本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種渦流攪拌熔融還原煉鐵方法。
背景技術：
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隨著多年的高速發展，中國鋼鐵產業發展迅速，已經占據了世界鋼鐵的40％以上，但隨著鋼鐵產能過剩和對環保要求的日趨嚴格，如何降低成本，改善工作環境是重中之重。作為煉鋼的原料，煉鐵工藝已經非常完善，我國的煉鐵主要是高爐煉鐵。高爐煉鐵的本質是鐵的還原過程，即使用焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或煉鐵原料中的鐵從氧化物或礦物形態還原為液態生鐵。
在嚴酷的經濟形勢下，煉鐵廠采用各種措施，保持生鐵加工成本不斷下降，而對高爐的操作指標的要求，主要體現在高爐風溫的提高、煤氣利用率的提高、燃料比的降低、以及高爐壽命的延長。而高爐煉鐵工藝的純熟已經讓煉鐵成本趨于穩定，局部條件的改善只能小范圍的改變生鐵成本，利潤空間很小。
在高爐生產中，還原劑利用率對生產成本影響很大，生產周期的長短更是影響每爐鐵水價格的重要方面，能有效提高還原劑利用率，縮短生產周期，就能降低生鐵成本，進而影響整個煉鋼成本。傳統高爐煉鐵還原劑主要為無煙煤粉，由風口向高爐內噴吹。而煤粉的低密度使得在反應過程中煤粉大量漂浮在表面，不能很好的和鐵的氧化物進行反應，煤粉的利用率較低，且產生的煙氣中含有大量未反應的粉塵，不但浪費原料，對大氣和現場環境也造成惡劣的影響。
因此，找到一種新的添加方式來提高還原劑的利用率，縮短反應周期，改善現場環境是非常有必要的。KR攪拌主要用于煉鋼過程，鐵水預處理階段，用于脫硫劑和鐵水的混合，便于脫硫過程的進行。將KR攪拌槳用于煉鐵過程，攪拌卷入煤粉，可大大提高還原劑的利用率。
申請號為201210104356.0的專利提出了一種新型KR脫硫攪拌方法，涉及轉爐前鐵水爐外脫硫，通過攪拌器的旋轉攪動，使鐵水表面上的脫硫劑卷入鐵水中混合脫硫，但是未涉及煉鐵領域。申請號為201110185831.7的專利提出一種KR脫硫渣鐵回收利用方法，將KR脫硫后的渣鐵重新回收煉鋼，也未涉及煉鐵領域。申請號為201410040360.4的專利提出了一種改進的高爐煉鐵系統。在保證高爐煉鐵熱風輸送溫度得到有效提升的情況下，減少了熱風爐的配置規模，節省了占地面積，降低了投資，降低煉鐵單位能耗及成本，但未涉及攪拌煉鐵系統。
技術實現要素：
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針對現有高爐還原劑加入方式和利用率低的不足，本發明提出了一種渦流攪拌熔融還原煉鐵方法。該方法直接利用帶攪拌槳的感應爐，采用中心攪拌的方式旋轉攪動熔體產生漩渦，粉狀的含鐵原料、還原劑和造渣劑加入到漩渦中心后，立刻被卷入熔池中，與熔體充分混合并反應，使含鐵的氧化物被迅速還原。
為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
一種渦流攪拌熔融還原煉鐵方法，包括以下步驟：
(1)將生鐵置入感應爐中，加熱至熔融狀態，形成鐵水，保證鐵水的溫度在≥1450℃；其中，所述生鐵加入量為感應爐爐體體積的5～20％；
(2)對鐵水進行攪拌，形成高徑比為0.5～2.5的旋渦，并持續攪拌；
(3)將含鐵礦物、還原劑和造渣劑噴吹至漩渦中心，發生還原反應，得到鐵水和熔渣后停止攪拌，同時產生廢氣；其中，含鐵礦物、還原劑與造渣劑的質量比為1∶(0.1～0.15)∶(0.25～0.4)；
(4)鐵水和熔渣分層排出，廢氣經處理后排放。
所述的步驟(1)中，熔融鐵水用于提供供熱環境。
所述的步驟(1)中，保證鐵水的溫度≥1450℃的方法為，感應爐自身加熱。
所述的步驟(1)中，感應爐包括排渣口和排鐵水口；所述的感應爐的一側的下部設置有排鐵水口，在感應爐的另一側的上部設置有排渣口；
所述的感應爐設置有攪拌槳、攪拌槳升降系統、噴粉設備、風罩、煙氣凈化系統、余熱回收系統和洗滌塔；所述的攪拌槳設置在感應爐內部，所述的攪拌槳升降系統與攪拌槳相連接，所述的噴粉設備設置在感應爐一側的頂部，所述的風罩設置在感應爐的上方，所述的煙氣凈化系統的入口通過管道與風罩相連，所述的余熱回收系統的入口通過管道與煙氣凈化系統的出口連接，所述的洗滌塔入口通過管道與余熱回收系統的出口連接，所述的洗滌塔出口與大氣連通；所述的攪拌槳升降系統，用于更換攪拌槳。
所述的攪拌槳材料為炭質材料。
所述的攪拌槳為石墨攪拌槳。
所述的步驟(2)中，攪拌方式為，調整攪拌槳插入至鐵水液面高度的1/3～1/2處，進行中心攪拌，中心攪拌速度為50～200r/min。
所述的步驟(3)中，含鐵礦物、還原劑和造渣劑經混合研磨后，通過噴粉設備噴吹至漩渦中心。
所述的步驟(3)中，含鐵礦物為鐵礦石。
所述的步驟(3)中，還原劑為煤粉。
所述的步驟(3)中，造渣劑為氧化鈣。
所述的步驟(3)中，還原反應中，含鐵礦物的還原率≥95.5％，熔渣中含鐵質量百分數≤0.35％。
所述的步驟(3)中，熔渣成分主要為CaO、SiO2和Al2O3。
所述的步驟(4)中，感應爐中，上層為熔渣，下層為鐵水，將熔渣從排渣口排出，鐵水從排鐵水口排出。
所述的步驟(4)中，廢氣經由風罩去往煙氣凈化系統，凈化處理后，通過余熱回收系統回收余熱，最后通過洗滌塔，吸收氣體中的有害氣體，達到排空要求后排入大氣。
還原煉鐵過程中涉及的主要反應：
FexOy+yC＝yCO+xFe
FexOy+yCO＝yCO2+xFe
FexOy+y/2C＝y/2CO2+xFe
本發明的有益效果：
(1)反應物料含鐵礦物、還原劑和造渣劑直接加入到熔體表面攪拌形成的渦流中心，立刻被卷入熔池中，攪拌卷入反應物料可以得到充分的接觸，加快反應進行，縮短煉鐵周期。
(2)機械攪拌槳采用炭質材料制成，攪拌槳攪拌磨損后，可打碎作為還原劑重新利用。
(3)該方法工藝簡單，投資少，節能環保，成本低廉，具有較高的經濟價值，大大提高還原劑的利用率，是一種高效的非高爐煉鐵技術。
(4)該方法對含鐵礦物的還原率≥95.5％，熔渣中含鐵質量百分數≤0.35％。
附圖說明：
圖1是采用本發明方法的感應爐系統結構示意圖，其中：1-排渣口，2-排鐵水口，3-石墨攪拌槳，4-攪拌槳升降系統，5-噴粉設備，6-風罩，7-煙氣凈化系統，8-余熱回收系統，9-洗滌塔。
具體實施方式：
下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明。
實施例1
本實施例采用的感應爐系統結構示意圖見圖1。
一種渦流攪拌熔融還原煉鐵方法，包括以下步驟：
(1)將生鐵置入感應爐中，加熱至熔融狀態，形成鐵水，保持鐵水的溫度在1450℃，用于提供供熱環境；其中，生鐵加入量為感應爐爐體體積的5％；
(2)調整石墨攪拌槳3插入至鐵水液面高度的1/3處，進行中心攪拌，攪拌速度為50r/min，形成高徑比為0.5的旋渦，并持續攪拌；
根據石墨攪拌槳3的磨損程度，通過攪拌槳升降系統4更換攪拌槳，并將磨損后的石墨攪拌槳3打碎作為還原劑重新利用；
(3)將鐵礦石、煤粉和氧化鈣，按質量比1∶0.1∶0.25，經混合研磨后，通過噴粉設備5噴吹至漩渦中心，發生還原反應，得到鐵水和熔渣后，停止攪拌，同時產生廢氣；
(4)感應爐中，下層為鐵水，上層為熔渣，熔渣成分主要為CaO、SiO2和Al2O3，下層鐵水由排鐵水口2排出，上層熔渣由排渣口1排出，鐵礦石的還原率為96.5％，熔渣中含鐵0.3％；反應產生的廢氣，經由風罩6去往煙氣凈化系統7，凈化處理后，通過余熱回收系統8回收余熱，最后通過洗滌塔9，吸收氣體中的有害氣體，達到排空要求后排入大氣。
實施例2
本實施例采用的感應爐系統結構示意圖見圖1。
一種渦流攪拌熔融還原煉鐵方法，包括以下步驟：
(1)將生鐵置入感應爐中，加熱至熔融狀態，形成鐵水，保持鐵水的溫度在1550℃，用于提供供熱環境；其中，所述生鐵加入量為感應爐爐體體積的15％；
(2)調整石墨攪拌槳插入至鐵水液面高度的1/2處，進行中心攪拌，攪拌速度為200r/min，形成高徑比為2.5的旋渦，并持續攪拌；
根據石墨攪拌槳3的磨損程度，通過攪拌槳升降系統4更換攪拌槳；
(3)將鐵礦石、煤粉和氧化鈣，按質量比1∶0.15∶0.4，經混合研磨后，通過噴粉設備5噴吹至漩渦中心，發生還原反應，得到鐵水和熔渣后，停止攪拌，同時產生廢氣；
(4)感應爐中，下層為鐵水，上層為熔渣，熔渣成分主要為CaO、SiO2和Al2O3，下層鐵水由排鐵水口2排出，上層熔渣由排渣口1排出，鐵礦石的還原率為95.5％，熔渣中含鐵0.35％；反應產生的廢氣，經由風罩6去往煙氣凈化系統7，凈化處理后，通過余熱回收系統8回收余熱，最后通過洗滌塔9，吸收氣體中的有害氣體，達到排空要求后排入大氣。
實施例3
本實施例采用的感應爐系統結構示意圖見圖1。
一種渦流攪拌熔融還原煉鐵方法，包括以下步驟：
(1)將生鐵置入感應爐中，加熱至熔融狀態，形成鐵水，保持鐵水的溫度在1500℃，用于提供供熱環境；其中，所述生鐵加入量為感應爐爐體體積的20％；
(2)調整石墨攪拌槳插入至鐵水液面高度的1/2處，進行中心攪拌，攪拌速度為100r/min，形成高徑比為1.0的旋渦，并持續攪拌；
根據石墨攪拌槳3的磨損程度，通過攪拌槳升降系統4更換攪拌槳；
(3)將鐵礦石、煤粉和氧化鈣，按質量比1∶0.12∶0.3，經混合研磨后，通過噴粉設備5噴吹至漩渦中心，發生還原反應，得到鐵水和熔渣后，停止攪拌，同時產生廢氣；
(4)感應爐中，下層為鐵水，上層為熔渣，熔渣成分主要為CaO、SiO2和Al2O3，下層鐵水由排鐵水口2排出，上層熔渣由排渣口1排出，鐵礦石的還原率為96.2％，熔渣中含鐵0.32％；反應產生的廢氣，經由風罩6去往煙氣凈化系統7，凈化處理后，通過余熱回收系統8回收余熱，最后通過洗滌塔9，吸收氣體中的有害氣體，達到排空要求后排入大氣。
實施例4
本實施例采用的感應爐系統結構示意圖見圖1。
一種渦流攪拌熔融還原煉鐵方法，包括以下步驟：
(1)將生鐵置入感應爐中，加熱至熔融狀態，形成鐵水，保持鐵水的溫度在1480℃，用于提供供熱環境；其中，所述生鐵加入量為感應爐爐體體積的10％；
(2)調整石墨攪拌槳插入至鐵水液面高度的1/3處，進行中心攪拌，攪拌速度為150r/min，形成高徑比為1.5的旋渦，并持續攪拌；
根據石墨攪拌槳3的磨損程度，通過攪拌槳升降系統4更換攪拌槳；
(3)將鐵礦石、煤粉和氧化鈣，按質量比1∶0.14∶0.35，經混合研磨后，通過噴粉設備5噴吹至漩渦中心，發生還原反應，得到鐵水和熔渣后，停止攪拌，同時產生廢氣；
(4)感應爐中，下層為鐵水，上層為熔渣，熔渣成分主要為CaO、SiO2和Al2O3，下層鐵水由排鐵水口2排出，上層熔渣由排渣口1排出，鐵礦石的還原率為95.8％，熔渣中含鐵0.33％；反應產生的廢氣，經由風罩6去往煙氣凈化系統7，凈化處理后，通過余熱回收系統8回收余熱，最后通過洗滌塔9，吸收氣體中的有害氣體，達到排空要求后排入大氣。