一种高磷铁矿脱磷提铁的设备及方法与流程

1.本发明涉及铁矿石加工炼铁技术领域，具体为一种高磷铁矿脱磷提铁的设备及方法。


背景技术：

2.铁矿石还原反应是将铁矿石与单质碳或co、h2等还原性气体进行反应，将氧化铁还原成金属铁的过程。我国鲕状含磷铁矿石较多，仅在鄂西地区就已探明储量约70亿吨。但是，由于此类高磷铁矿石的磷含量高、铁品位低，直接配入球团或烧结矿应用高炉进行炼铁，渣量大，投入产出率低。如果直接加入转炉或电炉炼钢，脱磷负荷大，也是不经济的。如何高效、经济地分离铁矿石中的磷和铁，实现贫矿资源综合利用是值得研究的课题。
3.关于高磷铁矿的除磷提铁，从现有技术看主要有：微生物除磷、酸浸除磷、还原焙烧磁提纯、“气基竖炉+高温熔分+水淬的技术”等。但高磷铁矿的矿物组成和脉石结构极为复杂，想得到一种能同时满足脱磷率高、铁回收率高、作业率高、成本低以及环保的方法是较为困难的。
4.生物脱磷方法的脱磷周期需3-6个月，难于大规模应用；采用硫酸等无机强酸对矿石进行酸浸脱磷，化学试剂用量大，成本高，而且存在废酸污染环境的问题；采用还原焙烧+磁选的工艺，能够获得铁品位60％以上的铁精矿，并且把磷含量从0.65％降低到0.2％，但仍不够理想；专利201010269488.x和201110108641.5公布了“气基竖炉+高温熔分+水淬的技术”，其将高磷铁矿还原制得金属化球团，并进行高温熔分和水淬制得粒铁，金属化率达85％以上，并能去除一部分磷，这是一种较好的资源利用方法，但是由于工序复杂且不能连续生产，导致热效率和生产效率低下，且这种技术都是在竖炉和电炉两种独立的设备内完成，工序间的原料或中间品传递都是以冷装的方式进行，成本高、热量利用率低、原料适用应差，难以实现大型设备的高效率生产。因此，亟需一种高磷铁矿脱磷提铁的设备及方法来解决这个问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高磷铁矿脱磷提铁的设备及方法，以解决竖炉和电炉脱磷提铁的工艺有待改进的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高磷铁矿脱磷提铁的设备，包括气基竖炉和电炉，气基竖炉中部设置有支撑网用于承载物料，其一侧与气基竖炉可定位转动连接，支撑网具有两种工作状态，第一种为水平，第二种为倾斜，且倾斜时其远离转动连接处的一侧位于气基竖炉的出料口处用于出料；气基竖炉的出料口与电炉的进料口之间设置有联通彼此的传料管，且其两端分别设有出口阀门和进口阀门用于在转移物料时打开、不转移时关闭，传料管倾斜设置，其接近气基竖炉的一端所在高度高于另一端，且低于支撑网与气基竖炉的连接处。
7.优选的，气基竖炉的出料口处还倾斜固设有接料台，支撑网倾斜时搭在接料台上。
8.优选的，支撑网设置有称重装置，用于在水平工作状态时实时反映承载的物料重量以计算还原度。
9.优选的，气基竖炉下部通过气管连接有气柜，其设有混气装置；气基竖炉顶部设有竖炉上盖，其上连接有进料管和出气管道，其中进料管与原料室连通，原料室通过传送带输送原料至进料管内，进料管倾斜设置，接近气基竖炉的一侧低于接近传送带的一侧，且进料管接近竖炉上盖端处设有进料管阀门，出气管道设有气体分析装置；气基竖炉中部还设置有电磁加热装置和热电偶分别用于加热和测温；气基竖炉底部还设有排渣装置用于排渣。
10.优选的，电炉上部设有电极和加料口分别用于加热和加料，下部开设有出铁口并设有出料阀用于出料，底部设置有底吹装置。
11.一种高磷铁矿脱磷提铁的方法，采用上述的设备，具体包括以下步骤：
12.s1:根据高磷铁矿石的磷含量和脱磷目标，在高磷铁矿粉中配加石灰，混合造球，使得球团碱度为1～2，其中碱度r＝cao/sio2，二者以质量百分数计，将球团置于原料室；
13.s2:将竖炉炉内温度加热到850℃～1000℃，并通入保护气排出空气；
14.s3:将球团由传送带送入竖炉落在支撑网上，保护气切换为还原气，对原料球团进行还原；
15.s4：还原完成后，将还原气切换为保护气，打开竖炉的出口阀门、调整支撑网角度，使物料进入传料管中后关闭出口阀门，恢复支撑网角度到水平；打开排渣装置，抽走底部粉渣后关闭，准备下一炉原料球团的还原；
16.s5：打开电炉的进口阀门，使传料管内的金属化球团进入电炉，然后立即关闭进口阀门；加热使电炉内金属化球团熔化升温至1400℃～1600℃，打开加料口加入石灰、碳粉和萤石，通入底吹气对熔池进行强搅拌，搅拌强度为0.10～0.30nm3/(t.min)，电炉高温熔炼时间为15～60min，接着进行取样，磷含量合格后，低磷铁水由出铁口倒出，浇铸成低磷铁块，脱磷炉渣留在电炉内，出铁结束后倒出。
17.优选的，还原时间为30～240min，球团金属化率为80～95％。
18.优选的，保护气为氮气和/或氩气，还原气为氢气和一氧化碳的混合气体，其中氢气的体积比例为60％～80％。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.该高磷铁矿脱磷提铁的设备及方法，能够在密闭的环境下连续完成高磷铁矿从进料、还原、热态传输到熔化脱磷的全流程连续生产，热效率和生产效率高，无需将竖炉打开出料，能大大节约升温消耗的能源和时间。高磷铁矿金属化率达80～95％，电炉脱磷率可接近90％，获得的低磷铁块磷含量为≤0.15％。低磷铁块可以作为炼钢原料直接加入转炉或电炉进行炼钢。高磷渣可以作为农业肥料的原料。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图。
22.图中：1、气柜；2、混气装置；3、传送带；4、原料室；5、进料管；6、进料管阀门；7、竖炉上盖；8、出气管道；9、气体分析装置；10、热电偶；11、支撑网；12、电磁加热装置；13、出口阀门；14、排渣装置；15、气基竖炉；16、传料管；17、进口阀门；18、电极；19、加料口；20、电炉；21、出料阀；22、出铁口；23、底吹装置。
具体实施方式
23.如图1所示，一种高磷铁矿脱磷提铁的设备，包括气基竖炉15和电炉20，气基竖炉15中部设置有支撑网11用于承载物料，其一侧与气基竖炉15可定位转动连接，支撑网11具有两种工作状态，第一种为水平，第二种为倾斜，且倾斜时其远离转动连接处的一侧位于气基竖炉15的出料口处用于出料，具体的参阅图1，气基竖炉15的出料口处还可以倾斜固设有接料台，支撑网11倾斜时搭在接料台上；气基竖炉15的出料口与电炉20的进料口之间设置有联通彼此的传料管16，且其两端分别设有出口阀门13和进口阀门17用于在转移物料时打开、不转移时关闭，传料管16倾斜设置，其接近气基竖炉15的一端所在高度高于另一端，且低于支撑网11与气基竖炉15的连接处。
24.在一种较优的实施方式中，支撑网11设置有称重装置，用于在水平工作状态时实时反映承载的物料重量以计算还原度；可选的，支撑网11可以为双层网，二者之间设置耐高温称重传感器，可以设置在支撑网中部或四角，为了使称量更准，还可以在远离转动连接的一侧气基竖炉15内壁设置伸缩支撑块，用于在支撑网11水平时支撑其下端；当然称重装置也可以设置在转动连接处，此时支撑网11可为单层；也可以不设置称重装置，通过多次试验和经验判断还原时间。
25.参阅图1，气基竖炉15下部还通过气管进一步连接有气柜1，其设有混气装置2；气基竖炉15顶部进一步设有竖炉上盖7，其上连接有进料管5和出气管道8，其中进料管5与原料室4连通，原料室4通过传送带3输送原料至进料管5内，进料管5倾斜设置，接近气基竖炉15的一侧低于接近传送带3的一侧，且进料管5接近竖炉上盖7端处设有进料管阀门6，出气管道8设有气体分析装置9；气基竖炉15中部还设置有电磁加热装置12和热电偶10分别用于加热和测温；气基竖炉15底部还设有排渣装置14用于排渣。
26.参阅图1，一般的电炉20上部设有电极18和加料口19分别用于加热和加料，下部开设有出铁口22并设有出料阀21用于出料，底部设置有底吹装置23。
27.采用上述的设备进行高磷铁矿脱磷提铁，具体包括以下步骤：
28.s1:根据高磷铁矿石的磷含量和脱磷目标，在高磷铁矿粉中配加石灰，混合造球，使得球团碱度为1～2，其中碱度r＝cao/sio2，二者以质量百分数计，将球团置于原料室；
29.s2:将竖炉炉内温度加热到850℃～1000℃，并通入保护气排出空气；
30.s3:将球团由传送带送入竖炉落在支撑网上，保护气切换为还原气，对原料球团进行还原，还原时间应根据还原度进行设定，本方法中，还原时间宜控制为30～240min，具体的，还原度可以由支撑网的称重装置通过“称重法”进行计算，即球团的初始重量减去记录时刻的重量，再除以初始重量，再根据式“金属化率＝(还原度
×
球团初始重量)
÷
铁矿石中的最大失氧量
×
100％”将还原度折算成球团金属化率，本发明的球团金属化率为80～95％；
31.s4：还原完成后，将还原气切换为保护气，打开竖炉的出口阀门、调整支撑网角度，使物料进入传料管中后关闭出口阀门，恢复支撑网角度到水平；打开排渣装置，抽走底部粉渣后关闭，准备下一炉原料球团的还原；
32.s5：打开电炉的进口阀门，使传料管内的金属化球团进入电炉，然后立即关闭进口阀门；加热使电炉内金属化球团熔化升温至1400℃～1600℃，打开加料口加入石灰、碳粉和萤石(具体加入量和比例依据工艺而定)，通入底吹气对熔池进行强搅拌，搅拌强度为0.10
～0.30nm3/(t.min)，电炉高温熔炼时间为15～60min，接着进行取样，磷含量合格后，低磷铁水由出铁口倒出，浇铸成低磷铁块，脱磷炉渣留在电炉内，出铁结束后倒出。
33.上述保护气为氮气和/或氩气，还原气为氢气和一氧化碳的混合气体，其中氢气的体积比例为60％～80％。
34.实施例：
35.采用上述实施方式中的高磷铁矿脱磷提铁的设备，主要由气基竖炉15和电炉20两大部分组成。原料室4与气基竖炉15、气基竖炉15与电炉20分别由进料管5和传料管16连接，形成密闭连续的生产体系，保证热量充分利用、烟尘和废气不外逸。
36.气基竖炉15具有铁矿石还原、加热、测温、连续进出料、出口气氛检测和底部排渣粉的功能。
37.气柜1放置装有h2、co、ar2、n2的气瓶，这些气瓶通过气体混合装置2由气体流量计相互连接，进行混合和控制所需的还原气及保护气的进气量。混合气体由竖炉下部进入，还原反应后的气体从出气口8排出并进行收集，由红外气体分析装置进行含量监测。
38.进料管阀门6是竖炉的原料入口，在加料后可以关闭。原料球团从原料室4进入经进料管5进入竖炉后落在支撑网11上，与还原气体发生还原反应，还原反应结束后得到的金属化球团通过传料管16进入电炉20中。出口阀门13及进口阀门17可以控制开合和关闭；金属化球团在传料管16中保温、进入电炉20后进行熔化、脱磷。其中，支撑网由两层高温合金钢制成并具有一定的透气性，两层合金钢之间设有称重传感器，以实时记录支撑网上的球团的失重来测算球团的还原度。
39.电炉20由电极18、加料口19、气体底吹装置23、出料阀21、出铁口22组成。电极负责加热，电炉脱磷用的原料由加料口19加入。底吹惰性气体由底吹装置23吹入，对熔池进行搅拌作用，促进脱磷。金属化球团脱磷结束后获得低磷铁水由出铁口22倒出，浇铸成低磷铁块，脱磷炉渣留在电炉内，出铁结束后倒出，实现渣铁分离。
40.将高磷铁矿粉与石灰混合制成碱度为1.6的球团，球团抗压强度≥15mpa、粒径为8mm～15mm，并在120℃烘干8小时。高磷铁矿的主要成分如表1所示：
41.表1高磷铁矿主要成分
42.tfe/％p/％sio2/％cao/％al2o3/％47.60.928.67.29.3
43.对竖炉通电将竖炉炉内温度加热到950℃，并通入保护气排出空气。
44.气基还原：取150kg球团加入原料室4由传送带3经进料管5送入竖炉15的支撑网11，并关闭进料管阀门6。将保护气切换为还原气(氢气和一氧化碳的混合气体，其中，氢气的比例为70％，一氧化碳为30％)对球团进行还原120min。此时，支撑网一端连接的电子天平记录球团的重量为131.4kg，可得此时的还原度为12.4％，经计算折算成的球团金属化率为92％。
45.达到还原时间120min后，将进气口的还原气切换为保护气，打开竖炉的出料口阀门并调整支撑网角度，使炉料自动进入传料管中，然后关闭该阀门，恢复支撑网角度到水平。打开排渣装置，抽走底部粉渣后关闭，准备下一炉的还原。
46.打开电炉的进口阀门，使传料管上的金属化球团进入电炉，然后立即关闭该阀门。通电由电极进行加热，使得炉内金属化球团熔化升温至1540℃。打开加料口阀门加入8kg石
灰、6kg碳粉和7kg萤石，底吹通入保护气对熔池进行强搅拌，搅拌强度为0.25nm3/(t.min)。电炉高温熔炼时间为25min。接着进行取样，磷含量为0.12％，低磷铁水由出铁口22倒出，浇铸成低磷铁块，脱磷炉渣留在电炉内，出铁结束后倒出，实现渣铁分离，计算电炉脱磷率为86.96％。
47.以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
48.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

技术特征：
1.一种高磷铁矿脱磷提铁的设备，包括气基竖炉(15)和电炉(20)，其特征在于：所述气基竖炉(15)中部设置有支撑网(11)用于承载物料，其一侧与气基竖炉(15)可定位转动连接，支撑网(11)具有两种工作状态，第一种为水平，第二种为倾斜，且倾斜时其远离转动连接处的一侧位于气基竖炉(15)的出料口处用于出料；气基竖炉(15)的出料口与电炉(20)的进料口之间设置有联通彼此的传料管(16)，且其两端分别设有出口阀门(13)和进口阀门(17)用于在转移物料时打开、不转移时关闭，传料管(16)倾斜设置，其接近气基竖炉(15)的一端所在高度高于另一端，且低于支撑网(11)与气基竖炉(15)的连接处。2.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿脱磷提铁的设备，其特征在于：所述气基竖炉(15)的出料口处还倾斜固设有接料台，支撑网(11)倾斜时搭在接料台上。3.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿脱磷提铁的设备，其特征在于：所述支撑网(11)设置有称重装置，用于在水平工作状态时实时反映承载的物料重量以计算还原度。4.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿脱磷提铁的设备，其特征在于：所述气基竖炉(15)下部通过气管连接有气柜(1)，其设有混气装置(2)；气基竖炉(15)顶部设有竖炉上盖(7)，其上连接有进料管(5)和出气管道(8)，其中进料管(5)与原料室(4)连通，原料室(4)通过传送带(3)输送原料至进料管(5)内，进料管(5)倾斜设置，接近气基竖炉(15)的一侧低于接近传送带(3)的一侧，且进料管(5)接近竖炉上盖(7)端处设有进料管阀门(6)，出气管道(8)设有气体分析装置(9)；气基竖炉(15)中部还设置有电磁加热装置(12)和热电偶(10)分别用于加热和测温；气基竖炉(15)底部还设有排渣装置(14)用于排渣。5.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿脱磷提铁的设备，其特征在于：所述电炉(20)上部设有电极(18)和加料口(19)分别用于加热和加料，下部开设有出铁口(22)并设有出料阀(21)用于出料，底部设置有底吹装置(23)。6.一种高磷铁矿脱磷提铁的方法，其特征在于，采用权利要求1至5所述的设备，具体包括以下步骤：s1:根据高磷铁矿石的磷含量和脱磷目标，在高磷铁矿粉中配加石灰，混合造球，使得球团碱度为1～2，其中碱度r＝cao/sio2，二者以质量百分数计，将球团置于原料室；s2:将竖炉炉内温度加热到850℃～1000℃，并通入保护气排出空气；s3:将球团由传送带送入竖炉落在支撑网上，保护气切换为还原气，对原料球团进行还原；s4：还原完成后，将还原气切换为保护气，打开竖炉的出口阀门、调整支撑网角度，使物料进入传料管中后关闭出口阀门，恢复支撑网角度到水平；打开排渣装置，抽走底部粉渣后关闭，准备下一炉原料球团的还原；s5：打开电炉的进口阀门，使传料管内的金属化球团进入电炉，然后立即关闭进口阀门；加热使电炉内金属化球团熔化升温至1400℃～1600℃，打开加料口加入石灰、碳粉和萤石，通入底吹气对熔池进行强搅拌，搅拌强度为0.10～0.30nm3/(t.min)，电炉高温熔炼时间为15～60min，接着进行取样，磷含量合格后，低磷铁水由出铁口倒出，浇铸成低磷铁块，脱磷炉渣留在电炉内，出铁结束后倒出。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤s3中，还原时间为30～240min，球团金属化率为80～95％。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述保护气为氮气和/或氩气，还原气为氢
气和一氧化碳的混合气体，其中氢气的体积比例为60％～80％。

技术总结
本发明公开了一种高磷铁矿脱磷提铁的设备及方法，涉及铁矿石加工炼铁技术领域，为解决竖炉和电炉脱磷提铁的工艺有待改进的问题；本发明包括气基竖炉和电炉，气基竖炉中部设置有支撑网用于承载物料，其一侧与气基竖炉可定位转动连接，支撑网具有两种工作状态，第一种为水平，第二种为倾斜，且倾斜时其远离转动连接处的一侧位于气基竖炉的出料口处；气基竖炉的出料口与电炉的进料口之间设置有联通彼此的传料管，且其两端分别设有出口阀门和进口阀门，传料管倾斜设置，其接近气基竖炉的一端所在高度高于另一端，且低于支撑网与气基竖炉的连接处；本发明能完成脱磷提铁全流程连续生产，热效率和生产效率高，能大大节约能源和时间。间。间。


技术研发人员：吴德印 舒宏富 赵傲南 占珑玲
受保护的技术使用者：马鞍山钢铁股份有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/16