本实用新型涉及铁矿石磁化还原技术领域，具体地说是一种多段式磁化焙烧还原回转窑系统。
背景技术：
面对国内高速的经济发展，我国目前的铁矿石产量仍难以满足钢铁产业的需求。由于铁矿石供求缺口巨大，导致铁矿石价格暴涨，海运费用不断攀升，对于铁矿石进口依存度的提高已成为我国钢铁工业经济安全的重大隐患。
我国铁矿富矿储量不到5％，平均含铁品位仅有33％(国际上铁矿出口大国品位在55％～65％)，95％以上的贫铁矿需经选矿富集后才能送至高炉冶炼。如何解决我国复杂难选铁矿资源的开发与利用问题，已经成为当前与未来保证我国钢铁经济安全、缓解进口矿石压力、提高我国铁矿资源保障程度的当务之急。
赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等非(弱)磁性含铁矿石和一些嵌布粒度较细的铁矿石为较难选别的铁矿石，但这些类型的铁矿石在我国储量巨大。现有技术中为解决低品位或者非(弱)磁性铁矿石的综合利用问题，采用的主要方法是进行磁化焙烧还原，使矿石中的非(弱)磁性铁质转为磁性铁后，再用磁选方式除去矿石中的杂质，使其成为达到合格品位的铁精粉，从而使复杂难选的铁矿石成为优质的铁矿资源。
目前用于铁矿石磁化焙烧还原的装置包括竖炉、回转炉、闪速炉等，如授权公告号为cn202744608u的专利中就公开了一种菱铁矿磁化焙烧回转窑，其如图8所示，将物料需要经过的预热、烘干、脱结晶水、焙烧、还原反应等阶段在一个窑炉腔内进行。但是上述装置普遍存在磁化还原不彻底、铁金属回收率低的问题，一般回收率仅为70～78％，由于不能充分提取铁资源，跑尾流失严重，从而导致生产效率低、生产成本高、资源浪费大等诸多问题。
造成铁矿石磁化还原不彻底、铁金属回收率低的原因主要有如下几点：
1、物料一般需要经过预热、烘干、脱结晶水、焙烧、还原反应等阶段，但如图8所示，现有技术中，上述过程通常是在一个窑炉腔内进行，由燃烧器喷射火焰直接对矿石进行焙烧，而燃烧所需要的氧气致使炉腔中一直处在高氧化的状态，导致焙烧矿石再次氧化，从而导致磁化还原不彻底。
2、如图8所示，由于物料在炉腔内的各段温度无法实现有效控制，导致温度模糊不均，物化反应过程混乱，尤其是在焙烧段和还原段的温度控制、时间控制、气氛控制等方面明显不足，使得铁金属回收率低，铁精粉的品位也难以提高。
3、在窑炉焙烧过程中，有的装置是在入窑炉之前将原矿物料与还原剂混合搅拌进行配料，有的装置为了制造还原氛围将煤作为还原剂喷入窑体内的来完成，但是非(弱)磁的赤铁、菱铁、褐铁矿石原料经各段高温加热后，同样都是难于把握矿石物料的还原状态，从而不可避免的在还原过程中造成未还原的生料或者半生料，生产效率低。
4、出炉后的磁化还原物料在常温空气中与氧气接触造成再次氧化，在这一过程产生的氧化也降低了矿石的还原磁化率。现有技术中有的装置采用水淬冷却方式，即将焙烧料在高温状态下直接排入水中，通过流动水覆盖隔离与氧气的接触，但是上述方式总是难以避免氧气对磁化物料氧化，未能从根本上解决磁化还原状态固化的问题，而且水淬方式造成水资源浪费、环保问题、规模化生产等问题也难以解决。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种多段式磁化焙烧还原回转窑系统，通过多段式设计将窑炉的预热、烘干、脱结晶水、焙烧、还原等过程分离开来，使各段设备生产功能清晰化，能准确控制矿料磁化焙烧与还原反应过程，稳定固化还原效果，提高了生产效率。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其包括一段焙烧回转窑、还原剂输入组件、稳料仓、二段还原反应窑和回转冷却设备，所述一段焙烧回转窑设有倾斜的第一回转窑体，且所述一段焙烧回转窑高端设有第一入料通道、低端设有燃烧器和第一出料口，并且矿料由所述第一出料口输出后落入所述稳料仓中，同时还原剂通过所述还原剂输入组件驱动一同落入所述稳料仓中，所述二段还原反应窑设有倾斜的第二回转窑体，且所述二段还原反应窑高端设有第二入料通道与所述稳料仓相连、低端设有第二出料口，并且在所述第二回转窑体中部设有补热段，所述回转冷却设备设有倾斜的第三回转筒体，且所述回转冷却设备高端设有第三入料通道与所述第二出料口相连、低端设有第三出料口，在所述第三回转筒体内设有喷淋装置。
所述一段焙烧回转窑一端设有安装座体、另一端设有窑头罩，所述第一回转窑体高端密封转动安装于所述安装座体上、底端密封转动安装于所述窑头罩上，第一入料通道设于所述安装座体中，燃烧器喷射口设于所述窑头罩中，所述窑头罩下侧设有第一出料口。
所述一段焙烧回转窑设有第一回转驱动组件和多个第一支撑组件，所述第一回转窑体通过所述第一回转驱动组件驱动回转，并通过各个第一支撑组件支撑。
所述还原剂输入组件包括药剂仓、皮带秤和给料器，还原剂由药剂仓输出后落在皮带秤上称重传输，然后通过给料器驱动落入所述稳料仓中。
所述二段还原反应窑一端设有入料座体、另一端设有出料座体，所述第二回转窑体高端密封转动安装于所述入料座体上、低端密封转动安装于所述出料座体上，第二入料通道设于所述入料座体中，所述出料座体下端设有所述第二出料口。
所述二段还原反应窑设有第二回转驱动组件和多个第二支撑组件，所述第二回转窑体通过所述第二回转驱动组件驱动回转，并通过各个第二支撑组件支撑。
所述第二回转窑体为双层结构，且内层和外层之间设有保温层，所述第二回转窑体中部的补热段设有供电滑环和电补热装置，且所述电补热装置通过所述供电滑环)供电。
所述回转冷却设备一端设有输入座体，另一端设有输出座体，所述第三回转筒体一端密封转动安装于所述输入座体上，另一端密封转动安装于所述输出座体上，第三入料通道设于所述输入座体中，所述输出座体下端设有所述第三出料口。
所述回转冷却设备设有第三回转驱动组件和多个第三支撑组件，所述第三回转筒体通过所述第三回转驱动组件驱动回转，并通过各个第三支撑组件支撑。
所述第三回转筒体内贯穿有喷淋装置，所述喷淋装置包括多排喷淋管。
本实用新型的优点与积极效果为：
1、本实用新型改变了现有磁化焙烧还原工艺，通过多段式设计将窑炉的预热、烘干、脱结晶水、焙烧、还原等过程分离开来，使各段设备生产功能清晰化，能准确控制矿料磁化焙烧与还原反应过程，营造还原氛围，稳定固化还原效果，经焙烧和还原后的原矿物料不会再发生氧化反应，从而解决了现有技术中非(弱)磁性铁矿石在焙烧还原后状态不稳定、易被氧气造成再次氧化、还原过程产生不能充分还原的生料或半生料等问题，提高了生产效率。
2、本实用新型将矿石原料和还原剂的配料过程，从现有磁化焙烧还原工艺的入窑之前混合配料，转移到焙烧物料之后，即在一段焙烧回转窑和二段还原反应窑之间进行，将焙烧料和还原剂同时输入二段还原反应窑内，使焙烧物料与还原剂充分发生还原反应，在窑体内形成稳定的还原氛围，固化磁化状态，提高矿石磁化焙烧的还原率。
3、本实用新型改变了现有磁化焙烧工艺中普遍采用的晾晒或水淬急冷方式，本实用新型采用回转冷却设备驱动物料缓慢移动并一直处于冷却水喷淋冷却状态中，可提高设备的运转率，达到环保要求，另外也可以实现连续作业、规模化生产，同时节约水用量，降低能耗。
4、本实用新型采用多段式设计形成独立完整的各部分设备功能，易于实现和推广。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图，
图2为图1中一段焙烧回转窑的结构示意图，
图3为图2中的a-a视图，
图4为图2中的b-b视图，
图5为图1中二段还原反应窑的结构示意图，
图6为图1中回转冷却设备的结构示意图，
图7为图6中的c-c视图，
图8为现有技术中的磁化焙烧还原设备示意图。
其中，1为第一下料阀，2为安装座体，3为一段焙烧回转窑，301为第一入料通道，302为第一支撑组件，3021为第一支撑挡轮，303为第一回转驱动组件，3031为第一驱动齿轮，3032为第一从动齿轮，304为窑头罩，4为燃烧器，5为药剂仓，6为皮带秤，7为给料器，8为稳料仓，9为第二下料阀，10为二段还原反应窑，101为第二入料通道，102为第二支撑组件，103为供电滑环，104为电补热装置，105为第二回转驱动组件，106为入料座体，107为出料座体，108为保温层，11为第三下料阀，12为回转冷却设备，121为第三入料通道，122为喷淋装置，123为输入座体，124为第三支撑组件，125为第三回转驱动组件，126为输出座体，13为还原剂输入组件。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
如图1～7所示，本实用新型包括一段焙烧回转窑3、还原剂输入组件13、稳料仓8、二段还原反应窑10和回转冷却设备12，所述一段焙烧回转窑3设有倾斜的第一回转窑体，且所述一段焙烧回转窑3高端设有第一入料通道301、低端设有燃烧器4和第一出料口，还原剂输入组件13和稳料仓8设于一段焙烧回转窑3的输出端和二段还原反应窑10的输入端之间，且矿料由所述第一出料口输出后落入所述稳料仓8中，同时还原剂通过所述还原剂输入组件13作用一同落入所述稳料仓8中，所述二段还原反应窑10设有倾斜的第二回转窑体，且所述二段还原反应窑10高端设有第二入料通道101与所述稳料仓8相连、低端设有第二出料口，所述稳料仓8中的矿料和还原剂经由所述第二入料通道101进入所述第二回转窑体中进行还原反应，并且在所述第二回转窑体中部设有补热段，以保证窑内环境温度在适应矿料反应的恒定范围内，所述回转冷却设备12设有倾斜的第三回转筒体，且所述回转冷却设备12高端设有第三入料通道121与所述二段还原反应窑10的第二出料口相连、低端设有第三出料口，在所述第三回转筒体内设有喷淋装置122。
如图2所示，所述一段焙烧回转窑3一端设有安装座体2、另一端设有窑头罩304，所述第一回转窑体高端密封转动安装于所述安装座体2上、底端密封转动安装于所述窑头罩304上，第一入料通道301设于所述安装座体2中，燃烧器4喷射口设于所述窑头罩304中，所述窑头罩304下侧设有第一出料口。所述安装座体2和窑头罩304均安装于地面上，且所述安装座体2上设有排气口与除尘脱硫系统连接。
如图2～4所示，所述一段焙烧回转窑3设有第一回转驱动组件303和多个第一支撑组件302，所述第一回转窑体通过所述第一回转驱动组件303驱动回转，并通过各个第一支撑组件302支撑。如图3所示，所述第一回转驱动组件303的输出轴上设有第一驱动齿轮3031，所述第一回转窑体上设有第一从动齿轮3032，且所述第一驱动齿轮3031与所述第一从动齿轮3032啮合，第一回转驱动组件303即通过所述第一驱动齿轮3031和第一从动齿轮3032传递转矩驱动第一回转窑体回转。本实施例中，所述第一回转驱动组件303包括电机和减速机。如图4所示，所述第一支撑组件302上对称设有第一支撑挡轮3021，所述第一回转窑体设于两个第一支撑挡轮3021之间，并通过所述第一支撑挡轮3021实现回转支撑。
所述一段焙烧回转窑3工作时，燃烧器4向第一回转窑体内喷射火焰焙烧矿料，而矿料则通过第一回转窑体的回转运动缓慢从高端向低端移动，所述一段焙烧回转窑3内根据温度不同可分为三段，由高到低依次是预热段(230℃～450℃)、烘干段(450℃～750℃)、焙烧段(750℃～950℃)，矿料到达第一回转窑体低端时的焙烧温度为950℃，在此温度状态下矿料输出。所述第一回转窑体和窑头罩304均采用耐热钢板制成。所述燃烧器4为煤粉燃烧器，其生产厂家为湖北锋焰机电科技有限公司，型号为rc3000。
如图1所示，所述还原剂输入组件13包括药剂仓5、皮带秤6和给料器7，还原剂由药剂仓5输出后落在皮带秤6上称重传输，然后通过给料器7作用落入所述稳料仓8中。所述皮带秤6和给料器7均为市购产品，本实施例中，所述皮带秤6生产厂家为帕赛克自动化科技(江苏)有限公司，型号为db500，所述给料器7为电动锁风给料器，生产厂家为启东市科威石化机械设备制造公司，型号为yjd-30。一段焙烧回转窑3输出的矿料和还原剂输入组件13输出的还原剂一同落入所述稳料仓8中，进而一同进入二段还原反应窑10内反应。
如图5所示，所述二段还原反应窑10一端设有入料座体106、另一端设有出料座体107，所述第二回转窑体高端密封转动安装于所述入料座体106上、低端密封转动安装于所述出料座体107上，第二入料通道101设于所述入料座体106中，所述出料座体107下端设有所述第二出料口。所述入料座体106和出料座体107均安装于地面上，且所述出料座体107上设有排气口与除尘脱硫系统连接。
如图5所示，所述二段还原反应窑10设有第二回转驱动组件105和多个第二支撑组件102，所述第二回转窑体通过所述第二回转驱动组件105驱动回转，并通过各个第二支撑组件102支撑。所述第二回转驱动组件105结构和回转驱动原理与所述第一回转驱动组件303相同，在所述第二回转驱动组件105的输出轴上设有第二驱动齿轮，在所述第二回转窑体上设有第二从动齿轮，且所述第二驱动齿轮与第二从动齿轮啮合。所述第二支撑组件102结构与所述第一支撑组件302相同，其对称设有第二支撑挡轮支撑所述第二回转窑体。
如图5所示，所述第二回转窑体为双层结构，且内层筒体为耐热钢板制成，内层和外层之间设有保温层108，如耐火纤维等，在所述第二回转窑体中部的补热段外侧设有供电滑环103和电补热装置104，由供电滑环103向电补热装置104供电，当窑内环境温度下降时通过电补热装置104进行加温，以保证窑内环境温度在适合反应的恒定范围内。本实施例中，所述电补热装置104为电热丝网，所述电补热装置104和供电滑环103均为本领域公知技术。
在二段还原反应窑10内，矿料与还原剂在750～850℃温度范围内进行还原反应过程，其中焙烧矿料和1.3％比例的还原剂在还原反应窑内经50min以上的物理化学还原反应后，使焙烧矿料形成稳定的磁化状态。矿料在焙烧温度为950℃的状态下由一段焙烧回转窑3输出后，需和还原剂同时进入二段还原反应窑10中，通过焙烧矿料自身900℃～950℃温度再加上二段还原反应窑10的电补热装置104作用，使双层保温的二段还原反应窑10内温度控制在750～850℃形成还原氛围，物料在此还原氛围里通过第二回转窑体作用由高端向低端缓慢移动并保证物料在二段还原反应窑内运行至少50min时间，即可使矿料达到充分的还原反应效果，此时铁矿石的磁化状态已经固化，不再担心与空气中的氧气接触造成再次氧化。
如图6所示，所述回转冷却设备12一端设有输入座体123，另一端设有输出座体126，所述第三回转筒体一端密封转动安装于所述输入座体123上，另一端密封转动安装于所述输出座体126上，第三入料通道121设于所述输入座体123中，所述输出座体126下端设有所述第三出料口。所述输入座体123和输出座体126均安装于地面上，且所述输出座体126上设有排气口与除尘脱硫系统连接。
如图6所示，所述回转冷却设备12设有第三回转驱动组件125和多个第三支撑组件124，所述第三回转筒体通过所述第三回转驱动组件125驱动回转，并通过各个第三支撑组件124支撑。所述第三回转驱动组件125结构和回转驱动原理与所述第一回转驱动组件303相同，在所述第三回转驱动组件125的输出轴上设有第三驱动齿轮，在所述第三回转筒体上设有第三从动齿轮，且所述第三驱动齿轮与第三从动齿轮啮合。所述第三支撑组件124与所述第一支撑组件302相同，其对称设有第三支撑挡轮支撑所述第三回转筒体。
如图6～7所示，所述第三回转筒体内贯穿有喷淋装置122，本实施例中，所述喷淋装置122包括多排喷淋管喷淋水柱给磁化物料降温冷却，第三回转筒体内部可根据需要设置翻料板翻转磁化物料，以使磁化物料与冷却水达到充分热交换的目的，从而将物料温度降至60℃环境温度。
如图1所示，所述第一入料通道301的输入端设有第一下料阀1控制下料，所述第二入料通道101的输入端设有第二下料阀9控制下料，所述第三入料通道121的输入端设有第三下料阀11控制下料。本实施例中，各个下料阀厂家为泊头市盛康机械设备有限公司，型号为d800ksfj-ii。另外本实用新型配套有除尘脱硫系统，并且在各段窑体内均设有温度传感器或其他测温装置以实现实时的温度监控，此均为本领域公知技术。
本实用新型的工作原理为：
本实用新型工作时，矿料输入一段焙烧回转窑3中，一段焙烧回转窑3工作时，燃烧器4向第一回转窑体内喷射火焰焙烧矿料，而矿料则通过第一回转窑体的回转运动缓慢从高端向低端移动，所述一段焙烧回转窑3内根据温度不同可分为三段，由高到低依次是预热段(230℃～450℃)、烘干段(450℃～750℃)、焙烧段(750℃～950℃)，矿料到达第一回转窑体低端时的焙烧温度为950℃，在此温度状态下矿料输出，并连同还原剂一起进入二段还原反应窑10中。
二段还原反应窑10工作时，矿料与还原剂在750～850℃温度范围内进行还原反应过程，使焙烧矿料形成稳定的磁化状态。本实用新型通过焙烧矿料自身900℃～950℃温度再加上二段还原反应窑10补热段的电补热装置104作用，使双层保温的二段还原反应窑10内温度控制在750～850℃形成还原氛围，物料在此还原氛围里通过第二回转窑体作用由高端向低端缓慢移动并保证物料在二段还原反应窑内运行至少50min时间，即可使矿料达到充分的还原反应效果，此时铁矿石的磁化状态已经固化，不再担心与空气中的氧气接触造成再次氧化。
物料由二段还原反应窑10输出后落入回转冷却设备12中，第三回转筒体回转驱动物料由高端向低端缓慢移动，并且物料一直处于冷却水喷淋状态中，另外第三回转筒体内部可根据需要设置翻料板翻转磁化物料，以使磁化物料与冷却水达到充分热交换的目的，从而将物料温度降至60℃环境温度并输出。
1.一种多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：包括一段焙烧回转窑(3)、还原剂输入组件(13)、稳料仓(8)、二段还原反应窑(10)和回转冷却设备(12)，所述一段焙烧回转窑(3)设有倾斜的第一回转窑体，且所述一段焙烧回转窑(3)高端设有第一入料通道(301)、低端设有燃烧器(4)和第一出料口，并且矿料由所述第一出料口输出后落入所述稳料仓(8)中，同时还原剂通过所述还原剂输入组件(13)驱动一同落入所述稳料仓(8)中，所述二段还原反应窑(10)设有倾斜的第二回转窑体，且所述二段还原反应窑(10)高端设有第二入料通道(101)与所述稳料仓(8)相连、低端设有第二出料口，并且在所述第二回转窑体中部设有补热段，所述回转冷却设备(12)设有倾斜的第三回转筒体，且所述回转冷却设备(12)高端设有第三入料通道(121)与所述第二出料口相连、低端设有第三出料口，在所述第三回转筒体内设有喷淋装置(122)。
2.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述一段焙烧回转窑(3)一端设有安装座体(2)、另一端设有窑头罩(304)，所述第一回转窑体高端密封转动安装于所述安装座体(2)上、底端密封转动安装于所述窑头罩(304)上，第一入料通道(301)设于所述安装座体(2)中，燃烧器(4)喷射口设于所述窑头罩(304)中，所述窑头罩(304)下侧设有第一出料口。
3.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述一段焙烧回转窑(3)设有第一回转驱动组件(303)和多个第一支撑组件(302)，所述第一回转窑体通过所述第一回转驱动组件(303)驱动回转，并通过各个第一支撑组件(302)支撑。
4.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述还原剂输入组件(13)包括药剂仓(5)、皮带秤(6)和给料器(7)，还原剂由药剂仓(5)输出后落在皮带秤(6)上称重传输，然后通过给料器(7)驱动落入所述稳料仓(8)中。
5.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述二段还原反应窑(10)一端设有入料座体(106)、另一端设有出料座体(107)，所述第二回转窑体高端密封转动安装于所述入料座体(106)上、低端密封转动安装于所述出料座体(107)上，第二入料通道(101)设于所述入料座体(106)中，所述出料座体(107)下端设有所述第二出料口。
6.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述二段还原反应窑(10)设有第二回转驱动组件(105)和多个第二支撑组件(102)，所述第二回转窑体通过所述第二回转驱动组件(105)驱动回转，并通过各个第二支撑组件(102)支撑。
7.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述第二回转窑体为双层结构，且内层和外层之间设有保温层(108)，所述第二回转窑体中部的补热段设有供电滑环(103)和电补热装置(104)，且所述电补热装置(104)通过所述供电滑环(103)供电。
8.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述回转冷却设备(12)一端设有输入座体(123)，另一端设有输出座体(126)，所述第三回转筒体一端密封转动安装于所述输入座体(123)上，另一端密封转动安装于所述输出座体(126)上，第三入料通道(121)设于所述输入座体(123)中，所述输出座体(126)下端设有所述第三出料口。
9.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述回转冷却设备(12)设有第三回转驱动组件(125)和多个第三支撑组件(124)，所述第三回转筒体通过所述第三回转驱动组件(125)驱动回转，并通过各个第三支撑组件(124)支撑。
10.根据权利要求1所述的多段式磁化焙烧还原回转窑系统，其特征在于：所述第三回转筒体内贯穿有喷淋装置(122)，所述喷淋装置(122)包括多排喷淋管。
技术总结