本發(fā)明屬于礦物加工、冶金技術(shù)領(lǐng)域，是一種利用高溫電阻爐模擬無罐隧道窯還原含鐵物料的試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

含鐵物料的還原焙燒根據(jù)鐵氧化物還原度分為淺度還原和深度還原，淺度還原又稱之為為磁化焙燒，是將不帶有磁性的鐵氧化物還原成帶有磁性的四氧化三鐵；而深度還原又被稱之為直接還原，是將鐵的氧化物直接還原成金屬鐵。在我國用于還原鐵的設(shè)備很多，如隧道窯、轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯等，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但一種含鐵物料直接用于該類設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)實(shí)不可行，需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)試驗(yàn)探索，這就需要簡便被用于模擬該類設(shè)備的裝置，通過對(duì)隧道窯設(shè)備的研究改進(jìn)，可用于含鐵物料的還原，特別是粉料的等還原更具有優(yōu)勢(shì)，試驗(yàn)方法中以隧道窯為模型進(jìn)行試驗(yàn)裝置選擇及模擬，以隧道窯還原含鐵物料所具有的傳熱，料層的氣氛及所處的環(huán)境等特點(diǎn)，選擇一個(gè)合適的模擬裝置及試驗(yàn)方法，對(duì)于隧道窯還原含鐵物料工藝參數(shù)的調(diào)整及流程方法改進(jìn)，使得產(chǎn)品取的更優(yōu)指標(biāo)，具有直接指導(dǎo)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用高溫電阻爐模擬無罐隧道窯還原含鐵物料的試驗(yàn)方法，以蘭炭或煤為鋪、圍料，殘?zhí)繛樯w面料a，防氧化料為蓋面料b，以煤粉或調(diào)制煤為還原劑，以專用模具窯車及輔助模子(模具)為載體，以高溫電阻爐進(jìn)行模擬體，對(duì)窯車內(nèi)含鐵物料進(jìn)行鋪、圍、蓋的方式處理后直接入窯還原焙燒，探索優(yōu)化其工藝參數(shù)及指標(biāo)性能，利用高溫電阻爐完成模擬無罐隧道窯還原含鐵物料的試驗(yàn)，改進(jìn)無罐隧道窯還原含鐵物料現(xiàn)存在的一些問題。

一種利用高溫電阻爐模擬無罐隧道窯還原含鐵物料的試驗(yàn)方法，具體包括以下步驟:

以高溫電阻爐爐膛為形，準(zhǔn)備與抽屜形狀一致的耐高溫的模具窯車“φ110×125×200mm”，及輔助模具，輔助模具為與耐高溫的模具窯車內(nèi)部適配的一方形框，要求尺寸略小于模具窯車、無底面，其與模具窯車之間存在一定空隙；

步驟一：物料準(zhǔn)備：鋪、圍材料，使用蘭炭或煤，蓋材料分為兩類，一為蓋面料a殘?zhí)?，二為蓋面料b防氧化料，含鐵物料為鐵礦粉或粒、球團(tuán)礦，還原劑煤?；蛎悍?，及模具窯車及輔助工具的準(zhǔn)備；

步驟二：物料布裝：首先將輔助模具置于模具窯車內(nèi)，把鋪底料蘭炭或煤鋪設(shè)于底部，其次將圍粉料蘭炭或煤填充在輔助模具與模具窯車之間的空隙處，再將含鐵物料及還原劑按要求分層布料，最后將蓋面料a、蓋面料b依次覆蓋于焙燒物料最上層，完成布料；如含鐵物料進(jìn)行淺度還原時(shí)無須覆蓋蓋面料b；

步驟三：入爐焙燒：高溫電阻爐通電升溫，根據(jù)模擬探索試驗(yàn)要求設(shè)定溫度，達(dá)到設(shè)定焙燒溫度后并穩(wěn)定，將裝滿焙燒物料的模具窯車推入電阻爐爐膛，進(jìn)行焙燒物料的還原；

步驟四：取料、冷卻：達(dá)到預(yù)定的焙燒時(shí)間后，關(guān)閉高溫電阻爐電源，夾取出料車，觀察形貌變化，并置于自然環(huán)境下冷卻；

步驟五：將冷卻后的所有物料稱為還原物料，對(duì)還原物料進(jìn)行分類為：還原含鐵料、殘?zhí)俊堅(jiān)?；若還原焙燒為深度還原焙燒，取料時(shí)注意觀察蓋面料b的變化，考察是否起到隔氧防氧化作用，焙燒球團(tuán)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試并檢測(cè)含金屬鐵量，進(jìn)一步考察試驗(yàn)指標(biāo)，焙燒中貧礦進(jìn)行磁選，富礦根據(jù)抗壓強(qiáng)度決定是否進(jìn)行磁選，抗壓強(qiáng)度符合后續(xù)用料的直接供料，不符合的進(jìn)行磁選，殘?zhí)坑靡韵乱徊降膰哿匣蛏w面炭，殘?jiān)苯优懦觯⒆龊酶黜?xiàng)記錄；若還原焙燒為淺度還原焙燒，觀察料面變化，分層取料，并進(jìn)行磁選試驗(yàn)，考察各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)，做好試驗(yàn)記錄。

所述的布料中的鋪底料與圍粉料采用的原料一致，兩者同時(shí)為蘭炭，或兩者同時(shí)為煤。

上述步驟三中含鐵物料進(jìn)行深度還原時(shí)，還原劑總配比以總碳、氧質(zhì)量比為1.2進(jìn)行計(jì)算配加；含鐵物料進(jìn)行淺度還原時(shí)，還原劑配比根據(jù)含鐵物料中鐵的存在形式及含量而定。

優(yōu)選的，淺度還原時(shí)，含鐵物料為：將原礦篩分為10-15mm、5-10mm、0-5mm三個(gè)粒級(jí)，而0-5mm粉礦在試驗(yàn)中磨細(xì)制成3-5mm的粒礦，3-5mm粒礦的還原劑量以3-5mm粒礦量的質(zhì)量百分比2.0%計(jì)；5-10mm粒礦的還原劑以5-10mm粒礦量質(zhì)量百分比的1.0%計(jì)；布料時(shí)：鋪、圍料后，將3-5mm的粒礦布料于模具窯車內(nèi)部下層，相應(yīng)還原劑布于其上，5-10mm的粉礦布料于內(nèi)部中層，相應(yīng)還原劑布于其上，10-15mm的粉礦布料于5-10mm的粉礦還原劑的上層，最后將蓋面料覆蓋于料層上面。

本試驗(yàn)方法主要化學(xué)反應(yīng)式為：

淺度還原：

3fe2o3+c=2fe3o4+co-110.1kj/mol（1）

6fe2o3+c=4fe304+co2-46.0kj/mol（2）

3feco3=fe3o4+co+2co2-68.4kj/mol（3）

3fe2o3+co=2fe3o4+co2+37.1kj/mol（4）

co2+c=2co-165.8kj/mol（碳?xì)饣磻?yīng)）（5）

3fe2o3+h2→2fe3o4+h2o（6）

深度還原：在淺度還原的基礎(chǔ)上，將鐵的氧化物還原為金屬鐵。

fexoy+yc→xfe+yco（7）

深度還原存在二次氧化問題：

xfe+(y/2)o2→fexoy（8）

或

xfe+co2→fexo+co（9）

或

xfe+h2o→fexo+h2（10）

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用的高溫電阻爐所具有的條件及其爐膛呈現(xiàn)的環(huán)境更接近于隧道窯還原焙燒的真實(shí)環(huán)境，并且還原焙燒過程溫度易控制，可以通過高溫電阻爐+自制模擬窯車用以工藝參數(shù)因素：還原溫度、還原時(shí)間、還原劑量、合適粒級(jí)范圍、及生產(chǎn)過程窯車等設(shè)施高溫下保護(hù)特性、生產(chǎn)效率等進(jìn)行試驗(yàn)探索，用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)工藝參數(shù)調(diào)整及存在問題的改進(jìn)，其更具有實(shí)際意義。本試驗(yàn)方法試驗(yàn)周期短，效率高，設(shè)備操作簡便，數(shù)據(jù)可信度高。

本發(fā)明布料中的鋪底料與圍粉料采用的原料一致，兩者同時(shí)為蘭炭，或兩者同時(shí)為煤。便于物料循環(huán)進(jìn)行二次使用，節(jié)約物料，降低了成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述試驗(yàn)方法的流程圖；

圖2是模具窯車布料后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是深度還原模具窯車布料后結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；

圖中：1、蓋面料b-防氧化料，2、蓋面料a-殘?zhí)浚?、含鐵物料及還原劑，4、圍粉料-廣匯煤，5、鋪底料-廣匯煤；

圖4是淺度還原模具窯車布料后結(jié)構(gòu)橫截面示意圖。

圖中：1、蓋面料a-殘?zhí)浚?、原礦粉料，3、還原劑-廣匯煤，4、鋪底料-廣匯煤。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及有益效果做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1

一種利用高溫電阻爐模擬無罐隧道窯還原含鐵物料的試驗(yàn)方法，以無罐隧道窯深度還原含鐵物料經(jīng)過冷卻段存在二次氧化問題開展的模擬試驗(yàn)包括以下步驟：

步驟一：物料準(zhǔn)備：鋪、圍料200g，使用廣匯煤，蓋材料分為兩類，一為蓋面料a-殘?zhí)?50g，二為蓋面料b-防氧化料300g，鋪圍料對(duì)還原效果影響較大，本次試驗(yàn)以酒鋼自產(chǎn)綜精礦與還原劑廣匯煤按質(zhì)量比100︰20的比例，混合均勻造粒制作成20-30mm含碳球團(tuán)1200g，并干燥，專用模具窯車及輔助工具；

步驟二：物料布置：首先將輔助模具置于模具窯車內(nèi)，把鋪底料廣匯煤鋪設(shè)于底部，其次將圍粉料廣匯煤填充在輔助模具與模具窯車的空隙處，再將步驟一制造的含碳球團(tuán)分層布置于內(nèi)部，最后將蓋面料a-殘?zhí)俊⑸w面料b-防氧化料分別依次覆蓋于含碳球團(tuán)最上面，待用；

步驟三：入爐焙燒：高溫電阻爐通電升溫，根據(jù)模擬探索試驗(yàn)要求設(shè)定溫度1100℃，達(dá)到設(shè)定焙燒溫度后并穩(wěn)定，將裝滿焙燒物料的模具窯車推入電阻爐爐膛，進(jìn)行焙燒物料的還原，焙燒時(shí)間90min；

步驟四：取料、冷卻：達(dá)到預(yù)定的焙燒時(shí)間后，關(guān)閉高溫電阻爐電源，夾取出料車，觀察形貌變化，并置于自然環(huán)境下冷卻；

步驟五：將冷卻后的所有物料稱為還原物料，對(duì)還原物料進(jìn)行分類為：還原含鐵料、殘?zhí)?、殘?jiān)?；取料時(shí)注意觀察蓋面料b的變化，考察是否起到隔氧防氧化作用，焙燒球團(tuán)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試并檢測(cè)含金屬鐵量，及考察其他各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)，并做好試驗(yàn)記錄。

對(duì)深度還原焙燒后得到的還原球團(tuán)，我們稱之為金屬化球團(tuán)，因此可進(jìn)行tfe、mfe成份和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的檢測(cè)（其中tfe表示氧化球團(tuán)中鐵的百分含量，mfe表示氧化球團(tuán)中金屬鐵的百分含量，抗壓強(qiáng)度是指金屬化球團(tuán)在外力施壓時(shí)的強(qiáng)度極限），計(jì)算金屬化率。檢測(cè)結(jié)果見表1：

表1.酒鋼自產(chǎn)精礦含碳球團(tuán)深度還原試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

實(shí)施例2

一種利用高溫電阻爐模擬無罐隧道窯還原含鐵物料的試驗(yàn)方法，以無罐隧道窯淺度還原粉礦為例開展的模擬試驗(yàn)包括以下步驟：

步驟一：物料準(zhǔn)備：鋪圍料使用廣匯煤100g，蓋材料均使用殘?zhí)?00g，原礦為酒鋼0-15mm粉礦1150g，其中先將0-15mm粉礦篩分為10-15mm379.5g、5-10mm368g、0-5mm402.5g三個(gè)粒級(jí)，而0-5mm粉礦在試驗(yàn)中磨細(xì)制成3-5mm的粒礦，3-5mm粒礦的還原劑量以3-5mm粒礦量的質(zhì)量百分比2.0%計(jì)：還原劑廣匯煤為8.1g；5-10mm粒礦的還原劑以5-10mm粒礦量質(zhì)量百分比的1.0%計(jì)：還原劑廣匯煤3.7g，專用模具窯車及輔助工具；

步驟二：物料布置：首先將輔助模具置于模具窯車內(nèi)，把鋪、圍料廣匯煤鋪圍輔助模具與模具窯車的空隙處及底部，再將步驟一3-5mm的粒礦布料于內(nèi)部下層，相應(yīng)還原劑廣匯煤為8.1g布于其上，5-10mm的粉礦布料于內(nèi)部中層，相應(yīng)還原劑廣匯煤3.7g布于其上，10-15mm的粉礦布料于內(nèi)部上層，最后將蓋面料殘?zhí)扛采w于料層上面，待用；

步驟三：入爐焙燒：高溫電阻爐通電升溫，根據(jù)模擬探索試驗(yàn)要求設(shè)定溫度800℃，達(dá)到設(shè)定焙燒溫度后并穩(wěn)定，將裝滿焙燒物料的模具窯車推入電阻爐爐膛，進(jìn)行焙燒物料的還原，時(shí)間18min；

步驟四：取料、冷卻：達(dá)到預(yù)定的焙燒時(shí)間后，關(guān)閉高溫電阻爐電源，夾取出料車，觀察形貌變化，并進(jìn)行水封冷卻；

步驟五：將冷卻后的所有物料稱為還原物料，對(duì)還原物料進(jìn)行磁干選并分類為：磁性料、非磁性料，以磁性料進(jìn)行后續(xù)的磁選試驗(yàn)，考察磨礦選別指標(biāo)，非磁性料風(fēng)重聯(lián)合分理出廢石、殘?zhí)浚瑲執(zhí)坑米鱿乱黄趯?shí)驗(yàn)；并做好相關(guān)試驗(yàn)記錄。

對(duì)淺度還原焙燒還原物料的過程，我們稱之為磁化焙燒，主要考察焙燒、磁選精礦指標(biāo)，因此可進(jìn)行tfe、feo成份的檢測(cè)（其中tfe表示焙燒礦及磁選精礦中鐵的百分含量，feo表示焙燒礦中氧化亞鐵的百分含量），檢測(cè)結(jié)果見表2：

表2.酒鋼粉礦磁化焙燒試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

在上述兩個(gè)實(shí)施例中，深度還原以因無罐隧道窯還原含鐵物料工藝在冷卻段時(shí)存在二次氧化這一問題，利用高溫反應(yīng)爐模擬無罐隧道窯深度還原含鐵物料，探索的加蓋面料b-防氧化料于蓋面料a-殘?zhí)可蠈拥姆姥趸Ч?，探索結(jié)果表明料層上方添加一層防氧化料可以起到很明顯的效果，金屬化率由43.53%提高到90.81%，并且金屬化球團(tuán)抗壓強(qiáng)度也由837n/個(gè)增強(qiáng)到2880n/個(gè)，試驗(yàn)效果在隧道窯中試試驗(yàn)中得到驗(yàn)證；而淺度還原以無罐隧道窯還原粉礦工藝為代表開展的試驗(yàn)，試驗(yàn)指標(biāo)為磁選鐵鐵品位57.68%，鐵回收率達(dá)到82.36%。本試驗(yàn)方法簡便快捷、可操作性強(qiáng)，極容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)隧道窯焙燒物料工藝探索具有很好的指導(dǎo)作用。