非高炉炼铁64914[精华]
非高炉炼铁
非高炉炼铁一、非高炉炼铁的发展高炉炼铁是炼铁生产的主题，经过长期的发展，它的技术已经非常成熟。
但它也存在固有的不足，即对冶金焦的强烈依赖。
但随着焦煤资源的日渐贫乏，冶金焦价格越来越高。
因此，使炼铁生产摆脱对冶金焦的依赖是开发非高炉炼铁的原动力。
经过数百年的发展，至今已形成了以直接还原和熔融还原为主的现代化非高炉炼铁工业体系。
现代化钢铁工艺流程主体由四部分构成，焦炉、造块设备（例如烧结机）、高炉和转炉。
高炉使用冶金焦为主题能源，他是由焦煤经炼焦得到。
高炉的产品是液态生铁，它经转炉冶炼成转炉钢。
熔融还原的产品相当于高炉铁水。
高炉使用冶金焦，熔融反应则使用非焦煤。
这样就使炼铁摆脱了对冶金焦的依赖。
直接还原的产品是在熔点以下还原得到固态金属铁，称为直接还原铁（DRI），又称海绵铁。
直接还原的流程可分为煤基直接还原、气基直接还原和电热直接还原三大类。
煤基直接还原以煤为主要能源，主要是使用回转炉为主体设备的流程。
气基直接还原以天然气为主题能源。
包括竖炉、反应罐和流化床流程。
电热直接还原以电力为主要能源，是使用电热竖炉直接还原流程。
熔融还原的主体能源主要分为三种：非焦煤，焦炭和电力。
熔炼设备是熔融还原流程的精华。
还原设备决定了适用原料的性质。
例如流化床可直接处理粉料，竖炉则适用于处理块状炉料。
二、重点设备分析直接还原的核心装置是一个还原单元。
占有重要地位的还原设备有竖炉，反应罐，回转炉和流化床。
熔融还原的核心装置时一个还。
原单元和一个熔炼造气单元。
最受重视的还原设备是竖炉和流化床，最重要的熔炼造气设备是煤炭流化床和铁浴炉。
竖炉是一种成熟的还原设备。
除了产量在海绵铁工业中高居榜首外，熔融还原也将它作为还原单元最实际的选择。
目前唯一的工业化二步法熔融还原流程COREX即使用竖炉还原单元。
作为还原设备，流化床的地位非常微妙。
海绵铁工业中流化床的生产能力并不大。
但他具有一个竖炉无法比拟的优点：可直接使用粉矿。
这个特点使流化床成为熔融还原中最受青睐的还原设备。
非高炉炼铁
3.二步法-KR法(COREX法)工艺介绍
二步法： 将熔融还原
过程分为固相预还 原及熔态终还原并 分别在两个反应器 中完成； 优点：
改善了能量 利用，降低了渣中 FeO浓度。
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六、非高炉炼铁技术经济指标
1.单位容积利用系数：
每立方米反应器有效容积每天的产品量，即 η=Q/Vu， t/（m3.d）
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3.使用气体还原剂举例(Midrex法)
工艺过程: 天 然 气 + 净 化 炉 顶 气 (300-
400℃)→混合室→重整炉 (Ni 催 化 剂 ) →900-950 ℃反应:
CH4+H2O=CO+3H2 CH4+CO2=2CO+2H2 还原气→竖炉(炉料炉顶加入) →停留6h →冷却带N2冷却 至100℃ →炉料排出
主要内容
一、概 述 二、非高炉炼铁的特点 三、非高炉炼铁分类 四、直接还原法 五、熔融还原法 六、非高炉炼铁技术经济指标
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一、概 述
1.概 念 非高炉炼铁法是高炉法之外，不用焦炭
炼铁的各种工艺方法的统称。
2.发展史 1770 年 第 一 个 直 接 还 原 法 专 利 诞 生
→1857 年 提 出 完 整 的 近 代 直 接 还 原 （Chenot）构思→1873建成第一座非高炉 装置→上世纪20年代电炉（矿热炉）炼铁 →70年代具备一定规模→近期又重新成为 研究热点
高炉流程： 矿石A在高炉内升温、
还原、熔化为铁水B→[C] 已达到饱和→在炼钢过程 脱C→再去除多余氧成为成 品钢液； 非高炉流程：
矿石被升温、还原为 海绵铁→在电炉中熔化还 原未还原部分→得到成品 钢液
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钢铁生产过程产品中氧量、碳量的变化
非高炉炼铁法
发展新工艺：转底炉炼铁。
三 转底炉工艺
转底炉由于反应速度快、原料适应性强等特点 近年来得到了快速发展 。转底炉工艺有许多种 ， 包括 Fastmet、ITmk3、Inmeto、Comet、 DRyIron等。
1 Fastmet法和Fastmelt法
该法是由美国 Midrex直接还原公司与日本神户制钢于 60年代开发的 。目的是为了处理钢厂内部的含铁粉尘和铁 屑等。经过多年的半工业试验和深入的可行性研究 ，现已 完成工艺操作参数和装置设计的最佳化。 首家商业化 Fastmet厂于 2000年在新日铁公司广佃厂投 产，可处理含铁粉尘和铁屑20万t／a。 另外，日本还有两家Fastmet工厂，分别为20万t/a和 1.6 万t/a。 日本神户钢铁公司和三井金属工业公司合资用 Fastmet工艺在美国建造一座年产90万t海绵铁 的工厂。在 美国埃尔伍德建立了 2.5万t/a的金属回收厂，回收镍粉尘， 效果良好。 图6为其工艺流程图。
② HYL法和HYL-III法
HYL法采用 KELLOG蒸汽转化制气技术，其 工艺流程如图2所示。 原料天然气首先用活性炭脱硫，然后与过量水 蒸汽混合，在 85％下进行催化裂化反应。
反应罐组由4个反应罐组成。罐顶设有装料口， 罐底设有卸料口。反应罐之间有一套复杂的还原 气管路相连接。
图2 HYL法工艺流程
钢铁生产的传统流程：由高炉炼铁－转炉炼钢或废钢 －电炉炼钢。 新流程：熔融还原炼铁－转炉炼钢或直接还原－电炉炼 钢。 目前，在我国发展直接还原存在重大障碍。 新流程存在的问题： 直接还原受到很多因素的限制，例如最成熟的直接还 原法（竖炉及反应罐）都使用天然气作一次能源，自然界 中天然气普遍短缺，而用煤碳作能源生产的海绵铁成本较 高，产量低，生产效率也较低，还有很多技术问题等待解 决。 应用直接还原－电炉流程生产一吨成品钢总计消耗电 600～1000kW· h。 此外，直接还原需要高品位的精矿。
非高炉炼铁述评
世界金属导报/2010年/2月/9日/第010版原料炼铁非高炉炼铁述评多年来，世界和中国直接还原铁产量有所增长，但占生铁总产量的比例变化不大，详见表1。
1直接还原技术目前，只有在具备了天然气和高品质铁矿石(含铁品位高，含siO2低，熔融温度高)资源的国家能够比较好的开展直接还原生产。
也就是说，他们是在特殊情况下，才实现正常生产，并有较好的经济效益。
这表明，不是任何条件下均可进行直接还原铁生产。
我国缺少天然气、高品位铁矿石。
所以我们不必去苛求要搞直接还原铁生产。
日本不搞直接还原铁，也是钢铁大国。
用煤去制气，再去还原铁矿石，在能源利用率和成本上均无法与国外气基直接还原水平相比。
因为煤制气要占总投资的1/3，煤的能源利用率比较低，造成产品成本高，没有市场竞争力。
从高炉炼铁理论上看，在高炉内有40%以上的矿石可以进行间接还原反应。
间接还原反应是个放热反应，可大大降低高炉炼铁的能源消耗。
没有间接还原的直接还原工艺，其生产的能耗肯定要比高炉要高。
目前，高炉是个高效能源利用的反应器。
高炉炉顶煤气温度在200℃左右。
而直接还原和熔融还原出来的炉气温度均在1000℃以上。
这样，高炉能源利用效率与非高炉炼铁工艺相比具有较大优势。
2熔融还原技术2009年10月在上海召开的“第五届国际炼铁技术大会”上加拿大华人卢维高和武钢炼铁厂杨桂龙合写的一篇文章中指出:从理论上讲，熔融还原工艺能耗一定高于高炉炼铁工艺。
目前，宝钢COREX-3000和韩国FINEX生产的实践表明，其工序能耗也是要高于高炉生产流程。
目前，COREX生产工艺对原燃料的质量要求还是比较高的，摆脱不了炉料的造块，还要使用一定数量的焦炭，而高热值的炉气量大，尚没有得到科学、合理的充分利用。
还原炉炉墙厚，造成设备作业率低，生产成本高。
所以说，我国不具备特殊条件，不必再追求建设COREX工艺。
3非高炉炼铁与高炉炼铁能耗对比2009年上半年，我国重点钢铁企业高炉工序能耗为414 32kgce/t，烧结工序为55.23kgce/t，焦化工序为116.49kgce/t，球团工序为31.31kgce/t。
非高炉炼铁
非高炉炼铁工艺最新进展炼铁是为炼钢提供台格原料的重要工序。
随着炼钢工艺技术的革命，炼铁工艺技术也有了新的发展和突破。
目前，钢铁工业已经形成了高炉一转炉与熔融还原一转炉流程并存，以及转炉、电炉、煤氧废钢熔化炼钢同时并存的局面。
炼铁工艺则形成了以高炉炼铁为主，同时发展直接还原、熔融还原为辅的工艺路线。
面临不同技术特点的炼铁工艺，应如何选择，是发展我国钢铁工业、确定产品大纲的重要环节。
a.直接还原工艺。
近年来,直接还原工艺仍保持持续稳定地增长, 2006年世界直接还原铁总产量达到5980万t。
其中,以天然气为能源的气基直接还原的产量占8013%(MIDREX: 5917%, HYL: 1814% , FINMET:212%),各种煤基直接还原工艺的产量占1917%。
转底炉直接还原工艺是近年来的研究开发热点,国外已建成多座不同规模的生产装置。
但据报道,北美建成的数个转底还原铁厂都在闲置,日本建设的几座转底炉直接还原装置也是作为专门处理钢铁厂内粉尘来使用的。
b.熔融还原工艺。
国外正在运行的4套COREX熔融还原装置保持良好的生产状态。
2006 年, 在南非SALDANHA 钢厂的COREX直接还原联合装置连续生产了75万t铁水和75万t直接还原铁。
该装置为气基直接还原铁的生产开辟了新路。
除新投产的宝钢CORECC - 300装置外,原韩国韩宝公司10年前建设的2套C - 2000装置正在搬迁到印度的HA2IRA钢铁厂。
2007年,浦项150万t F INEX装置的投产反映了开发者对该技术的信心。
据宣传,F INEXT投资成本和运行成本比高炉流程分别低20%和15%左右。
HISMELT已开发了25 年。
第一套80万t工业生产装置于2005 年10 月投产,工艺和操作上所取得的突出成果包括:生产率达到设计能力的75% ～80%,煤比最低达到820kg/ t;反应炉实现最高富氧率操作;操作对原料、喷吹和生产率等方面的适应性,验证了装置在开动、停止、闲置的灵活机动能力。
第四章非高炉炼铁,第五章铁水预处理
第四章非高炉炼铁,第五章铁水预处理非高炉炼铁非高炉炼铁法：是指除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法。
可归纳为两大类：直接还原法；熔融还原法。
⑴ 直接还原法在铁矿石熔化温度下把铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程，产品叫直接还原铁或海绵铁。
由于低温还原，得到的直接还原铁未能充分渗碳，因而含碳较低(2%),矿石中的脉石成分既不能熔化造渣脱除，也不能被还原，因而直接还原铁中几乎保留了铁矿石中的全部脉石杂质，实际生产中仍需要用电炉精炼成钢。
⑵ 熔融还原法一切不用高炉冶炼液态生铁的方法。
它是不用焦炭在一个容器中完成高炉炼铁过程的，基本上不改变目前传统钢铁生产的基本原理。
近年来，非高炉炼铁法发展比较快，其原因是：① 不用焦炭炼铁；② 非高炉生产的海绵铁可代替日益紧张的废钢；③ 省去了炼焦设备，总的基建费用比高炉炼铁法少。
非高炉所得还原铁的用途可分为以下三类：① 炼钢原料② 高炉原料③ 铁粉可用于粉末冶金或用作电焊条的原料等。
4.1 直接还原法⑴ 使用固体还原剂法主要设备：回转窑主要产品：海绵铁工作原理：固体还原剂(煤) 、铁矿石、溶剂混匀，由窑尾加入，窑体有1~4%的倾斜度并以一定速度旋转，炉料由窑尾向摇头运动。
窑头装有烧嘴，喷入燃料(煤粉、煤气或重油)燃烧，废气由窑尾排除，炉料与炉气逆向运动，逐渐把固体炉料加热，达到800℃时，开始固体碳还原，放出的CO 在氧化区被氧化，提供还原需要的热量。
回转窑炼铁过程示意1―氧化区；2―中性区；3―还原区；4―窑头；5―熔化带；6―粒铁带；7―还原带；8―预热带；9―窑尾；10―海绵铁法；11―粒铁法；12―液铁法炉料配加的煤炭量必须超过还原反应需要热量，以保持料层中的还原气氛。
按照炉料出炉温度，回转窑除生产海绵铁外，还可生产粒铁和液态铁。
最大的优点：可以直接使用储量丰富的煤作燃料缺点：是炉内温度要求严格控制，否则会引起局部过热。
使矿石软融并粘结在炉墙上，破坏正常生产。
⑵ 用气体还原剂直接还原法冶金还原煤气：铁矿石直接还原使用的气体还原剂。
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。
非高炉炼铁--重点设备介绍
非高炉炼铁--重点设备介绍
非高炉炼铁是指利用非高炉工艺进行炼铁的一种方法。
相比传统高炉炼铁，非高炉炼铁具有投资少、技术先进、环保等优点，因此受到了广泛关注和应用。
在非高炉炼铁的重点设备中，有几个主要的设备需要特别介绍。
首先是直接还原炼铁炉。
直接还原炼铁炉是非高炉炼铁的核心设备，其工作原理是将矿石和还原剂在高温下进行化学反应，最终得到铁水和渣。
这种炉子通常采用旋转式炉体结构，能够高效地进行还原反应，大大提高了炼铁效率。
其次是连续铁水生产系统。
这种系统主要由连续铁水生产装置和相关辅助设备组成，能够实现铁水的连续生产和输送。
相比传统的间歇式炼铁方法，连续铁水生产系统能够更加高效地进行生产，降低能耗和污染物排放。
此外，还有磁选设备。
磁选设备主要用于对原料进行磁选，将其中的铁矿石进行分离。
这些铁矿石经过磁选后可以直接用于炼铁，不需要经过破碎和磨矿等环节，节约了能源和原材料，也减少了对环境的污染。
最后是烧结设备。
烧结设备用于对铁矿石和其他原料进行烧结处理，增加其强度和耐高温性，以便于后续的炼铁过程。
总的来说，非高炉炼铁的重点设备主要包括直接还原炼铁炉、连续铁水生产系统、磁选设备和烧结设备等。
这些设备的运用
使得非高炉炼铁在提高炼铁效率、降低成本、减少环境污染等方面具有显著优势。
随着科技的不断发展，相信非高炉炼铁的设备和工艺会更加完善，为炼铁行业的可持续发展做出更大的贡献。
非高炉炼铁
•非高炉炼铁非高炉炼铁是指除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法。
非高炉炼铁可归纳为两大类：直接还原法和熔融还原法，都是炼铁冶金技术中的新工艺。
直接还原法是指在铁矿石熔化温度下把铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程。
产品叫直接还原铁或海绵铁。
由于低温还原，得到的直接还原铁未能充分渗碳，因而含碳较低（＜2%），实际生产中仍需要用电炉精炼成钢。
电炉精炼的主要任务是熔化脱除杂质和调整钢成分•熔融还原法是指一切不用高炉冶炼液态生铁的方法。
它是不用焦炭在一个容器中完成高炉炼铁过程的，基本上不改变目前传统钢铁生产的基本原理。
•非高炉炼铁法发展较快的原因：1 不用焦炭炼铁。
高炉冶炼需要高质量冶金焦，而焦煤从世界储量而言，只占煤总储量的5%，而且日渐短缺，价格越来越高。
非高炉炼铁可以使用非炼焦煤和其它能源作燃料与还原剂。
近几十年来，大量开发了天然气、石油、电和原子能等新能源，为高炉炼铁发展提供了条件。
•2 随着钢铁工业的发展，氧气转炉和电炉炼钢完全取代平炉，废钢消耗量迅速增加，废钢供应量日感紧张，非高炉生产的海绵铁、粒铁等是废钢的极好代用品。
•3 省去了炼焦设备，总的基建费用比高炉炼铁法少。
虽然非高炉炼铁法的生产效率远赶不上高炉，但对缺乏焦煤资源的国家和地区，用于中小型企业生产，前途是光明的。
中国的非高炉炼铁宝钢罗泾熔融还原COREX-30002 COREX炼铁技术概况•熔融还原炼铁技术是近代钢铁工业的前沿技术, 它是以富铁矿或球团矿与煤燃烧后还原成铁水的工艺，俗称无焦炼铁，包括COREX 、DIOS、HIsmelt 和Romelt 等工艺技术。
•COREX法自1989年底正式投产以来，经过15年的工业生产，已积累了大量生产经验，技术成熟，目前COREX 法的总生产能力已超过500 万吨，约占世界生铁产量的1 %，是唯一已用于工业化生产的熔融还原炼铁技术。
COREX炼铁技术概况•COREX 法的主要优点是投资和生产成本低，开停炉容易，特别适合与电炉或转炉短流程钢厂配套。
非高炉炼铁
a＇３Ｆｅ2Ｏ3＋Ｈ2=２Ｆｅ3Ｏ4＋Ｈ2Ｏ放热ｃＦｅ3Ｏ4＋ＣＯ＝３ＦｅＯ＋ＣＯ2 吸热ｃ＇Ｆｅ3Ｏ4＋Ｈ2＝３ＦｅＯ＋Ｈ2Ｏ放热ｄＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ2放热ｄ＇ＦｅＯ＋Ｈ2＝Ｆｅ＋Ｈ2Ｏ吸热下图示出了铁氧化物还原对气氛的要求作图法:对反应ΔＧ°＝－ＲＴ㏑Ｋｐ＝Ａ＋ＢＫｐ＝Ｐｗ2／ＰｃｏＰｃｏ2＋Ｐｃｏ＝１ＰH2o＋ＰH2＝１Ｘｃｏ2＋Ｘｃｏ＝１ＸH2o＋ＸH2＝１铁氧化物还原对气氛的要求１）自上到下全图分为４个区域，最下方是Ｆｅ2Ｏ3稳定区，然后依次是Ｆｅ3Ｏ4，ＦｅＯ，和Ｆｅ。
其中Ｆｅ2Ｏ3用Ｈ2或ＣＯ还原，在任何温度下，平衡常数都很大，可以认为反应是不可逆的２）图中的两个关键温度５７０度和８１０度，５７０度以下ＦｅＯ不存在，Ｆｅ3Ｏ4直接还原成铁５７０度以上高价铁的还原要经过ＦｅＯ阶段，８１０度以下ＣＯ还原线位于Ｈ2曲线下方，这表明在此区间内ＣＯ还原能力高于Ｈ2，即Ｈ2得热力学利用率高于ＣＯ，８１０度以上Ｈ2还原线位于ＣＯ曲线下方，即ＣＯ得热力学利用率高于Ｈ2。
３）曲线ａａ＇和ｄ随温度的升高而升高，表明ａａ＇，ｂ和ｄ是放热的，提高反应温度使热力学气体利用率降低，其它曲线随温度的提高而下降，也就是说这些反应都是吸热的，高温有利于提高气体利用率。
不平衡常数随温度的变化关系，吉布斯－亥母霍兹公式（﹠㏑Ｋ／﹠Ｔ）p＝ΔＨ／ＲＴ2吸热ΔＨ＞０ΔＨ／ＲＴ2＞０即﹠㏑Ｋ／﹠Ｔ＞０Ｔ↑Ｋｐ↑放热ΔＨ＜０ΔＨ／ＲＴ2＜０即﹠㏑Ｋ／﹠Ｔ＜０Ｔ↑Ｋｐ↓另外也可以用（﹠㏑Ｋ／﹠Ｔ）p＝ΔＨ／ＲＴ2的积分公式㏑Ｋｐ＝－ΔＨ／ＲＴ＋Ｃ作㏑Ｋｐ——１／Ｔ的图线１）放热ΔＨ＜０直接斜率－ΔＨ／Ｒ＞０则１／Ｔ↑Ｋｐ↑２）吸热反应同理Ｔ↑Ｋｐ↑３１．２动力学分析冶金热力学分析，是反应能否发生，ΔＧ反应发生的程度冶金动力学则是反应进行的速度Ｖ，决定了生产效率更具有实际的意义描述铁矿石还原速度可用铁矿石还原速率的数字模型加以定量描述。
《非高炉炼铁》课件
未来应用前景
随着技术的不断突破和创新， 非高炉炼铁技术有望在钢铁 生产、环境保护和特殊冶金 领域等方面实现更广泛的应 用。
挑战与机遇
非高炉炼铁技术仍面临一些 挑战，如成本控制、设备研 发等，但也带来了更多的机 遇和前景。
结论
通过对非高炉炼铁技术的介绍，我们可以看到其在铁矿石冶金转化和环境保护等方面的重要性。展望未 来，非高炉炼铁技术有望取得更大的突破并在各个领域发挥更重要的作用。
参考文献
• 文献1 • 文献2 • 文献3
《非高炉炼铁》PPT课件
欢迎来到《非高炉炼铁》PPT课件！在这个课件中，我们将介绍非高炉炼铁的 基本原理、常见工艺、技术优势以及未来前景。
什么是非高炉炼铁
非高炉炼铁是一种新型的铁矿石还原炼铁技术，通过熔融还原等方法实现矿石冶金转化为铁制品，与传 统高炉炼铁不同，具有更高的效率和更多的优势。
相关技术发展历程
非高炉炼铁技术具有较高的能源利用率，能够降低能源消耗，减少对煤炭等资源的需求。
2 环保
相比传统高炉炼铁，非高炉炼铁技术产生的废气和废水排放更少，对环境影响更小。
3 精确控制
非高炉炼铁技术可以对反应条件进行精确控制，实现更高的炉温、反应速率和产物纯度。
非高炉炼铁的前景
国内外发展趋势
非高炉炼铁技术在全球范围 内得到广泛应用，未来将继 续发展并应用于更多领域。
非高炉炼铁技术经历了多年的发展和演变。从汉密尔顿法到直接还原法、热还原法和气固反应法，不断 出现新的工艺和方法，为非高炉炼铁的应用领域提供了更多选择。
非高炉炼铁的应用领域
钢铁生产
非高炉炼铁为钢铁生产提供了更灵活和高效的铁矿石熔融还原方法。
环境保护
由于非高炉炼铁技术对环境影响较小，因此在环境敏感区域的铁矿石加工和冶金领域有广泛 应用。
6-非高炉炼铁
6 非高炉炼铁6.l 概述非高炉炼铁法是高炉炼铁法之外，不用焦炭炼铁的各种工艺方法的总称。
按工艺特征，产品类型和用途，主要分为直接还原法和熔融还原法两大类。
6.1.1直接还原法与熔融还原法直接还原（Direct Reduction）法是指不用高炉而将铁矿石炼制成海绵铁的生产过程。
直接还原铁是一种低温下固态还原的金属铁。
它未经熔化而仍保持矿石外形，但由于还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵，因此也称海绵铁。
直接还原铁的含碳量低（〈2%），不含硅锰等元素，还保存了矿石中的脉石。
因此不能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。
熔融还原（Smelting Reduction）法指在熔融状态下把铁矿石还原成融态铁水的非高炉炼铁法。
它以非焦煤为能源，得到的产品是一种与高炉铁水相似的高碳生铁。
适合于作氧气转炉炼钢的原料。
近年来，非高炉炼铁法发展比较快，其原因是：(1)不用焦炭炼铁。
高炉冶炼需要高质量冶金焦，而从世界矿物燃料的总储量来看，煤炭占92%左右，而焦煤只占煤炭总储量的5%，且日渐短缺，价格越来越高。
非高炉炼铁可以使用非炼焦煤和天然气作燃料与还原剂，对缺少焦煤资源的国家和地区提供了发展钢铁工业的巨大空间。
(2)高炉炼铁要求强度好的焦炭和块状铁料。
必须有炼焦和铁矿粉造块等工艺配套，工艺环节多，经济规模大，需要大的原料基地和巨额投资。
非高炉炼铁法使用非焦煤或天然气，可使用矿块或直接使用粉矿，市场适应性强。
(3)科学技术的进步，对钢材质量和品种提出了更高的要求。
现代电炉炼钢技术为优质钢的生产提供了有效手段，但由于废钢的循环使用，杂质逐渐富集，而一些杂质元素在炼钢过程又很难去除，无法保证钢的质量，并限制了电炉法冶炼优质钢种的优势。
非高炉炼铁法能为炼钢提供成分稳定、质量纯净的优质原料，为炼钢设备潜能的发挥，提高企业的经济效益，提供了有力的支持。
(4)随着钢铁工业的发展，氧气转炉和电炉炼钢逐渐取代平炉，废钢消耗量迅速增加，废钢供用量日感紧张，非高炉生产的海绵铁、粒铁等是废钢的极好替代品。
非高炉炼铁
1.6.3 炉内主要过程
炉内一般过程
炉料下降过程中，与上升的煤气流相互作用，被加热，发 生干燥、还原、熔化、造渣等一系列物理化学反应，最后 生成液态渣、铁，聚集于炉缸，周期地从高炉排出，上升 的煤气流将能量传给炉料，温度不断降低，成分不断变化， 最后变成高炉煤气从炉顶排出 实质：在尽量低能量消耗的条件下，通过受控的炉料及煤 气流的逆向运动，高效率地完成还原、造渣、传热及渣铁 反应等过程，得到化学成分与温度较为理想的液态铁
1.6.4 高炉炼铁原料及其他辅助材料
①灰分低，固体碳高 ②含硫低 ③可磨性好：易磨 ④粒度细：-200目占80％ ⑤爆炸性弱：安全 ⑥燃烧性要弱、反应性要好
固体燃料： 煤 喷 吹 燃 料
天然气，石油气，焦炉和高炉煤气， 气体燃料：
转炉煤气，发生炉煤气
重油，柴油，焦油 液体燃料：
1.6.4 高炉炼铁原料及其他辅助材料
性能 ①物理性能 a.致密度，气孔率，吸水率 b.透气性 c.耐压强度 d.热膨胀性 ②使用性能 a.耐火度：抗高温熔化性能的指标，用耐火锥变 形的温度表示。它表征耐火材料的热性质，主要 取决于化学组成，杂质数量和分散程度。实际使 用温度要比耐火度低。
1.6.4 高炉炼铁原料及其他辅助材料
b.荷重软化点：在施加一定压力并以一定升温速度 加热时，当耐火材料塌毁时的温度。它表征耐火材料 的机械特性。耐火材料的实际使用温度不得超过荷重 软化点。 c.耐急冷急热性（抗热震性）：是指在温度急剧变 化条件下，不开裂。不破碎的性能。 d.抗蠕变性能：荷重工作温度下，形变率 e,导热性及导电性 f.抗渣性：在使用过程中抵御渣化的能力。 耐火材料选择原则：使用的温度，使用的环境
高炉法 现 代 炼 铁 法 非高炉法
非高炉炼铁
直接还原法发展的背景
• 二十世纪60年代直接还原发展的原因 ① 不用焦炭炼铁。 ② 合格废钢,优质废钢供应不足 ③ 可得到高品位铁精矿 ④ 省去了炼焦设备,总的基建费用比高炉炼铁 法低
煤基直接还原法
回转窑法
Fastmet
Hganas
气基直接还原
移动床 Midrex HYLIII
固定床 HYL法
流化床
非高炉炼铁
机升本14 王睿
非高炉炼铁概念
• 非高炉炼铁法 除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法
• 直接还原法 指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生产过程
• 熔融还原法 指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程
高炉炼铁与非高炉炼铁的工艺 （图）
非高炉炼铁方法分类
非高炉炼铁
直接还原法
熔融还原
限制直接还原大量应用的障碍
• 直接还原能源供应并未完全解决(最成熟的 直接还原法使用天然气作为一次能源,天然 供应有限且价格不低,应用煤炭技术的各种 方法技术仍有待完善) • 直接还原电炉流程电耗较高(600~1000度/ 吨)(并不是任何地区都容易提供) • 高品位精矿粉难于普遍获得
非高炉炼铁
非高炉炼铁“本土化”加速【编者的话】钢铁冶炼短流程生产是推进钢铁产品升级换代的发展趋势之一，其主要金属料包括废钢、直接还原铁和生铁或炼钢用热装铁水等。
非高炉炼铁工艺是短流程生产的核心，它符合资源节约型要求，同时又可生产高品质的特优钢材。
当前，世界上一些国家的大型钢铁企业积极采用先进的非高炉炼铁工艺，从宝钢浦东钢铁公司罗泾厂的COREX到今年5月投产的浦项150万吨／年产能的FINEX工业生产厂，都受到钢铁界的密切关注；从技术角度分析、从新闻观点审视，我们也对其进行了报道。
那么，在非高炉炼铁的几种主要工艺中，到底哪些更适合中国钢铁企业应用呢?本期我们针对这一问题刊发了业内有关人士的文章，进行分析探讨，旨在让非高炉炼铁这一节能、高效、环保的技术在中国“生根开花”，为中国钢铁产业的不断优化打下坚实的技术基础。
随着世界钢铁工业的快速发展，原材料成本的不断提高、焦炭的紧缺和铁矿石价格的不断攀升成为人们关注的问题。
面对日益激烈的国际竞争和紧迫的环保要求，国内有远见的钢铁企业结合自身实际情况寻求发展节能环保、低成本的非高炉炼铁技术，并已经走在了国际同行的前列。
短流程造就节能环保和资源优势非高炉炼铁包含直接还原和熔融还原。
直接还原是指在低于熔化温度之下还原成海绵铁的炼铁生产过程，其产品叫直接还原铁也称海绵铁(DRI)。
此类工艺有很多，国内适合选用的主要有HYL-ZR工艺(希尔自重整法)等。
熔融还原是指一切不用高炉冶炼液态生铁的方法，国内适宜选用的有COREX、FINEX、HIsmelt等工艺。
HYL-ZR工艺是在原HYL工艺系列基础上发展起来的一种新型气基自重整直接还原工艺，可以利用焦炉煤气、高炉煤气、氧气顶吹转炉煤气或者煤制气来还原铁矿石(球团或球团／块矿的混合物)以生产海绵铁(具体流程见图1)。
在目前市场上可利用的主要直接还原技术中，HYL-ZR技术可在其工艺和设备无任何改动的情况下使用焦炉煤气，通过在自身还原段中生成还原气体而实现最佳的还原效率。
非高炉炼铁法
非高炉炼铁法简介非高炉炼铁法以不用焦煤为主要特征，按其工艺特征、产品类型及用途分为直接还原法和熔融还原法两大类。
直接还原法以气体、液体燃料及非焦煤为能源，在铁矿石或含铁团块呈固态的软化温度下进行还原获得直接还原铁（DRI）或海绵铁，其产品低密度多孔呈海绵状结构，含碳低，未排除脉石杂质。
熔融还原法则以非焦煤为能源，产品类似高炉的铁水。
目前，非高炉炼铁法以直接还原工艺为主，该方法对铁原料要求高，TFe>66%,酸性脉石含量（SiO2+Al23）<5.5%(但不宜过低)，一般S含量<0.03%，P<0.02%,其它有害元素尽可能低，各种工艺对原料粒度要求不一。
铁原料和煤灰分的软化温度决定了直接还原工艺的作业温度。
在燃料方面，当前各种工艺中，以使用天然气为主，能量利用率高、生产率高，但我国天然气资源缺乏。
国内直接还原厂以使用非焦煤（褐煤、烟煤、无烟煤）为主，现在世界各国也以发展煤基直接还原为主。
直接还原工艺的主要方法有：1. 回转窑直接还原法：回转窑结构是一个可转动的筒形高温反应器。
含铁原料与还原煤从窑尾连续加入，排料端设置主燃烧喷嘴和还原煤喷入装置，沿窑身长度方向装有若干供风管或燃料喷嘴，随窑体转动，固体物料在翻滚移动过程中，被高温气流加热，进行物料的干燥、预热、碳酸盐的分解、铁氧化物还原及渗碳反应从而得到DRI。
比较有代表的是SL-RN 法、DRC法、Krupp-Codir法等。
2. 竖炉直接还原法：竖炉法目前占直接还原铁产量的90%左右，其中以Midrex和MYL为主，工艺成熟，占直接还原工艺的主导地位。
竖炉的反应条件与高炉上部间接还原区相似，不出现熔化现象的还原冶炼过程，使用单一矿石料，没有造渣过程。
以前竖炉的燃料和还原剂是天然气，近年出现了煤制气以及使用焦炉煤气竖炉直接还原工艺，这扩大了竖炉工艺的使用范围，但目前煤基竖炉工艺还不成熟，生产成本偏高，工艺还需进一步完善。
3. 罐式直接还原法：以HYL为代表，用H2、CO或其混合气将装于移动或固定容器内的铁团还原成DRI的方法。
非高炉炼铁技术重点是以煤代焦 DRI最佳装备是煤基竖炉
非高炉炼铁技术重点是以煤代焦 DRI最佳装备是煤基竖炉陈守明我国粗钢产量连续高速增长，2011年达6.995亿吨，占全球粗钢产量45%；但产业结构不合理，工艺以高炉炼铁-转炉炼钢长流程为主，铁钢比高、电炉钢比例小，能源资源消耗大、生产成本高，经济效益一路下滑，优化结构、节能增效势在必行。
直接还原铁(DRI)不仅是一种重要的冶金原料，由于不以焦炭为主要能源，称非高炉炼铁，是一种节能增效的冶金新工艺。
发展DRI产业不仅可以为电炉炼钢、转炉炼钢、高炉炼铁、铸造等产业提供大量优质冶金炉料，有助于这些企业节能增效，而且节省大量焦炭，对于缓减高炉炼铁焦炭供应紧张局面、降低成本有利。
同时，国内中小铁矿和非炼焦煤的综合利用、提高附加值，可促进中西部地区经济发展。
国家工信部2011年底颁发的《钢铁工业“十二五”发展规划》中，“重点领域和任务”的技术创新重点第一项即非高炉炼铁技术。
中国DRI多年来产量始终在几十万吨徘徊，主要因为工艺、装备未根据国情自主创新，未显示节能减排优势，工程投资大、生产成本高，经济效益不理想。
DRI工艺按还原剂分为气基法和煤基法，按主体设备分有竖炉法、隧道窑法、回转窑法、转底炉法等。
根据冶金原理和中国能源资源结构、经济技术条件，煤基法比较适宜；按机械和热工原理，这几类工业炉窑虽然都能生产DRI，但竖炉是其优选优化成果，性能更好。
炼铁理论和生产实践均可证明，煤基竖炉DRI能耗低、工程投资少，可取的更好效益。
1 煤基竖炉DRI工艺节能的理论根据1.1 DRI流程短炼铁是钢铁冶金上游工序。
考察钢铁生产流程，如图1所示，流程最短、能耗最低路线是从铁矿石直接炼钢的虚线ideal Route。
但这一路线很难实现，因为还原与升温同时进行，高温下金属铁融化后，还原剂中的碳即渗入铁中，铁水含碳量大于钢的标准。
为了得到含碳量较低的钢，不得不增加炼钢工序，将铁水中的碳再氧化脱去。
现代钢铁生产的高炉-转炉炼钢流程就是这样，称作二步法炼钢。
非高炉炼铁技术及其在我国的发展
非高炉炼铁技术及其在我国的发展
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2.3 我国熔融还原技术发展现状
我国自主熔融还原技术开发研究活跃
针对我国资源条件的新熔融还原工艺开发研究十分活跃，如 针对难选矿、复合矿，以非结焦为能源，直接生产铁水的方法； 以含碳球团/块为原料，竖炉或电炉为终还原反应器生产铁水的方 法等。
不足50万吨。
隧道窑法热效率低，能耗高（实物煤耗＞800 kg/t·
DRI）；生产周期长（48～76小时）；污染严重；产品
质量不稳定；单机产能难以扩大，不可能成为直接还原铁
发展的方向。
非高炉炼铁技术及其在我国的发展
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1.1 世界直接还原技术发展现状
转底炉法是煤基直接还原技术开发热点 转底炉煤基直接还原技术（Fastmet、Inmetco、
消耗能量高；产品还原程度不均匀；“失流”、粘结、及
生产稳定等问题至今未得到有效解决，造成世界已建
成 的 多 个 流 化 床 直 接 还 原 装 置 法 中 只 有 Finmet 法 和
Circored法在生产，但产量仅占生产能力的50%左右，
2008年流化床法的非产高量炉炼仅铁技占术及世其界在我总国的产发量展 的1.5%。
非高炉炼铁技术及其在我国 的发展
主要内容
世界非高炉炼铁技术现状 我国非高炉炼铁技术现状 我国发展非高炉炼铁的展望 结语
非高炉炼铁技术及其在我国的发展
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1. 世界非高炉炼铁技术现状
非高炉炼铁发展的动力是： 摆脱焦煤资源短缺对钢铁工业发展的羁绊,改变钢铁生 产能源结构； 物的改排善放传，统适钢应铁日生益产提流高程的，环实境现保节护能要、求减；少CO2、硫化 解决废钢短缺，应对废钢质量不断恶化，发展电炉钢 生产，实现钢铁“紧凑化”流程，改善钢铁产品结构，提高 钢材质量和品质； 实现资源的综合利用，促进、实现钢铁工业的可持续 发展。 非高炉炼铁（非焦炼铁）是世界钢铁工业技术发展的前 沿技术之一，是钢铁工业实现节能、减排、“低碳”生产和 可持续发展的重要方向和手段。