本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法。
背景技术：
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随着多年的高速发展，中国钢铁产业发展迅速，已经占据了世界钢铁的40％以上，但随着钢铁产能过剩和对环保要求的日趋严格，如何降低成本，改善工作环境是重中之重。作为炼钢的原料，炼铁工艺已经非常完善，我国的炼铁主要是高炉炼铁。高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即使用焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或炼铁原料中的铁从氧化物或矿物形态还原为液态生铁。
在严酷的经济形势下，炼铁厂采用各种措施，保持生铁加工成本不断下降，而对高炉的操作指标的要求，主要体现在高炉风温的提高、煤气利用率的提高、燃料比的降低、以及高炉寿命的延长。而高炉炼铁工艺的纯熟已经让炼铁成本趋于稳定，局部条件的改善只能小范围的改变生铁成本，利润空间很小。
在高炉生产中，还原剂利用率对生产成本影响很大，生产周期的长短更是影响每炉铁水价格的重要方面，能有效提高还原剂利用率，缩短生产周期，就能降低生铁成本，进而影响整个炼钢成本。传统高炉炼铁还原剂主要为无烟煤粉，由风口向高炉内喷吹。而煤粉的低密度使得在反应过程中煤粉大量漂浮在表面，不能很好的和铁的氧化物进行反应，煤粉的利用率较低，且产生的烟气中含有大量未反应的粉尘，不但浪费原料，对大气和现场环境也造成恶劣的影响。
因此，找到一种新的添加方式来提高还原剂的利用率，缩短反应周期，改善现场环境是非常有必要的。KR搅拌主要用于炼钢过程，铁水预处理阶段，用于脱硫剂和铁水的混合，便于脱硫过程的进行。将KR搅拌桨用于炼铁过程，搅拌卷入煤粉，可大大提高还原剂的利用率。
申请号为201210104356.0的专利提出了一种新型KR脱硫搅拌方法，涉及转炉前铁水炉外脱硫，通过搅拌器的旋转搅动，使铁水表面上的脱硫剂卷入铁水中混合脱硫，但是未涉及炼铁领域。申请号为201110185831.7的专利提出一种KR脱硫渣铁回收利用方法，将KR脱硫后的渣铁重新回收炼钢，也未涉及炼铁领域。申请号为201410040360.4的专利提出了一种改进的高炉炼铁系统。在保证高炉炼铁热风输送温度得到有效提升的情况下，减少了热风炉的配置规模，节省了占地面积，降低了投资，降低炼铁单位能耗及成本，但未涉及搅拌炼铁系统。
技术实现要素：
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针对现有高炉还原剂加入方式和利用率低的不足，本发明提出了一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法。该方法直接利用带搅拌桨的感应炉，采用中心搅拌的方式旋转搅动熔体产生漩涡，粉状的含铁原料、还原剂和造渣剂加入到漩涡中心后，立刻被卷入熔池中，与熔体充分混合并反应，使含铁的氧化物被迅速还原。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法，包括以下步骤：
(1)将生铁置入感应炉中，加热至熔融状态，形成铁水，保证铁水的温度在≥1450℃；其中，所述生铁加入量为感应炉炉体体积的5～20％；
(2)对铁水进行搅拌，形成高径比为0.5～2.5的旋涡，并持续搅拌；
(3)将含铁矿物、还原剂和造渣剂喷吹至漩涡中心，发生还原反应，得到铁水和熔渣后停止搅拌，同时产生废气；其中，含铁矿物、还原剂与造渣剂的质量比为1∶(0.1～0.15)∶(0.25～0.4)；
(4)铁水和熔渣分层排出，废气经处理后排放。
所述的步骤(1)中，熔融铁水用于提供供热环境。
所述的步骤(1)中，保证铁水的温度≥1450℃的方法为，感应炉自身加热。
所述的步骤(1)中，感应炉包括排渣口和排铁水口；所述的感应炉的一侧的下部设置有排铁水口，在感应炉的另一侧的上部设置有排渣口；
所述的感应炉设置有搅拌桨、搅拌桨升降系统、喷粉设备、风罩、烟气净化系统、余热回收系统和洗涤塔；所述的搅拌桨设置在感应炉内部，所述的搅拌桨升降系统与搅拌桨相连接，所述的喷粉设备设置在感应炉一侧的顶部，所述的风罩设置在感应炉的上方，所述的烟气净化系统的入口通过管道与风罩相连，所述的余热回收系统的入口通过管道与烟气净化系统的出口连接，所述的洗涤塔入口通过管道与余热回收系统的出口连接，所述的洗涤塔出口与大气连通；所述的搅拌桨升降系统，用于更换搅拌桨。
所述的搅拌桨材料为炭质材料。
所述的搅拌桨为石墨搅拌桨。
所述的步骤(2)中，搅拌方式为，调整搅拌桨插入至铁水液面高度的1/3～1/2处，进行中心搅拌，中心搅拌速度为50～200r/min。
所述的步骤(3)中，含铁矿物、还原剂和造渣剂经混合研磨后，通过喷粉设备喷吹至漩涡中心。
所述的步骤(3)中，含铁矿物为铁矿石。
所述的步骤(3)中，还原剂为煤粉。
所述的步骤(3)中，造渣剂为氧化钙。
所述的步骤(3)中，还原反应中，含铁矿物的还原率≥95.5％，熔渣中含铁质量百分数≤0.35％。
所述的步骤(3)中，熔渣成分主要为CaO、SiO2和Al2O3。
所述的步骤(4)中，感应炉中，上层为熔渣，下层为铁水，将熔渣从排渣口排出，铁水从排铁水口排出。
所述的步骤(4)中，废气经由风罩去往烟气净化系统，净化处理后，通过余热回收系统回收余热，最后通过洗涤塔，吸收气体中的有害气体，达到排空要求后排入大气。
还原炼铁过程中涉及的主要反应：
FexOy+yC＝yCO+xFe
FexOy+yCO＝yCO2+xFe
FexOy+y/2C＝y/2CO2+xFe
本发明的有益效果：
(1)反应物料含铁矿物、还原剂和造渣剂直接加入到熔体表面搅拌形成的涡流中心，立刻被卷入熔池中，搅拌卷入反应物料可以得到充分的接触，加快反应进行，缩短炼铁周期。
(2)机械搅拌桨采用炭质材料制成，搅拌桨搅拌磨损后，可打碎作为还原剂重新利用。
(3)该方法工艺简单，投资少，节能环保，成本低廉，具有较高的经济价值，大大提高还原剂的利用率，是一种高效的非高炉炼铁技术。
(4)该方法对含铁矿物的还原率≥95.5％，熔渣中含铁质量百分数≤0.35％。
附图说明：
图1是采用本发明方法的感应炉系统结构示意图，其中：1-排渣口，2-排铁水口，3-石墨搅拌桨，4-搅拌桨升降系统，5-喷粉设备，6-风罩，7-烟气净化系统，8-余热回收系统，9-洗涤塔。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图1。
一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法，包括以下步骤：
(1)将生铁置入感应炉中，加热至熔融状态，形成铁水，保持铁水的温度在1450℃，用于提供供热环境；其中，生铁加入量为感应炉炉体体积的5％；
(2)调整石墨搅拌桨3插入至铁水液面高度的1/3处，进行中心搅拌，搅拌速度为50r/min，形成高径比为0.5的旋涡，并持续搅拌；
根据石墨搅拌桨3的磨损程度，通过搅拌桨升降系统4更换搅拌桨，并将磨损后的石墨搅拌桨3打碎作为还原剂重新利用；
(3)将铁矿石、煤粉和氧化钙，按质量比1∶0.1∶0.25，经混合研磨后，通过喷粉设备5喷吹至漩涡中心，发生还原反应，得到铁水和熔渣后，停止搅拌，同时产生废气；
(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，熔渣成分主要为CaO、SiO2和Al2O3，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，铁矿石的还原率为96.5％，熔渣中含铁0.3％；反应产生的废气，经由风罩6去往烟气净化系统7，净化处理后，通过余热回收系统8回收余热，最后通过洗涤塔9，吸收气体中的有害气体，达到排空要求后排入大气。
实施例2
本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图1。
一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法，包括以下步骤：
(1)将生铁置入感应炉中，加热至熔融状态，形成铁水，保持铁水的温度在1550℃，用于提供供热环境；其中，所述生铁加入量为感应炉炉体体积的15％；
(2)调整石墨搅拌桨插入至铁水液面高度的1/2处，进行中心搅拌，搅拌速度为200r/min，形成高径比为2.5的旋涡，并持续搅拌；
根据石墨搅拌桨3的磨损程度，通过搅拌桨升降系统4更换搅拌桨；
(3)将铁矿石、煤粉和氧化钙，按质量比1∶0.15∶0.4，经混合研磨后，通过喷粉设备5喷吹至漩涡中心，发生还原反应，得到铁水和熔渣后，停止搅拌，同时产生废气；
(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，熔渣成分主要为CaO、SiO2和Al2O3，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，铁矿石的还原率为95.5％，熔渣中含铁0.35％；反应产生的废气，经由风罩6去往烟气净化系统7，净化处理后，通过余热回收系统8回收余热，最后通过洗涤塔9，吸收气体中的有害气体，达到排空要求后排入大气。
实施例3
本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图1。
一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法，包括以下步骤：
(1)将生铁置入感应炉中，加热至熔融状态，形成铁水，保持铁水的温度在1500℃，用于提供供热环境；其中，所述生铁加入量为感应炉炉体体积的20％；
(2)调整石墨搅拌桨插入至铁水液面高度的1/2处，进行中心搅拌，搅拌速度为100r/min，形成高径比为1.0的旋涡，并持续搅拌；
根据石墨搅拌桨3的磨损程度，通过搅拌桨升降系统4更换搅拌桨；
(3)将铁矿石、煤粉和氧化钙，按质量比1∶0.12∶0.3，经混合研磨后，通过喷粉设备5喷吹至漩涡中心，发生还原反应，得到铁水和熔渣后，停止搅拌，同时产生废气；
(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，熔渣成分主要为CaO、SiO2和Al2O3，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，铁矿石的还原率为96.2％，熔渣中含铁0.32％；反应产生的废气，经由风罩6去往烟气净化系统7，净化处理后，通过余热回收系统8回收余热，最后通过洗涤塔9，吸收气体中的有害气体，达到排空要求后排入大气。
实施例4
本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图1。
一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法，包括以下步骤：
(1)将生铁置入感应炉中，加热至熔融状态，形成铁水，保持铁水的温度在1480℃，用于提供供热环境；其中，所述生铁加入量为感应炉炉体体积的10％；
(2)调整石墨搅拌桨插入至铁水液面高度的1/3处，进行中心搅拌，搅拌速度为150r/min，形成高径比为1.5的旋涡，并持续搅拌；
根据石墨搅拌桨3的磨损程度，通过搅拌桨升降系统4更换搅拌桨；
(3)将铁矿石、煤粉和氧化钙，按质量比1∶0.14∶0.35，经混合研磨后，通过喷粉设备5喷吹至漩涡中心，发生还原反应，得到铁水和熔渣后，停止搅拌，同时产生废气；
(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，熔渣成分主要为CaO、SiO2和Al2O3，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，铁矿石的还原率为95.8％，熔渣中含铁0.33％；反应产生的废气，经由风罩6去往烟气净化系统7，净化处理后，通过余热回收系统8回收余热，最后通过洗涤塔9，吸收气体中的有害气体，达到排空要求后排入大气。