国内煤基回转窑直接还原工艺及装置述评

回转窑直接还原法(direct reduction process with rotary kiln)以连续转动的回转窑作反应器，以固体碳作还原剂，通过固相还原反应把铁矿石炼成铁的直接还原炼铁方法。

回转窑直接还原是在950～1100℃进行的固相碳还原反应，窑内料层薄，有相当大的自由空间，气流能不受阻碍的自由逸出，窑尾温度较高，有利于含铁多元共生矿实现选择性还原和气化温度低的元素和氧化物以气态排出，然后加以回收，实现资源综合利用。

由于还原温度较低，矿石中的脉石都保留在产品里，未能充分渗碳。

由于还原失氧形成大量微气孔，产品的微观类似海绵，故也称海绵铁。

高炉炼铁法有久远历史，已发展成高效、节能的冶金方法，是生产铁的基本方法，但它有一定局限性。

随着人类对钢铁需求的增长和技术进步，早在18世纪又提出开发直接还原技术的想法，直到20世纪初才出现了工业化生产。

20世纪60年代后，由于石油和天然气的大量开发，为钢铁工业提供了丰富和廉价的新能源；选矿技术进步，为直接还原生产提供了优质精矿原料；电力工业开发，电炉技术和能力的迅速发展，导致优质废钢供应紧张；而高新技术发展需要大量优质钢和纯净钢，这又需要纯净的优质炼钢炉料。

总之，诸方面均为直接还原的开发开创了有利条件。

70年代起，直接还原技术，工业规模，实际产量都取得重大进步和稳步发展。

1975年世界直接还原炼铁的生产能力为436万t，实际产量为281万t，占生铁产量的0.6％，到1995年分别跃增到4460万t，3075万t和5.7％。

至今气基直接还原炼铁法的生产能力和实际产量都占主导地位，约占总生产能力和总产量的90％，其中以米德莱克斯Midrex法和希尔(HYL)法占绝对优势。

煤基直接还原法仅占10％左右，其中主要为回转窑直接还原法。

回转窑直接还原法开发于50～60年代。

60年代末发展较快，世界各地建设了一批工业生产窑，但由于工艺不够成熟，技术和装备上遇到一系列困难。

直接还原铁工艺技术的对比分析论述张建国【期刊名称】《资源再生》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】5页(P57-61)【作者】张建国【作者单位】北京瀚川鑫冶工程技术有限公司【正文语种】中文在低于矿石融化状态下，通过固态还原，把铁矿石炼制成铁的工艺称作直接还原法，用这种方法生产出的铁也叫作直接还原铁（DRI），由于这种铁保留了失去氧时形成的大量微小气孔，在显微镜下观察形似海绵，所以直接还原铁也称为海绵铁。

直接还原铁是精铁粉在炉内经低温还原形成的低碳多孔状物质，其化学成分稳定，杂质含量少，主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经过二次还原还可供给粉末冶金用。

从上世纪80年代末以来，我国一直宣传推广使用直接还原技术，并对直接还原技术进行了广泛的开发研究，取得了众多成果，为直接还原技术发展奠定了基础。

但是，因铁矿、煤炭、气源等原燃料条件限制，中国直接还原发展的实际成效不大，与钢材、生铁等行业相比还有相当差距。

一、直接还原铁的应用优势直接还原铁生产是指在低于熔化温度之下将铁矿石还原成海绵铁的过程，与传统高炉炼铁方法相比取消了焦炉、烧结等工序，具有流程短、污染小、消耗少，不受炼焦煤短缺影响等优点。

同时海绵铁中硫、磷、硅等有害杂质含量低，有利于电炉冶炼优质纯净钢种。

近年来，由于钢铁产品向小型轻量化、功能高级化、复合化方向发展，因此钢材产品中的非金属材料和有色金属的使用比例在增加，在废钢的破碎分拣过程中，又不能完全有效的剔除非金属和有色金属材料，况且，即使是纯粹完全的黑色废钢料，由于来源不同，化学成分波动也是较大的。

致使加工后的成品入炉废钢的质量很难掌握控制，给电炉炼钢作业带来一定的困难。

如果用一定比例的直接还原铁（30～50%）作为稀释剂与废钢搭配使用，不仅可增加钢的均匀性，还可以改善和提高钢的物理性质，从而达到生产优质钢的目的。

因此，直接还原铁不仅仅是优质废钢的替代品，还是生产优质钢必不可少的高级原料（如天津无缝钢管公司的国外产品设计中就明确要求，必须配置50%的直接还原铁）。

回转窑直接还原工艺技术回转窑是一种常见的热工设备，广泛应用于水泥生产、冶金矿山等领域。

它通过高温处理将原材料转化为熟料，实现水泥生产的工艺过程。

回转窑直接还原工艺技术是一种在回转窑中直接还原原材料的工艺方法，本文将从工艺原理、工艺流程和应用前景三个方面进行介绍。

一、工艺原理回转窑直接还原工艺技术是指在回转窑内，利用高温气氛和还原剂直接还原原材料。

其中，高温气氛是通过燃烧燃料产生的，而还原剂则是通过加入适当的还原剂来实现的。

在高温下，还原剂与原材料发生反应，使原材料中的氧化物还原成金属或氧化物以外的物质。

这种工艺方法能够提高原材料的利用率，降低生产成本，同时还能减少对环境的污染。

二、工艺流程回转窑直接还原工艺技术的工艺流程主要包括原料制备、还原反应、冷却和成品处理等环节。

首先，将原料进行粉磨和混合，使其达到还原反应的要求。

然后，将混合后的原料送入回转窑，并在高温气氛中进行还原反应。

在反应过程中，适当控制还原剂的投入量和温度，以实现最佳的还原效果。

完成还原反应后，将产生的熟料进行冷却，并进行成品处理，最终得到符合要求的水泥产品。

三、应用前景回转窑直接还原工艺技术具有广阔的应用前景。

首先，它可以应用于水泥生产领域。

通过直接还原工艺，可以提高原材料利用率，降低生产成本，同时还能减少对环境的污染。

其次，该技术还可以应用于冶金矿山领域。

在冶金过程中，直接还原工艺可以提高金属回收率，降低能耗，并减少对环境的影响。

此外，回转窑直接还原工艺技术还可以应用于其他领域，如化工、环保等。

通过不断的研究和创新，可以进一步拓展该技术的应用范围。

回转窑直接还原工艺技术是一种在回转窑中直接还原原材料的工艺方法。

通过合理控制工艺流程和条件，可以实现高效、低成本的生产过程。

该技术具有广泛的应用前景，在水泥生产、冶金矿山等领域具有重要的地位和作用。

随着科技的不断进步和工艺的不断改进，相信回转窑直接还原工艺技术将在未来得到更广泛的应用和推广。

九沣矿业直接还原铁铁磷还原法生产回转窑工艺、操作要求及推荐参数一、回转窑直接还原法工艺流程1、回转窑法工艺流程一般如上图所示（九沣矿业使用的工艺流程与上图不完全一致）。

回转窑是与水平稍呈倾斜放置在几组支撑托轮上、内衬耐火材料可连续旋转的筒形高温反应器。

作业时，将一定粒度的原料（氧化铁皮)、部分还原煤(包括返回炭)和脱硫剂按比例连续从窑加料端(尾端)加入，随着窑体转动(0.5～1.2r/min)，物料受摩擦力被带起一定高度并因重力作用翻滚落下，同时向窑排料端(低端)前移一小距离。

在窑排料端还设有还原煤喷送装疆，靠高压空气将适宜粒度的还原煤送入窑内，调节喷送空气量能有效地控制喷入距离和分布。

窑内物料加热和反应热由排料端和沿窑长装设的伸入窑内的供风管送入空气(一次风和二次风)，燃烧窑内还原煤释放的挥发分、还原反应生成的CO和碳提供。

如热量不足，可在窑头增设煤粉烧嘴补充。

物料在前移过程中逐渐被逆向的热气流加热，完成干燥、预热、碳酸盐分解、脱硫、铁氧化物(或其他元素)还原和渗碳反应等。

调节各风管供风量、煤粉和还原煤数量、粒度和分布，可灵活的控制窑内温度和分布。

使入窑铁矿石在窑内停留8～10小时和950～1100℃下转变成海绵铁。

从排料端排出的高温料通过溜槽落入冷却筒。

靠筒外喷水(或内、外同时喷水)将料冷却到120℃以下。

为改善物料运动强化冷却，筒内装有扬料板。

在回转窑卸料端及冷却筒两端安装有密封装置，生产时维持微正压，防止空气吸入发生再氧化。

冷却后的物料经筛分分级、磁选分离得出磁性颗粒料(直接还原铁)、磁性粉料、非磁性颗粒料和非磁性粉。

非磁性颗粒料含较高固定碳，可作还原剂重新利用。

二、回转窑设备组成回转窑设备主要由筒体、滚圈、支承装置、传动装置、窑头罩、密封装置、集尘室、燃烧装置及热烟室等部分构成，详见上图。

(1)筒体。

回转窑的筒体由钢板卷成，从铆接已发展为全部焊接。

筒体应具有足够的刚度和强度，以保证在安装和运转中轴线的直线性和截面的圆度。

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.铁矿石、煤粒、熔剂等原料从窑尾加入回转窑中,窑体缓慢旋转使炉料在升温和反应的同时向出料端移动.窑头外设有烧嘴燃烧燃料,形成的废气则由窑尾排除.炉料与炉气逆向运动,炉料在预热段被加热,使水分蒸发和石灰石分解,达到800 ℃后,煤中的固体碳开始还原铁矿石中的氧化铁,直到获得海绵铁或铁料,而碳则转变成CO气体,CO在氧化区被燃烧成CO2,放出热量以满足还原反应的要求.回转窑内反应温度控制在1 100 ℃以下,经8~10 h完成还原反应后出窑.产品排出窑后进入回转冷却筒冷却得到海绵铁或粒铁,也可以送电炉直接炼钢.与高炉工艺相比较,回转窑工艺设备简单,投资少,适用于地方钢铁工业,弥补了高炉—转炉工艺的不足,此外,回转窑还适用于复合矿冶炼,冶金灰尘及各种工业废渣的回收利用,减少环境污染,降低了钢铁生产能耗.同时,回转窑工艺也存在一些缺点,包括窑内结圈、还原温度低(1 100 ℃以下)、流程长、对块矿或球团矿冷强度要求高、要求使用低硫煤等[4].我国山东鲁中矿山公司通过采取提高冷固烧结球团的冷热态强度、加强还原煤的选择和管理、优化回转窑的送风、抛煤、控温温度等措施,预防并降低回转窑结圈,取得了较好的收效.图1 SL/RN法工艺流程1.2 隧道窑隧道窑工艺即将精矿粉、煤粉、石灰石粉,按照一定的比例和装料方法,分别装入还原罐中,然后把罐放在罐车上,推入条形隧道窑中或把罐直接放到环形轮窑中,料罐经预热到1 150 ℃加热焙烧和冷却之后,得到直接还原铁.目前江苏永钢集团拥有两条260 m长煤气隧道窑,为亚洲最长隧道窑.隧道窑生产海绵铁工艺流程如图2所示.图2 隧道窑生产海绵铁工艺流程煤基隧道窑直接还原工艺具有技术成熟、作简单的特点,可因地制宜采用此工艺,利用当地小型分散的铁矿及煤矿资源优势,发展直接还原铁生产,为电炉提供优质原料.但是,总体上讲,我国隧道窑直接还原中存在生产规模较小、能耗高、污染严重、缺乏稳定的原料供应渠道等问题[5],所以,提高机械化程度、改变原料入炉方式、改进燃料及其燃烧、增设余热回收等成为各厂家不断努力改进工艺的方向.我国已建成或正在建设的隧道窑有100多座,约70多个单位规划建设产能5~30 万t/a的隧道窑直接还原铁厂,在不断总结实践经验的基础上,改进现行工艺,开发出诸如大型隧道窑直接还原、AMR—CBI隧道窑直接还原工艺、宽体球状海绵铁隧道窑、L-S快速还原工艺等多种新技术,掀开了隧道窑工艺规模扩大、产能提高、机械及自动化提升的序幕.1.3 转底炉转底炉煤基直接还原是最近几十年间发展起来的炼铁新技术,代表工艺为Fastmet,它由美国Midrex公司与日本神户制钢于20世纪60年发,是采用环形转底炉生产直接还原铁的一种方法.经过多年的半工业性试验和深入的可行性研究,现已完成工艺作参数和装置设计的优化.Fastmelt和ITmk3工艺是在此基础上增加对直接还原铁的处理.图3显示了这三种以转底炉为主体的直接还原工艺流程.图3 转底炉直接还原工艺流程煤粉与铁精粉按比例混匀制成球团,干燥后以1~3层球铺放在转底炉床面,随着炉底的旋转,炉料依次经过预热区、还原区和冷却区.还原区内球团被加热到1 250~1 350 ℃,由于煤粉与铁氧化物紧密接触,铁氧化铁被碳迅速还原成DRI,成品在800~1 000 ℃左右连续从转底炉卸出.球团矿在炉底停留8~30 min,这取决于原料特性、料层厚度及其他因素,成品可作电炉热装炉料或者转炉炉料,也可冷却或生产热压块(HBI).Fastmet工艺技术特点:①在高温敞焰下加热实现快速还原,反应时间只需10~20 min,生产效率高;②原料来源广泛,铁原料方面,除使用高品位粉矿、精矿外,还可用氧化铁皮、代油铁泥、炼钢粉尘、含En、Pb、As等有害杂质的铁矿等;还原剂方面,除煤以外焦末、沥青均可利用,不必担心出现结圈问题;③炉料相对炉底静止,对炉料强度要求不高;④废气中含有大量显热,可用作预热空气、干燥原料等[6]. Fastmelt工艺流程基本与Fastmet一致,只是在后续添加一个熔炉来生产高质量的液态铁水.Itmk3工艺是使金属化球团在转底炉中还原时熔化,生成铁块(Nuggets),同时脉石也熔化,形成渣铁分离.当然转底炉也存在着设备复杂、炉内气氛难控制、传热效率低以及对还原剂硫含量要求严格的缺点.就目前转底炉工艺开发的水平和规模而论,与高炉还有较大差距,但仍存在发展的广阔空间,天津荣程联合钢铁集团已兴建一条100万t级Fastmet生产线,建成目前世界最大的转底炉.另外,用转底炉可处理一些特殊铁矿,如含锌、铅、砷等有害杂质,或含镍、钒、钛等有用元素,均可利用转底炉的工艺优势,或高温挥发,或选择性还原,配合后续工艺,实现资源综合利用.马钢尘泥脱锌转底炉工程项目于2008年5月开工建设,2009年7月6日正式竣工投产,建成了整套转底炉(RHF)脱锌工艺技术装置,不仅解决了含锌尘泥循环利用的后顾之忧,而且将综合利用技术上升到高品质资源化水平.1.4 其他新工艺1.4.1 PF法煤基竖炉直接还原工艺中冶集团北京冶金设备研究设计总院,结合国内情况创新发明了PF法竖炉直接还原工艺.PF法是在吸收K-M法外热式竖炉煤基直接还原工艺的经验基础上,设计的以一种中国特色的罐式还原炉为主反应器的直接还原法.这种工艺技术可靠,技术经济指标在各种煤基直接还原工艺中属先进水平.PF法直接还原工艺流程如图4所示.图4 PF法直接还原工艺流程PF法直接还原工艺主要特点[1]:1)主体设备选用外热式竖炉,预热、还原、冷却三段根据不同的作用和温度选用不同材质和结构,便于传热和化学反应进行,提高热效率和设备寿命.2)原燃料适用性强,对精矿、还原剂和燃料没有特殊要求.3)采用外配碳工艺,还原剂适当过量,扩大了煤的选用范围,造球工艺也因不定量配入煤粉而简化,球团强度较高,DRI质量较好.4)多个反应罐可并列组成任意规模的还原设备,设计和组织生产灵活.1.4.2 低温快速还原新工艺2004年钢铁研究总院提出了低温快速冶金新工艺.新工艺利用纳米晶冶金技术的特点将铁矿的还原温度降低到700 ℃以下.新流程分为气基和煤基两种方法,工艺流程如图5、图6所示.图5 煤基低温快速还原新工艺图6 气基低温快速还原新工艺煤基法使用煤粉为还原剂,在700℃左右快速还原铁精矿粉;气基法使用还原性气体还原铁精矿粉,还原温度可低于600℃.新工艺具有能耗低、环境友好等特点,省去了烧结或造球工艺,缓解了钢铁行业对焦煤的依赖,符合我国国情[7].2 攀钢现状钒钛磁铁矿是攀西地区的特色资源,与普通矿相比,钒钛矿直接还原温度较高、还原时间较长,还原过程产生特有的膨胀粉化现象,因此,存在竖炉结瘤、流化床失流和黏结、回转窑结圈等技术难题.高炉流程冶炼钒钛矿,只回收了铁和钒,钛进入高炉渣没有回收,造成钛资源的大量流失.2005年以来,攀钢科研人员在充分吸收、借鉴新流程及相关研究成果的基础上,通过大量的试验研究,针对钒钛磁铁矿特点,提出并验证了钒钛磁铁矿"转底炉直接还原—电炉深还原—含钒铁水提钒—含钛炉渣提钛"工艺路线,彻底打通了钒钛矿资源综合利用新工艺流程,稳定获得了质量满足要求的低碳生铁、达到GB3283-87要求的片状V2O5和PTA121质量要求的钛白产品.依托该研究成果,攀钢集团攀枝花钢铁研究院于2008年5月4日正式启动了攀钢10 万t/a钒钛矿资源综合利用新工艺中试线工程项目,新建一条转底炉—熔分电炉联合使用,年处理能力10万t钒钛矿的试验生产线,为更深入地研究实践,实现转底炉处理钒钛矿的规模化生产提供了广阔的平台.中试线工艺流程如图7所示.本流程采用硫含量较低的白马铁精矿,还原剂采用无烟煤煤粉,粘结剂为有机粘结剂,原料混合后经高压压球机压球,生球烘干后进入转底炉系统.球团在转底炉内停留10~30 min后出料,金属化球团直接热装进入熔分电炉,在一定温度下还原后,产出含钒铁水及含钛炉渣.继续对铁水进行脱硫、提钒后,得到半钢、脱硫渣及钒渣,半钢进入铸铁机铸铁,生产出铸铁块.钛渣制取钛白,实验室条件下钛回收率达到80%以上;钒渣制取钒氧化物(V2O5),实验室条件下,钒回收率达到65%以上.与高炉流程相比,转底炉流程采用100%钒钛矿冶炼,克服了高炉流程必须配加普通矿的不足,在当前铁资源紧张的形势下,有助于充分发挥攀西地区资源优势,拉动区域经济发展.此外,转底炉流程的铁精矿不需烧结处理,不使用焦炭,从根本上避免了烧结烟气脱硫、焦煤资源采购困难以及环保压力大等问题.3 结语图7 资源综合利用中试线工艺流程煤炭资源总量丰富、焦煤短缺,铁矿资源储量大、富矿少、贫矿和共生矿多是中国钢铁工业面临的现实状况.这种能源、资源结构给煤基直接还原法生产海绵铁的发展提供了机遇.转底炉直接还原技术由于在生产率、规模化、投资费用、单位成本等方面都占有明显的优势,可作为发展直接还原技术的首选工艺.鉴于转底炉处理钒钛磁铁矿技术尚属世界首创,并无较多的经验借鉴,因此要大力开展针对钒钛磁铁矿直接还原的基础研究工作,在实践中借鉴各种直接还原方法已取得的成果,开拓创新,开创钒钛矿直接还原新纪元.参考文献[1] 陈守明,黄超,张金良.煤基竖炉直接还原工艺//2008年非高炉炼铁年会文集.中国金属学会,2008:132-135.[2] 杨婷,孙继青.世界直接还原铁发展现状及分析.世界金属导报,2006.[3] 刘国根,邱冠周,王淀佐.直接还原炼铁中的粘结剂.矿产综合利用,2001(4):27-30.[4] 韩跃新,高鹏,李艳军.白云鄂博氧化矿直接还原综合利用前景.金属矿山,2009 (5):1-6.[5] 魏国,赵庆杰,沈峰满,等.非高炉生产技术进步//2004年全国炼铁生产技术暨炼铁年会文集.2004:878-882.[6] 陶晋. 环形转底炉直接还原工艺现状及发展趋势. 冶金信息工作, 1997.6.[7] 郭培民,赵沛,张殿伟.低温快速还原炼铁新技术特点及理论研究.炼铁,2007,26(1): 57-60.来源：攀枝花钢铁研究院网站。

九沣矿业直接还原铁铁磷还原法生产回转窑工艺、操作要求及推荐参数一、回转窑直接还原法工艺流程1、回转窑法工艺流程一般如上图所示（九沣矿业使用的工艺流程与上图不完全一致）。

回转窑是与水平稍呈倾斜放置在几组支撑托轮上、内衬耐火材料可连续旋转的筒形高温反应器。

作业时，将一定粒度的原料（氧化铁皮)、部分还原煤(包括返回炭)和脱硫剂按比例连续从窑加料端(尾端)加入，随着窑体转动(0.5～1.2r/min)，物料受摩擦力被带起一定高度并因重力作用翻滚落下，同时向窑排料端(低端)前移一小距离。

在窑排料端还设有还原煤喷送装疆，靠高压空气将适宜粒度的还原煤送入窑内，调节喷送空气量能有效地控制喷入距离和分布。

窑内物料加热和反应热由排料端和沿窑长装设的伸入窑内的供风管送入空气(一次风和二次风)，燃烧窑内还原煤释放的挥发分、还原反应生成的CO和碳提供。

如热量不足，可在窑头增设煤粉烧嘴补充。

物料在前移过程中逐渐被逆向的热气流加热，完成干燥、预热、碳酸盐分解、脱硫、铁氧化物(或其他元素)还原和渗碳反应等。

调节各风管供风量、煤粉和还原煤数量、粒度和分布，可灵活的控制窑内温度和分布。

使入窑铁矿石在窑内停留8～10小时和950～1100℃下转变成海绵铁。

从排料端排出的高温料通过溜槽落入冷却筒。

靠筒外喷水(或内、外同时喷水)将料冷却到120℃以下。

为改善物料运动强化冷却，筒内装有扬料板。

在回转窑卸料端及冷却筒两端安装有密封装置，生产时维持微正压，防止空气吸入发生再氧化。

冷却后的物料经筛分分级、磁选分离得出磁性颗粒料(直接还原铁)、磁性粉料、非磁性颗粒料和非磁性粉。

非磁性颗粒料含较高固定碳，可作还原剂重新利用。

二、回转窑设备组成回转窑设备主要由筒体、滚圈、支承装置、传动装置、窑头罩、密封装置、集尘室、燃烧装置及热烟室等部分构成，详见上图。

(1)筒体。

回转窑的筒体由钢板卷成，从铆接已发展为全部焊接。

筒体应具有足够的刚度和强度，以保证在安装和运转中轴线的直线性和截面的圆度。

直接还原铁生产工艺——回转窑（一）2011-05-30 15:00来源：我的钢铁网试用手机平台回转窑直接还原法是以连续转动的回转窑作反应器，以固体碳作还原剂，通过固相还原反应把铁矿石炼成铁的直接还原炼铁方法。

回转窑直接还原是在950～1100℃进行的固相碳还原反应，窑内料层薄，有相当大的自由空间，气流能不受阻碍的自由逸出，窑尾温度较高，有利于含铁多元共生矿实现选择性还原和气化温度低的元素和氧化物以气态排出，然后加以回收，实现资源综合利用。

由于还原温度较低，矿石中的脉石都保留在产品里，未能充分渗碳。

由于还原失氧形成大量微气孔，产品的微观类似海绵，故也称海绵铁。

原料要求铁矿石(包括氧化球团矿、还原与燃烧用煤和脱硫剂是煤基回转窑直接还原生产的主要原料，是直接还原生产的物质基础。

原料的质量不仅对直接还原的生产效率、产品质量和能源消耗等技术经济指标有直接影响，还决定着直接还原工艺的成败。

因此，做好原料选择和加工准备是直接还原生产十分重要的基础工作，是能否生产出直接还原铁的关键。

一含铁原料的选用用于回转窑直接还原生产的含铁原料可以是天然铁矿石(即块矿，也可以是氧化球团。

决定含铁原料质量的主要因素是：化学成分、物理性质和冶金性能。

适宜于回转窑直接还原生产的铁矿石必须：含铁量高、脉石含量少、有害杂质少、化学成分稳定、粒度适宜，并且具有良好的还原性及一定的强度。

化学成分1．含铁量与脉石含铁原料以铁氧化物为主，还含有SiO2Al2O3、CaO、MgO等成分。

在回转窑还原过程中，所发生的主要化学变化是在固态下脱除含铁原料中的氧，而不能脱除脉石成分和其他杂质。

因此选用的含铁原料必须是含铁量高、脉石含量低。

通常要求含铁量在66％以上，脉石总量小于8%。

CaO与MgO通常在矿石中含量不多，在炼钢过程中不是有害成分，对回转窑工艺也没有大的影响。

一般要求原料中CaO<2.5%,Mgo<1.5％。

保留在直接还原铁中的酸性脉石SiO2和Al2O3导至炼钢电耗增高，生产率下降，渣量和各种材料消耗增加、炉衬寿命缩短。

武汉科思瑞迪科技有限公司（以下简称“科思瑞迪”）坐落于武汉市东湖新技术开发区，是以武汉桂坤科技有限公司为主体，整合相关社会资源，汇集了冶金、工业炉、机电技术等各专业技术人才，集数十年研发、工程及生产经验，组建的一家专业从事煤基竖炉直接还原技术的开发、推广及应用的科技公司。

该公司的技术及成套核心设施已经在中国、越南、缅甸等国的工程项目中得到了应用，取得了良好的社会及经济效益。

煤基竖炉直接还原技术李森蓉李建涛（武汉科思瑞迪科技有限公司）摘要：本文对煤基竖炉直接还原技术从工艺流程、技术指标、技术特点等方面进行了较为详实的介绍和分析；该技术生产海绵铁的质量有保证，市场发展前景可期，市场竞争力强。

关键词：煤基竖炉直接还原铁技术特点产品质量直接还原是指铁矿石或含铁氧化物在低于熔化温度下还原成金属产品的炼铁过程；其所得的产品称为直接还原铁，简称DRI（Direct Reduction Iron），也称海绵铁。

优质DRI由于其成分稳定，有害元素含量低，粒度均匀,不仅可以补充废钢资源的不足，而且还可以作为电炉炼钢的原料以及转炉炼钢的冷却剂，对保证钢材的质量特别是合金钢的质量，起着不可替代的作用，是冶炼特钢的优质原料；同时，高品位DRI还可以供粉末冶金行业使用【1】。

直接还原铁生产方法中，主要分为气基法和煤基法。

由于我国天然气资源缺乏，但是煤炭资源丰富，煤基直接还原技术成为我国直接还原铁生产的重要工艺方法【2】。

煤基直接还原是指直接以廉价的非焦煤作还原剂生产直接还原铁的方法。

在我国煤基直接还原技术主要是回转窑法和隧道窑法【3】，近几年也相继建设了多座转底炉装置，同时也建设了一些煤基连续式竖炉装置。

在直接还原技术日益发展、大力提倡环保节能减排的今天，一些新的更先进的直接还原工艺及设备被迫切需要【4,5】。

煤基竖炉直接还原技术是一项符合中国能源结构特点的可大型化生产高品质海绵铁的直接还原铁生产技术【6】，可广泛用于处理高品位铁精粉制取高纯度还原铁粉用于粉末冶金领域，也可用于处理普通品位的铁精粉制取炼钢用海绵铁，处理复合铁矿生产普通铁水及提取钒、钛、硼等高附加值资源。

几种主要煤基直接还原冶炼工艺对比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工艺（以天然气或其他还原性气体作还原剂）而言。

煤基的历史可能比气基更早，但气基发展很快，无论从技术水平还是生产规模方面都远远超过了煤基。

从1975年至2005年这30年中，全世界直接还原铁（DRI）的年产量从80万吨增至5600万吨、即70倍。

其中气基占85%，而煤基只占15%。

可是，主要由于资源的因素及其相关的经济效益影响，气基的发展受到制约，业内把关注转向煤基，而且煤基直接还原不用焦煤，对环境又比较友好，因而在我国受到产业政策的支持。

世界上现有煤基直接还原工艺不少，但形成生产规模的主要有两种：一种是回转窑；另一种为转底炉。

回转窑工艺有较长历史，早先曾生产‘粒铁’，后转为生产DRI。

其主要优点是产品质量较好，能直接作为电炉炼钢原料。

出窑产品经磁选而提髙了铁的品位。

目前生产工艺己趋成熟，也达到一定规模，其产品己成为电炉冶炼优质钢的洁净铁源之一。

但回转窑工艺也有其固有缺点：1.料在窑中随窑体转动而滚动运行，易被粉碎，产生的粉末与煤灰粘在一起而形成‘结圈’，从而损坏炉衬，形成操作事故，从而使作业率下降。

2.受‘结圈’制约，还原温度偏低，一般最髙1100℃左右，影响还原速度。

3.因此生效率不髙。

4.单位投资相对较大。

5.对所用煤种有特定要求，如灰熔点必髙于1280℃，否则就要‘结圈’。

过去误以为什么煤都行，吃了不少苦头！因为这些原因，国内在过去十儿年前曾热了一阵以后，业内都不再看好回转窑工艺。

其实也不尽然，国内现有少数儿座回转窑的生产也取得进展，积累了很多经验。

尤其值得注意的是印度发展回转窑工艺的经验，现印度回转窑年产DRI数百万吨，有世界回转窑产量最大的Jindal公司年产147万吨。

而且正研发使用该国产的较贫铁矿和髙灰分煤，在回转窑生产优质DRI的新技术。

近年兴起的转底炉工艺，已引起国内业界的关注，不仅纷纷自行开发，而且有的也试图从国外引进。

- 53 -直接还原工艺综述及发展分析文章编号：1002-1779 （2017） 04-0053-04摘 要：针对目前已实现工业化生产的直接还原工艺技术，分别从工艺流程、原燃料特点、优劣势分析等方面进行综合对比分析。

根据2010—2015年全球直接还原铁生产情况和截至到2015年底全球的产能情况，分地区、分国别、分工艺进行统计分析，结合我国的实际情况和原燃料特点，提出我国发展直接还原技术需要重点考虑的关键因素，并对直接还原工艺未来在我国发展的方向和趋势进行了展望分析。

关键词：直接还原工艺；生产情况；短流程中图分类号：F273.1 文献标识码：A□ 周 翔随着钢铁生产工艺技术的发展与进步，以及能源结构调整和环保要求提升，非高炉炼铁工艺已成为钢铁冶金技术研发的热点。

其中，直接还原工艺凭借其流程短、市场适应性强等特点已成为钢铁工业发展十分重要的方向之一。

相较于传统的高炉转炉冶炼流程，发展直接还原技术既可以摆脱焦煤资源的束缚，有效改善钢铁生产的能源结构，同时从减少二氧化碳排放、实现环境友好发展的角度，直接还原工艺也是钢铁工业绿色发展的有效途径。

本文着重从工艺技术、生产情况、存在的问题及发展方向对直接还原技术发展进行分析。

一、工艺技术综述迄今为止，全球已实现工业化生产的直接还原工艺技术有十余种。

主要包括竖炉法、回转窑法、隧道窑法、转底炉法、流化床法等。

通常认为气基竖炉工艺占据直接还原工艺的主导地位，2015年全球直接还原铁产量为7 257万吨，其中气基竖炉工艺产量约占79.8%，煤基直接还原工艺产量约占20.2%。

1.竖炉法由Midland Ross公司开发的Midrex竖炉法、Hojalata Lamia S.A.公司开发的HYL-Ⅲ法是当今世界气基直接还原铁生产技术的主导工艺。

据统计，2015年采用这两种工艺生产的产量约占全球直接还原铁产量的79.1%，其中Midrex竖炉法产量为4 575万吨，HYL-Ⅲ法产量达到1 162万吨。

回转窑直接还原法(direct reduction process with rotary kiln)以连续转动的回转窑作反应器，以固体碳作还原剂，通过固相还原反应把铁矿石炼成铁的直接还原炼铁方法。

回转窑直接还原是在950〜1100C进行的固相碳还原反应，窑内料层薄，有相当大的自由空间，气流能不受阻碍的自由逸出，窑尾温度较高，有利于含铁多元共生矿实现选择性还原和气化温度低的元素和氧化物以气态排出，然后加以回收，实现资源综合利用。

由于还原温度较低，矿石中的脉石都保留在产品里，未能充分渗碳。

由于还原失氧形成大量微气孔，产品的微观类似海绵，故也称海绵铁。

高炉炼铁法有久远历史，已发展成高效、节能的冶金方法，是生产铁的基本方法，但它有一定局限性。

随着人类对钢铁需求的增长和技术进步，早在18世纪又提出开发直接还原技术的想法，直到20世纪初才出现了工业化生产。

20世纪60年代后，由于石油和天然气的大量开发，为钢铁工业提供了丰富和廉价的新能源；选矿技术进步，为直接还原生产提供了优质精矿原料；电力工业开发，电炉技术和能力的迅速发展，导致优质废钢供应紧张；而高新技术发展需要大量优质钢和纯净钢，这又需要纯净的优质炼钢炉料。

总之，诸方面均为直接还原的开发开创了有利条件。

70年代起，直接还原技术，工业规模，实际产量都取得重大进步和稳步发展。

1975年世界直接还原炼铁的生产能力为436万t，实际产量为281万t，占生铁产量的0.6 %, 到1995年分别跃增到4460万t ，3075万t 和5.7％。

至今气基直接还原炼铁法的生产能力和实际产量都占主导地位，约占总生产能力和总产量的90%，其中以米德莱克斯Midrex法和希尔（HYL）法占绝对优势。

煤基直接还原法仅占10%左右，其中主要为回转窑直接还原法。

回转窑直接还原法开发于50〜60年代。

60年代末发展较快，世界各地建设了一批工业生产窑，但由于工艺不够成熟，技术和装备上遇到一系列困难。

收稿日期:2003-01-20　联系人:马敬喜(101500)河北　密云冶金矿山公司生产实践煤基链篦机-回转窑一步法直接还原设备改造及技术操作要点马敬喜(密云冶金矿山公司) 摘　要　本文主要论述了煤基链篦机-回转窑一步法直接还原关键设备改造及有关技术操作要点,并提出了进一步提高产量、稳定操作、延长作业周期、降低生产成本的技术改造方案。

关键词　设备改造　技术操作1　生产运行状况由长沙冶金设计研究总院设计的北京威克直接还原材料厂,历经两年多的试生产和技术改造后,于2002年转入正常生产。

该厂年设计生产能力为612万t ,2002年达到514万t 左右。

经过9月份对链篦机进行进一步改造后,回转窑的生产能力大幅度提高,10月份生产成品直接还原铁7400t ,11月份完成7201t ,12月份也完成7200t ,超设计能力25%左右,且炉况顺利、生产稳定、各项技术经济指标均达到和超过设计水平。

预计2003年可生产直还原铁7万t 以上,各种消耗将进一步降低。

密云公司计划在二期预留的场地上再建一条年产10万t 的生产线,以达到规模效益。

2　关键设备的改造 用链篦机-回转窑法生产直接还原铁(简称一步法),我厂如此规模的装置在世界上尚属首例,在设计、施工和试生产中都有待探索和完善,因此不可避免地会碰到一些问题。

我们和设计院互相配合,针对下列问题作了改造。

211　窑头排料溜槽的改造该系统在试生产初期,一般每隔3～5天,排料溜槽就会发生粘结,并逐渐堵死。

其主要原因是,从窑内排出的物料中含有大量细小的未燃烧完全的炭粒和已还原的直接还原铁粉末,在上升热气流的作用下,这部分细小颗粒发热燃烧,造成局部高温。

细小颗粒在高温下产生软化或熔化,不断粘附在耐火材料和耐热钢锥形漏斗内壁上,且越积越多,直到堵死。

而且,由于这部分粘结物含铁,所处的位置又特殊,经常造成因排料通道堵死而停窑。

改造方案是:取消耐热钢锥形漏斗和耐热钢下料溜槽,代之以水冷套,以降低排料通道的温度。

回转窑直接还原法(direct reduction process with rotary kiln)以连续转动的回转窑作反应器，以固体碳作还原剂，通过固相还原反应把铁矿石炼成铁的直接还原炼铁方法。

回转窑直接还原是在950～1100℃进行的固相碳还原反应，窑内料层薄，有相当大的自由空间，气流能不受阻碍的自由逸出，窑尾温度较高，有利于含铁多元共生矿实现选择性还原和气化温度低的元素和氧化物以气态排出，然后加以回收，实现资源综合利用。

由于还原温度较低，矿石中的脉石都保留在产品里，未能充分渗碳。

由于还原失氧形成大量微气孔，产品的微观类似海绵，故也称海绵铁。

高炉炼铁法有久远历史，已发展成高效、节能的冶金方法，是生产铁的基本方法，但它有一定局限性。

随着人类对钢铁需求的增长和技术进步，早在18世纪又提出开发直接还原技术的想法，直到20世纪初才出现了工业化生产。

20世纪60年代后，由于石油和天然气的大量开发，为钢铁工业提供了丰富和廉价的新能源；选矿技术进步，为直接还原生产提供了优质精矿原料；电力工业开发，电炉技术和能力的迅速发展，导致优质废钢供应紧张；而高新技术发展需要大量优质钢和纯净钢，这又需要纯净的优质炼钢炉料。

总之，诸方面均为直接还原的开发开创了有利条件。

70年代起，直接还原技术，工业规模，实际产量都取得重大进步和稳步发展。

1975年世界直接还原炼铁的生产能力为436万t，实际产量为281万t，占生铁产量的0.6％，到1995年分别跃增到4460万t，3075万t和5.7％。

至今气基直接还原炼铁法的生产能力和实际产量都占主导地位，约占总生产能力和总产量的90％，其中以米德莱克斯Midrex法和希尔(HYL)法占绝对优势。

煤基直接还原法仅占10％左右，其中主要为回转窑直接还原法。

回转窑直接还原法开发于50～60年代。

60年代末发展较快，世界各地建设了一批工业生产窑，但由于工艺不够成熟，技术和装备上遇到一系列困难。