本發明涉及礦石冶煉技術研究領域，尤其涉及一種微波隧道窯還原裝置及采用該裝置還原鐵精礦的方法。

背景技術：

現有技術中，高爐煉鐵通常需要配合焦化和燒結工序，而這兩個工序會產生大量的so2和nox，造成嚴重的環境污染。直接還原煉鐵的制備一般采用碳質還原劑(煤或還原氣)直接將鐵礦石還原為金屬鐵，具有流程短、產品質量穩定的優點，與高爐煉鐵流程相比，不需焦化和燒結，環境友好，具有更顯著的優勢和更大的發展潛力。

目前，直接還原煉鐵的主流工藝是回轉窯和豎爐。回轉窯直接還原流程依靠燒嘴燃燒重油或煤氣維持窯內溫度，豎爐直接還原流程依靠入爐還原氣的顯熱和反應熱維持爐內溫度。由于這兩種流程都主要采用外加熱方式對物料加熱，因此物料升溫緩慢，能量利用效率也較低。

因此，尋求一種可靠的鐵精礦還原裝置及還原方法，使得還原過程中，升溫迅速、能量利用率高，且能實現連續化、規模化生產，在直接還原鐵、鐵合金生產、鈦鐵礦還原以及鋼鐵塵泥還原領域具有極大的應用價值。

技術實現要素：

針對以上現有技術存在的缺陷，本發明的主要目的在于克服現有技術的不足之處，公開了一種微波隧道窯還原裝置，其包括依次順序設置的微波單元、冷卻單元、磨礦單元和磁選單元，所述微波單元安置在軌道上；其中，

所述微波單元包括可以在所述軌道上移動的料車、設置在料車上方的微波發生器、帶動所述微波發生器和所述料車移動的移動機構；

所述料車包括支撐底板和車廂，所述支撐底板上設置有出料口，所述出料口上蓋裝有活動底板；

所述微波單元為一個或連續排布的兩個及以上。

進一步地，所述冷卻單元包括設置在所述軌道下方的惰氣儲罐；

所述惰氣儲罐包括上部具有開口的罐體、設置在開口上的活動蓋板、位于所述開口正下方的物料出口、設置在物料出口處的排料閘板、氣體入口、惰氣入口、設置在罐體上部的氣體出口、緩沖板和用于承接緩沖板上滑下的物料的第一加固耐磨板；

所述氣體入口和惰氣入口設置在所述罐體的側壁上，且所述氣體入口和惰氣入口均設置為出氣管的管口朝下，所述緩沖板傾斜的安置在所述開口的正下方，所述第一加固耐磨板一端的水平高度高于另一端的水平高度，且水平高度較高的一端連接至惰氣儲罐的內壁上；

所述開口的尺寸大于所述出料口的尺寸。

進一步地，所述惰氣儲罐還包括用于承接由第一加固耐磨板滑下物料的第二加固耐磨板，所述第二加固耐磨板貼合地設置在罐體底部的傾斜內壁上。

進一步地，所述微波單元還包括外罩、測控裝置和為所述測控裝置提供電能的電源，所述外罩罩設在所述料車的正上方，所述微波發生器安置在所述外罩下表面，所述外罩上還設置有煙道；

所述測控裝置分別連接微波發生器和移動機構，所述測控裝置上還連接有安置在所述料車內的熱電偶。

進一步地，所述熱電偶的測溫端以外的部分包覆有非微波吸收材料。

本發明的實施例還提供了一種采用上述微波隧道窯還原裝置還原鐵精礦的方法，包括以下步驟：

1)將鐵精粉、碳質還原劑和脫硫劑混合均勻；

2)將步驟1)的混合物配入粘結劑進行壓球；

3)將步驟2)壓球后得到的生球烘干后得到干球，并將干球加入微波隧道窯還原裝置的料車中，采用微波發生器進行微波加熱將干球直接還原，得到金屬化球團；

4)將步驟3)得到的金屬化球團在惰氣儲罐中冷卻后磨選，得到磁選精礦。

優選地，

步驟1)中，所述鐵精粉中tfe的質量百分比為52～68％，包括釩鈦磁鐵礦精粉和普通鐵精粉兩大類，所述碳質還原劑中固定碳的質量百分比≥75％，

所述鐵精粉、碳質還原劑和脫硫劑混料時的質量比為100:25-35：8-12，

所述鐵精粉、碳質還原劑和脫硫劑的粒度均為-200目的質量百分比大于85％；

所述碳質還原劑為石墨粉、焦炭、石油焦、無煙煤中的一種或幾種；

所述脫硫劑為石灰石、白云石或生石灰中的一種或幾種；

所述粘結劑為聚乙烯醇溶液、淀粉溶液中的一種或兩種；

步驟2)中，所述粘結劑的加入量為所述鐵精粉、還原劑和脫硫劑混合物總質量5～10％；

配入粘結劑后用混料機混合時間為20～40min；

所述壓球的壓力為12～20mpa；

步驟3)中，所述烘干溫度為90～130℃，烘干時間為2～4h；

所述微波發生器的微波頻率為300mhz～300kmhz，微波管功率為15～30kw，所述料車內溫度控制在900～1100℃，料車的保溫反應時間為60～120min。

優選地，步驟4)為：將所述料車底部的活動底板打開，保溫還原后的金屬化球團經由所述出料口排入惰氣儲罐中進行冷卻，冷卻至室溫的金屬化球團由所述排料閘板排出后進行磨選。

優選地，所述惰氣儲罐所用的惰性氣體為n2、ar中的一種或幾種。

優選地，步驟4)中的磨選為首先磨礦至-150目的金屬化球團的質量百分比不低于85％，然后在磁場強度600～800oe下進行磁選得到磁選精礦和尾渣。

本發明取得的有益技術效果為：

(1)本發明通過微波單元進行微波加熱，實現對鐵精礦等的還原，升溫迅速、能量利用率高，通過設置兩個以上的微波單元，可以實現連續化、規模化的還原生產，簡化了生產高品質海綿鐵的工藝流程；

(2)采用本發明的微波隧道窯還原裝置及還原方法制備的磁性物中，tfe含量高，s含量低，滿足了煉鋼用海綿鐵的品質要求。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得顯而易見和容易理解，其中：

圖1為本發明一實施例的微波隧道窯還原裝置的微波單元結構示意圖；

圖2為本發明又一實施例的微波隧道窯還原裝置的惰氣儲罐結構示意圖；

圖3為本發明又一實施例的微波隧道窯還原裝置的微波單元向惰氣儲罐排料時的俯視圖；

圖4為本發明一實施例的采用微波隧道窯還原裝置還原鐵精礦的方法流程圖；

圖5為本發明又一實施例的采用微波隧道窯還原裝置的設備連接示意圖。

其中，1、軌道，2、料車，21、支撐底板，22、出料口，23、活動底板，3、微波發生器，4、移動機構，5、罐體，51、活動蓋板，52、物料出口，53、排料閘閥，54、氣體入口，55、惰氣入口，56、氣體出口，57、緩沖板，58、第一加固耐磨板，59、第二加固耐磨板，6、外罩，61、煙道，7、測控裝置，8、電源，9、熱電偶。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。

本發明一實施例提供了一種微波隧道窯還原裝置，其包括依次順序設置的微波單元、冷卻單元、磨礦單元和磁選單元；其中，如圖1所示，微波單元安置在軌道1上，且微波單元包括可以在軌道1上移動的料車2、設置在料車2上方的微波發生器3、帶動微波發生器3和料車移動的移動機構4。料車2包括支撐底板21和車廂，支撐底板21上設置有出料口22，出料口22上蓋裝有活動底板23；微波單元為一個或連續排布的兩個及以上。本實施例通過微波實現對鐵精礦的加熱還原，升溫迅速、能量利用率高，微波單元設置為連續排布的兩個及以上時，優選可以采用8-15個，微波單元可以沿著軌道1連續移動，還可以更好的滿足連續化、規模化的生產需要，同時大大的簡化鐵精礦的還原工藝。

在本發明提供的又一實施例中，在上述實施例的基礎上，該微波隧道窯還原裝置的冷卻單元包括惰氣儲罐，如圖2所示，該惰氣儲罐包括上部具有開口的罐體5、設置在開口上的活動蓋板51、位于開口正下方的物料出口52、設置在物料出口52處的排料閘板、氣體入口54、惰氣入口55、設置在罐體5上部的氣體出口56、緩沖板57和用于承接緩沖板57上滑下的物料的第一加固耐磨板58；

氣體入口54和惰氣入口55設置在罐體5的側壁上，且氣體入口54和惰氣入口55均設置為出氣管的管口朝下，緩沖板57傾斜的安置在開口的正下方，第一加固耐磨板58一端的水平高度高于另一端的水平高度，且水平高度較高的一端連接至惰氣儲罐的內壁上；為便于實現微波單元向惰氣儲罐排料，惰氣儲罐的開口的尺寸大于料車2出料口22的尺寸。

如圖3所示，使用時，將料車2的活動底板23打開，物料由料車2下端的出料口22排出，在重力作用下進入惰氣儲罐的開口后，首先落到緩沖板57上，并隨著緩沖板57的傾斜方向繼續下落，隨后落至第一加固耐磨板58，再由該第一加固耐磨板58滑下至惰氣儲罐的物料出口52，在物料的下落和冷卻過程中，位于惰氣儲罐物料出口52處的排料閘閥53處于關閉狀態，同時，氣體入口54和惰氣入口55分別有氣體進入，與正在下落的物料完成熱交換后，由位于惰氣儲罐上部的氣體出口56排出，當物料完成換熱冷卻后，打開排料閘閥53，將冷卻物料排出后，重新進料，進行下一批物料的冷卻。

作為上述實施例的優選，惰氣儲罐中還設置有第二加固耐磨板59，該第二加固耐磨板59用于承接由第一加固耐磨板58滑下物料，第二加固耐磨板59貼合地設置在罐體5底部的傾斜內壁上，避免物料落下后，對罐體5底部的損傷，有效增加惰氣儲罐的使用壽命，同時增加換熱效果。

在本發明的又一實施例中，如圖1所示，微波單元還包括外罩6、測控裝置7和為測控裝置7提供電能的電源8，外罩6罩設在料車2的正上方，微波發生器3安置在外罩6下表面，外罩6上還設置有煙道61；測控裝置7分別連接微波發生器3和移動機構4，測控裝置7上還連接有安置在料車2內的熱電偶9。通過外罩6一方面使料車2車廂處于一個相對封閉的空間，減料車廂內的熱能損失，另一方面，可以作為微波發生器3的支撐架，同時，在外罩6上開設煙道61，以便于反應過程中的煙氣等雜質的排出，通過測控裝置7測量和控制料車2的溫度，以及料車2在軌道1上的移動。需要指出的是，料車2的車廂材料優選采用石英等耐材，以滿足還原反應的高溫需要。

在上述實施例的基礎上，熱電偶9的3-5cm的測溫端以外的部分包覆有非微波吸收材料，優選包覆金屬管，以防止微波干擾；同時，惰性氣體優選采用n2、ar中的一種或兩種。

如圖5所示，本發明的又一實施例中，鐵精粉、碳質還原劑和脫硫劑先進入混料機混料，混料完成后加入粘結劑在壓球機中進行壓球，壓球完成后，對濕球進行烘干，烘干完成后的干球送入料車2中進行微波還原，在微波還原的過程中，料車2不斷的在軌道1上前進，前進距離設計為，當料車2到達惰氣儲罐的正上方時，反應正好完成，此時，打開料車2的活動底板23，將料車2內的物料卸下至惰氣儲罐進行冷卻處理，冷卻處理完成后的物料在進行磨選，最后得到終產物直接還原鐵。

本發明的上述實施例中，用于磨選的磨礦設備可以選用普通球磨機、行星球磨機和棒磨機等，鐵精粉中tfe質量百分比含量為52～68％，包括釩鈦磁鐵礦精粉和普通鐵精粉兩大類。保溫時間為60-120min。

如圖4所示，本發明實施例還提供了一種采用上述的微波隧道窯還原裝置還原鐵精礦的方法，包括以下步驟：

1)將鐵精粉、碳質還原劑和脫硫劑混合均勻；

2)將步驟1)的混合物配入粘結劑進行壓球；

3)將步驟2)壓球后得到的生球烘干后得到干球，并將干球加入微波隧道窯還原裝置的料車2中，采用微波發生器3進行微波加熱將干球直接還原，得到金屬化球團；

4)將步驟3)得到的金屬化球團在惰氣儲罐中冷卻后磨選，得到磁選精礦。

作為上述實施例的優選，鐵精粉中tfe的質量百分比為52～68％，碳質還原劑中固定碳的質量百分比≥75％，鐵精粉、碳質還原劑和脫硫劑混料時的質量比為100:25-35：8-12，粘結劑的加入量為鐵精粉、還原劑和脫硫劑混合物總質量5～10％。

鐵精粉、碳質還原劑和脫硫劑的粒度均為-200目的質量百分比大于85％。

碳質還原劑為石墨粉、焦炭、石油焦、無煙煤中的一種或幾種；

脫硫劑為石灰石、白云石或生石灰中的一種或幾種；

粘結劑為聚乙烯醇溶液、淀粉溶液中的一種或兩種。

步驟1)中的三種初始物料混勻的混合時間為15～30min；

步驟2)中配入粘結劑后用混料機混合時間為20～40min，壓球的壓力為12～20mpa；

步驟3)中烘干溫度為90～130℃，烘干時間為2～4h。

步驟3)中微波發生器3的微波頻率為300mhz～300kmhz，微波管功率為15～30kw，料車2內溫度控制在900～1100℃，料車2的保溫反應時間為60～120min。

步驟4)的具體過程為：將料車2底部的活動底板23打開，保溫還原后的金屬化球團經由出料口22排入惰氣儲罐中進行冷卻，冷卻至室溫的金屬化球團由排料閘板排出后進行磨選。

惰氣儲罐所用的惰性氣體為n2、ar或其它惰性氣體中的一種或幾種。

步驟4)中的磨選為首先磨礦至-150目的質量百分比不低于85％，然后在磁場強度600～800oe下進行磁選得到磁選精礦和尾渣。

采用本發明的微波隧道窯還原裝置還原鐵精礦后，得到的磁礦精選中tfe不低于92％。如果所用的含鐵原料是普通鐵精粉，磁選得到的尾渣，其尾渣的主要成分為二氧化硅和氧化鋁、氧化鈣，可以用做水泥生產的原料。

實施例1

將tfe68％的鐵精粉與固定碳不低于75％的無煙煤，以及生石灰按照質量比100:25:8的比例配料。鐵精粉、無煙煤和生石灰的粒度均為-200目85％。

混合物用混料機混合15min。加入5％的聚乙烯醇溶液，混料機混合20min，然后在12mpa的壓力下壓球。生球在90℃下烘干2h。

干球裝入料車中進行微波碳熱還原，還原溫度900℃，還原時間60min。

還原結束后，打開料車的活動底板，將產出的金屬化球團排入料車下方的n2儲罐中冷卻至室溫，金屬化球團由活動蓋板進入罐體后落在緩沖板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料閘板經冷卻后排出惰性氣體儲罐得到冷球團。冷球團用球磨機破碎至-150目85％后，在600oe的磁場強度下磁選。經過分析，所得磁性物的tfe93％，s0.012％，滿足煉鋼用海綿鐵的品質要求。

實施例2

將tfe68％的鐵精粉與固定碳不低于75％的無煙煤，以及生石灰按照質量比100:35:12的比例配料。鐵精粉、無煙煤和生石灰的粒度均為-200目100％。

混合物用混料機混合30min。加入10％的聚乙烯醇溶液，混料機混合40min，然后在20mpa的壓力下壓球。生球在130℃下烘干4h。

干球裝入圖1的軌道料車中進行微波碳熱還原，還原溫度1100℃，還原時間120min。

還原結束后，打開料車的活動底板，將產出的金屬化球團排入料車下方的n2儲罐中冷卻至室溫，金屬化球團由活動蓋板進入罐體后落在緩沖板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料閘板經冷卻后排出n2儲罐得到冷球團。冷球團用球磨機破碎至-150目100％后，在800oe的磁場強度下磁選。經過分析，所得磁性物的tfe94％，s0.011％，滿足煉鋼用海綿鐵的品質要求。

實施例3

將tfe68％的鐵精粉與固定碳不低于75％的無煙煤，以及生石灰按照質量比100:30:10的比例配料。鐵精粉、無煙煤和生石灰的粒度均為-200目90％。

混合物用混料機混合20min。加入6％的聚乙烯醇溶液，混料機混合30min，然后在15mpa的壓力下壓球。生球在110℃下烘干3h。

干球裝入圖1的軌道料車中進行微波碳熱還原，還原溫度1000℃，還原時間90min。

還原結束后，打開料車的活動底板，將產出的金屬化球團排入料車下方的n2儲罐中冷卻至室溫，金屬化球團由活動蓋板進入罐體后落在緩沖板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料閘板經冷卻后排出ar儲罐得到冷球團。冷球團用球磨機破碎至-150目90％后，在700oe的磁場強度下磁選。經過分析，所得磁性物的tfe92％，s0.013％，滿足煉鋼用海綿鐵的品質要求。

實施例4

將tfe52％的鐵精粉與固定碳不低于75％的無煙煤，以及生石灰按照質量比100:30:10的比例配料。鐵精粉、無煙煤和生石灰的粒度均為-200目90％。

混合物用混料機混合20min。加入6％的聚乙烯醇溶液，混料機混合30min，然后在15mpa的壓力下壓球。生球在110℃下烘干3h。

干球裝入圖1的軌道料車中進行微波碳熱還原，還原溫度1000℃，還原時間90min。

還原結束后，打開料車的活動底板，將產出的金屬化球團排入料車下方的n2儲罐中冷卻至室溫，金屬化球團由活動蓋板進入罐體后落在緩沖板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料閘板經冷卻后排出n2儲罐得到冷球團。冷球團用球磨機破碎至-150目90％后，在700oe的磁場強度下磁選。經過分析，所得磁性物的tfe92％，s0.013％，滿足煉鋼用海綿鐵的品質要求。

實施例5

將tfe55％的釩鈦磁鐵礦精粉與固定碳不低于75％的無煙煤，以及生石灰按照質量比100:32:11的比例配料。鐵精粉、無煙煤和生石灰的粒度均為-200目95％。

混合物用混料機混合20min。加入6％的聚乙烯醇溶液，混料機混合30min，然后在15mpa的壓力下壓球。生球在110℃下烘干3h。

干球裝入圖1的軌道料車中進行微波碳熱還原，還原溫度1050℃，還原時間120min。

還原結束后，打開料車的活動底板，將產出的金屬化球團排入料車下方的n2儲罐中冷卻至室溫，金屬化球團由活動蓋板進入罐體后落在緩沖板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料閘板經冷卻后排出ar儲罐得到冷球團。冷球團用球磨機破碎至-150目90％后，在600oe的磁場強度下磁選。經過分析，所得磁性物的tfe93％，s0.011％，滿足煉鋼用海綿鐵的品質要求。

實施例6

將tfe52％的釩鈦磁鐵礦精粉與固定碳不低于75％的無煙煤，以及生石灰按照質量比100:35:10的比例配料。鐵精粉、無煙煤和生石灰的粒度均為-200目100％。

混合物用混料機混合20min。加入6％的聚乙烯醇溶液，混料機混合30min，然后在15mpa的壓力下壓球。生球在110℃下烘干3h。

干球裝入圖1的軌道料車中進行微波碳熱還原，還原溫度1100℃，還原時間90min。

還原結束后，打開料車的活動底板，將產出的金屬化球團排入料車下方的n2儲罐中冷卻至室溫，金屬化球團由活動蓋板進入罐體后落在緩沖板上，之后先后滑落至第一加固耐磨板和第二加固耐磨板，最后滑落至排料閘板經冷卻后排出ar儲罐得到冷球團。冷球團用球磨機破碎至-150目90％后，在800oe的磁場強度下磁選。經過分析，所得磁性物的tfe92％，s0.012％，滿足煉鋼用海綿鐵的品質要求。

從上述實施例1-6可以看出，本發明采用微波隧道窯還原，能夠獲得滿足煉鋼要求的直接還原鐵。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。