冶金工程概论-(6)非高炉炼铁部分
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
•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》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。
《冶金工程概论》课程大纲
东北大学本科课程教学大纲课程名称：冶金工程概论开课单位：材料与冶金学院制订时间：2004年3月修订时间：2013年3月《冶金工程概论》课程教学大纲一.课程基本信息二.内容结构基于《冶金工程概论》课程性质，依照东北大学冶金人才培养目标，设计《冶金工程概论》课程内容，共6章、24学时（其中2学时“职业发展规划”内容，此处未列入），具体分配如下：第一章走进冶金行业（4学时），介绍冶金行业的特点及培养冶金人才知识结构，介绍钢铁生产的现状、最新前沿研究及热点问题，介绍冶金史、历史重要人物及事件。
本章的主要内容结构为：1.1 冶金专业的选择与设置1.1.1我们为什么选择冶金专业1.1.2 为何设置冶金专业1.1.3 合格的冶金工程师是什么样1.2 怎样走进冶金领域1.2.1 我们怎样走进冶金领域1.2.2 在冶金领域我们应该做什么1.3 学习冶金的任务及目的1.4 冶金史1.4.1 冶金工艺的发展历史：过去、现在、将来1.4.2 我国古代和当代钢铁冶金的地位第二章钢铁冶金概述（5学时），介绍钢铁冶炼的基本原理、工艺流程、主要设备及新一代钢铁冶金流程。
本章的主要内容结构为：2.1 钢铁冶金流程概述2.1.1 高炉炼铁-转炉炼钢流程2.1.2 废钢电炉炼钢流程2.1.3 非高炉-电炉炼钢流程2.2 高炉炼铁2.2.1 高炉炼铁基本任务2.2.2 高炉炼铁系统2.2.3 高炉内的主要物理化学过程2.3 铁水预处理2.3.1 铁水预处理基本任务2.3.2 铁水预处理设备及处理剂2.4 转炉炼钢2.4.1 转炉炼钢基本任务2.4.2 转炉内的主要物理化学过程2.5 电炉炼钢2.5.1 电炉炼钢基本任务2.5.2 电炉内的主要物理化学过程2.6 炉外精炼2.6.1 炉外精炼基本任务2.6.2 炉外精炼方式及设备2.7 连铸2.7.1 连铸基本任务2.7.2 连铸设备2.8 新一代钢铁冶金流程2.8.1 什么是冶金流程工程学2.8.2 新一代钢铁厂设计理念及方法2.9 非高炉炼铁工艺2.9.1 开发非高炉炼铁工艺的必要性（驱动力）2.9.2 直接还原工艺的分类2.9.3 我国非高炉炼铁的发展前景第三章有色冶金概述（4学时），介绍有色冶金工业发展历程及成就，介绍铝、铜、锌、稀土等冶炼原理、主要设备、工艺特点等。
非高炉炼铁知识大全剖析
热需要量
GJ/tFe
还原度95%的1吨铁（50%用C、50%用 CO还原）
1000℃的1.086吨直接还原铁和灰份的显 热
800 ℃的612kg（50%CO、50%CO2）的 废气显热
合计
3.138 0.745 0.481 4.364
还原需要的热量相当于0.107t标煤，是长流程需要量的1/5～ 1/7
固体碳竖式还原法的物料平衡
原料输入量
还原剂输入量
铁矿石1460kg(68.5%Fe、98.0%Fe2O3、 煤227kg（90%C、10%灰份） 29.5%O、2.0%脉石）
脉石30kg、铁1000kg、氧430kg
灰份23kg、碳204kg、氧0kg
直接还原过程中有408kg氧的转移
固体输出量
输出量
2. 钢铁生产 方法及流 程
三类方法
图1. 三种钢铁冶炼方 法示意图 A：高炉—转炉（BF— BOF）； B：直接还原—电炉 （DR—EAF）； C：熔融还原—转炉 （SR—BOF）
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产方法及流程（续）
图2. Sources of Metallic Feedstock
废钢资源优势
（1）、废钢铁是再生资源，可无限循环利用。 从钢材→制品→使用→报废→回炉炼钢，每830年一个轮回，无限循环使用
（2）、废钢铁是一种载能资源，用废钢铁炼钢 可以大量节约能源。废钢直接炼钢比矿石炼铁 后再炼钢可节能60%，节水40% （3）废钢铁是一种环保资源，废钢直接炼钢比 铁矿石炼铁炼钢可减少排放废气86%，废水76% 和废渣97%，有利于清洁生产和排废减量
46m3氧气 26W•h（电）
钢水1t 图3. BF—BOF流程原料及能源流向图
钢铁冶金学非高炉炼铁
开发直接还原技术应考虑因素
资源条件
较丰富的天然气 充足的电能 高品位的铁矿石
海绵铁销路
6 直接还原与熔融还原的比较
直接还原的发展在70年代能源危机后受
到了阻碍,研究和开发不以天然气和石油 为能源的熔融还原成了冶金工作者新的 非高炉炼铁法课题。 熔融还原方法是在高于渣铁熔点下进行 的反应,其产品是含碳液态生铁。熔融还 原优点是以煤炭为主要能源,对矿石品位 要求不象直接还原那样严格。 熔融还原主要问题是需要大量氧气或电 能,能耗较高。
三、熔融还原工艺
1.熔融还原简介
定义:指非高炉炼铁方法中那些冶炼
液态生铁的工艺过程 产品: 铁水 副产品：炉渣、煤气 （生铁、炉渣与高炉相同，但煤气的 数量和成分却差别较大） 开发目的:代替焦炭高炉
2.熔融还原优点
①.以煤代焦，降低生产成本。直接使用粉 矿或块矿。 ②.不需烧结和炼焦，使环境污染减少80%。 ③.具有良好的反应动力学条件,生产效率高。 ④.设备简单,操作方便,易于控制,开启关闭 均灵活。 ⑤基建投资少。
3.熔融还原目前存在的主要问题
①
能耗较高需要大量的氧气 或电。 ② 产品质量不好，脱硫不稳 定、硅不能有效控制。 ③ 设备操作寿命不高，如渣 中的FeO对炉衬侵蚀严重。
4.熔融还原方法
① 一步法：
在一个反应器内完成铁矿石高温还原及渣 铁的熔化分离 缺点： 炉衬寿命短（FeO高） 工艺过程能耗大（煤气排出时，带走大量 热量）
高炉+转炉 直接还原竖炉+电炉 直接还原回转窑+电炉 熔融还原+转炉
二、直接还原工艺及原理
1 气基直接还原法
气基直接还原法分类
气基直接还原
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
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。
冶金概论非高炉炼铁法
有丰富的天然气资源作保障；
其次 Midrex的反应温度低 ，反应速度较慢，炉料
在还原带大约停留6 h，在整个炉内停留时间在 10h左右。
第14页，本讲稿共54页
另外Midrex法要求铁矿石粒度适宜且均匀，粒度 过大会影响CO和H2的扩散使反应速度降低；粒度过小， 透气性差，还原气分布不均匀，一般小于5mm粉末的含量 不能大于 5％。
第24页，本讲稿共54页
图4 回转窑炼铁过程示意图
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
第25页，本讲稿共54页
• 窑体稍有倾斜（4%的斜度），窑中装有耐火衬，在窑头、窑中、窑
尾设有耐火材料挡圈以增加炉料停留时间。
回转窑内反应温度应控制在1100℃以下，经8～ 10h完成还原反应后出窑。回转窑所产生的废气从进料 端吸走，高温废气可余热利用。
第29页，本讲稿共54页
若炉料在回转窑中经过预热和还原后，再进一步提高温
度（1250℃）进入粒铁带，金属铁与炉渣开始软化，在半
熔化状态下金属铁由小颗粒堆集成卵状粒铁，炉料出炉后经 水淬冷却后很容易用磁选或重选把粒铁与脉石分开，这就是 回转窑粒铁法。
原和煤基直接还原。 直接还原铁生产大多采用天然气为能源，其产量占总
产量的90%以上 。气基直接还原设备对环境污染小、耗水
量少、噪音小、产生的 CO2也比用煤作还原剂少得多， 所以具有很强的竞争力和发展潜力。
煤基直接还原法生产的直接还原铁占总产量的比例小， 产量逐年增长，但增长缓慢。
第9页，本讲稿共54页
B、随着钢铁工业的发展，废钢消耗量迅速增加，废钢供用量日渐紧张
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4.4.1 竖炉法-Midrex
1-冷却洗涤塔 2-还原区 3-还原炉 4-冷却区 5-再生器 6-空气预热器 7-气体预热器 8-冷却器
冶金与资源学院
Anhui University of Technology
还原反应器系逆流移动床—竖炉。它分成上下两部分，上部
进行还原，下部进行冷却。
Hale Waihona Puke 氧化球团矿自炉顶加入竖炉后，依次经过预热、还原及冷却， 还原得到海绵铁，冷却至50℃左右排出炉外。
冶金与资源学院
Anhui University of Technology
冶金与资源学院
Anhui University of Technology
COREX工艺
Corex法是二步法工艺，预还原采用竖炉， 终还原 为类似于高炉下部的熔融气化炉。
含铁原料从顶部装入竖炉，用熔融气化炉排出、经
除尘、温度控制为850~900℃的还原煤气进行预还原，
验结果。
（1）设备连续热运行10d，其中无故障运行时间82h；
冶金与资源学院
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4.5.5 两步法熔融还原流程
可将高炉分做两个反应器 第一步作用：矿石加热和预还原，30 ～ 100% 的还原度。
用流化床、竖炉或回转窑等设备。
第二步作用：造气（还原气）补充还原、渣铁 熔化分离。
冶金与资源学院
用电弧炉等离子炉 ，铁浴等设备。
Anhui University of Technology
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4.4.4 回转窑
冶金与资源学院
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工作原理
将固体还原剂、铁矿石和溶剂混匀后，由窑尾加入回转窑
内，由于窑体有1～4％的倾斜度，并以一定的速度旋转，
炉料则由窑尾向窑头运动。
窑头装有烧嘴，喷入燃料燃烧，燃烧废气则向窑尾排除， 炉气与炉料逆向运动，逐渐把固体炉料加热，达到800℃ 时，开始固体碳还原，放出的CO在空间氧化区被氧化， 并提供还原反应需要的热量。
Anhui University of Technology
还原煤气用天然气制造，制得的还原煤气经冷却 脱水，依次经冷却罐预热后进入初次还原和二次 还原的反应罐。
煤气在1100℃的高温下进行还原。 HYL法海绵铁含碳高，不易再氧化。 但产品质量不均匀，热耗大。
冶金与资源学院
Anhui University of Technology
4.5.2 熔融还原的优点
①以煤代焦，不需要炼焦，降低生产成本。
②直接使用粉矿或块矿，不需烧结，使环境污染减 少80%。 ③具有良好的反应动力学条件，生产效率高。
④设备简单，操作方便，易于控制，开启关闭均灵 活。 ⑤基建投资少。
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3 非高炉炼铁的特点
不用焦炭 温度和还原度与传统的高炉炼铁不同
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两种炼铁工艺在温度和直接还原度关系方面的比 较
冶金与资源学院
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4 直接还原法
1-竖炉 2-流化床 3-回转窑 4-旋转炉床 5-电炉 6-块矿，煤气 7-粉矿 8-煤矿石 9-培加碳的球团 10-海绵铁
冶金与资源学院
Anhui University of Technology
4.1 直接还原发展的背景
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。
冶金与资源学院
Anhui University of Technology
熔融还原 (Smelting Reduction)
指一切不用高炉冶炼液态生铁的方法，是不用焦炭在一个 容器中完成高炉炼铁过程的。
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2 非高炉炼铁的分类
非高炉炼铁
直接还原法
熔融还原
气基法
煤基法
一步法
两步法
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还原煤气用天然气及竖炉炉顶煤气在换热器经催化剂裂化而
得。 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 还原，传热、传质效率高。 工艺比较成熟，生产效率高。
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4.4.2 反应罐法－HYL法（希尔法）
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预还原，竖炉排出煤气约250℃，经冷却、除尘后送
往用户。
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Corex主要生产技术指标
单位
指标 4.5
单位 球团矿 t/t
指标 1.5
生产能力
t/h
熔炼系数 t/m3· d
作业率
3.0
92%
熔剂
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回转窑的特点
炉料配加的煤炭量必须超过还原反应需求量。
优点：
可以直接使用储量丰富的煤作为燃料；
缺点：
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。
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生成金属化率在 90%以上的海绵铁，由螺旋送料机
送入终还原炉，另加煤块，喷入氧气。
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COREX工艺
炉料在"半焦"流化床和固定床中还原与熔化，在炉 子下部分离渣铁， 出铁方法与高炉相似。气化炉排 出煤气温度约1050℃，掺入经冷却加压的60℃低温 煤气后，送热旋风分离器除尘，除尘后的煤气用于
4.4.3 流态化法
还原炉是流态化炉，细矿粉在运动的还原气流中 呈现流态性质，从而达到矿石还原的目的。
还原气体可从各种含碳氢化合物的原料(天然气、 重油)中用裂化或部分氧化法来制备。
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已经付诸实际使用的流态化法
H-Iron法
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特
点
流态化还原直接使用粉矿省去造块，而且具有较 高的还原度。
流态化操作温度不宜超过700℃ ，还原温度低。 需采用价高的高氢煤气还原。 流态化海绵铁活性大，极易氧化自燃，只有钝化 处理，才能贮存和运输。
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预还原器（炉身） 要求较高的还原效率，允许使用低质量的还原 剂。
终还原反应器（炉缸） 顺利完成终还原、渣铁熔化分离，在终还原 器中完成造气。
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连接注意事项
满足合理的还原度分配 终还原器为预还原器提供合适的还原剂
工艺合理，结构简单，可靠热损失小
4.2 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
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氧
t/t
Nm3/t
0.2
500~550
煤耗量
kg/t
1020
1650 7000
氮气
工业用水 电
Nm3/t
t/t kwh/t
70~100
1.5~2.0 60
输出煤气 Nm3/t 煤气热值 kJ/Nm3
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中国熔融还原流程
国内熔融还原技术开发工作始于60年代，积累了一 定的经验。1994年，科技部把“熔融还原技术基础 研究”列为国家“攀登计划”项目。
矿石
准备
产品
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反应器系统由四级流态化床组成。
铁粉由加料器装进第一级反应器，矿石在氧化气
氛下直接与热的燃烧气体接触，被预热还原至所 需温度，然后依次串级进入还原反应器。
已还原成的产品，用双辊压球机进行热压成团块， 经筛分破碎成团球，冷却保存。
4.5.3 熔融还原目前存在的主要问题
能耗较高，需要大量的氧气或电。 产品质量不好，脱硫不稳定、硅不能有效 控制。
设备操作寿命不高，如渣中的FeO对炉衬 侵蚀严重。
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4.5.4 熔融还原方法
一步法：
在一个反应器内完成铁矿石高温还原及渣铁的熔化分 离
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