直接还原炼铁

气基竖炉直接还原低碳炼铁方案一、实施背景随着全球对环境保护的重视和钢铁行业碳排放量的关注，低碳炼铁技术的研发和推广成为了钢铁产业发展的重要趋势。

气基竖炉直接还原是一种以煤气为能源，通过竖炉直接还原铁矿石的炼铁方法，具有较高的能源利用效率和环保性能。

本方案旨在通过气基竖炉直接还原工艺的研发与应用，推动我国钢铁产业的低碳发展。

二、工作原理气基竖炉直接还原低碳炼铁工艺采用天然气或煤制气等富含氢气的煤气作为能源和还原剂，将铁矿石在竖炉内进行直接还原。

具体过程如下：1. 预热阶段：将铁矿石在炉内预热到约700℃，以促进煤气的燃烧和还原反应。

2. 煤气燃烧和还原阶段：煤气在竖炉上部燃烧室燃烧，产生高温煤气（约1100℃）通过炉顶喷嘴进入炉内，与铁矿石发生还原反应，生成金属化球团。

3. 冷却和排出阶段：金属化球团在炉内继续冷却并从炉底排出。

4. 成品处理阶段：对金属化球团进行破碎、筛分、磁选等处理，得到最终产品。

三、实施计划步骤1. 研发与设计：开展气基竖炉直接还原工艺的基础研究和应用研究，设计适合我国钢铁产业的气基竖炉直接还原工艺流程和设备。

2. 设备制造与安装：根据设计要求，制造设备并在现场安装调试。

3. 工业试验：在制造和安装完成后，进行工业试验，验证工艺流程和设备的可行性和稳定性。

4. 生产调试：根据工业试验结果，对工艺流程和设备进行优化调整，逐步达到设计产能。

5. 技术服务与培训：提供相关技术服务和培训，确保企业能够自主运行和维护气基竖炉直接还原生产线。

四、适用范围本方案适用于大型钢铁企业和中小型民营钢铁企业。

特别是对于具有丰富铁矿资源和煤气资源的钢铁企业，气基竖炉直接还原低碳炼铁工艺具有较高的适用性和优势。

此外，对于地处环保要求较高地区或面临转型升级压力的钢铁企业，该工艺也具有较大的应用潜力。

五、创新要点1. 竖炉结构优化设计：通过对竖炉内部结构的优化设计，提高煤气与铁矿石的接触面积和热交换效率，降低能源消耗。

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。

炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。

生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。

1、高炉炼铁的冶炼原理（应用最多的）
1）炼铁的原理:用还原剂将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。

铁氧化物（Fe2O3、Fe3O4、FeO）+还原剂（C、CO、H2）铁（Fe）
2) 炼铁的方法
（1）直接还原法（非高炉炼铁法）
（2）高炉炼铁法（主要方法）
3）高炉炼铁的原料及其作用
（1）铁矿石：（烧结矿、球团矿）提供铁元素。

（2）焦碳：提供热量；提供还原剂；作料柱的骨架。

（3）熔剂：（石灰石、白云石、萤石）
使炉渣熔化为液体；去除有害元素硫（S）。

（4）空气：为焦碳燃烧提供氧。

2、工艺流程
生铁的冶炼虽原理相同，但由于方法不同、冶炼设备不同，所以工艺流程也不同。

下面分别简单予以介绍。

高炉生产是连续进行的
从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。

装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。

在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，。

炼铁原理深入解读高炉内铁矿石直接还原的热力学基础炼铁是将铁矿石中的铁元素还原为金属铁的过程，而高炉是最常见的炼铁设备之一。

在高炉内，铁矿石通过高温条件下的还原反应，被还原为金属铁，并与炉渣分离。

本文将深入解读高炉内铁矿石直接还原的热力学基础。

1. 高炉的工作原理高炉是一种巨大的筒形炉子，通常由钢铁砌成。

在高炉内，通过矿石投料口将铁矿石、焦炭和炉渣按一定比例投入。

在高炉内部，有燃烧室、还原室和熔化室三个区域，每个区域都具有特定的功能。

2. 铁矿石的还原反应铁矿石的主要成分是氧化铁，例如赤铁矿（Fe2O3）和磁铁矿（Fe3O4）。

在高炉内，还原室是铁矿石还原的主要区域。

3. 热力学基础直接还原是指在高炉内，铁矿石直接与还原剂（焦炭或其他还原剂）发生反应，而不经过中间产物。

在铁矿石直接还原反应中，热力学是非常重要的基础。

4. 铁矿石的直接还原反应铁矿石的直接还原反应包括两个主要过程：氧化还原反应和还原-熔化反应。

4.1 氧化还原反应氧化还原反应是指铁矿石中的氧化铁被还原成金属铁的反应。

例如，赤铁矿的氧化还原反应可以表示为：3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2FeO + CO → Fe + CO24.2 还原-熔化反应在氧化还原反应之后，还原得到的含碳铁矿石（通常含有一定质量分数的碳）将开始熔化，并与炉渣分离。

在这个阶段，很多复杂的化学反应发生。

其中一个重要的反应是碳与铁氧化物的反应：FeO + C → Fe + CO5. 温度对直接还原反应的影响在高炉内部，温度是影响直接还原反应的重要因素之一。

较高的温度有助于促进还原反应的进行，提高铁矿石的还原率。

6. 炉渣的作用炉渣在高炉内具有重要的作用。

它不仅能够吸收和稀释产生的有害杂质，还能够提供适宜的炉内温度和熔融性环境。

7. 其他关键因素除了温度和炉渣的作用，还有其他因素会对高炉内直接还原反应产生影响，例如矿石的粒度、还原剂的选择和投放位置等。

直接还原铁技术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。

这种工艺是不用焦碳炼铁，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%以上的直接还原铁产量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（矿石品位要大于66%，含SiO2+Al2O3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，高炉炼铁生产工艺将在较长时间内仍将占有主导地位。

1．直接还原铁的质量要求直接还原铁是电炉冶炼优质钢种的好原料，所以要求的质量要高（包括化学成份和物理性能），且希望其产品质量要均匀、稳定。

1．1化学成份直接还原铁的含铁量应大于90%，金属化率要＞90%。

含SiO2每升高1%，要多加2%的石灰，渣量增加30Kg/t，电炉多耗电18.5kwh。

所以，要求直接还原铁所用原料含铁品位要高：赤铁矿应＞66.5%，磁铁矿＞67.5%，脉石（SiO2+Al2O3）量＜3%～5%。

直接还原铁的金属化率每提高1%，可以节约能耗8～10度电/t。

直接还原铁含C＜0.3%，P＜0.03%，S＜0.03%，Pb、Sn、As、Sb、Bi等有害元素是微量。

1．2物理性能回转窑、竖炉、旋转床等工艺生产的直接还原铁是以球团矿为原料，要求粒度在5～30mm。

隧道窑工艺生产的还原铁大多数是瓦片状或棒状，长度为250～380mm，堆密度在1.7～2.0t/m3。

基于生物质气基直接还原的多孔球团炼铁机理及强化还原作用机制研究(国家自然科学全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：首先我们需要了解什么是生物质气基直接还原技术。

生物质气基直接还原是指将生物质气与铁矿石直接接触并进行还原反应，生成高质量的铁料。

生物质气中富含的CO、H2等还原性气体具有良好的还原性能，使得其可以替代传统的煤气进行铁矿石还原。

利用生物质气进行直接还原不仅可以减少CO2排放，提高资源利用率，还可以减少对有限煤炭资源的依赖，是一种环保、可持续的新型炼铁技术。

在生物质气基直接还原的炼铁过程中，多孔球团起着重要作用。

多孔球团是由矿石与还原剂混合而成的球形颗粒，具有高强度和良好的还原性能。

在多孔球团中，铁矿石与生物质气进行接触和反应，通过直接还原生成金属铁。

多孔球团的形成和结构对炼铁过程的效率和产品质量具有至关重要的影响。

研究多孔球团的形成机制和结构特征对于优化生物质气基直接还原技术具有重要意义。

除了多孔球团的研究外，强化还原作用机制也是一个关键的研究方向。

强化还原是指通过添加某些物质，如助熔剂等，来提高还原反应的速率和程度。

在生物质气基直接还原炼铁过程中，强化还原作用可以有效地提高金属铁的回收率和产品质量，降低生产成本，是推动技术进步和工业发展的重要手段。

研究强化还原作用机制，探究添加物质对还原反应的影响，可以为生物质气基直接还原技术的应用提供更多的可能性和发展空间。

基于生物质气基直接还原的多孔球团炼铁机理及强化还原作用机制的研究具有重要的理论和实践意义。

通过深入研究和不断探索，我们可以更好地理解并利用生物质气这一清洁能源，推动炼铁工业的可持续发展，为构建绿色低碳的社会环境做出贡献。

相信在各方的共同努力下，生物质气基直接还原技术必将迎来更加美好的未来。

第二篇示例：随着工业化的发展，铁矿石资源的消耗日益增加，传统的高炉法生产钢铁过程中存在着诸多问题，如煤矿资源枯竭、污染排放等。

人们开始寻找替代品，以实现更加环保和可持续的铁矿石炼制技术。

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。

氢基直接还原铁技术随着全球钢铁工业的飞速发展，高炉炼铁等传统工艺在满足日益增长的铁需求时，也面临着环境污染和能源消耗的双重压力。

因此，寻找一种环保、高效的炼铁新技术成为了行业内的迫切需求。

氢基直接还原铁技术作为一种具有巨大潜力的新型炼铁方法，近年来受到了广泛关注。

本文将对氢基直接还原铁技术的原理、应用及发展前景进行深入探讨。

一、氢基直接还原铁技术原理氢基直接还原铁技术是一种利用氢气作为还原剂，将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁的方法。

其基本原理是在高温条件下，氢气与铁矿石中的氧化铁发生还原反应，生成金属铁和水蒸气。

这一过程中，氢气起到了还原剂的作用，将氧化铁中的氧夺取，使其还原成金属铁。

与传统的碳还原法相比，氢基直接还原铁技术具有以下优势：1. 环保：氢气的燃烧产物仅为水蒸气，不会产生二氧化碳等温室气体，有利于减少钢铁行业的碳排放。

2. 能源效率高：氢气还原氧化铁的反应热效应较高，可以有效利用反应热，提高能源利用效率。

3. 原料适应性广：氢基直接还原铁技术可以处理各种品位的铁矿石，包括低品位矿石和矿渣等，有利于资源的综合利用。

二、氢基直接还原铁技术应用目前，氢基直接还原铁技术已经在全球范围内得到了广泛应用。

主要应用于以下几个方面：1. 钢铁生产：氢基直接还原铁技术可以作为一种独立的炼铁方法，用于生产金属铁。

其生产的金属铁具有纯度高、杂质少等优点，可以作为优质原料供应给钢铁企业。

2. 铁矿资源综合利用：对于一些低品位、难选冶的铁矿石，传统的选矿和冶炼方法往往难以有效利用。

而氢基直接还原铁技术可以处理这些矿石，将其还原成金属铁，从而实现资源的综合利用。

3. 废旧金属回收：氢基直接还原铁技术还可以用于废旧金属的回收。

通过将该技术与废旧金属处理工艺相结合，可以实现废旧金属的高效回收和再利用，有利于节约资源和保护环境。

三、氢基直接还原铁技术发展前景随着全球环保意识的日益增强和能源结构的转型，氢基直接还原铁技术的发展前景十分广阔。

气基竖炉直接还原炼铁简介XX热能技术有限公司（公章）二零零七年八月八日一、总论1.1 项目背景及项目概况项目起源于焦煤冶金的固有缺陷、优质钢市场需求强劲、废钢严重短缺以及我国天然气资源不足的现实。

自从1735年英国人亚·德尔比发明了煤炭炼焦的方法，采用焦炭的冶炼方法（如高炉）已经取得巨大进步，达到了空前完善的程度，提供的金属材料品种齐全、质量优良、数量巨大，为人类物质文明和社会进步做出了巨大贡献。

然而，随着全球环境和资源压力的日益增大，传统工艺的弊端日益突出，体现在：严重依赖于焦煤；冶金反应重复进行；优质钢生产严重受限；对复杂的多金属矿处理显得无能为力；工厂生产规模大、工艺环节多、需要巨额投资；焦化、烧结、高炉等铁前系统产生的大量烟气、粉尘及水污染；焦化、烧结、高炉等铁前系统的流程长、工艺复杂，导致热效率低，能源浪费严重等。

近年来，随着我国钢铁产量逐年攀升，每年焦煤开采量至少为47425万吨。

按煤炭详查资源总量估计，2070年以后我国的焦煤资源将面临枯竭，传统的焦煤冶金工艺将无法进行正常生产。

与此相反，大量的非焦煤资源在冶炼工艺中却无法得到充分利用，因此开发和采用非焦煤炼铁工艺已迫在眉睫。

非焦煤炼铁工艺是指不使用焦炭进行炼铁生产的各种工艺方法。

按工艺特征、产品类型及用途，可分为直接还原法和熔融还原法两大类别。

直接还原法（Direct Reduction）是指“以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源和还原剂，在天然矿石（粉）或人造团快呈固态的软化温度以下进行还原获得金属的方法”。

熔融还原（Smelting Reduction）则“以非焦煤为能源和还原剂，在高温熔融状态下进行金属氧化物的还原，得到含碳的液态金属”。

与直接还原的不同之处是，熔融还原的发展目标只是探索和推广用煤炭代替焦炭的冶炼方法，其产品还是与传统冶炼工艺一样的液态产品，如铁水。

目前，全世界工业规模的直接还原法已有十几种，而大多数熔融还原工艺还处于研发阶段，已商业化的只有COREX。

直接还原铁非高炉法炼铁主要包括直接还原铁和熔融还原铁两种冶炼法。

所谓熔融还原法是指不用高炉而在高温熔融状态下还原铁矿石的方法，其产品是成分与高炉铁水相近的液态铁水。

开发熔融还原法的目的是取代或补充高炉法炼铁。

与高炉法炼铁流程相比，熔融法炼铁有以下特点：（1）燃料用煤而不用焦炭，可不建焦炉，减少污染。

（2）可用与高炉一样的块状含铁原料或直接用矿粉作原料。

如用矿粉作原料，可不建烧结厂或球团厂。

（3）全用氧气而不用空气，氧气消耗量大。

（4）可生产出与高炉铁水成分、温度基本相同的铁水，供转炉炼钢。

（5）除生产铁水外，还产生大量的高热值煤气。

从以上特点可以看出，熔融还原炼铁法作为一种用煤和矿生产热铁水的新工艺，其最大优点是不使用焦煤，能避免因焦煤资源日趋稀缺造成的高炉炼铁成本的大幅上升，可不建焦炉，直接使用非炼焦煤及含铁原料就可生产出基本合格的炼钢铁水；在环保方面也具有明显优势，由于没有焦化带来的污染，故对环境污染减少，属清洁生产工艺。

资料表明，熔融还原炼铁法排放的污染物量仅为焦炉一高炉工艺的1%一10%，并能进行能源的综合循环利用。

此外，熔融还原炼铁工艺流程短、占地少，操作容易且操作人员少，生产和投资成本也较低，相当于传统高炉法的80%；而且在生产能力及生产的开、停方面具有高度的灵活性。

在众多熔融还原工艺中，只有奥钢联所开发的Corex工艺真正实现了以煤代焦生产出铁水，并实现了商业化生产。

它是在奥地利和德国政府的财政支持下，于20世纪70年代开始研发，1989年实现商业生产。

第一代实现商业化生产的无高炉炼铁COREX-1000工厂年产能40万吨。

1995年至1999年间，世界上又先后建成四座年产能60万～80万吨的第二代COREX-2000生产厂，分别位于韩国的浦项、南非的撒丹那和印度的两个城市。

Corex工艺的生产流程由上下两部分组成。

上部是还原竖炉，下部是熔化气化炉。

上部装入的炉料（块矿、球团或烧结矿等块状物）还原成金属化率为90%~95%的海绵铁，然后分别由多台水冷螺旋输送机连续供给下方的熔化气化炉并在此进行熔化和终还原。

氢基竖炉直接还原炼铁工艺1. 什么是氢基竖炉直接还原炼铁？嘿，朋友们！今天咱们来聊聊一个听上去有点复杂但其实蛮有趣的东西——氢基竖炉直接还原炼铁工艺。

别被这个名字吓着了，它其实就是用氢气来“解放”铁矿石里藏着的铁。

想象一下，铁矿石就像个被锁住的宝藏，而氢气就是那把万能钥匙，把铁“放出来”！这一工艺的优势可多了，比如节能减排、环保等，简直就是现代炼铁的“环保卫士”啊！2. 炼铁的基本流程2.1 准备工作那么，咱们先看看炼铁的基本流程。

第一步，当然是要准备原材料。

你想，没米哪能煮出饭来？所以，铁矿石、氢气、煤等等，统统得准备好。

就像是做一道大菜，调料可不能少！铁矿石是“主角”，而氢气则是“配角”，这两者的搭配简直就是天作之合。

2.2 竖炉的运作接下来，就是将这些原材料送进那高高的竖炉里。

竖炉看上去就像个大烟囱，里面可是藏着大学问的。

铁矿石在这里跟氢气见面，化学反应就开始了。

你知道的，反应就像是铁矿石和氢气之间的一场恋爱，经过一番折腾，铁就从矿石中“跑”了出来。

这一过程可真是热闹非凡，就像一场盛大的聚会，热气腾腾、激情四射！3. 氢基还原的优势3.1 节能环保你可能会问，为什么偏偏要用氢气呢？这可不是偶然，而是有深意的！传统的炼铁工艺往往需要用煤，结果可想而知，排放的二氧化碳那是相当惊人。

但氢气可不一样，它燃烧后只产生水，简直是“环保小能手”！这就好比用电动车代替汽油车，省油又环保，谁不喜欢呢？3.2 经济效益而且，氢基炼铁的经济效益也是一大亮点。

虽然初期投资可能有点高，但长远看，操作成本会降低，尤其是随着氢气生产技术的不断进步，氢气的价格有望大幅下降。

想想吧，等到那时候，我们可能就能以更低的成本，生产出更多、更优质的铁制品，真是乐事一桩！4. 未来展望总之，氢基竖炉直接还原炼铁工艺不仅是一种新技术，更是一种趋势。

随着全球对环保的重视，这项工艺的未来可谓一片光明。

各国的钢铁企业纷纷开始投入研究，想要在这场“绿色革命”中抢占先机。

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。

当前世界上直接还原铁量的90％以上是采用气基法生产的。

我国天然气主要供应化工和民用，不可能大量用于钢铁工业。

炼铁工艺技术现代炼铁工艺技术主要包括高炉炼铁技术和直接还原炼铁技术两类。

高炉炼铁技术是利用高炉将矿石还原成金属铁，而直接还原炼铁技术则是通过直接还原矿石中的铁矿石粉末，不经过高炉还原的直接炼铁过程。

高炉炼铁技术是目前最常用的炼铁工艺技术，其主要特点是炉内燃烧的还原剂和矿石直接接触，将其还原成金属铁。

高炉的炉缸内有三个主要区域，即上升煤气区、还原区和冶炼区。

上升煤气区是煤气升腾区域，由喷吹煤气形成的上升气流带动石灰石、煤粉和铁矿石粉末向上运动。

在还原区，煤气和石灰石反应产生的二氧化碳还原铁矿石，使之转化为金属铁。

在冶炼区，炉内产生的高温将金属铁熔化，并与碳反应生成不同含碳量的铁水。

高炉炼铁技术已经有悠久的历史，但也存在不少问题。

首先，高炉炼铁技术存在能源消耗大、污染物排放多等问题，对环境造成较大影响。

为此，近年来出现了多种新型高炉技术，如日本的“MBR法”和新兴工艺技术等，旨在提高高炉的燃烧效率和减少污染物排放。

其次，高炉炼铁技术的产能有限，无法满足不断增长的钢铁需求。

因此，直接还原炼铁技术也开始受到关注和研究。

直接还原炼铁技术是一种无需高炉的新型炼铁技术，其原理是利用还原剂将矿石中的铁矿石粉末直接还原成金属铁。

常见的直接还原炼铁技术有石煤炼铁、煤粉直接还原炼铁和气体直接还原炼铁等。

这些新技术都通过将还原剂与矿石直接接触，通过化学反应将铁矿石还原成金属铁，并进行熔化和制取铁水。

与传统的高炉炼铁技术相比，直接还原炼铁技术具有能源消耗低、环境污染少、设备投资少等优点。

另外，直接还原炼铁技术还可以利用多种资源，如石煤、煤粉、天然气等，具有较强的适应性。

同时，直接还原炼铁技术可以有效提高钢铁产能，满足不断增长的市场需求。

在未来，炼铁工艺技术将继续向着高效、清洁、节能的方向发展。

高炉炼铁技术将继续提高炉内的燃烧效率，减少污染物排放，改善环境。

直接还原炼铁技术将进一步研究和发展，以提高还原效率和降低成本。

同时，新型炼铁技术也将得到更多关注，如电解法、气相法等，这些技术可以更加高效地提取铁矿石中的金属铁。

化学炼铁的知识点总结1. 炼铁工艺炼铁工艺主要包括高炉法和直接还原法两种主要方法。

（1）高炉法高炉法是一种以焦炭为还原剂，热量和炭素源的炼铁方法。

其主要工艺过程包括炉料装填、预热、还原、熔融和排渣等阶段。

在高炉内，矿石和焦炭在高温条件下反应生成熔融铁和炉渣，通过不同密度的分层，完成铁和炉渣的分离。

（2）直接还原法直接还原法是指利用气体还原剂（如CO和H2）直接将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁的方法。

这种方法可分为煅烧法和气相还原法两种。

在煅烧法中，将粉末状的铁矿石在高温下加热，使氧化铁被还原为金属铁。

而气相还原法则是通过气体还原剂直接将氧化铁还原为金属铁，常见的设备有旋转窑等。

2. 反应原理炼铁过程中涉及的主要反应包括还原反应、煅烧反应和熔融反应等。

（1）还原反应还原反应是指将金属氧化物还原为金属的反应。

在炼铁过程中，主要的还原反应包括Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2和Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2等。

这些反应是高炉法和煅烧法中最主要的反应过程，通过这些反应，使氧化铁逐步还原为金属铁。

（2）煅烧反应煅烧反应是指在高温下，金属氧化物发生分解或变化的反应。

在炼铁过程中，铁矿石的煅烧反应主要包括FeCO3 → FeO + CO2和Fe3O4 → Fe2O3 + O2等。

这些反应主要发生在高温条件下，为后续的还原反应提供条件。

（3）熔融反应熔融反应是指物质在高温下融化的反应过程。

在高炉法中，熔融反应主要发生在铁和炉渣之间，形成两相分离的现象。

而在直接还原法中，熔融反应则是指将金属铁从矿石中提取出来，并形成合金的过程。

3. 设备及其应用炼铁过程涉及的设备主要包括高炉、煅烧炉、还原炉等。

（1）高炉高炉是用于进行高炉法炼铁的主要设备。

它由炉体、风口、出铁口、出渣口等部分组成，通过炉料装填、炉料预热、还原和熔融等过程，从铁矿石中提取出高品质的铁。

高炉的主要应用领域包括冶金工业和金属加工工业等。

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。