專利名稱：銅渣熔融還原制鐵水的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種銅渣熔融還原制鐵水的裝置，屬于資源回收利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)的鋼鐵工業(yè)在世界上的鋼鐵產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位，十多年來(lái)其鋼鐵生產(chǎn)總量在全球各國(guó)的鋼鐵產(chǎn)業(yè)中一直占據(jù)首位。但是，我國(guó)的鐵礦石資源狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鋼鐵產(chǎn)業(yè)的需求，資源分布具有以下特點(diǎn)一是貧礦多，貧礦出儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的80%;二是多元素共生的復(fù)合礦石較多；三是我國(guó)鐵礦石資源缺乏，品位低，且全國(guó)鋼企產(chǎn)能巨大，需求量逐年上升，進(jìn)口依存度日趨增大，但我國(guó)對(duì)進(jìn)口鐵礦石卻沒(méi)有定價(jià)權(quán)，國(guó)際鐵礦石的 價(jià)格自2004年以來(lái)，價(jià)格飛漲，價(jià)格的飛速上漲直接導(dǎo)致煉鐵成本的劇增，削弱了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的利潤(rùn)空間，從而嚴(yán)重影響了中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，尋找一種鐵礦石的替代資源作為煉鐵原料不失為解決中國(guó)鐵礦石資源長(zhǎng)期短缺的一個(gè)有效的解決方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)一噸銅產(chǎn)生2. 2噸的銅渣，中國(guó)2007年的銅產(chǎn)量為350萬(wàn)噸，相應(yīng)的產(chǎn)出銅渣的量770萬(wàn)噸，2008年中國(guó)的銅產(chǎn)量約為371萬(wàn)噸，經(jīng)計(jì)算產(chǎn)出銅渣的量為816萬(wàn)噸。在當(dāng)前資源綜合利用的形勢(shì)下，目前我國(guó)對(duì)銅渣資源綜合利用的方式主要為利用其強(qiáng)度大、硅酸鹽含量高等特點(diǎn)生產(chǎn)水泥等建筑材料，但是大部分銅渣則大量堆積成為廢渣。銅渣的大量堆積，一方面會(huì)占用大量的土地，造成土地資源的浪費(fèi)，另外一方面也會(huì)帶來(lái)環(huán)境的污染、礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)等問(wèn)題。銅渣中約含有40%的鐵，在這數(shù)量巨大的銅渣中含有具有相當(dāng)回收價(jià)值的鐵。以2008年為例，我國(guó)銅渣的產(chǎn)量約為816萬(wàn)噸，附帶銅渣中的鐵含量約為326萬(wàn)噸，以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)煉鋼生鐵的價(jià)格2600元/噸來(lái)計(jì)算，回收其中80%的鐵，每年所創(chuàng)造的價(jià)值約為67. 8億，推廣到全球的煉銅工業(yè)，所回收的價(jià)值更為驚人。鐵在銅冶金渣中主要以2Fe0 *Si02 (鐵橄欖石)和Fe3O4 (磁鐵礦)的形式存在，目前對(duì)從銅渣中回收富集鐵的研究主要集中在三個(gè)方面。東北大學(xué)的張林楠、隋智通等對(duì)利用高溫熔融氧化-常溫破碎磁選工藝進(jìn)行渣中鐵資源的回收進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。通過(guò)向熔融銅渣中吹入氧化性氣體，可使渣中磁鐵礦富集率從22%提高到85%以上，且冷卻過(guò)程中控制一定的降溫速率(5K/min),可使冷卻后磁鐵礦平均粒度達(dá)80-95 μ m,有利于后續(xù)的磁鐵礦磁選工藝的進(jìn)行。但銅渣熔融氧化反應(yīng)后期，由于渣中FeO組分不斷減少，Si-O絡(luò)離子團(tuán)不斷聚合長(zhǎng)大，同時(shí)熔池中Fe3O4晶體不斷聚集長(zhǎng)大，熔渣粘度及熔點(diǎn)不斷增大，阻礙了反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行和磁鐵礦相聚集長(zhǎng)大，最終導(dǎo)致鐵得率較低。另工藝處理所得富磁鐵礦相經(jīng)磁選富集后，再作為煉鐵原料進(jìn)行還原，流程較為復(fù)雜，且過(guò)程中經(jīng)歷了兩次加熱和一次冷卻過(guò)程，能量浪費(fèi)嚴(yán)重。階段磨礦階段選別工藝主要是為實(shí)現(xiàn)渣中鐵和銅的綜合回收。利用此工藝可實(shí)現(xiàn)對(duì)渣中銅的有效回收，但鐵資源回收率較低，其主要原因是渣含鐵物相中磁性氧化鐵含量較少僅20%-30%，主要含鐵物相鐵硅酸鹽在磁選過(guò)程中進(jìn)入尾礦。直接熔融還原法是指熔融狀態(tài)下，銅渣中含鐵組分受外加還原劑作用而還原析出的過(guò)程。李磊、王華等對(duì)銅渣直接熔融還原法進(jìn)行渣中鐵資源的回收進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)熔融狀態(tài)下渣中鐵的回收率較高達(dá)90%左右，但工藝中爐型的選擇與設(shè)計(jì)成為本方法能否工業(yè)化關(guān)鍵因素。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為銅渣熔融還原煉鐵工藝，提供一種具備工業(yè)化應(yīng)用前景的銅渣熔融還原制鐵水的裝置。本實(shí)用新型銅渣熔融還原制鐵水的裝置，包括進(jìn)預(yù)還原料裝置I、熔融還原爐2、電弧3、出渣口 4、出鐵水口 5和噴槍6，預(yù)還原進(jìn)料裝置I設(shè)置于熔融還原爐2上，電弧3設(shè)置在熔融還原爐2內(nèi)，高溫電弧提供銅渣熔融所需熱量，溫度為1700-1800°C ;噴槍6、出渣口 4和出鐵水口 5設(shè)置在熔融還原爐2上，其中出渣口位置稍高于出鐵水口。本實(shí)用新型中所述預(yù)還原進(jìn)料裝置I為可移動(dòng)的圓臺(tái)形裝置，其內(nèi)部帶有電阻絲，進(jìn)料裝置相對(duì)于水平面的移動(dòng)角度為0-15°，進(jìn)料過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)銅渣的預(yù)熱和預(yù)還原， 較大程度的減輕了熔融還原爐的冶煉負(fù)擔(dān)，有利于其使用壽命的延長(zhǎng)。本實(shí)用新型中所述熔融還原爐2為圓柱形，其爐墻由外向里依次包括爐壁7、水冷爐腔8、間隔層9和耐火材料層10，爐壁7和間隔層9為SA213T12鋼材。本實(shí)用新型中所述噴槍6位于熔融還原爐距底部3/4的位置。本實(shí)用新型中所述噴槍6有四根，并分布于爐體四側(cè)，其中兩噴槍向熔池吹入氮?dú)猓瑢?duì)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行攪拌，改善熔融還原反應(yīng)進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)條件，另兩根噴槍向熔池吹入CO、天然氣等還原性氣體輔助固體還原劑對(duì)銅渣進(jìn)行還原，噴槍結(jié)構(gòu)及材料類似于艾薩爐所用噴槍。預(yù)還原銅渣破碎至一定粒度后，將其與還原劑煤混合均勻，作為處理物料，進(jìn)料前，開(kāi)啟可移動(dòng)式預(yù)還原進(jìn)料裝置1，對(duì)進(jìn)料平臺(tái)進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到1000-1050°c時(shí)，由螺旋進(jìn)料器開(kāi)始進(jìn)料，控制進(jìn)料速度在較低范圍內(nèi)，使其在熔融還原反應(yīng)之前能夠充分受熱；同時(shí)小角度范圍內(nèi)緩慢移動(dòng)可移動(dòng)式預(yù)還原進(jìn)料裝置1，使物料均勻鋪在進(jìn)料裝置表面，一段時(shí)間后，待銅渣充分預(yù)還原后，緩慢增大可移動(dòng)式預(yù)還原進(jìn)料裝置I傾斜角度，將物料緩慢傾倒在熔融還原爐體中，開(kāi)啟高溫電弧3，銅渣開(kāi)始熔融；待銅渣充分熔融后，將四根噴槍6分別同時(shí)插入熔渣中，其中相對(duì)兩根噴槍向熔池鼓入CO、天然氣等還原性氣體以提高渣中鐵的還原效率，另兩根噴槍向熔池鼓入氮?dú)庥脕?lái)改善熔池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件，一段時(shí)間后，待渣中鐵的還原基本完成，將四根噴槍拔出熔池；熔池靜置一段時(shí)間，待渣相和鐵水相完全分離，高溫鐵水和爐渣分別由出鐵水口 5和出渣口 4排出。本裝置的有益效果(1)采用可移動(dòng)式預(yù)還原進(jìn)料裝置對(duì)銅渣進(jìn)行預(yù)熱還原，減輕了后續(xù)熔融還原工藝的還原強(qiáng)度，縮短了熔融還原反應(yīng)時(shí)間，有利于熔融還原爐耐火材料的壽命的延長(zhǎng)；(2)熔融還原爐側(cè)面配有的四根噴槍，一方面提升還原效率，另一方面改善了還原反應(yīng)進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)的條件，有利于相等時(shí)間內(nèi)銅渣鐵回收率的提高；(3)本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

圖I是本實(shí)用新型銅渣熔融還原制鐵水的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0017]圖中1是進(jìn)料裝置，2是熔融還原爐，3是電弧，4是出渣口，5是出鐵水口，6是噴槍，7是爐壁，8是水冷爐腔，9是間隔層，10是耐火材料層。
具體實(shí)施方式
本銅渣熔融還原制鐵水的裝置，包括進(jìn)料裝置I、熔融還原爐2、電弧3、出渣口 4、出鐵水口 5和噴槍6，進(jìn)料裝置I設(shè)置于熔融還原爐2上，電弧3設(shè)置在熔融還原爐2內(nèi)，高溫電弧提供銅渣熔融所需熱量，溫度為1700°C ;4根噴槍6分布于爐體四側(cè)，出渣口 4和出鐵水口 5設(shè)置在熔融還原爐2上，出鐵水口和出渣口分別位于爐體底部，其中出渣口位置稍高于出鐵水口 ；進(jìn)料裝置I為可移動(dòng)的圓臺(tái)形裝置，其內(nèi)部帶有電阻絲，進(jìn)料裝置相對(duì)于水平面的移動(dòng)角度為0-15°，進(jìn)料過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)銅渣的預(yù)熱和預(yù)還原，較大程度的減輕了熔融還原爐的冶煉負(fù)擔(dān)，有利于其使用壽命的延長(zhǎng)；熔融還原爐2為圓柱形，其爐墻由外向里依次包括爐壁7、水冷爐腔8、間隔層9和耐火材料層10，爐壁7和間隔層9為SA213T12鋼材；噴槍6位于熔融還原爐距底部3/4的位置。 銅渣熔融還原制鐵水的裝置使用時(shí)，具體的實(shí)施步驟如下( I)銅渣磨碎至一定粒度與還原劑煤混合均勻，作為處理物料；(2)開(kāi)啟可移動(dòng)式預(yù)還原進(jìn)料裝置1，對(duì)進(jìn)料平臺(tái)進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到1050°C時(shí)，由螺旋進(jìn)料器開(kāi)始進(jìn)料，控制進(jìn)料速度在較低范圍內(nèi)，同時(shí)小角度范圍內(nèi)慢移動(dòng)可移動(dòng)式預(yù)還原進(jìn)料裝置I，使物料均勻鋪在進(jìn)料裝置表面；(3)待銅渣充分預(yù)還原后，緩慢增大可移動(dòng)式預(yù)還原進(jìn)料裝置傾斜角度，物料緩慢傾倒在熔融還原爐體中，開(kāi)啟高溫電弧3，銅渣開(kāi)始熔融，銅渣充分熔融后，將四根噴槍插入熔渣中，其中相對(duì)兩根噴槍向熔池鼓入CO、天然氣等還原性氣體，另兩根噴槍6向熔池鼓入氮?dú)狻?4)渣中鐵的還原基本完成后，將四根噴槍拔出熔池，熔池靜置一段時(shí)間，渣相和鐵水相完全分離后，高溫鐵水和爐渣分別由出鐵水口 5和出渣口 4排出。
權(quán)利要求1.一種銅渣熔融還原制鐵水的裝置，其特征在于其包括預(yù)還原進(jìn)料裝置(I)、熔融還原爐(2)、電弧(3)、出渣口(4)、出鐵水口(5)和噴槍(6)，預(yù)還原進(jìn)料裝置(I)設(shè)置于熔融還原爐(2)上，電弧(3)設(shè)置在熔融還原爐(2)內(nèi)，噴槍(6)、出渣口(4)和出鐵水口(5)設(shè)置在熔融還原爐上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銅渣熔融還原制鐵水的裝置，其特征在于預(yù)還原進(jìn)料裝置(I)為可移動(dòng)的圓臺(tái)形裝置，其內(nèi)部帶有電阻絲，進(jìn)料裝置相對(duì)于水平面的移動(dòng)角度為0-15。。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銅渣熔融還原制鐵水的裝置，其特征在于熔融還原爐(2)為圓柱形，其爐墻由外向里依次包括爐壁(7)、水冷爐腔(8)、間隔層(9)和耐火材料層(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銅渣熔融還原制鐵水的裝置，其特征在于噴槍(6)位于熔融還原爐距底部3/4的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅渣熔融還原制鐵水的裝置，其特征在于噴槍(6)有4只。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種銅渣熔融還原制鐵水的裝置，其包括進(jìn)料裝置、熔融還原爐、電弧、出渣口、出鐵水口和噴槍，進(jìn)料裝置設(shè)置于熔融還原爐上，電弧設(shè)置在熔融還原爐內(nèi)，噴槍、出渣口和出鐵水口設(shè)置在熔融還原爐上，進(jìn)料裝置為可移動(dòng)的圓臺(tái)形裝置，其內(nèi)部帶有電阻絲，進(jìn)料裝置相對(duì)于水平面的移動(dòng)角度為0-15°，熔融還原爐為圓柱形，其爐墻由外向里依次包括爐壁、水冷爐腔、間隔層和耐火材料層；本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，縮短了反應(yīng)時(shí)間，延長(zhǎng)了裝置使用壽命，提高了回收率，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C21B11/10GK202730168SQ20122038326
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月4日
發(fā)明者王 華, 史宜鋒 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)