一种埋弧等离子熔融炼铁方法，属于冶金技术领域。铁矿石在高炉中熔炼形成熔池，当高炉中的熔池上方形成厚度300~500mm的渣层时，将等离子喷枪和喷煤枪插入渣层中，点燃等离子喷枪产生等离子弧，并通过等离子喷枪的夹层向渣层中喷吹铁矿粉；同时通过喷煤枪向渣层中喷吹煤粉，控制煤粉经过等离子弧的火核中心，对铁矿粉进行冶炼。本发明的方法能够充分利用热源，减少能量损失，降低生产成本，抑制粉尘的产生，生产工艺稳定，对提高生产效率和减少污染具有重要意义。
1.一种埋弧等离子熔融炼铁方法，铁矿石进入高炉，在高炉中熔炼形成熔池，其特征在于：在高炉中的熔池上方形成厚度300~500mm的渣层，将等离子喷枪和喷煤枪插入渣层中，点燃等离子喷枪产生等离子弧，控制等离子弧的弧温在1400~4000℃之间，并通过等离子喷枪的夹层向渣层中喷吹铁矿粉；同时通过喷煤枪向渣层中喷吹煤粉，控制煤粉经过等离子弧的火核中心，对铁矿粉进行冶炼。
2.根据权利要求1所述的一种埋弧等离子熔融炼铁方法，其特征在于所述的等离子喷枪工作时，等离子喷枪的出口与渣层顶面的垂直距离为150~200mm，喷煤枪的出口低于等离子喷枪出口，垂直距离差为10~20mm。
3.根据权利要求1所述的一种埋弧等离子熔融炼铁方法，其特征在于所述的等离子弧的火核中心位于渣层顶面下方180~220mm。
4.根据权利要求1所述的一种埋弧等离子熔融炼铁方法，其特征在于相同时间内等离子喷枪喷吹的铁矿粉与喷煤枪喷吹的煤粉的重量比为铁矿粉:煤粉=（2.5~3.5）:1。
5.根据权利要求1所述的一种埋弧等离子熔融炼铁方法，其特征在于喷吹铁矿粉和煤粉采用的载气均为氮气，其中喷吹铁矿粉时铁矿粉在载气中的浓度为20~40kg/m³，喷吹煤粉时煤粉在载气中的浓度为30~60kg/m³。技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种埋弧等离子熔融炼铁方法。
背景技术
传统的高炉炼铁技术中，铁矿物是以固态形式进入熔融还原炉，在炉腰部下降过程中被还原，经过软流带造渣，使目标金属铁与渣分离。这个工艺中必须使用焦炭和铁精粉球团或烧结矿在高温下被还原剂还原，该方法热效率低，产生大量烟尘，尤其处理低品位矿时，能源消耗大，生产效率低。
发明内容
针对现有高炉炼铁技术上存在的上述问题，本发明提供一种埋弧等离子熔融炼铁方法，目的是开发一种高效率和高能源利用率的炼铁方法。本发明的方法按照以下步骤进行：铁矿石进入高炉，在高炉中熔炼形成熔池，当高炉中的熔池上方形成厚度300~500mm的渣层，将等离子喷枪和喷煤枪插入渣层中，点燃等离子喷枪产生等离子弧，控制等离子弧的弧温在1400~4000℃，并通过等离子喷枪的夹层向渣层中喷吹铁矿粉；同时通过喷煤枪向渣层中喷吹煤粉，控制煤粉经过等离子弧的火核中心，对铁矿粉进行冶炼。上述方法中，当等离子喷枪工作时，控制等离子喷枪的出口与渣层顶面的垂直距离为150~200mm，喷煤枪的出口低于等离子喷枪出口，两者的垂直距离差为10~20mm。上述方法中的等离子弧的火核中心位于渣层顶面下方180~220mm。上述方法中，相同时间内等离子喷枪喷吹的铁矿粉与喷煤枪喷吹的煤粉的重量比为铁矿粉:煤粉=（2.5~3.5）:1。上述方法中，喷吹铁矿粉和煤粉采用的载气均为氮气，其中喷吹铁矿粉时铁矿粉在载气中的浓度为20~40kg/m³，喷吹煤粉时煤粉在载气中的浓度为30~60kg/m³。上述方法中铁矿粉的粒度≤80目，煤粉的粒度≤120目。上述反应的主要化学反应方程式包括：1.铁的逐级分解：Fe₃O₄→Fe+Fe₂O₃+O₂，Fe₂O₄→Fe+FeO+O_2xa0xa0；2.氧化亚铁与熔融碳的还原反应：FeO_（S）+C_（S）→Fe+CO₂；3.煤在等离子弧下的热分解：煤→C₂H₂+C₆H₆+CH₄+C_(S)。本发明的基本原理是：喷入熔池的铁矿粉在等离子弧作用下迅速逐级分解，形成氧化亚铁和氧气，喷入熔池的煤粉被加热至熔融状态，与氧气燃烧分解出碳，产生的高温使铁、氧化亚铁和碳形成熔融状态，反应生产铁和二氧化碳，并再次反应产生氧气，二氧化碳和煤粉分解后的其他气体与喷吹下来的物料强烈混合，对熔池进行剧烈搅动，加快反应的进行；炽热的等离子弧使渣层的渣料呈抛物线状向上飞溅，飞溅的渣料携带的可燃物与分解的氧气形成二次燃烧，使飞溅的渣料的温度迅速升高，落回熔池时将热量带回到熔池中，能够充分利用物料反应产生的热能；渣层下方的铁水层相对静止，主要反应在渣层中进行，形成埋弧等离子熔炼，埋弧所需氧气来自铁矿逐级分解以及氧化亚铁与碳反应生成，不需要再喷入氧气，煤粉分解出的挥发成分在渣层内形成绝热燃烧，使燃烧温度能够达到2000℃以上，突破了煤粉常规燃烧时1300℃的局限；燃烧产生的热量80%以上留在渣层中，铁矿粉直接喷吹到渣层内，从等离子喷枪出口处即熔化，减少了粉尘的产生。本发明方法的有益效果是能够充分利用热源，减少能量损失，降低生产成本，抑制粉尘的产生，生产工艺稳定，对提高生产效率和减少污染具有重要意义。
具体实施方式
本发明实施例中采用的等离子喷枪的功率为80千瓦。本发明实施例中采用的铁矿粉的粒度≤80目，煤粉的粒度≤120目。本发明实施例中选用的铁矿粉为赤铁矿粉、褐铁矿粉、菱铁矿粉、钛铁矿粉或红镍土矿粉，铁品位TFe在30~65%。本发明实施例中选用的煤粉为无烟煤粉。实施例1采用的铁矿粉为赤铁矿粉，铁品位为31.6%。将铁矿石在高炉中熔炼形成熔池，当高炉中的熔池上方形成厚度300mm的渣层时，将等离子喷枪和喷煤枪插入渣层中；控制等离子喷枪的出口与渣层顶面的垂直距离为150mm；控制喷煤枪的出口低于等离子喷枪出口，两者垂直距离差为10mm；点燃等离子喷枪产生等离子弧，等离子弧的火核中心位于渣层顶面下方180mm，控制等离子弧弧温在1400℃，并通过等离子喷枪的夹层向渣层中喷吹铁矿粉；同时通过喷煤枪向渣层中喷吹煤粉，控制煤粉经过火核中心，相同时间内等离子喷枪喷吹的铁矿粉与喷煤枪喷吹喷吹的煤粉的重量比为铁矿粉:煤粉=2.5:1，对铁矿粉进行冶炼；上述喷吹铁矿粉和煤粉采用的载气均为氮气，其中喷吹铁矿粉时铁矿粉在载气中的浓度为20kg/m³，喷吹煤粉时煤粉在载气中的浓度为30kg/m³；喷入熔池的铁矿粉在等离子弧作用下迅速逐级分解，形成氧化亚铁和氧气，喷入熔池的煤粉被加热至熔融状态，与氧气燃烧分解出碳，产生的高温使铁、氧化亚铁和碳形成熔融状态，反应生产铁和二氧化碳，并再次反应产生氧气，二氧化碳和煤粉分解后的其他气体与喷吹下来的物料强烈混合，对熔池进行剧烈搅动，加快反应的进行；炽热的等离子弧使渣层的渣料呈抛物线状向上飞溅，飞溅的渣料携带的可燃物与分解的氧气形成二次燃烧，使飞溅的渣料的温度迅速升高，落回熔池时将热量带回到熔池中，主要反应在渣层中进行，形成埋弧等离子熔炼，埋弧所需氧气来自铁矿逐级分解以及氧化亚铁与碳反应生成，不需要再喷入氧气，煤粉分解出的挥发成分在渣层内形成绝热燃烧，使燃烧温度能够达到2000℃以上；上述步骤中高炉产生的粉尘明显减少，能源消耗明显降低，生产过程工艺稳定。实施例2采用的铁矿粉为褐铁矿粉，铁品位为43.7%。将铁矿石在高炉中熔炼形成熔池，当高炉中的熔池上方形成厚度400mm的渣层时，将等离子喷枪和喷煤枪插入渣层中；控制等离子喷枪的出口与渣层顶面的垂直距离为180mm；控制喷煤枪的出口低于等离子喷枪出口，两者垂直距离差为15mm；点燃等离子喷枪产生等离子弧，等离子弧的火核中心位于渣层顶面下方200mm，控制等离子弧弧温在2000℃，并通过等离子喷枪的夹层向渣层中喷吹铁矿粉；同时通过喷煤枪向渣层中喷吹煤粉，控制煤粉经过火核中心，相同时间内等离子喷枪喷吹的铁矿粉与喷煤枪喷吹喷吹的煤粉的重量比为铁矿粉:煤粉=3:1，对铁矿粉进行冶炼；上述喷吹铁矿粉和煤粉采用的载气均为氮气，其中喷吹铁矿粉时铁矿粉在载气中的浓度为30kg/m³，喷吹煤粉时煤粉在载气中的浓度为40kg/m³；上述步骤中高炉产生的粉尘明显减少，能源消耗明显降低，生产过程工艺稳定。实施例3采用的铁矿粉为菱铁矿粉，铁品位为53.8%。将铁矿石在高炉中熔炼形成熔池，当高炉中的熔池上方形成厚度500mm的渣层时，将等离子喷枪和喷煤枪插入渣层中；控制等离子喷枪的出口与渣层顶面的垂直距离为200mm；控制喷煤枪的出口低于等离子喷枪出口，两者垂直距离差为20mm；点燃等离子喷枪产生等离子弧，等离子弧的火核中心位于渣层顶面下方220mm，控制等离子弧弧温在3000℃，并通过等离子喷枪的夹层向渣层中喷吹铁矿粉；同时通过喷煤枪向渣层中喷吹煤粉，控制煤粉经过火核中心，相同时间内等离子喷枪喷吹的铁矿粉与喷煤枪喷吹喷吹的煤粉的重量比为铁矿粉:煤粉=3.5:1，对铁矿粉进行冶炼；上述喷吹铁矿粉和煤粉采用的载气均为氮气，其中喷吹铁矿粉时铁矿粉在载气中的浓度为40kg/m³，喷吹煤粉时煤粉在载气中的浓度为50kg/m³；上述步骤中高炉产生的粉尘明显减少，能源消耗明显降低，生产过程工艺稳定。实施例4采用的铁矿粉为钛铁矿粉，铁品位为62.5%。将铁矿石在高炉中熔炼形成熔池，当高炉中的熔池上方形成厚度500mm的渣层时，将等离子喷枪和喷煤枪插入渣层中；控制等离子喷枪的出口与渣层顶面的垂直距离为200mm；控制喷煤枪的出口低于等离子喷枪出口，两者垂直距离差为20mm；点燃等离子喷枪产生等离子弧，等离子弧的火核中心位于渣层顶面下方220mm，控制等离子弧弧温在4000℃，并通过等离子喷枪的夹层向渣层中喷吹铁矿粉；同时通过喷煤枪向渣层中喷吹煤粉，控制煤粉经过火核中心，相同时间内等离子喷枪喷吹的铁矿粉与喷煤枪喷吹喷吹的煤粉的重量比为铁矿粉:煤粉=3:1，对铁矿粉进行冶炼；上述喷吹铁矿粉和煤粉采用的载气均为氮气，其中喷吹铁矿粉时铁矿粉在载气中的浓度为40kg/m³，喷吹煤粉时煤粉在载气中的浓度为60kg/m³；上述步骤中高炉产生的粉尘明显减少，能源消耗明显降低，生产过程工艺稳定。实施例5采用的铁矿粉为红镍土矿粉，铁品位为38.9%。将铁矿石在高炉中熔炼形成熔池，当高炉中的熔池上方形成厚度500mm的渣层时，将等离子喷枪和喷煤枪插入渣层中；控制等离子喷枪的出口与渣层顶面的垂直距离为180mm；控制喷煤枪的出口低于等离子喷枪出口，两者垂直距离差为15mm；点燃等离子喷枪产生等离子弧，等离子弧的火核中心位于渣层顶面下方210mm，控制等离子弧弧温在2500℃，并通过等离子喷枪的夹层向渣层中喷吹铁矿粉；同时通过喷煤枪向渣层中喷吹煤粉，控制煤粉经过火核中心，相同时间内等离子喷枪喷吹的铁矿粉与喷煤枪喷吹喷吹的煤粉的重量比为铁矿粉:煤粉=3:1，对铁矿粉进行冶炼；上述喷吹铁矿粉和煤粉采用的载气均为氮气，其中喷吹铁矿粉时铁矿粉在载气中的浓度为40kg/m³，喷吹煤粉时煤粉在载气中的浓度为50kg/m³；上述步骤中高炉产生的粉尘明显减少，能源消耗明显降低，生产过程工艺稳定。