專利名稱：一種埋弧等離子熔融煉鐵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種埋弧等離子熔融煉鐵方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的高爐煉鐵技術(shù)中，鐵礦物是以固態(tài)形式進(jìn)入熔融還原爐，在爐腰部下降過程中被還原，經(jīng)過軟流帶造渣，使目標(biāo)金屬鐵與渣分離。這個(gè)エ藝中必須使用焦炭和鐵精粉球団或燒結(jié)礦在高溫下被還原劑還原，該方法熱效率低，產(chǎn)生大量煙塵，尤其處理低品位礦時(shí)，能源消耗大，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有高爐煉鐵技術(shù)上存在的上述問題，本發(fā)明提供一種埋弧等離子熔融煉鐵方法，目的是開發(fā)一種高效率和高能源利用率的煉鐵方法。本發(fā)明的方法按照以下步驟進(jìn)行
鐵礦石進(jìn)入高爐，在高爐中熔煉形成熔池，當(dāng)高爐中的熔池上方形成厚度30(T500mm的渣層，將等離子噴槍和噴煤槍插入渣層中，點(diǎn)燃等離子噴槍產(chǎn)生等離子弧，控制等離子弧的弧溫在140(T400(TC，并通過等離子噴槍的夾層向渣層中噴吹鐵礦粉；同時(shí)通過噴煤槍向渣層中噴吹煤粉，控制煤粉經(jīng)過等離子弧的火核中心，對鐵礦粉進(jìn)行冶煉。上述方法中，當(dāng)?shù)入x子噴槍工作時(shí)，控制等離子噴槍的出口與渣層頂面的垂直距離為15(T200mm，噴煤槍的出口低于等離子噴槍出口，兩者的垂直距離差為l(T20mm。上述方法中的等離子弧的火核中心位于渣層頂面下方18(T220mm。上述方法中，相同時(shí)間內(nèi)等離子噴槍噴吹的鐵礦粉與噴煤槍噴吹的煤粉的重量比為鐵礦粉煤粉=(2. 5^3. 5) : I。上述方法中，噴吹鐵礦粉和煤粉采用的載氣均為氮?dú)猓渲袊姶佃F礦粉時(shí)鐵礦粉在載氣中的濃度為2(T40kg/m3，噴吹煤粉時(shí)煤粉在載氣中的濃度為3(T60kg/m3。上述方法中鐵礦粉的粒度< 80目，煤粉的粒度< 120目。上述反應(yīng)的主要化學(xué)反應(yīng)方程式包括
1.鐵的逐級分解=Fe3O4— Fe+Fe203+02, Fe2O4 — Fe+Fe0+02 ；
2.氧化亞鐵與熔融碳的還原反應(yīng)FeO(s)+C (s)— Fe+C02 ；
3.煤在等尚子弧下的熱分解煤一C2H2+C6H6+CH4+C(S)。本發(fā)明的基本原理是
噴入熔池的鐵礦粉在等離子弧作用下迅速逐級分解，形成氧化亞鐵和氧氣，噴入熔池的煤粉被加熱至熔融狀態(tài)，與氧氣燃燒分解出碳，產(chǎn)生的高溫使鉄、氧化亞鐵和碳形成熔融狀態(tài)，反應(yīng)生產(chǎn)鐵和ニ氧化碳，并再次反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，ニ氧化碳和煤粉分解后的其他氣體與噴吹下來的物料強(qiáng)烈混合，對熔池進(jìn)行劇烈攪動，加快反應(yīng)的進(jìn)行；熾熱的等離子弧使渣層的渣料呈拋物線狀向上飛濺，飛濺的渣料攜帯的可燃物與分解的氧氣形成二次燃燒，使飛濺的渣料的溫度迅速升高，落回熔池時(shí)將熱量帶回到熔池中，能夠充分利用物料反應(yīng)產(chǎn)生的熱能；渣層下方的鐵水層相對靜止，主要反應(yīng)在渣層中進(jìn)行，形成埋弧等離子熔煉，埋弧所需氧氣來自鐵礦逐級分解以及氧化亞鐵與碳反應(yīng)生成，不需要再噴入氧氣，煤粉分解出的揮發(fā)成分在渣層內(nèi)形成絕熱燃燒，使燃燒溫度能夠達(dá)到2000°C以上，突破了煤粉常規(guī)燃燒時(shí)1300°C的局限；燃燒產(chǎn)生的熱量80%以上留在渣層中，鐵礦粉直接噴吹到渣層內(nèi)，從等離子噴槍出口處即熔化，減少了粉塵的產(chǎn)生。本發(fā)明方法的有益效果是能夠充分利用熱源，減少能量損失，降低生產(chǎn)成本，抑制粉塵的廣生，生廣エ藝穩(wěn)定，對提聞生廣效率和減少污染具有重要意義。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例中采用的等離子噴槍的功率為80千瓦。本發(fā)明實(shí)施例中采用的鐵礦粉的粒度彡80目，煤粉的粒度彡120目。本發(fā)明實(shí)施例中選用的鐵礦粉為赤鐵礦粉、揭鐵礦粉、菱鐵礦粉、欽鐵礦粉或紅鎮(zhèn) 土礦粉，鐵品位TFe在30 65%。本發(fā)明實(shí)施例中選用的煤粉為無煙煤粉。實(shí)施例I
采用的鐵礦粉為赤鐵礦粉，鐵品位為31. 6%。將鐵礦石在高爐中熔煉形成熔池，當(dāng)高爐中的熔池上方形成厚度300mm的渣層時(shí)，將等離子噴槍和噴煤槍插入渣層中；控制等離子噴槍的出口與渣層頂面的垂直距離為150mm ;控制噴煤槍的出口低于等離子噴槍出口，兩者垂直距離差為IOmm;點(diǎn)燃等離子噴槍產(chǎn)生等離子弧，等離子弧的火核中心位于渣層頂面下方180mm，控制等離子弧弧溫在1400°C，并通過等離子噴槍的夾層向渣層中噴吹鐵礦粉；同時(shí)通過噴煤槍向渣層中噴吹煤粉，控制煤粉經(jīng)過火核中心，相同時(shí)間內(nèi)等離子噴槍噴吹的鐵礦粉與噴煤槍噴吹噴吹的煤粉的重量比為鐵礦粉煤粉=2. 5:1,對鐵礦粉進(jìn)行冶煉；
上述噴吹鐵礦粉和煤粉采用的載氣均為氮?dú)?，其中噴吹鐵礦粉時(shí)鐵礦粉在載氣中的濃度為20kg/m3，噴吹煤粉時(shí)煤粉在載氣中的濃度為30kg/m3 ；
噴入熔池的鐵礦粉在等離子弧作用下迅速逐級分解，形成氧化亞鐵和氧氣，噴入熔池的煤粉被加熱至熔融狀態(tài)，與氧氣燃燒分解出碳，產(chǎn)生的高溫使鉄、氧化亞鐵和碳形成熔融狀態(tài)，反應(yīng)生產(chǎn)鐵和ニ氧化碳，并再次反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，ニ氧化碳和煤粉分解后的其他氣體與噴吹下來的物料強(qiáng)烈混合，對熔池進(jìn)行劇烈攪動，加快反應(yīng)的進(jìn)行；熾熱的等離子弧使渣層的渣料呈拋物線狀向上飛濺，飛濺的渣料攜帯的可燃物與分解的氧氣形成二次燃燒，使飛濺的渣料的溫度迅速升高，落回熔池時(shí)將熱量帶回到熔池中，主要反應(yīng)在渣層中進(jìn)行，形成埋弧等離子熔煉，埋弧所需氧氣來自鐵礦逐級分解以及氧化亞鐵與碳反應(yīng)生成，不需要再噴入氧氣，煤粉分解出的揮發(fā)成分在渣層內(nèi)形成絕熱燃燒，使燃燒溫度能夠達(dá)到2000°C以上；
上述步驟中高爐產(chǎn)生的粉塵明顯減少，能源消耗明顯降低，生產(chǎn)過程エ藝穩(wěn)定。實(shí)施例2
采用的鐵礦粉為褐鐵礦粉，鐵品位為43. 7%。將鐵礦石在高爐中熔煉形成熔池，當(dāng)高爐中的熔池上方形成厚度400mm的渣層時(shí)，將等離子噴槍和噴煤槍插入渣層中；控制等離子噴槍的出口與渣層頂面的垂直距離為180mm ;控制噴煤槍的出ロ低于等離子噴槍出口，兩者垂直距離差為15mm ;點(diǎn)燃等離子噴槍產(chǎn)生等離子弧，等離子弧的火核中心位于渣層頂面下方200mm，控制等離子弧弧溫在2000 V，并通過等離子噴槍的夾層向渣層中噴吹鐵礦粉；同時(shí)通過噴煤槍向渣層中噴吹煤粉，控制煤粉經(jīng)過火核中心，相同時(shí)間內(nèi)等離子噴槍噴吹的鐵礦粉與噴煤槍噴吹噴吹的煤粉的重量比為鐵礦粉煤粉=3:1,對鐵礦粉進(jìn)行冶煉；
上述噴吹鐵礦粉和煤粉采用的載氣均為氮?dú)猓渲袊姶佃F礦粉時(shí)鐵礦粉在載氣中的濃度為30kg/m3，噴吹煤粉時(shí)煤粉在載氣中的濃度為40kg/m3 ；
上述步驟中高爐產(chǎn)生的粉塵明顯減少，能源消耗明顯降低，生產(chǎn)過程エ藝穩(wěn)定。實(shí)施例3
采用的鐵礦粉為菱鐵礦粉，鐵品位為53. 8%。 將鐵礦石在高爐中熔煉形成熔池，當(dāng)高爐中的熔池上方形成厚度500mm的渣層時(shí)，將等離子噴槍和噴煤槍插入渣層中；控制等離子噴槍的出口與渣層頂面的垂直距離為200mm ;控制噴煤槍的出ロ低于等離子噴槍出口，兩者垂直距離差為20mm ;點(diǎn)燃等離子噴槍產(chǎn)生等離子弧，等離子弧的火核中心位于渣層頂面下方220mm，控制等離子弧弧溫在3000°C，并通過等離子噴槍的夾層向渣層中噴吹鐵礦粉；同時(shí)通過噴煤槍向渣層中噴吹煤粉，控制煤粉經(jīng)過火核中心，相同時(shí)間內(nèi)等離子噴槍噴吹的鐵礦粉與噴煤槍噴吹噴吹的煤粉的重量比為鐵礦粉煤粉=3. 5:1,對鐵礦粉進(jìn)行冶煉；
上述噴吹鐵礦粉和煤粉采用的載氣均為氮?dú)?，其中噴吹鐵礦粉時(shí)鐵礦粉在載氣中的濃度為40kg/m3，噴吹煤粉時(shí)煤粉在載氣中的濃度為50kg/m3 ；
上述步驟中高爐產(chǎn)生的粉塵明顯減少，能源消耗明顯降低，生產(chǎn)過程エ藝穩(wěn)定。實(shí)施例4
采用的鐵礦粉為鈦鐵礦粉，鐵品位為62. 5%。將鐵礦石在高爐中熔煉形成熔池，當(dāng)高爐中的熔池上方形成厚度500mm的渣層時(shí)，將等離子噴槍和噴煤槍插入渣層中；控制等離子噴槍的出口與渣層頂面的垂直距離為200mm ;控制噴煤槍的出ロ低于等離子噴槍出口，兩者垂直距離差為20mm ;點(diǎn)燃等離子噴槍產(chǎn)生等離子弧，等離子弧的火核中心位于渣層頂面下方220mm，控制等離子弧弧溫在4000 V，并通過等離子噴槍的夾層向渣層中噴吹鐵礦粉；同時(shí)通過噴煤槍向渣層中噴吹煤粉，控制煤粉經(jīng)過火核中心，相同時(shí)間內(nèi)等離子噴槍噴吹的鐵礦粉與噴煤槍噴吹噴吹的煤粉的重量比為鐵礦粉煤粉=3:1,對鐵礦粉進(jìn)行冶煉；
上述噴吹鐵礦粉和煤粉采用的載氣均為氮?dú)?，其中噴吹鐵礦粉時(shí)鐵礦粉在載氣中的濃度為40kg/m3，噴吹煤粉時(shí)煤粉在載氣中的濃度為60kg/m3 ；
上述步驟中高爐產(chǎn)生的粉塵明顯減少，能源消耗明顯降低，生產(chǎn)過程エ藝穩(wěn)定。實(shí)施例5
采用的鐵礦粉為紅鎳土礦粉，鐵品位為38. 9%。將鐵礦石在高爐中熔煉形成熔池，當(dāng)高爐中的熔池上方形成厚度500mm的渣層時(shí)，將等離子噴槍和噴煤槍插入渣層中；控制等離子噴槍的出口與渣層頂面的垂直距離為180mm ;控制噴煤槍的出ロ低于等離子噴槍出口，兩者垂直距離差為15mm ;點(diǎn)燃等離子噴槍產(chǎn)生等離子弧，等離子弧的火核中心位于渣層頂面下方210mm，控制等離子弧弧溫在2500 V，并通過等離子噴槍的夾層向渣層中噴吹鐵礦粉；同時(shí)通過噴煤槍向渣層中噴吹煤粉，控制煤粉經(jīng)過火核中心，相同時(shí)間內(nèi)等離子噴槍噴吹的鐵礦粉與噴煤槍噴吹噴吹的煤粉的重量比為鐵礦粉煤粉=3:1,對鐵礦粉進(jìn)行冶煉；
上述噴吹鐵礦粉和煤粉采用的載氣均為氮?dú)?，其中噴吹鐵礦粉時(shí)鐵礦粉在載氣中的濃度為40kg/m3，噴吹煤粉時(shí)煤粉在載氣 中的濃度為50kg/m3 ；
上述步驟中高爐產(chǎn)生的粉塵明顯減少，能源消耗明顯降低，生產(chǎn)過程エ藝穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種埋弧等離子熔融煉鐵方法，鐵礦石進(jìn)入高爐，在高爐中熔煉形成熔池，其特征在于在高爐中的熔池上方形成厚度30(T500mm的渣層，將等離子噴槍和噴煤槍插入渣層中，點(diǎn)燃等離子噴槍產(chǎn)生等離子弧，控制等離子弧的弧溫在140(T400(TC之間，并通過等離子噴槍的夾層向渣層中噴吹鐵礦粉；同時(shí)通過噴煤槍向渣層中噴吹煤粉，控制煤粉經(jīng)過等離子弧的火核中心，對鐵礦粉進(jìn)行冶煉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種埋弧等離子熔融煉鐵方法，其特征在于所述的等離子噴槍工作時(shí)，等離子噴槍的出口與渣層頂面的垂直距離為15(T200mm，噴煤槍的出口低于等離子噴槍出口，垂直距離差為l(T20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種埋弧等離子熔融煉鐵方法，其特征在于所述的等離子弧的火核中心位于渣層頂面下方18(T220mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種埋弧等離子熔融煉鐵方法，其特征在于相同時(shí)間內(nèi)等離子噴槍噴吹的鐵礦粉與噴煤槍噴吹的煤粉的重量比為鐵礦粉煤粉=(2.5 3.5) :1。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種埋弧等離子熔融煉鐵方法，其特征在于噴吹鐵礦粉和煤粉采用的載氣均為氮?dú)?，其中噴吹鐵礦粉時(shí)鐵礦粉在載氣中的濃度為2(T40kg/m3，噴吹煤粉時(shí)煤粉在載氣中的濃度為3(T60kg/m3。
全文摘要
一種埋弧等離子熔融煉鐵方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。鐵礦石在高爐中熔煉形成熔池，當(dāng)高爐中的熔池上方形成厚度300~500mm的渣層時(shí)，將等離子噴槍和噴煤槍插入渣層中，點(diǎn)燃等離子噴槍產(chǎn)生等離子弧，并通過等離子噴槍的夾層向渣層中噴吹鐵礦粉；同時(shí)通過噴煤槍向渣層中噴吹煤粉，控制煤粉經(jīng)過等離子弧的火核中心，對鐵礦粉進(jìn)行冶煉。本發(fā)明的方法能夠充分利用熱源，減少能量損失，降低生產(chǎn)成本，抑制粉塵的產(chǎn)生，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，對提高生產(chǎn)效率和減少污染具有重要意義。
文檔編號C21B13/00GK102653805SQ20121016606
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者陶立群 申請人:沈陽博聯(lián)特熔融還原科技有限公司