一種旋流閃速冶煉工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種旋流閃速冶煉工藝，包括如下步驟：1)原料準備：將原礦及熔劑破碎并干燥；2)制造旋流：通過在閃速爐反應塔側壁上設置的氣流導入裝置向閃速爐中高速噴入反應氣體并帶入熱量，在反應塔內形成旋流區，并使反應塔形成1000℃～1450℃的高溫環境；3)物料加料；4)旋流冶煉。本發明所述的旋流閃速冶煉工藝一方面能夠延長礦粉下落的軌跡，使礦粉和反應氣體有更多的接觸機會，從而提高礦粉和反應氣體在反應塔空間的化學反應效率，提高了礦粉的冶煉效率和反應氣體的利用率；另一方面能夠優化礦粉的分散效果，使礦粉按粒徑大小從反應塔中心向邊緣有序排布，避免了物料在閃速爐中心部位的堆積。
【專利說明】
-種旋流閃速冶煉工藝
技術領域
[0001] 本發明屬于閃速冶煉領域，尤其是設及一種旋流閃速冶煉工藝。
【背景技術】
[0002] 目前在用的閃速爐，參加反應的主要的物料(如礦粉、氧氣、烙劑等)都是從位于反 應塔頂部的噴嘴加入爐內，由于噴嘴內部的空間有限，即使在投料時采用了分散錐等裝置 對物料進行分散，但物料的實際分散效果并不理想。另外，由于閃速爐氣流方向是從反應塔 經烙池上部的煙道向上升煙道方向流動，在反應塔中物料的下落方向和氣流流向幾乎相 同，因而礦粉懸浮下落的軌跡較短，空間冶煉的效果有限。
[0003] 目前，也有人嘗試在反應塔頂部的噴嘴周圍制造旋流的方式使物料能更好的分散 和混料，但噴嘴的橫向尺寸相對反應塔的直徑較小，旋流從噴嘴進入反應塔后，一方面旋流 主要集中在反應塔的中屯、部位，另一方面隨著物料的下落，旋流的能量迅速衰減，物料分散 和空間冶煉的效果提升的有限。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明旨在提出一種旋流閃速冶煉工藝，W解決現有的閃速爐物料分 散效果不好，物料在反應塔空間下落軌跡過短，未能充分利用空間進行懸浮冶煉等問題。
[0005] 為達到上述目的，本發明的技術方案是運樣實現的：
[0006] -種旋流閃速冶煉工藝，包括如下步驟：
[0007] 1)原料準備:將原礦及烙劑破碎并干燥；即將原礦破碎成礦粉并干燥，并將烙劑也 進行破碎和干燥；
[000引2)制造旋流:通過在閃速爐反應塔1側壁上設置的氣流導入裝置向閃速爐中高速 噴入反應氣體并帶入熱量，在反應塔1內形成旋流區，并使反應塔1形成l000°C~1450°C的 高溫環境；
[0009] 3)物料加料:把破碎后的粉礦和烙劑通過設置在反應塔1頂部的給料裝置巧日入閃 速爐中；
[0010] 4)旋流冶煉:粉礦進入反應塔1后，經過旋流區，被氣流充分攬拌，一方面使礦粉和 氣流充分的混合，利用礦粉顆粒比表面積大的特性，通過快速的傳熱、傳質，礦粉在迅速被 加熱到80(TC W上高溫的同時，與反應氣流快速的發生化學反應，另一方面，旋流使粉礦螺 旋下落，延長了礦粉在反應塔1空間的下落軌跡，使反應更充分，同時，也使礦粉能有序彌散 到反應塔各處。
[0011] 在反應塔1的多個水平截面上，多股氣流W-定角度和速度進入反應塔1，遇到反 應塔壁后被迫作回轉運動，形成旋流，在反應塔1內從上到下的多股旋流形成旋流區，礦粉 進入反應塔后，由于受高速旋轉氣流的影響，在水平方向上沿氣流方向產生切向旋轉運動， 并在自身重力的共同作用下，螺旋向下運動；由于礦粉的質量不同，所受的離屯、力不同，大 顆粒礦粉所受的離屯、力大，能夠克服氣流阻力向塔壁運動，而小顆粒礦粉所受的離屯、力小， 未及靠近塔壁即隨氣流做回轉運動，在礦粉旋轉下落的過程中，大顆粒繼續向周邊分散，而 小顆粒則更靠近中屯、區域，在反應塔1水平截面上，礦粉的顆粒粒徑由中屯、向塔壁方向越來 越大，按粒徑大小形成層狀分布，從而使礦粉能有序的彌散并能與反應氣體充分接觸。同 時，礦粉中粒徑大的顆粒螺旋下落的距離長，與反應氣體接觸的機會更多，顆粒中屯、部分與 反應氣體的化學反應也更充分，在一定程度上解決了閃速烙煉中大顆粒礦粉空間冶煉效果 差的缺點。
[0012] 進一步的，步驟1)中將原礦粉干燥至含水0.3% W下，其中，0.3%是質量百分數。 干燥的目的是為了防止礦粉里含有的水分進入閃速爐后，在礦粉顆粒周圍形成一層水膜， 阻止反應氣體分子向礦粉顆粒內部的擴散。步驟1)中烙劑也須干燥至含水質量小于1%。
[0013] 進一步的，步驟1)中將原礦破碎成礦粉，至粒徑小于200目的比例大于50%，其中， 50%是數目百分數。把原礦破碎的目的是制成小粒徑的礦粉顆粒，一方面利用礦粉與反應 氣體接觸的比表面積大的特性，通過快速的傳熱和傳質，使進入閃速爐內礦粉迅速升溫并 與氣體發生快速的化學反應;另一方面礦粉整體粒徑較小，易于被旋流帶動螺旋下落，有助 于反應氣體與礦粉的混合及礦粉的分散。
[0014] 進一步的，步驟1)中將原礦破碎后礦粉的粒度分布如下表： 「00151
[0016] 不同粒徑的礦粉在旋流中所受的離屯、力不同，在反應塔1圓周截面上離中屯、的位 置也不同，有一定離散度的粒度分布有助于礦粉在反應塔1內的旋流中有序的彌散。
[0017] 進一步的，步驟2)中使反應塔1形成IOOCTC~1450°C的高溫環境的一種補充方法 是通過設置在所述反應塔1上的燃料燒嘴6為反應塔1提供熱量。若噴入的反應氣體溫度較 低，且氣體與礦粉間發生的化學反應不是強放熱反應，則需為反應塔1補充熱量，通過燃料 燒嘴6燃燒重油或天然氣等燃料放熱是一種比較有效的方法，當然，也可W通過反應塔1頂 部的給料裝置向反應塔1中加入煤和氧，利用煤氧反應為反應塔1提供所需的熱量。
[0018] 進一步的，步驟2)中氣流的噴射速度為50~200m/s，優選為100~150m/s，氣流噴 射速度過慢會造成旋流的速度不夠，過快會磨損反應塔1的塔壁。通過調節氣流導入裝置的 氣壓，可W控制向反應塔1內噴入氣流的速度，在實際生產中可W根據需求靈活調整。
[0019] 進一步的，所述氣流導入裝置為多組，每組設置于反應塔1側壁的不同水平面上， 每組均包括多個噴槍3。在反應塔1側壁不同水平面上多組噴槍3的設置確保旋流的能量不 會迅速衰減，W保證礦粉的分散效果。
[0020] 進一步的，每組導入裝置包括4個噴槍3,對側兩兩平行錯開設置。噴槍3對側兩兩 平行錯開設置可W在反應塔1水平截面內形成W圓屯、為中屯、的有序的旋流場。
[0021] 進一步的，每組導入裝置中的所述噴槍3沿相同旋轉方向，在同一平面內沿中屯、線 偏移3°~20°。在反應塔1水平截面內，通過多個噴槍3按相同旋轉方向沿中屯、線偏移相同角 度的設置，也可W在反應塔1水平截面內形成W圓屯、為中屯、的有序的旋流場。
[0022] 進一步的，所述氣流導入裝置導入的氣流為煤制氣產生的還原性氣體或冶金、化 工行業火法冶煉尾氣。優選的為高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣、電爐(礦熱爐)尾氣、回轉害 尾氣、轉底爐尾氣等;采用上述工業廢氣作為冶煉氣體，一方面使廢氣不需要再經過尾氣凈 化處理流程，大大減小了原生產工藝的投資，另一方面降低了本發明所述冶金工藝的生產 成本，實現了資源的循環綜合利用，變廢為寶。
[0023] 相對于現有技術，本發明所述的旋流閃速冶煉工藝具有W下優勢：
[0024] 本發明所述的旋流閃速冶煉工藝一方面能夠使礦粉產生螺旋下落的效果，延長了 礦粉下落的軌跡，使礦粉和反應氣體的接觸機會更多，從而提高了礦粉和反應氣體在反應 塔空間的化學反應效率，提高了礦粉的冶煉效率和反應氣體的利用率;另一方面能夠優化 礦粉的分散效果及與反應氣體的混合效果，使礦粉按粒徑大小從反應塔中屯、向邊緣有序排 布，避免了物料在閃速爐中屯、部位的堆積。
[0025] 本發明所述的旋流閃速冶煉工藝在反應塔側壁上設置多組氣流導入裝置，利用多 股氣流W-定的角度高速射入閃速爐反應塔，形成旋流，相對于現在閃速爐領域的旋流制 造方式（如在塔頂通過噴嘴內部制造旋流），在反應塔內產生的旋流范圍（半徑和長度）更 大、旋流的速度更快，旋流產生的分散和混合效果更好，使礦粉在螺旋下落的同時，按粒徑 大小從反應塔中屯、向邊緣有序排布，同時旋流制造裝置結構簡單，靈活易調節;特別適合需 要先造氣再引入反應塔中進行空間冶煉的工藝，如金屬氧化礦的閃速冶煉，需要先通過煤 制氣生產還原氣氛(CO+此），再引入爐內與礦粉發生還原反應，也可W直接引入冶金、化工 行業的含還原氣氛的火法冶煉尾氣，做到變廢為寶，實現資源的綜合回收利用。
【附圖說明】
[0026] 構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0027] 圖1為本發明實施例所述的旋流閃速冶煉工藝中使用的一組氣流導入裝置的結構 示意圖；
[0028] 圖2為本發明實施例所述的旋流閃速冶煉工藝中使用的一組氣流導入裝置的另一 種結構示意圖；
[0029] 圖3為本發明實施例所述的旋流閃速冶煉工藝中使用的閃速爐的結構示意圖。
[0030] 附圖標記說明：
[0031] 1-反應塔;2-給料裝置;3-噴槍;4-上升煙道;5-烙池;6-燃料燒嘴。
【具體實施方式】
[0032] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可W相 互組合。
[0033] 在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中屯、"、"縱向橫向上"、"下"、 "前"、"后V'左'、"右V'豎曹'、"水甲V'頂'、"底V'胖V'外"等指示的方位或位置關系為 基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗 示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、W特定的方位構造和操作，因此不能理解為對 本發明的限制。此外，術語"第一"、"第二"等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相 對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有"第一"、"第二"等的特征可 W明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，"多個" 的含義是兩個或兩個W上。
[0034] 在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可W是固定連接，也可W是可拆卸連接，或一體地連接;可 W是機械連接，也可W是電連接;可W是直接相連，也可W通過中間媒介間接相連，可W是 兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可W通過具體情況理解上述術語 在本發明中的具體含義。
[0035] 下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0036] -種旋流閃速冶煉工藝，包括如下步驟：
[0037] 1)原料準備:將原礦及烙劑破碎并干燥；
[0038] 2)制造旋流:通過在閃速爐反應塔1側壁上設置的氣流導入裝置向閃速爐中高速 噴入反應氣體并帶入熱量，在反應塔1內形成旋流區，并使反應塔1形成l〇〇〇°C~1450°C的 高溫環境；
[0039] 3)物料加料:把破碎后的粉礦和烙劑通過設置在反應塔1頂部的給料裝置巧日入閃 速爐中；
[0040] 4)礦粉的旋流冶煉:粉礦進入反應塔1后，經過旋流區，被氣流充分攬拌，一方面使 礦粉和氣流充分的混合，利用礦粉顆粒比表面積大的特性，通過快速的傳熱、傳質，礦粉在 迅速被加熱到80(TC W上高溫的同時，與反應氣體快速的發生化學反應，另一方面，旋流使 使粉礦螺旋下落，延長了礦粉在反應塔1空間的下落軌跡，使反應更充分，同時，也使礦粉能 有序的分散到反應塔的各處。
[0041 ]若是硫化礦，步驟2)中反應氣體為含氧氣體:空氣、富氧氣體或工藝氧。若是氧化 礦，步驟2)中反應氣體為含C0、此和碳氨化合物氣體中的一種或多種;優選的，為冶金、化工 行業火法冶煉尾氣等(如高爐煤氣、焦爐煤氣、電爐法黃憐尾氣）。
[0042] 本實施例中給料裝置2為噴嘴。本實施例中反應塔1上設有燃料燒嘴6,燃料燒嘴6 的設置能夠為反應塔1內提供熱量。通過氣流導入裝置噴入的氣流形成高速旋流區，從反應 塔1頂部的噴嘴加入的礦粉落入旋流區時，受旋流的影響，粉狀礦粉螺旋下落，最終被有序 的彌散于閃速爐的反應塔空間，一方面，使礦粉按粒徑大小從反應塔中屯、向邊緣有序的排 布，礦粉得到了很好的分散并能與反應氣體充分混合，促進了化學反應的快速的進行，另一 方面，礦粉的螺旋下落延長了礦粉在閃速爐空間下落的軌跡，使空間懸浮冶煉的效率增加， 降低了能耗;反應后的烙體沉降于反應塔1下方的烙池5中，礦粉中的脈石成分與給料裝置2 加入的烙劑在烙池5中造渣，冶煉后得到的金屬(或梳)與渣沉淀分離后形成渣層和粗金屬 層(或梳層），過程中產生的煙氣由上升煙道4排出。
[0043] 根據本發明的一個實施例，步驟1)中將原礦粉干燥至含水0.3% W下，優選為含水 0.1% W下。W防止在礦粉顆粒周圍形成水膜，阻止反應氣體分子向固體或液體顆粒內部的 擴散。
[0044] 根據本發明的一個實施例，步驟1)中將原礦破碎成礦粉，至粒徑小于200目的比例 大于50%。優選為礦粉粒徑都小于200目。
[0045] 根據本發明的一個實施例，步驟1)中將原礦破碎后礦粉的粒度分布如下表： r004Al
[0047] 根據本發明的一個實施例，氣流的噴射速度為50~200m/s。優選為100~150m/s， 氣流噴射速度過慢會造成旋流的速度不夠，過快會使反應塔的塔壁受損。氣流的噴射速度 優選為 11 Om/s、120m/s、130m/s、140m/s。
[0048] 根據本發明的一個實施例，所述給料裝置2設置在爐頂。
[0049] 根據本發明的一個實施例，所述氣流導入裝置為多組，每組設置于不同水平面上， 每組均包括多個噴槍3。
[0050] 根據本發明的一個實施例，每組導入裝置中的所述噴槍3均布設置。
[0051 ]根據本發明的一個實施例，每組導入裝置包括4個噴槍3，對側兩兩平行錯開設置。
[0052] 根據本發明的一個實施例，每組導入裝置中的所述噴槍3沿相同旋轉方向，在同一 平面內沿中屯、線偏移3~20°，優選為8°，9°，10°，15°，18°。
[0053] 根據本發明的一個實施例，氣流導入裝置導入的氣流為煤制氣產生的還原性氣體 或冶金、化工行業火法冶煉尾氣。優選的為高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣、電爐(礦熱爐)尾 氣、回轉害尾氣、轉底爐尾氣等。
[0054] 利用本發明提供的旋流閃速冶煉工藝對紅±儀礦進行冶煉：
[0055] 1)原料準備:將紅±儀礦干燥并散化為含水量在0.3% W下、粒度在200目W下占 50 %的干精礦。造渣烙劑為生石灰，含水小于1 %、粒度小于60目的占90 % ;
[0056] 2)制造旋流:在閃速爐反應塔1側壁上從上至下設置六組氣流導入裝置，每組導入 裝置包括4個噴槍3，對側兩兩平行錯開設置，如圖1所示;在閃速爐附近設有煤氣化裝置，生 產溫度約在1400°C、壓強為2M化、含70% (CO+此)有效還原氣成分的還原性氣體;通過氣流 導入裝置把煤氣化裝置生產的還原性氣體W 130m/s的速度噴入閃速爐反應塔中，形成一個 旋流區；
[0057] 3)物料加料:把紅±儀礦礦粉和生石灰通過設置在反應塔1頂部的噴嘴加入閃速 爐中，因為不斷有冷料從反應塔頂部加入，為維持反應塔內1350°C左右的高溫環境，通過重 油或天然氣燒嘴為反應塔1上部補充熱量，使進入的物料被迅速加熱升溫；
[0058] 4)旋流冶煉:紅±儀礦礦粉進入反應塔1后，經過旋流區，被氣流充分攬拌，一方面 使礦粉和氣流的接觸的比表面積增大，通過快速的傳熱、傳質，礦粉在被迅速被加熱到的同 時，與反應氣流快速的發生化學反應，另一方面，旋流使礦粉在反應塔1空間螺旋下落，延長 了礦粉下落軌跡，使其與還原氣氛的接觸機會更多，提高了紅±儀礦礦粉中NiO和鐵氧化物 的還原率，使得在最終落入烙池前，95 %的NiO被還原成Ni ,90%的鐵氧化物被還原成FeO, 還有部分金屬鐵被還原出來，同時，紅±儀礦礦粉由于粒徑的大小不同，在旋流中的離屯、力 作用下，在反應塔水平截面上離中屯、的位置也不同，從而使礦粉能有序的彌散到反應塔的 各處。
[0059] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可W在任何 的一個或多個實施例或示例中W合適的方式結合。
[0060] 盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可W理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可W對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權項】
1. 一種旋流閃速冶煉工藝，其特征在于:包括如下步驟： 1) 原料準備:將原礦及熔劑破碎并干燥； 2) 制造旋流:通過在閃速爐反應塔（1)側壁上設置的氣流導入裝置向閃速爐中高速噴 入反應氣體并帶入熱量，在反應塔（1)內形成旋流區，并使反應塔（1)形成1000°C~1450°C 的高溫環境； 3) 物料加料:把破碎后的粉礦和熔劑通過設置在反應塔（1)頂部的給料裝置(2)加入閃 速爐中； 4) 旋流冶煉:粉礦進入反應塔（1)后，經過旋流區，被氣流充分攪拌，一方面使礦粉和氣 流充分的混合，利用礦粉顆粒比表面積大的特性，通過快速的傳熱、傳質，礦粉在迅速被加 熱到800°C以上高溫的同時，與反應氣體快速的發生化學反應，另一方面，旋流使粉礦螺旋 下落，延長了礦粉在反應塔(1)空間的下落軌跡，使反應更充分，同時，也使礦粉能有序彌散 到反應塔(1)各處。2. 根據權利要求1所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于：按質量百分數計，步驟1)中 將原礦干燥至含水〇. 3 %以下。3. 根據權利要求2所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于：步驟1)中將原礦破碎成礦 粉，至粒徑小于200目的比例大于50%。4. 權利要求3所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于:步驟1)中將原礦破碎后礦粉的粒 度分布如下： 粒度為10~20目的礦粉比例為5% ;粒度為20~100目的礦粉比例為10% ;粒度為100~ 200目的礦粉比例為25% ;粒度為200~300目的礦粉比例為45% ;粒度小于300目的礦粉比 例為15%。5. 根據權利要求1所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于：步驟2)中使反應塔（1)形成 1000°C~1450°C的高溫環境的一種補充方法是通過設置在所述反應塔（1)上的燃料燒嘴 (6)為反應塔(1)提供熱量。6. 根據權利要求1所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于:步驟2)中氣流的噴射速度為 50~200m/s。7. 根據權利要求1所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于:所述氣流導入裝置為多組， 每組設置于反應塔(1)側壁的不同水平面上，每組均包括多個噴槍(3)。8. 根據權利要求7所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于:每組導入裝置包括4個噴槍 (3)，對側兩兩平行錯開設置。9. 根據權利要求7所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于:每組導入裝置中的所述噴槍 (3)沿相同旋轉方向，在同一平面內沿中心線偏移3°~20°。10. 根據權利要求1所述的旋流閃速冶煉工藝，其特征在于:所述氣流導入裝置導入的 氣流為煤制氣產生的還原性氣體或冶金、化工行業火法冶煉尾氣。
【文檔編號】C22B23/02GK105861834SQ201610280697
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】黃小兵, 邱江波, 夏明
【申請人】天津閃速煉鐵技術有限公司