烟气收集引风装置，将烟气引入烟气净化干燥装置，烟气得到净化、铁矿原料得到干燥、铁矿颗粒成为净化填料、烟气余热高效循环利用，减少排放环境友好。

采用本方法制备出的还原铁精粉品位Fe＞76%，去除有害杂质效果显著，除硫效率＞60%、除磷效率＞65%。本发明各种类型氧化铁矿可混在一起混合焙烧，不影响铁的回收率，本方法对氧化铁矿要求不高，只要铁含量Fe＞38%，相对密度大经济效益好的原料即可，解决了还原铁原材料稀缺问题。

与现有国内外其它工艺相比，本发明工艺流程简短、灵活实用、节能高效、不粘结不结块、处理量大、产品质量稳定、相对投资小见效快，可边生产边发展，最后形成集约化大规模生产，可实现滚动爆发式增长发展等优点；因而，本发明工艺是一种优质低耗、节能高效的清洁节能直接还原绿色发展创新工艺，市场发展前景广阔，易于推广，由于综合能耗不足其他工艺的二分之一，节能发展潜力巨大，特别是改善钢铁产品质量结构和能源结构、摆脱焦煤资源对钢铁生产发展的羁绊，节能减排从源头做起更具优势。