直接还原炼铁
直接还原炼铁
在低于矿石熔化温度下，通过固态还原，把铁矿石炼制成铁的工艺过程。这种铁保留了失氧时形成的大量微气孔，在显微镜下观察形似海绵，所以也称为海绵铁；用球团矿制成的海绵铁也称为金属化球团。直接还原铁的特点是碳、硅含量低，成分类似钢，实际上也代替废钢使用于炼钢。习惯上把铁矿石在高炉中先还原冶炼成含碳高的生铁。而后在炼钢炉内氧化，降低含碳量并精炼成钢，这项传统工艺，称作间接炼钢方法；而把炼制海绵铁的工艺称作直接还原法，或称直接炼铁（钢）法。
直接还原原理与早期的炼铁法（见块炼铁）基本相同。高炉法取代原始炼铁法后,生产效率大幅度提高,是钢铁冶金技术的重大进步。但随着钢铁工业大规模发展，适合高炉使用的冶金焦的供应日趋紧张。为了摆脱冶金焦的羁绊，18世纪末提出了直接还原法的设想。20世纪60年代，直接还原法得到发展，其原因是：①50～70年代，石油及天然气大量开发，为发展直接还原法提供了方便的能源。②电炉炼钢迅速发展，海绵铁能代替供应紧缺的优质废钢,用作电炉原料,开辟了海绵铁的广阔市场。③选矿技术提高,能提供高品位精矿,使脉石含量可以降得很低，简化了直接还原工艺。1980年全世界直接还原炼铁生产量为713万吨，占全世界生铁产量的1.4％。最大的直接还原工厂规模达到年产百万吨，在钢铁工业中已占有一定的位置。
海绵铁中能氧化发热的元素如硅、碳、锰的含量很少，不能用于转炉炼钢，但适用于电弧炉炼钢。这样就形成一个直接还原炉－电炉的钢铁生产新流程。经过电炉内的简单熔化过程，从海绵铁中分离出少量脉石，就炼成了钢，免除了氧化、精炼及脱氧操作，使新流程具有作业程序少和能耗低的优点。其缺点是：①成熟的直接还原法需用天然气作能源，而用煤炭作能源的直接还原法尚不完善，70年代后期，石油供应不足，天然气短缺，都限制了直接还原法的发展。②直接还原炉－电炉炼钢流程，生产一吨钢的电耗不少于600千瓦·时,不适于电力短缺地区使用。③海绵铁的活性大、易氧化，长途运输和长期保存困难。目前，只有一些中小型钢铁厂采用此法。
现在达到工业生产水平或仍在继续试验的直接还原方法约有二十余种，主要分为两类：
使用气体还原剂的直接还原法 按工艺设备来分，有三种类型，包括竖炉法、反应罐法和流态化法。作为还原剂的煤气先加热到一定温度（约900）,并同时作为热载体，供还原反应所需的热量。要求煤气中H、CO含量高,CO、HO含量低；CH在还原过程中分解离析的碳要影响操作,含量不得超过3％。用天然气转化制造这样的煤气最方便；也可用石油（原油或重油）制造，但价格较高。用煤炭气化制造还原气，是正在研究的课题。
竖炉法 在竖炉中炉料与煤气逆向运动，下降的炉料逐步被煤气加热和还原，传热、传质效率较高。竖炉法以Midrex法为代表，是当前发展最快、应用最广的直接还原炼铁法，其改进的生产流程示意见图1[ Midrex法生产流程示意] 。作为原料的氧化球团矿自炉顶加入竖炉后，依次经过预热、还原及冷却三个阶段。还原所得的海绵铁，冷却到50后排出炉外，以防再氧化。还原煤气用天然气及竖炉本身的一部分煤气制造，先加热到760～900，在竖炉还原段下部通入。炉顶煤气回收后分别用于煤气再生、转化炉加热和竖炉冷却。此法的生产率很高，每吨产品能耗可低达2.56×10千卡,产品质量好，金属化率达92％。1980年全世界建有800万吨/年设备能力，总年产量约396万吨 (占直接还原铁的50％)。
其他竖炉法有 Purofer法，为联邦德国提出。特点是用蓄热式天然气转化炉制造还原气，可以获得较高的煤气温度。另外，竖炉不设冷却段，海绵铁在隔绝空气条件下热排料，然后进行钝化处理或送电炉热装。此法缺点是设备及操作较复杂。现在只在伊朗建有一个生产工厂。Wiberg法是30年代瑞典开创的一种竖炉法，使用电弧供热的煤炭气化炉制造还原煤气。世界各地曾建立若干小型工厂，目前都已停产。但瑞典又在研究用等离子体加热的煤粉气化炉代替电弧供热的煤炭气化炉，对Wiberg法进行改造，1981年已投产。
中国广东省曾进行水煤气竖炉的试验，并取得了成功，但未投入生产。
反应罐法 墨西哥的HyL法 (指其第一代和第二代)是唯一的工业化反应罐法,在反应罐中炉料固定不动,通入热还原煤气依次进行预热、还原和冷却，最后定期停气，把炉料排出罐外。工艺流程见图2[HyL法工艺流程示意]。
为了克服固定床还原煤气利用不良的缺点,HyL法采用了4个反应罐串联操作，还原煤气用天然气制造,先在换热式转化炉中不充分转化。经过每一个罐反应后都进行脱水、二次转化和提温，煤气在1100的高温下进行还原。
HyL法使用排料杆,在停止通气下,强迫排料,因此不怕炉料粘结，操作温度较高，虽系间断作业，生产率并不低。缺点是煤气利用差,热耗大(达3.4×10千卡/吨)，产品质量不均。HyL海绵铁含碳高 (1.2～2.0％)，不易再氧化。墨西哥建有用此法正式生产的工厂。其产量仅次于Midrex法，1980年产量为236万吨。第三代的HyL法已放弃四个反应罐，改用一个，接近Midrex法，于1980年投产。
流态化法 在流化床中用煤气还原铁矿粉的方法。在流态化法还原中，煤气除用作还原剂及热载体外，还用作散料层的流化介质。图3[ 流态化法还原示意]
低能耗的炼铁工艺流程
低能耗的炼铁工艺流程——
我国煤基直接还原铁发展现状及前景
（一）前言
钢铁工业是众所周知的高能耗,高排放的支柱产业。在今天能源资源短缺环境保护要求日益提高的前提下，对钢铁工艺的各个流程进行节能减排、优化设计、技术改进已经刻不容缓。直接还原可以说是对原有的焦炭还原的一大突破，然而高炉炼铁在当今仍属主流，不难想象其中存在的诸多技术难题。其体现出来的低能耗，低污染自不待言，但其产品质量是否稳定却是人们急待了解的。这也就使得人们对直接还原的关注提升到了一个新的高度。下面就对低能耗炼铁工艺的一种，煤基直接还原铁做个介绍。
（二）正文
直接还原铁是铁矿在固态条件下直接还原为铁,可以用来作为冶炼优质钢､特殊钢的纯净原料,也可作为铸造､铁合金､粉末冶金等工艺的含铁原料｡这种工艺不用焦炭炼铁,原料也是使用冷压球团不用烧结矿,所以是一种优质､低耗､低污染的炼铁新工艺,也是全世界钢铁冶金的前沿技术之一｡
直接还原炼铁工艺有气基法和煤基法两种,按主体设备可分为竖炉法､回转窑法､转底炉法､反应罐法､罐式炉法和流化床法等｡目前,世界上90%以上的直接还原铁是用气基法生产出来的｡但是天然气资源有限､价高,使生产量增长不快｡用煤作还原剂在技术上也已过关,可以用块矿､球团矿或粉矿作铁原料(如竖炉､流化床､转底炉和回转窑等｡但是,因为要求原燃料条件高(矿石含铁品位要大于66%,含Si02+A1203杂质要小于3%,煤中灰分要低等),规模小,设备寿命低,生产成本高和某些技术问题等原因,致使直接还原铁生产在全世界没有得到迅速发展｡因此,高炉炼铁生产工艺在较长时间内仍将占有主导地位｡
我国天然气缺乏，但煤炭资源丰富的特点，决定了煤基直接还原技术是我国发展直接还原铁的首选工艺。
1、煤基直接还原铁生产现状
煤基直接还原是指直接以煤作还原剂的工艺，是相对于气基直接还原工艺而言。目前世界直接还原铁生产中，主要分为气基法和煤基法，表1为2003～2007年世界几种直接还原工艺的产量构成。
直接还原铁生产工艺的分析
直接还原铁生产工艺的分析
世界上直接还原铁生产技术已经成熟, 技术发展极为迅速, 根据Midrex 公司预测, 2010年全世界直接还原铁产量将超过7300万t。于高炉流程存在着生产成本过高和环境污染的两大难题, 炼铁工艺由高炉流程逐步向直接还原铁短流程过渡已成为定局。 当今的钢铁企业对这一革命性技术工艺越早开发越能占据主动; 不敢承担风险, 迟疑不前, 必将处于被动和落后的局面。因此, 直接还原铁的开发不是“有所为”和“有所不为”的问题, 而是生产工艺的选择问题。
1 世界直接还原铁生产技术现状
1.1 生产工艺发展态势
由于某些国家天然气资源丰富, 直接还原铁生产技术在南美洲、南非和东南亚诸国的发展极为迅速,
而印度则后来居上; 特别是委内瑞拉、墨西哥等国, 生产历史已超过20余年, 生产规模不断扩大, 直接还原铁产量已占本国钢铁产量的绝对份额; 而奥钢联、韩国合作开发的直接还原与熔融还原技术与日俱进;
浦项钢铁公司的直接还原铁生产大有代替高炉炼铁之势。对这样的发展态势, 作为世界钢铁生产大国的中国, 我们绝不可掉以轻心。
1.2 世界直接还原铁主要生产工艺
??? 世界直接还原铁生产工艺大致可分为两大类: 一种是气基竖炉生产工艺; 一种是煤基回转窑生产工艺。前者生产量约占总产量的92%, 而后者约占总产量的8%。 在这两种生产技术的基础上, 又发展了熔融还原生产技术。 近年来, 将直接还原与熔融还原技术加以组合, 形成了COREX-Midrex联合流程, 颇受人们的关注。直接还原铁主要生产工艺见表1。
??? 应该指出, 世界上Midrex法和HYL法应用的比较普遍, 各项技术经济指标亦趋稳定, 生产工艺成熟可靠。 特别是墨西哥的HYL法, 生产技术不断创新, 由于开发了“自重整”技术, 使建设费用减少了26% , 电炉的耗电降低了5%～6%。 印度由于缺乏天然气, 但精煤的资源丰富, 因此多采用煤基回转窑的生产方法。多年的生产实践证明, 煤基回转窑无论是在生产成本、生产效率还是环境保护方面, 均不及气基竖炉法。
铁矿石的冶炼技术
铁矿石的冶炼技术
铁矿石的冶炼技术可以分为两步：炼铁和钢铁冶炼。炼铁是将铁矿石还原为铁的过程，钢铁冶炼是通过炼铁后的铁水进行精炼得到钢的过程。
炼铁分为高炉法和直接还原法两种。高炉法是最主要的炼铁方法，主要原料为铁矿石、焦炭和石灰石。先将焦炭燃烧产生高温，将铁矿石、焦炭和石灰石投入高炉内，在高温和还原气体的作用下还原出铁，并与石灰石反应生成炉渣，炉渣和铁水分离后即为生铁。
直接还原法是不经过高炉，直接将铁矿石还原为铁的方法，主要原料为天然气和冶金级煤。将铁矿石和还原剂送入直接还原炉中，在高温下进行还原，得到还原性的热态金属铁。
钢铁冶炼中的精炼技术包括基本工艺和特殊冶炼工艺。基本工艺包括碳素控制、氧化物还原、脱硫、脱氧、同步钢化等。特殊冶炼工艺包括冶炼合金钢、不锈钢、特殊钢等。精炼工艺的主要目的是通过控制合金成分和杂质含量，使钢达到所需的化学成分和性能要求。
煤基直接还原炼铁技术分析
２０１１年第３期 鞍钢技术
ＡＮＧＡＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 总第３６９期
煤基直接还原炼铁技术分析
庞建明，郭培民，赵沛
（中国钢研科技集团有限公司低温冶金及资源高效利用中心，北京１０００８１）
摘要：分析了主要的煤基直接还原炼铁工艺。回转窑反应温度低，导致动力学条件变差。
停留时间长，散热大，吨铁煤耗达到１０００ ｋｇ左右。从能量利用角度，过多的煤气还需换热加以
利用。隧道窑通过罐装矿粉，可省去造球工艺，但是罐子传热只能通过对流与传导换热方式，因
此，停留时间长，热量损失大，同时罐子、海绵铁的余热、废气热量尚未得到利用，导致煤耗高达
１ ５００ ｋｇ／ｔ海绵铁。转底炉由于温度高，反应速度快，但是热能利用率差，吨铁实际煤耗居高不
下。可见，目前的煤基直接还原炼铁工艺，离低能耗、低污染的炼铁目标相差甚远，最大的问题
是固态条件下的还原反应效率过低，提高铁矿的低温反应性能是煤基直接还原炼铁走向成功、
高效、环保的关键所在。
关键词：炼铁：煤基直接还原：绿色冶金
中图分类号：ＴＦ５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４６１３（２０１１）０３—０００１—０７
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｃ．ｏａｌ－ｂａｓｅｄ Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｐａｎｇ Ｊｉａｎｍｉｎｇ，Ｇｕｏ Ｐｅｉｍｉｎ，Ｚｈａｏ Ｐｅｉ
（Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｂｙ Ｌｏｗ—Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｏｆ
Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌ—ｂａｓｅｄ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｏｔａｒｙ ｋｉｌｎ ｉｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｏｏｒ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ，ｌｏｎｇ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｌｏｓｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｌｏｗ ｒｅ— ａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ａｎｄ ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ ｍａｋｉｎｇ １ ｔｏｎ ｏｆ ｍｏｌｔｅｎ ｉｒｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ａｂｏｕｔ １ ０００ ｋｇ ＣＯａｌｓ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｇａｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｈｅａｔ． Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｂｒｅｅｚｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｃｈａｒｇｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｆｕｒｎａｃｅ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔａｎｋｓ ｆｏｒ ｏｍｉｔｔｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔａｎｋｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｂｒｅｅｚｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎｌｙ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｂｒｉｎｇｓ ａｂｏｕｔ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｉｎ ｔａｎｋｓ，ｇｒｅａｔ ｌｏｓｓ ｏｆ ｈｅａｔ ａｎｄ ｌｉｔｔｌｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｆｒｏｍ ｔａｎｋｓ ａｎｄ ｓｐｏｎｇｅ ｉｒｏｎ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ １ ５００ ｋｇ ｃｏａｌｓ ａｌ‘ｅ ｎｅｅｄｅｄ ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ １ ｔｏｎ ｏｆ ｓｐｏｎｇｅ ｉｒｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ ｔｈｅ ｒｏｔａｒｙ ｈｅａｒｔｈ ｆｕｒｎａｃｅ ｈａｓ ｌｏｗ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｃｏａｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｒｅａｃ— ｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ａｎｄ ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌｓ ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ ｏｎｅ ｔｏｎ ｏｆ ｍｏｌｔｅｎ ｉｒｏｎ ｃａｎ ｎｏｔ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｓｏ ｔａｒｇｅｔｓ ｆｏｒ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｐｒｅｓｅｎｔ ＣＯａｌ—ｂａｓｅｄ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｂｙ ｔｈｅ ｓａｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｔｏｏ ｔｏ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｒａｂｌｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄ．Ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｉｔ ｉｓ ｓｕｇ－ ｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓｏｌｉｄ——ｓｔａｔｅ ｄｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｉｒｏｎ ｏｒｅｓ ｉｓ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ—ｂａｓｅｄ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ．
非高炉炼铁技术概述
非高炉炼铁技术概述
摘要：随着焦煤资源日益减少，高炉炼铁技术发展受到限制，非高炉炼铁成为了日益关注的冶炼技术。文章阐述了非高炉炼铁技术的发展现状、分类，工艺流程及特点，同时展望了其未来的发展前景。
关键词：非高炉炼铁 直接还原 熔融还原 非焦煤
一、引言
目前，生铁主要来源于高炉冶炼产品，高炉炼铁技术成熟，具有工艺简单，产量高，生产效率大等优点。但其必须依赖焦煤，而且其流程长，污染大，设备复杂。因此，世界各国学者逐渐着手研究和改进非高炉炼铁技术。
二、非高炉炼铁工艺
非高炉炼铁是指以铁矿石为原料并使用高炉以外的冶炼技术生产铁产品的方法。在当今焦煤资源缺乏，非焦煤资源丰富的情况下，非高炉炼铁以非焦煤为能源，不但环保，而且省去了烧结、球团等工序，缩短了流程。因此非高炉炼铁一直被认为是一种环保节能、投资小、生产成本低的生产工艺。非高炉炼铁可分为直接还原炼铁工艺和熔融还原炼铁工艺两种。
1.直接还原炼铁工艺
直接还原炼铁工艺是一种以天然气、煤气、非焦煤粉为能源和还原剂，在铁矿石软化温度下，将铁矿石中铁氧化物还原成铁的生产工艺。据统计直接还原冶炼工艺多达40余种，大部分已经实现了大规模工业化生产[1]。目前，直接还原炼铁工艺主要有气基直接还原、煤基直接还原两大类。
1.1气基直接还原
气基直接还原是指用CO或H2等还原气体作还原剂还原铁矿石的炼铁方法。具有生产效率高、容积利用率高、热效率高、能耗低、操作容易等优点，是DRI（directly reduced iron）生产最主要的方法，约占DRI总产量的90%以上[2]。气基直接还原代表工艺有HYL反应罐法、Midrex-竖炉法、流化床法等[3]。
HYL反应罐法是由墨西哥希尔萨（HojalataYLamina，HYLSA）公司于20世纪50年代初开发的，其工业化标志着现代化直接还原的开始。HYL反应罐法具有作业稳定，设备可靠等优点，但其作业不连续，还原气利用差，能耗高及产品质量不均匀。随后HYLSA公司将反应罐组整合成了一座竖炉，实现了工艺的连续化，同时明显提高了生产热效率和生产率。经改进的HYL法即是HYL-III法。
铁的提取与制备
铁的提取与制备
随着工业和科学技术的发展，铁作为一种重要的金属材料，被广泛应用于建筑、制造、交通等众多领域。铁的提取与制备是指从铁矿石中分离出纯铁的过程，本文将探讨铁的提取与制备的方法和过程。
一、铁的提取方法
1.1 高炉法
高炉法是目前最常用的铁的提取方法之一。该方法将铁矿石与焦炭、石灰石等原料一同放入高炉中，并通过加热使其发生化学反应。在高炉内，铁矿石经过还原反应生成铁的熔融物质，再通过净化和冶炼等工艺步骤，最终得到纯铁。
1.2 直接还原法
直接还原法是另一种常用的铁的提取方法。该方法主要采用煤炭或天然气等还原剂直接将氧化铁还原成金属铁。直接还原法相对于高炉法而言，工艺简单，能耗低，适用于小规模生产。
1.3 湿法冶金法
湿法冶金法是一种将铁矿石进行湿法分解、浸出和沉淀等处理，提取出铁的方法。该方法通常应用于难以通过干法处理的矿石类型。湿法冶金法的优势在于可分离出高纯度的铁。
二、铁的制备过程
2.1 铁的提取 铁的提取是指将铁矿石中的铁元素分离出来的过程。根据不同的提取方法，如高炉法、直接还原法或湿法冶金法，进行相应的操作，以得到铁的熔融物质或溶液。
2.2 炼铁
炼铁是将铁的熔融物质或溶液经过净化和冶炼等步骤，得到纯铁的过程。在高炉法中，熔融物质经过除杂、炼化等工艺处理，最终产出高品质的铁。在直接还原法中，通过除杂和提纯等工艺，得到纯度较高的金属铁。
2.3 铁的制备
铁的制备是指将得到的纯铁材料进行加工和处理，以满足不同工业领域的需求。包括铸造、热处理、锻造等工艺，以及根据具体应用需要的切割、焊接等加工操作。
三、铁的用途
铁作为一种基础金属材料，在各个领域中具有广泛的应用。以下是铁的几个主要用途：
3.1 建筑和基础设施
铁结构广泛应用于建筑、桥梁、道路和其他基础设施的构造中。它的高强度和耐久性使其成为承受重力和外部压力的理想选择。
3.2 制造业 铁在制造业中有着重要的地位。它被用于制造机械设备、汽车、船舶和飞机等重要工业产品。此外，铁的合金也被广泛用于制作工具和设备。
我国煤基直接还原炼铁工艺发展
我国煤基直接还原炼铁工艺发展
摘要:对我国目前主要应用的直接还原工艺—回转窑、隧道窑、转底炉以及新发展的直接还原技术做了简要的介绍,分析了各种工艺的优缺点;针对钒钛磁铁矿冶炼,攀钢采取了转底炉—电炉联合使用的直接还原工艺,并新建一条年处理能力10万t钒钛矿的生产试验线.
关键词:直接还原;转底炉;回转窑;隧道窑
0 引言
直接还原法是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源,在铁矿石(或含铁团块)软化温度以下进行还原得到金属铁的方法.其产品呈多孔低密度海绵状结构,被称为直接还原铁(DRI)或海绵铁.
直接还原实现了无焦炼铁,比高炉炼铁碳耗低、CO2排放少,有利于节省能源、保护环境.海绵铁杂质成分低,是冶炼优质钢的原料,也可作为高炉炼铁、转炉炼钢、铸铁、铁合金、粉末冶金的原料,有色冶金的置换剂、水处理的脱氧剂等,应用范围广、需求量大[1].2008年我国直接还原铁消费量为260 万t,但产量仅为60多万吨,远不能满足国内需求.随着我国电炉炼钢规模的不断扩大,废钢价格不断攀升,直接还原铁供不应求,市场潜力巨大,因此,在我国因地制宜发展直接还原工艺势在必行.
直接还原按照还原剂的不同分为气基还原和煤基还原两大类,气基还原主要包括Midrex法和HYL—Ⅲ法,具有生产规模大、成本低、环境影响小等优点[2].煤基直接还原包括回转窑法、转底炉法等,与气基还原相比,生产规模较小、产量较低.虽然气基直接还原工艺占据了大部分的直接还原生产能力,但其需用天然气做燃料.在我国,由于天然气相对缺乏,使气基发展受到限制,而我国的煤炭储量却较为丰富,这一资源条件决定了现阶段我国以煤基直接还原法为主,因此,深入研讨煤基直接还原的生产工艺对我国的直接还原工业发展具有深远的意义.
1 直接还原工艺简介
1.1 回转窑
回转窑直接还原主要有三种工艺方案,一步法:精矿配加粘结剂制成生球铺布在移动的链篦机上,利用回转窑高温废气进行干燥预热后直接进入回转窑生产DRI,所有工序在一条流水线上连续完成;二步法:先用精矿烧制成氧化球团再将其送入回转窑生产DRI,造球和还原分别独立进行,故称"二步法";冷固球团法:与一步法相似,先将精矿配加特殊粘结剂造球,在较低温度下(200 ℃)干燥固结,然后送入回转窑还原,省略了高温焙烧氧化固结的过程[3].回转窑工艺具有代表性的SL/RN法流程如图1所示.
直接还原铁在钢铁制造流程中的应用价值
直接还原铁在钢铁制造流程中的应用价值（1）
直接还原铁在钢铁制造流程的应用
直接还原铁（Direct ReducedIron，DRI）是通过直接还原固态铁矿石或其它含铁原料生产的，使用还原剂（煤或煤气）去除铁矿石中的氧，在低于其熔化温度下进行还原生产球团或块状的高度金属化的含铁产品（取决于铁矿石原料，球团矿或块状矿石的类型）。由此产生的DRI产品本质上是非常多孔的，因此也叫海绵铁，主要分为冷态DRI、热压块DRI、热态DRI（表1）。
表1
直接还原铁的主要种类及规格
产品种类 冷DRI 热压块DRI 热DRI
产品形态 球团或块矿 压块 球团或块矿
真密度 3.5g/cm3 ≥5.0 g/cm3 2~3.5g/cm3
堆密度 1.55~1.9/cm3 2.4~2.7g/cm3 1.55~1.9/cm3
规格尺寸 φ4~40mm 33x48x106，φ150x150等 φ4~40mm
金属化率 92~95% C 1~4%
P 0.005~0.09%
S 0.001~0.03%
脉石 2.8~6.0%
残余元素 微量
产品温度 常温 常温 ≥550℃
后续用户 电炉或转炉或高炉 电炉或转炉或高炉 电炉
加料方式 连续或间断
说明 冷DRI是一种理想的就近供应电炉使用的高品质金属料，它也可以在采取适当保护措施后通过铁路或公路运输到其他地方使用，不推荐采用海运。 热压块DRI是一种优选方式，尤其是作为长期的储存和运输的主要方式。热压块DRI通常给电炉使用，也可供高炉或转炉用。 热DRI直接以热态的方式排出还原炉并送至电炉熔化，可以提高用户的产量和降低生产成本。
目前，全球DRI的产量接近有8700万吨（表2），主要集中在印度、伊朗、墨西哥、俄罗斯等国家：热压块DRI的生产商主要是俄罗斯，委内瑞拉，美国，马来西亚，利比亚和伊朗。冷态DRI的供应商非常少，基本上只有直接还原短流程电炉厂的富余产量，例如在伊朗，还有一些来自巴林。另外，纽柯的特立尼达工厂生产的大量冷DRI运送到其美国的其他钢铁厂。印度生产的海绵铁主要用于国内消费，仅有少量出口到周边市场。
直接还原铁生产技术及现状
直接还原铁生产技术及现状
铁生产技术的发展历史可以追溯到公元前2000年左右，最初的铁制品是通过在炭火中烧烤铁矿石来获得的。这种烧烤技术被称为古老的冶金学，也被认为是人类历史上最早的冶金技术之一
古代的铁生产技术在公元前1000年左右经历了重大的革新，这是由于铁矿石的高温还原反应被发现。这种高温反应是通过将铁矿石与木炭或石炭混合，并在高温环境下加热来进行的。这项技术的发现使得铁成为了当时最重要的金属之一，但其生产量仍然相对较小。在一些古代文明中，如中国、印度等，铁的制造和使用逐渐扩大，为社会的农业、战争和工艺生产做出了重要贡献。
到了公元前300年左右，铁生产技术再次得到了改进。在罗马时代，一种称为“减氧法”的技术被发明，这个技术将铁矿石与木炭放入特殊的炉子中，并且通过控制加热和供氧来获取较高纯度的铁。这项技术极大地提高了铁的生产效率，使得罗马帝国在铁材料的生产和使用方面取得了巨大的进展。这种技术的使用也标志着对铁生产的进一步工业化，奠定了现代铁产业的基础。
到了中世纪，铁生产技术进一步发展，很大程度上得益于对炼铁炉的改进。这些改进包括提高炉子的结构、使用更多供氧装置以及改进燃烧气体的预热系统等。这些改进使得炼铁过程更为高效，并且提高了产量和纯度。
到了18世纪，随着燃烧技术和冶金科学的进展，铁生产技术又迈上了一个新的台阶。在这个时候，由于煤炭的大量使用，炼铁工艺发生了革命性的变化。在这种现代炼铁法中，矿石和煤炭被放入高炉中，在高温环境下进行化学反应。通过这个工艺，大量的铁矿石可以得到还原，得到高质量的生铁。这种先进的炼铁法被广泛应用于欧洲的工业革命中，推动了工业化的进程。
随着时间的推移，各种现代技术和创新被应用于铁的生产过程中，这些技术包括用电解法提纯铁、高炉法等。现代大规模铁生产以高炉和电炉为主，这些炉子能够生成高品质的铁，用于制造各种铁制品。此外，利用再生铁和废钢再生技术也成为现代铁产业的重要组成部分，以提高资源利用效率和减少环境影响。
直接还原铁
第 1 页 共 10 页 直接还原铁
直按还原铁和熔融还原铁的生产
直接还原铁和熔融还原铁的冶炼统称为非高炉法炼铁。
（一）直接还原法生产生铁
直接还原法是指在低于熔化温度之下将铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程，其产品为直接还原铁（即DRI），也称海绵铁。
该产品未经熔化，仍保持矿石外形，由于还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察团形似海绵而得名。海绵铁的特点是含碳低（＜1％），并保存了矿石中的脉石。这些特性使其不宜大规模用于转炉炼钢，只适于代替废钢作为电炉炼钢的原料。
直接还原法分气基法和煤基法两大类。前者是用天然气经裂化产出H2和CO气体，作为还原剂，在竖炉、罐式炉或流化床内将铁矿石中的氧化铁还原成海绵铁。主要有Midrex法、HYL Ⅲ法、FIOR法等。后者是用煤作还原剂，在回转窑、隧道窑等设备内将铁矿石中的氧化铁还原。主要有FASMET法等。
直接还原法的优点有：
（1）流程短，直接还原铁加电炉炼钢；
（2）不用焦炭，不受炼焦煤短缺的影响；
（3）污染少，取消了焦炉、烧结等工序；
（4）海绵铁中硫、磷等有害杂质与有色金属含量低，有利于电炉冶炼优质钢种。直接还原法的缺点有：
（1）对原料要求较高：气基要有天然气；煤基要用灰熔点高、反应性好的煤；
（2）海绵铁的价格一般比废钢要高。
直接还原法已有上百年的发展历史，但直到20世纪60年代才获得较大突破。进入20世纪90年代，其生产工艺日臻成熟并获得长足发展。其主要原因是：
（1）天然气的大量开发利用，特别是高效率天然气转化法的采用，提供了适用的还原煤气，使直接还原法获得了来源丰富、价格相对便宜的新能源。
（2）电炉炼钢迅速发展以及冶炼多种优质钢的需要，大大扩展了对海绵铁的需求。
（3）选矿技术提高，可提供大量高品位精矿，矿石中的脉石量降低到还原冶炼过程中不需加以脱除的程度，从而简化了直接还原技术。