HYL—Ⅲ直接还原技术
直接还原铁生产工艺及发展方向
直接还原铁（海绵铁）生产工艺及发展方向习惯上，我们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；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，称作直接炼铁（钢）法或者直接还原法，用这种方法生产出的铁也就称作直接还原铁（即DRI）。
由于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，所以直接还原铁也称之为海绵铁。
一、直接还原铁（海绵铁）的用途直接还原铁是精铁粉在炉内经低温还原形式的低碳多孔状物质，其化学成分稳定，杂质含量少（碳、硅含量低），主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经二次还原还可供粉末冶金用。
一次还原铁粉（海绵铁）的主要用途有：①作为粉末冶金制品的原料，耗用量约占铁粉总耗用量的60～80％；②作为电焊条的原料，在药皮中加入10～70％铁粉可改进焊条的焊接工艺并显著提高熔敷效率；③作为火焰切割的喷射剂，在切割钢制品时，向氧-乙炔焰中喷射铁粉,可改善切割性能，扩大切割钢种的范围，提高可切割厚度；④还可作为有机化学合成中的还原剂、复印机油墨载体等。
近年来由于钢铁产品朝小型轻量化、功能高级化、复合化方向发展，故钢材中非金属材料和有色金属使用比例增加，致使废钢质量不断下降。
废钢作为电炉钢原料，由于其来源不同，化学成分波动很大，而且很难掌握、控制，这给电炉炼钢作业带来了极大的困难。
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不仅可增加钢材的均匀性，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（海绵铁）不仅仅是优质废钢的替代物，还是生产优质钢材必不可少的高级原料(天津无缝钢管公司国外设计中就明确要求必须配50%的直接还原铁（海绵铁）)。
根据国外报导，高功率电炉冶炼时，炉料搭配30～50%直接还原铁，生产率提高10～25%，作业率提高25～30%。
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。
直接还原铁工艺技术的对比分析论述
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）。
流态化还原炼铁技术
流态化还原炼铁技术流态化(fluidization)是一种由于流体向上流过固体颗粒堆积的床层而使得固体颗粒具有一般流体性质的物理现象,是现代多相相际接触的工程技术。
使用流态化技术的流化床反应器因具有相际接触面积大,温度、浓度均匀,传热传质条件好,运行效率高等优点而应用于现代工业生产。
高炉炼铁技术在矿产资源受限和环保压力增大等形势下,将面临着前所未有的挑战。
铁矿石对外依存度过高、铁矿石粒度越来越小和焦炭资源枯竭等状况,迫使人们加快步伐探索改进或替代高炉工艺的非高炉型炼铁工艺。
以气固流态化还原技术为代表的非高炉炼铁工艺逐步受到重视。
新工艺的建立和发展需要理论研究作为支撑。
目前国内对于流态化还原炼铁过程中的气固两相流规律的认识还不够深入,特别是对不同属性铁矿粉的流态化特性、不同操作条件下的流态化还原特性,以及反应器结构对流态化还原过程的影响等相关研究还不够充分,基于流态化还原技术的新工艺要成熟应用于大规模工业生产还有明显距离。
发展流态化技术须重视基础研究流态化技术可以把固体散料悬浮于运动的流体之中,使颗粒与颗粒之间脱离接触,从而消除颗粒间的内摩擦现象,使固体颗粒具有一般流体的特性,以期得到良好的物理化学条件。
流态化技术很早就被引入冶金行业,成为非高炉炼铁技术气基还原流程中的一类重要工艺。
流态化技术在直接还原炼铁过程中主要有铁矿粉磁化焙烧、粉铁矿预热和低度预还原、生产直接还原铁的冶金功能。
我国从上世纪50年代后期开始流态化炼铁技术的研究。
1973年~1982年,为了开发攀枝花资源,我国进行了3次流态化还原综合回收钒钛铁的试验研究。
中国科学院结合资源特点对贫铁矿、多金属共生矿的综合利用,开展了流态化还原过程和设备的研究;钢铁研究总院于2004年提出低温快速预还原炼铁方法(FROL TS),并随后对工艺流程进行了探索,取得一定效果。
除此之外,还有针对铁矿及铁氧化物微粉的低温还原特性的研究,探索了小粒径矿粉进行流态化还原的技术特点。
气基还原HYL-Ⅲ工艺介绍
HYL-Ⅲ流程是HojalatayLamiaS．A．(Hylsa)公司在墨西哥的蒙特利尔开发成功的。
这一工艺的前身是该公司早期开发的间歇式固定床罐式法(HYL-I、HYL-Ⅱ)。
1975年一座日产25t的中间试验装置投入运转。
1980年，将一套1960年建成的固定床装置改造成能力为年产25万t的HYL-Ⅲ装置并投入生产。
1983年，又将一套1974年投产的固定床改造成年产50万t的竖炉。
用HYL-Ⅲ代替HYI-I、HYL-Ⅱ体现了由间歇运行到连续运行的讲步趋势。
还原气以水蒸气为裂化剂，以天然气为原料通过催化裂化反应制取。
还原气转化炉以天然气和部分炉顶煤气为燃料。
燃气余热在烟道换热器中回收，用以预热原料气和水蒸气。
从转化炉排出的粗还原气首先通过一个热量回收装置，用于水蒸气的生产。
然后通过一个还原气洗涤器清洗冷却，冷凝出过剩水蒸气，使氧化度降低。
净还原气与一部分经过清洗。
加压的炉顶煤气混合，通入一个以炉顶煤气为燃料的加热炉，预热至900~960°C。
从加热炉排出的高温还原气从竖炉的中间部位进入还原段。
在与矿石的对流运动中，还原气完成对矿石的还原和预热，然后作为炉顶煤气从炉顶排出竖炉。
炉顶煤气首先经过清洗，将还原过程产生的水蒸气冷凝脱除，提高还原势。
并除去灰尘，以便加压。
清洗后的炉顶煤气分为两路。
一路作为燃料气供应还原气加热炉和转化炉。
另一路加压后与净还原气混合，预热后作为还原气使用。
可使用球团矿和天然块矿为原料。
加料和卸料都有密封装置。
料速通过卸料装置中的蜂窝轮排料机进行控制。
在还原段完成还原过程的海绵铁继续下降进入冷却段。
冷却段的工作原理与MIDREX类似。
可将冷还原气或天然气等作为冷却气补充进循环系统。
海绵铁在冷却段中温度降低到50℃左右，然后排出竖炉。
HYI-Ⅲ的气耗约为10～11．3GJ·t-1。
，电耗90kw·h·t。
海绵铁金属化率约为91%。
与MIDREX流程相比HYL-Ⅲ具有下列特点：(1)采用高压操作。
非高炉炼铁-直接还原
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直接还原技术概况
直接还原炼铁工艺分为气基和煤基直接还原两大类，其 产品是固态海绵铁，主要供电炉炼钢用。
气基直接还原是用天然气经裂化产出的H2和CO作为还 原剂在竖炉、固定床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法和HYL法。
煤基直接还原是用煤作还原剂在回转窑或转底炉内将矿 石中的氧化铁还原。
生产块矿矿山 Aguas Claras
Alegria Bailadila Bellary Hospet Brumadinho
Caue Cerro Bolivar
Conceica Corumba CVRD
El Pao Esperanza
Ferteco Feijao
表10 Midrex工厂曾使用的商品块矿石
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MIDREX工艺过程
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MIDREX流程图
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2 Midrex直接还原工艺的原燃料
2.1 Midrex用燃料与还原剂
Midrex属于气基直接还原流程，还原气使用天然气经催化 裂化制取，裂化剂采用炉顶煤气。炉顶煤气含CO与H2约70%。 经洗涤后，约60%～70%加压送入混合室与当量天然气混合 均匀。混合气首先进入一个换热器进行预热。换热器热源是 转化炉尾气。预热后的混合气送入转化炉中的镍质催化反应 管组，进行催化裂化反应，转化成还原气。还原气含 (CO+H2)95%左右，温度为850～900℃。
>2500
小于500N/个/wt%
<5.0
<2.0
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对于Midrex工艺直接还原来说，含铁原料的高温特性，如还原 速率、还原粉化性能、粘结趋势和高温还原强度等，对整个竖炉 生产的顺行以及技术经济指标都非常关键。表8列出了Midrex工 艺对球团矿和块矿高温冶金性能的要求。
直接还原炼铁
炉内压力： 250KPa左右 天然气能耗：
10.2~11t/GJ 炉料在整个炉内停 留时间：10h左右
还原区温度： 850℃左右
金属化率：＞92%
H 2 C O 1
C4 H 1/22 O催 化 剂 CO 2H 2
C4 H C2 O 催 化 剂 2CO 2H A2
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2.2 HYL-III（Energiron）法工艺
A
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2.2 HYL-III（Energiron）法工艺
C4 H H 2 O 催 化 3剂 2H CO
炉内压力：600KPa 天然气能耗：
10~11.3t/GJ 炉料在整个炉内停留
时间：大于10h 还原区温度：
900~960℃ 金属化率：＞91%
H 2 C＞ O 2
A
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2.3 HYL-ZR法工艺
直接还原炼铁
A
1
一 直接还原炼铁简介
1 、定义 直接还原炼铁(Direct Reduction Iron)是一种采用
天然气、煤气、非焦煤粉作燃料和还原剂, 使用球团矿、 块矿、粉矿在在软化温度以下直接还原生产固体直接还原 铁( DRI /HBI) 的炼铁工艺技术。
2 、优点 ① 使用非焦煤，取消了炼焦和烧结等高能耗高污染工序 ② DRI/HBI 中P、S和和有色杂质（Cu、Ni、Cr、Mo、Sn等）
➢ HYL-ZR是在原HYL工艺系列上发展起来的一种新型气基自 重整直接还原工艺,HYL-ZR技术可在其工艺和设备无任何改 动情况下使用焦炉煤气、Corex熔融还原炉产生的煤气或者 合成气 ,而其他技术大都需要对其基本配置进行重大改动 。目前开始在我国和印度等地区应用。
➢在竖炉内通过对还原气进行控制而产生合乎要求的还原气 体 ,其还原气体经过不完全燃烧 ,以及在还原反应器内经 过金属铁的催化作用在现场重整而生成 ,从而对铁矿石进 行还原;而传统HYL-Ⅲ 工艺是在添加蒸汽条件下使天然气 在催化重整装置中裂解。
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.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。
直接还原铁
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。
山西焦炉煤气综合利用技术现状_范文虎
山西焦炉煤气综合利用技术现状范文虎，刘翠玲（山西省科技情报研究所，山西太原030001）摘要：介绍了焦炉煤气资源化综合利用的途径、技术进展及发展方向，针对山西省焦炉煤气综合利用的现状及存在问题提出了建议。
关键词：焦炉煤气；燃料；化工；天然气；工艺技术中图分类号：TQ546文献标识码：A 文章编号：1005-8397（2012）05-0046-05收稿日期：2012-05-16作者简介：范文虎（1964—），男，山西静乐人，2002年毕业于炮兵指挥学院军事指挥专业，山西省科学技术情报研究所助理研究员。
山西省是全国最大的炼焦用煤资源基地，炼焦用煤资源探明储量1493亿t ，占全国的60%，占全省煤炭资源探明储量的57.5%。
依托丰富的焦煤资源，山西已成为全国乃至全球焦炭产量最大、输出量最多的生产基地。
焦炉煤气是炼焦过程中产出焦炭和焦油产品的同时得到的可燃气体，是炼焦副产品。
每生产1t 焦炭，约副产400m 3焦炉煤气，除一半用于焦炉自身加热外，还会剩余约200m 3。
2010年山西焦炭产量8476.3万t ，可供综合利用的焦炉煤气产量高达160亿m 3，若不合理利用，既造成巨大的资源浪费，又造成严重的环境污染。
随着我国能源结构的调整及排放法规的日益严格，如何合理、高效、无污染地利用焦炉煤气，已成为目前社会关注的热点之一。
2010年山西省有关领导指出，充分利用山西省丰富的煤层气（瓦斯）、焦炉煤气、煤制天然气和过境天然气等“四气”清洁能源，不仅可以满足人民群众生产生活所需，同时可以大幅降低温室气体排放；2010年山西省委、省政府提出了气化山西、“四气合一”的发展规划；在山西省“十二五”发展规划中焦炉煤气利用也成为煤化工产业的重要组成部分。
充分、合理利用焦炉煤气是发挥资源优势、提高能源利用效率、优化能源消费结构、建设绿色山西和气化山西的现实选择。
1焦炉煤气的组成及利用途径焦炉煤气是混合物，随着炼焦煤配比和操作工艺参数的不同，其组成略有变化。
DRI ( 直接还原铁)和HBI (热压铁块)的贸易和运输
DRI ( 直接还原铁)和HBI （热压铁块）的贸易和运输DRI ( Direct Reduced Iron) “直接还原铁”是一种高品质冶金产品（97%的纯铁含量）通过矿粉，球团或矿块同天然气或煤加热化学的还原反应中得到，反应温度比铁的溶点低。
相对高品位的铁矿作为填料。
矿粉可以直接应用，不需要烧结过程。
生产1吨的DRI，大概需要1.5吨的铁矿。
（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。
直接还原法
5、世界煤基直接还原铁生产概况 ★据统计 ,1980 年全球直接还原铁(海绵铁)的产 量仅为728 万 t ,2006 年约为 5980 万 t。平均 年增长率在 8 % 以上。印度连续四年为最大 的直接还原铁生产国 ,2006 年产量接近1500 万t , t ,同比增长35 % , 35 ,占世界总产量的 25 % , ,委 内瑞拉以产量 860 万 t 位居第二 ,伊朗以产量 690 万 t 位居第三 ,墨西哥以产量620 万 t 位 居第四。 2008 年底还有一些新增产能将投
1、Fastmet法 ★Fastmet 法是采用环形回转炉生产直接还原铁的一种 方法。该方法用煤粉和铁矿粉作原料 ,制成的冷固结含 炭球团矿在炉中不依靠焦炭和天然气而实现高温还原。 ★特点： (1)用转底炉运载炉料 ,并在高温敞焰下加热实现快速还 原。 (2)还原过程时间很短 ,仅仅 6～12 min ,设备的起动与 停止、 产量的调整都可比较简单地进行。
2、直接还原法的优点 ①不用焦炭，取消了焦炉、烧结等工序 ②DRI中硫、磷、有色金属杂质含量低，利于炼优 质钢 3、直接还原法的缺点 ①对原料要求高，要优质的高品家地区严重缺乏焦煤, 不能发展高炉— —转炉工艺, 但他们有丰富的天然气和普通烟 煤, 有价廉质优的铁矿石。 ②科学技术进步，对钢材质量和品种提出了更 高的要求。 ③废钢-电炉-连铸连轧钢铁生产短流程的兴起。
1、Midrex和 Hy L - Ⅲ 气基竖炉技术 目前 ,全世界共有百余家直接还原铁生产厂。 Midrex和 Hy L - Ⅲ 气基竖炉法是最主要的直接还 原铁生产工艺 , 2006年这两种方法所生产的直接 还原铁产量占世界直接还原铁总产量的 78 . 1% ( Midrex 法 占 59 . 7 %, Hy L - Ⅲ法 占18 . 4 % )。 近年 ,这两种工艺技术得到不断发展。
三氯硅烷还原法
三氯硅烷还原法概述三氯硅烷还原法是一种常用的有机合成方法，用于将醛、酮、酸、酯等官能团还原为对应的醇、烷等化合物。
该方法以三氯硅烷为还原剂，通过与反应物发生氢化反应来实现还原的目的。
原理三氯硅烷（SiHCl3）是一种强还原剂，具有高度亲电性的硅原子和丰富的氢原子，因此可以与许多有机化合物发生氢化反应。
在氢化反应中，硅原子的氢被替换为反应物中的氧、氮、卤素等原子或官能团，生成相应的硅醇或硅氮等中间体，然后再通过水解或其他反应将其转化为目标产物。
三氯硅烷还原法的反应机理可以分为两个步骤：氢化反应和水解反应。
氢化反应三氯硅烷与反应物发生氢化反应时，硅原子上的氯被替换为反应物中的氧、氮、卤素等原子或官能团，生成硅醇或硅氮等中间体。
氢化反应的机理可以分为两种类型：直接氢化和间接氢化。
直接氢化直接氢化是指三氯硅烷直接与反应物发生氢化反应，生成相应的硅醇或硅氮中间体。
在直接氢化反应中，三氯硅烷的氢原子被反应物中的氧、氮等原子或官能团取代，形成硅氧键或硅氮键。
这种反应适用于醛、酮等含有氧原子的官能团的还原。
间接氢化间接氢化是指三氯硅烷先与反应物中的卤素原子发生反应，生成相应的硅卤化物中间体，然后再与水或醇反应，生成目标产物和氢氯酸。
在间接氢化反应中，三氯硅烷的氢原子被反应物中的卤素原子取代，形成硅卤键。
这种反应适用于酸、酯等含有卤素原子的官能团的还原。
水解反应氢化反应生成的硅醇或硅氮中间体可以通过水解反应转化为目标产物。
水解反应是指硅醇或硅氮中间体与水分子发生反应，生成相应的醇或烷化合物。
水解反应通常在酸性条件下进行，以促进反应的进行。
实验操作三氯硅烷还原法的实验操作包括反应条件的选择、反应物的选择、反应的操作步骤等。
反应条件的选择三氯硅烷还原法的反应条件可以根据具体的反应物和目标产物来选择。
一般来说，反应温度通常在室温至反应物的沸点之间选择；反应时间根据反应物的反应性和反应速率来确定；反应溶剂可以选择惰性溶剂如苯、二甲基甲酰胺等，也可以选择水或醇等溶剂。
直接还原铁技术
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。
亚胺的还原
亚胺的还原亚胺是一类具有重要应用价值的有机化合物，其还原反应是亚胺化合物发生氢化作用，生成相应的胺化合物的过程。
亚胺的还原反应在有机合成和药物合成等领域具有广泛的应用。
本文将介绍亚胺的还原反应及其在实际应用中的重要性。
亚胺是一类含有亚胺基（C=N）的化合物，其化学结构中的含氮杂原子赋予了亚胺良好的反应活性。
亚胺的还原反应是通过加氢作用将亚胺中的亚胺基还原为胺基的过程。
一般情况下，亚胺的还原反应需要使用还原剂来提供氢源，常用的还原剂有氢气（H2）、过量的还原铝（AlH3）、过量的氢化钠（NaH）等。
亚胺的还原反应可以分为催化还原和非催化还原两种方式。
催化还原是指在反应中加入催化剂来促进亚胺的还原反应。
常用的催化剂有铂、钯、铑等贵金属催化剂。
催化还原反应速度快，反应条件温和，对于一些对反应条件敏感的化合物具有较好的适用性。
非催化还原是指在反应中不加入催化剂，直接使用还原剂进行亚胺的还原反应。
非催化还原反应操作简单，但反应速度较慢，需较长的反应时间。
亚胺的还原反应在有机合成中具有重要的应用价值。
首先，亚胺的还原反应可以用于合成胺化合物。
胺是一类广泛存在于天然产物和药物中的化合物，具有重要的生物活性。
通过亚胺的还原反应，可以将亚胺中的亚胺基还原为胺基，有效地合成各类胺化合物。
其次，亚胺的还原反应还可以用于合成含氮杂环化合物。
氮杂环化合物广泛存在于药物分子中，具有重要的药理活性。
通过亚胺的还原反应，可以将亚胺环上的亚胺基还原为胺基，形成含氮杂环化合物。
此外，亚胺的还原反应还可以用于合成含氮杂环的多孔有机聚合物和金属有机框架材料，这些材料在催化、气体吸附等领域具有广泛的应用。
亚胺的还原反应是一种重要的有机合成反应，通过该反应可以合成胺化合物和含氮杂环化合物。
亚胺的还原反应在有机合成和药物合成等领域发挥着重要的作用，对于开发新药物、合成功能材料等具有重要意义。
随着化学合成技术的不断发展，亚胺的还原反应将在更多领域展现其重要性和应用潜力。