本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种铁精粉直接高炉炼铁的方法。
背景技术：
高炉炼铁是目前世界上主要的炼铁方法，高炉炼铁具有产量大、综合能耗低、热效率高、生产效率高等优点，因此占全世界生铁产量的95％以上。目前高炉炼铁主要过程为：采用高碱度烧结矿、酸性球团配加少量天然块矿的炉料结构，燃料主要为焦炭和煤粉，通过鼓入1000-1250℃的热风，完成含铁原料的还原，最终通过渣铁分离完成生铁的生产。
在使用高炉炼铁过程中仍存在很多的问题，如焦比和燃料比较高，仍在500kg/吨铁以上，尤其是价格昂贵的焦炭消耗量普遍仍在400kg/吨铁以上；另外，高炉的间接还原发展仍不够充分，煤气的利用率不高；高炉采用的含铁原料主要为烧结矿和球团矿，其烧结过程需要消耗大量的燃料等问题。目前为了降低炼铁过程对焦炭的依赖，科技工作者们研发了非高炉炼铁的方法，如直接还原法和熔融还原法，但该方法也存在着燃料比高、生产效率低、生产成本高等问题。因此，开发一种能耗低、效率高、容易实施的新型的炼铁工艺，对我国钢铁工业的发展具有重要的促进意义。
技术实现要素：
针对现有传统高炉炼铁方法过程中焦比高、高炉煤气利用率低、能耗大、成本高等问题，本发明提供一种铁精粉直接高炉炼铁的方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种铁精粉直接高炉炼铁的方法，包括如下步骤：
(1)将铁精粉与熔剂进行混料处理，得到矿石料；
(2)将所述矿石料与焦炭于布料器中以环形交替布料的方式进行布料：最外圈沿高炉轴向交替布料矿石料层和焦炭层；内圈由矿石料与焦炭分别沿高炉周向和轴向交替布料；
(3)采用由三组鼓风系统组成的鼓风体系对高炉中的炉料进行冶炼，所述三组鼓风系统包括第一鼓风系统、第二鼓风系统和第三鼓风系统；所述第一鼓风系统鼓风温度为500-700℃，所述第二鼓风系统和第三鼓风系统鼓吹常温空气。
相对于现有技术，本发明提供的铁精粉直接高炉炼铁的方法，铁精粉不需要经过烧结和球团过程，与熔剂经加湿混料后直接进入高炉，降低了钢铁生产过程的投资费用和工序能耗，降低成本；采用环形交替布料和三组鼓风系统相结合的冶炼方式，增加矿石料与焦炭的接触面积，加快还原速度，且中心气流得到充分利用，煤气流的上升由原有的直接上升转变为沿焦炭固体炉料曲线上升，煤气和固体炉料的接触时间大幅增加，煤气的化学能和热量得到了充分利用，从而使得焦比得到明显降低，且铁的收得率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中布料器的俯视图；
图2是图1中a-a向的剖视结构示意图。
其中，图中各附图标记：
1-矿石料；2-焦炭。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种铁精粉直接高炉炼铁的方法。该铁精粉直接高炉炼铁的方法，包括如下步骤：
(1)将铁精粉与熔剂进行混料处理，得到矿石料；
(2)将所述矿石料与焦炭于布料器中以环形交替布料的方式进行布料：最外圈沿高炉轴向交替布料矿石料层和焦炭层；内圈由矿石料与焦炭分别沿高炉周向和轴向交替布料；
(3)采用由三组鼓风系统组成的鼓风体系对高炉中的炉料进行冶炼，所述三组鼓风系统包括第一鼓风系统、第二鼓风系统和第三鼓风系统；所述第一鼓风系统鼓风温度为500-700℃，所述第二鼓风系统和第三鼓风系统鼓吹常温空气。
具体地，所述布料器内圈由矿石料与焦炭沿高炉周向交替布料形成的炉料层依次叠加布料，且炉料层之间的矿石料与焦炭为交替布料(如图1、2所示)，即布料器内圈被隔板沿轴向均分成偶数个布料腔；布料腔内有由铁矿石层和焦炭层交替叠加分布的炉料层，且相邻布料腔中同一水平的炉料层不同，焦炭在高炉中的排布呈现曲线上升，使煤气流的上升由原有的直接上升转变为沿焦炭固体炉料曲线上升，煤气和固体炉料的接触时间大幅增加，接触面积增加，提高还原速度，煤气的化学能和热量得到了充分利用。
优选地，所述熔剂为石灰石或白云石，产生的cao用于形成炉渣，去除杂质元素、有害元素如硫等。
优选地，所述铁精粉含铁量为55-65％，有助于提高铁的收得率。
优选地，所述矿石料湿度为7％-13％，便于布料成型。
优选地，控制炉渣碱度为1.1-1.2，保证所得铁产品的品质。
优选地，所述焦炭粒径为3-12cm，便于焦炭层的填充，同时保证中心煤气的顺利通过，有助于还原反应的进行，保证冶炼的顺利完成。
优选地，所述布料器包括3-6圈同心布料圈，最外圈布料圈为一个环形布料腔，布料圈内圈被隔板均分为偶数个布料腔，矿石料和焦炭于不同布料腔中交替布料，同一个布料腔中矿石料和焦炭在轴向上也交替布料，矿石料和焦炭接触面积增加，煤气流的上升由原有的直接上升转变为沿焦炭固体炉料曲线上升，煤气和固体炉料的接触时间大幅增加，提高还原速度，中心气流得到充分利用，煤气的化学能和热量得到了充分利用。
优选地，最外圈布料圈内轴向均匀设置多个用于形成通气孔的钢管，是炉料层中均匀分布有通气孔，便于煤气的通过，便于反应的快速充分进行；或者加厚最外圈布料圈与内圈布料圈间的隔板厚度，增大最外圈炉料层与内圈炉料层间的空隙，便于煤气的通过，便于反应的快速充分进行。
优选地，布料圈内圈的相邻炉料层中的焦炭层在高度上有重叠部分，即同一水平炉料层中交替布料的焦炭高度上下均超出矿石料高度，且与相邻炉料层中的焦炭层在高度上有重叠部分，使炉料脱离布料器后，原来处于相邻布料腔内的焦炭层彼此之间有连接部分，便于中心气流的顺利通过，使煤气流的上升由原有的直接上升转变为沿焦炭固体炉料曲线上升，煤气和固体炉料的接触时间大幅增加，提高还原速度，中心气流得到充分利用，煤气的化学能和热量得到了充分利用，从而使得焦比得到明显降低，能耗降低。
优选地，所述重叠部分高度为15-30cm，即同一水平炉料层中交替布料的焦炭高度上下均超出矿石料高度15-30cm，矿石料层高度为60-90cm，便于中心气流的顺利通过，使煤气流的上升由原有的直接上升转变为沿焦炭固体炉料曲线上升，煤气和固体炉料的接触时间大幅增加，提高还原速度，中心气流得到充分利用，煤气的化学能和热量得到了充分利用，从而使得焦比得到明显降低，能耗降低。
优选地，最外圈的炉料层中焦炭层和矿石料层的质量比为1:4.5-5.5，且焦炭层高度为1.0-1.2m，保证焦炭可以提供足够的热量和还原剂。
优选地，内圈的各炉料层中焦炭层的高度为1.0-1.2m，且焦炭和矿石料的质量比为1:6.5-7.5，保证焦炭可以提供足够的热量和还原剂。
优选地，所述第一鼓风系统、第二鼓风系统和第三鼓风系统均匀设置在高炉炉缸径向同一水平线上，均匀设置第一鼓风系统的风口，在第一鼓风系统的风口间插缝均匀设置第二鼓风系统的风口，在第一鼓风系统的风口、第二鼓风系统的风口之间插缝设置第三鼓风系统的风口，第一鼓风系统连续供给高炉冶炼需要的热风来活跃炉缸，保障铁水可以顺利流出，第二鼓风系统和第三鼓风系统连续供给助燃用的氧气，保证冶炼的顺利进行。
优选地，所述第一鼓风系统由8个风口组成，风口向下倾角13°-17°；第二鼓风系统由8个风口组成，风口向上倾角12°-18°；第三鼓风系统由16个风口组成，风口向上倾角18°-22°，第一鼓风系统连续供给高炉冶炼需要的热风，第二鼓风系统和第三鼓风系统连续供给助燃用的氧气，使高炉中心气流得到充分利用，使煤气流的上升由原有的直接上升转变为沿焦炭固体炉料曲线上升，煤气和固体炉料的接触时间大幅增加，还原更充分彻底。所述鼓风系统的风压为245～252kpa，风量为1220～1300nm3/min，使热风燃烧焦炭而产生热量和还原剂。
本发明实施例提供的铁精粉直接高炉炼铁的方法，铁精粉不需要经过烧结和球团过程，与熔剂经加湿混料后直接进入高炉，降低了钢铁生产过程的投资费用和工序能耗，降低成本；采用环形交替布料和三组鼓风系统相结合的冶炼方式，中心气流得到充分利用，煤气流的上升由原有的直接上升转变为沿焦炭固体炉料曲线上升，煤气和固体炉料的接触时间大幅增加，接触面积增加，提高还原速度，煤气的化学能和热量得到了充分利用，从而使得焦比得到明显降低至300kg/吨铁，且铁的收得率≥99％。
为了更好的说明本发明实施例提供的铁精粉直接高炉炼铁的方法，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种铁精粉直接高炉炼铁的方法，包括如下步骤：
(1)将铁精粉与熔剂进行混料处理，炉渣碱度为1.1，得到湿度为10％的矿石料；
(2)将所述矿石料与焦炭于布料器中以环形交替布料的方式进行布料，选用的布料器包括4圈同心布料圈，最外圈为一个环形布料腔，用矿石料与焦炭交替填充依次叠加布料形成矿石料层与焦炭层交替的层状结构的炉料层，其中，焦炭层和矿石料层的质量比为1:5，焦炭层高度为1.1m；内圈的布料圈均被隔板均分为4个布料腔，布料圈的相同高度矿石料和焦炭于不同布料腔中交替布料，即每一圈布料圈的布料腔采用奇偶数不同进行填充布料，且同一个布料腔中垂直方向上矿石料和焦炭也交替布料，内圈的各炉料层的焦炭层高度为1.2m，且焦炭和矿石料的质量比为1:7，
(3)采用由三组鼓风系统组成的鼓风体系对高炉中的炉料进行冶炼，所述三组鼓风系统包括第一鼓风系统、第二鼓风系统和第三鼓风系统；所述第一鼓风系统由8个风口组成，风口向下倾角15°，鼓风温度为600℃，所述第二鼓风系统由8个风口组成，风口向上倾角18°，吹常温空气；第三鼓风系统鼓由16个风口组成，风口向上倾角22°，吹常温空气，在风压245～252kpa，风量1220～1300nm3/min，顶压132～135kpa，铁水温度≥1400℃下，fe的收得率为99.3％，焦比下降到310.23kg。
实施例2
一种铁精粉直接高炉炼铁的方法，包括如下步骤：
(1)将铁精粉与熔剂进行混料处理，炉渣碱度为1.0，得到湿度为7％的矿石料；
(2)将所述矿石料与焦炭于布料器中以环形交替布料的方式进行布料，选用的布料器包括5圈同心布料圈，最外圈为一个环形布料腔，用矿石料与焦炭交替填充依次叠加布料形成矿石料层与焦炭层交替的层状结构的炉料层，其中，焦炭层和矿石料层的质量比为1:4.5，焦炭层高度为1.1m；内圈的布料圈均被隔板均分为8个布料腔，布料圈的相同高度矿石料和焦炭于不同布料腔中交替布料，同一个布料腔中垂直方向上矿石料和焦炭也交替布料，内圈的各炉料层中焦炭层的高度为1.2m，且焦炭和矿石料的质量比为1:6.5；
(3)采用由三组鼓风系统组成的鼓风体系对高炉中的炉料进行冶炼，所述三组鼓风系统包括第一鼓风系统、第二鼓风系统和第三鼓风系统；所述第一鼓风系统由8个风口组成，风口向下倾角15°，鼓风温度为700℃，所述第二鼓风系统由8个风口组成，风口向上倾角12°，吹常温空气；第三鼓风系统鼓由16个风口组成，风口向上倾角18°，吹常温空气，在风压245～252kpa，风量1220～1300nm3/min，顶压132～135kpa，铁水温度≥1400℃下，fe的收得率为99.5％，焦比下降到304.15kg。
实施例3
一种铁精粉直接高炉炼铁的方法，包括如下步骤：
(1)将铁精粉与熔剂进行混料处理，炉渣碱度为1.2，得到湿度为13％的矿石料；
(2)将所述矿石料与焦炭于布料器中以环形交替布料的方式进行布料，选用的布料器包括3圈同心布料圈，最外圈为一个环形布料腔，用矿石料与焦炭交替填充依次叠加布料形成矿石料层与焦炭层交替的层状结构的炉料层，其中，焦炭层和矿石料层的质量比为1:5.5，焦炭层高度为1.0m；内圈的布料圈均被隔板均分为6个布料腔，即次外圈和中心圈的布料圈均被隔板均分为6个布料腔，布料圈的相同高度矿石料和焦炭于不同布料腔中交替布料，同一个布料腔中垂直方向上矿石料和焦炭也交替布料(如图1、2所示)，内圈的各炉料层中焦炭层的高度均为1.1m，且焦炭和矿石料的质量比为1:7.5；
(3)采用由三组鼓风系统组成的鼓风体系对高炉中的炉料进行冶炼，所述三组鼓风系统包括第一鼓风系统、第二鼓风系统和第三鼓风系统；所述第一鼓风系统由8个风口组成，风口向下倾角15°，鼓风温度为500℃，所述第二鼓风系统由8个风口组成，风口向上倾角15°，吹常温空气；第三鼓风系统鼓由16个风口组成，风口向上倾角20°，吹常温空气，在风压245～252kpa，风量1220～1300nm3/min，顶压132～135kpa，铁水温度≥1400℃下，fe的收得率为99.1％，焦比下降到318.68kg。
由以上数据可得，本发明实施例提供的铁精粉直接高炉炼铁的方法，煤气的化学能和热量得到了充分利用，从而使得焦比得到明显降低至300kg/吨铁左右，且铁的收得率≥99％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。