直接还原与熔融还原
非高炉炼铁 第一章 绪论
各种炼铁工艺特点
工艺 原料 反应温度 产品特点
高炉炼铁
直接还原
熔融还原
烧结矿、 球团、富 矿 富矿
铁矿石
高于熔化 温度 低于熔化 温度
高于熔化 温度
液态、C高、 脉石低 固态、C低、 脉石高
液态、C高、 脉石低
1.2 非高炉炼铁的分类
1.2.1 分类标准
产品：直接还原、熔融还原 还原剂状态：煤基、气基（直接还原） 主体能源：煤基、气基、电热 工艺模式：一段式、二段式、三段式等 设备类型：竖炉、反应罐、回转窑、流 化床等 炉料结构：净料、混料
2）直接还原铁的其它应用 氧气转炉：冷却剂 高炉：配料 炼铁炉：效果较好 铸造生铁：要求高的金属化率
1.7 非高炉炼铁的前景
1.7.1 我国资源情况 煤炭资源丰富 电力资源前景乐观 铁矿资源丰富，但品味低，难选，多金 属共生矿多 废钢资源短缺
1.7.2 我国非高炉炼铁的发展方向
20世纪20年代开始研究； 20世纪70年代试验研究： 铁浴炉，德国，英国，日本，瑞典等； COREX，奥地利，德国； 20世纪80年代工业化： 1987年，南非，COREXC1000等
1.4 非高炉炼铁法技术经济指标
生产指标：利用系数、单位容积出铁率、 作业强度 产品质量指标：产品还原度、产品金属化 率 能量利用指标：煤气利用率、能耗
教材及参考书
本课程教材： 方觉等著，非高炉炼铁工艺与理论（第一 版），冶金工业出版社，2002年1月 主要参考书： [1] 杨天钧等著 ，熔融还原（第一版）， 冶金工业出版社，1998年 [2] 秦民生主编，非高炉炼铁，冶金工业 出版社 ，1988年
透视ITmk3炼铁新工艺发展历程与技术特点
透视ITmk3炼铁新工艺发展历程与技术特点非高炉炼铁作为21世纪全世界钢铁行业的前沿技术，是未来技术发展的主要方向。
在此领域，国际冶金工作者不断进行着广泛、深入的研究和开发，形成了众多直接还原、熔融还原技术。
煤基转底炉法因其原料适应性强、操作灵活受到很多国家的重视。
日本神户制钢在过去几十年转底炉技术基础上提出了ITmk3（Ironmaking Technology Mark Three）工艺，使金属化球团在还原时能进一步熔化并实现渣铁分离，在短时间内生产出成分如生铁的高纯度粒铁产品。
该工艺突破了直接还原工艺范畴，彻底改变了直接还原产品对原料品位苛求的状况，而且还可以使用粉矿和非焦煤作原料，因而备受瞩目。
高炉-转炉工艺被称为第一代炼铁法，以气基梅德瑞克斯（MIDREX）法为代表的直接还原工艺被称为第二代炼铁法，而把煤基ITmk3工艺称作具有划时代意义的第三代炼铁技术。
目前首座ITmk3商业工厂已成功在美国投产。
1 ITmk3工艺发展过程ITmk3转底炉炼铁工艺由日本神户制钢开发。
最早的技术思想源于1994年，当时神户制钢对美国子公司梅德瑞克斯（Midrex）开发的快速融化（Fastmet/Fastmelt）法进行了一次评价试验，目的是考察适宜的反应温度和原料条件，却意外发现还未到铁的熔点时球团就熔化，而且形成的粒状小铁块与渣能干净利落地分离，所得粒铁纯度很高（铁含量为96%-97%）。
随后，神户制钢对此发现进行了一些基础实验，逐渐掌握了ITmk3的基本原理。
1996年神户制钢同Midrex子公司开始对ITmk3技术进行深入研究和改进，1999年在加古川厂区内建成了规模为年产能3000吨的中试厂，同年10月连续运转成功，到2000年12月完成了2次生产测试，其工艺设计得到实际验证。
随后ITmk3的发展转移到美国，2001年9月实施了梅萨比纳吉特（Mesabi Nugget）计划，于明尼苏达州合资建设一座年产能2.5万吨的示范工厂，成立梅萨比纳吉特公司，投资方除了神户制钢之外，还包括明尼苏达州政府、北美最大矿山公司克利夫兰·克利夫斯公司和美国第二大电炉制造厂钢动态公司（SDI），此外还得到了美国能源部（DOE）的资助，项目总投资达到2600万美元。
钢铁冶金
钢铁冶金（）钢铁冶金工艺流程：铁矿石--炼铁，提取铁--制取钢。
一、钢铁冶金过程的热力学原理：1，氧化物的（1）位置低的金属氧化物较位置高的金属氧化物稳定，位置低的元素能还原位置高的元素，钢铁冶金中主要氧化物的稳定性由强到弱的顺序是CaO，MgO，Al2O3，SiO2，MnO，FeO，P2O5FeO、P2O5最不稳定，几乎可全部被还原；MnO大部分被还原，SiO2小部分被还原；Al2O3、CaO几乎不会被还原。
（2）大多数氧化物的稳定性随温度升高而降低。
2，应用：还原剂选择：金属类、碳质类。
（1）金属类：用位置低的元素还原位置高的氧化物时，两者位置相距愈远愈好，因为反应的G负值愈大，反应进行得愈彻底。
所以Mn、Si、Al能还原FeO，其中Al效果最好，Si次之，Mn最弱。
（2）碳质类：中，大部分氧化物的稳定性随温度升高而降低，而2C+O2=2CO 反应直线显示：温度升高，生成物CO的稳定性增加，这相反的变化趋势使其与其他氧化反应直线均会相交。
交点对应温度为该氧化物还原碳的最低温度T min。
T>T min时，CO稳定，碳可以作为该氧化物的还原剂；相反时，CO则成为该元素的氧化剂。
实际生产中高炉温度仅能还原MnO、FeO，电炉温度才能还原Al2O3，SiO2 。
二、炼铁：目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。
（一）炼铁原料：1，铁矿石：一种或几种含铁矿物和脉石组成2，燃料：焦炭，并作为还原剂3，熔剂：有酸、碱之分，多选用碱性石灰石（二）炼铁前处理：（摄像：）1. 铁矿石：破碎，筛分，选矿，烧结，造块（1）破粹，各式破粹机（2）选矿：水选，磁选（3）烧结，造块a. 烧结：把煤粉，石灰粉，水混合在专门烧结机或烧结炉中。
1000－1100℃温度下，因部分脉石熔融与石灰结合成硅酸盐，将精矿粘结在一起，烧结成坚固、疏松多孔的烧结矿。
b. 造块：呈球团型，为加水润湿的精矿或精矿与熔剂混合物在圆盘内形成直径10－30mm的球，经干燥、烘烧而成。
转底炉
转底炉项目简介1 转底炉还原工艺简介1.1 转底炉工艺简介转底炉由轧钢用的环形加热炉演变为炼铁工艺，最早是用来处理钢铁工业产生的粉尘及废弃物。
转底炉工艺有多种，主要包括Fastmet/Fastmelt、ITmk3、Inmetco/Redsmelt、DryIron、Comet/Sidcomet、HI-QIP等。
转底炉直接还原工艺流程示意图1.2 转底炉工艺与其它相似工艺比较转底炉是煤基直接还原工艺中的核心设备之一，煤基直接还原工艺主要包括回转窑法（如SL-RN法）和转底炉法（如COMET法）。
而煤基直接还原工艺和气基直接还原工艺都是直接还原工艺，以铁产品为例直接还原工艺的产品为海绵铁（又称直接还原铁—DRI即Direct Reduced Iron）。
直接还原和熔融还原是两种主要的非高炉炼铁思路。
当转底炉的原料加入含碳球团时，其产品为金属化球团，可供电炉使用，也作为高炉的原料。
而链篦机—回转窑—环冷机（链回环）生产出来的产品是氧化球团，是为高炉炼铁提供的原料之一，称之为球团矿，而高炉炼铁的含铁原料还包括天然块矿、烧结矿。
转底炉直接还原技术采用含碳球团作原料，反应速度快，同时符合中国以煤为主要能源的特点。
以直接还原技术用于钒钛磁铁矿为例，转底炉技术相比隧道窑、回转窑工艺，以ITmk3为代表的转底炉工艺的优点主要是：○1还原原料在预热和还原过程中始终处于静止状态下随炉底一起进行，所以对生球强度要求不高；○2较高的还原温度（1350℃或更高）、反应快、效率高。
反应时间可在10-50min范围，可与矿热电炉熔炼容易实现同步热装；○3可调整喷入炉内燃料（可以是煤粉、煤气或油）和风量，能准确控制炉膛温度和炉内气氛；○4过程能耗低，回转窑法折算成每吨海绵铁的煤耗通常大于800kg，而转底炉法为600kg；○5从工艺角度来看，ITmk3技术流程简单，投资成本低，产品价格低，铁矿石原料及还原剂选择灵活。
另外，据马鞍山钢铁设计研究总院秦廷许的研究：转底炉-电炉炼铁流程与高炉传统炼铁流程比较，虽在铁精矿消耗量、还原剂和燃料的能源消耗量上相差不大，但吨铁成本低约10%；基建投资省22%左右；全流程电耗低48.6%。
武汉科技大学《冶金概论》试卷及答案
模拟试题一一选择题1．高炉生产的产品有：A）生铁 B）炉渣 C）高炉煤气 D）炉尘2．高炉干式除尘的方法有：A）文氏管 B）布袋除尘 C）电除尘 D）洗涤塔3．高炉内对煤气阻力最大的区域为：A）块状带 B）滴落带 C）软熔带 D）风口回旋区4．炼钢过程的主要反应是：A）碳的氧化 B）硅的氧化 C）锰的氧化 D）磷的氧化5．常用的氧枪喷头类型为：A）直孔型 B）拉瓦尔型 C）螺旋型 D）扇型6．炼钢终点控制主要控制：A）钢水成分 B）钢水温度 C）冶炼时间 D）终渣量7．碱性电弧炉炼钢按工艺方法可分为：A）双渣留渣法 B）返回吹氧法 C）氧化法 D）不氧化法8．氧枪的常用冷却保护介质为：A）水 B）气态碳氢化合物 C）燃料油 D）植物油9．采用顶吹氧底复合吹炼时，底部吹入的可能是：A）N2 B）Ar C）O2 D）H210高炉中配加焦炭的作用是：A）作还原剂 B）燃烧后产生热量C）作料柱骨架，起支撑料柱作用 D）氧化剂1： A、B、C、D 2：B、C 3： C 4：A 5：B6： A、B 7：B、C 8： A 9：A、B、C 10：A、B、C二名词解释1）冶金学 2）热脆 3）硫负荷 4）烧结矿 5）炉外精炼1、冶金学是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。
2、钢材在轧制和锻造时，由于温度升高，晶界上的富含硫化物的网状结构又变成液态，在力的作用下，就会引起这些富硫液相沿晶界滑动，造成钢材的破裂，产生了所谓的热脆现象3、冶炼一吨生铁由炉料带入高炉硫的总量称为“硫负荷”4、将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机上点火烧结。
在燃2、碱性氧化物与酸性氧化物的质量百分数之比。
3、直接氧化和间接氧化4、烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层、过湿层5、热风炉。
6、将成分和温度合格的钢水浇注成坯。
连铸7、Si、Mn、Al，弱，强8、火法冶金、湿法冶金、电冶金，火法冶金，电冶金四问答题1 请用图示法说明钢铁工业的两种生产流程。
非高炉炼铁技术概述论文
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。
含碳球团还原反应及其技术
专家论坛含碳球团还原反应及其技术汪琦(辽宁科技大学,辽宁鞍山114044)摘要:对含碳球团的自还原反应和工艺中涉及的燃烧和氧化反应进行了论述,分析了煤的性质、氧化性气氛对含碳球团自还原性的影响;介绍并且评价了现有和正在研发的含碳球团直接还原法和熔融还原法。
关键词:含碳球团;还原工艺;自还原性中图分类号:TF124 文献标识码:A 文章编号:1006-4613(2009)04-0001-10Reduction Reacti o n of Carbon-Conta i n ing Pellet and Its R educti o n ProcessW ang Q i(Sc ience and T echnology Un i v ersity of L iaon i n g,Ahshan114044,L iaon i n g,Ch i n a)Abstract:Se lf reducti on reac ti ons o f carbon-conta i n i ng pe llet and combusti on and ox i d izi ng reac tions i nvo lved i n t he reducti on process are discussed,and effects of coa l properti es and ox i d izi ngat m osphere on the self-reduc tion o f carbon-conta i n i ng pe llet are ana l y zed.Ex isti ng and be i ng de-ve loped pro cesses o f t he direc t reduction and m elti ng reduc tion of carbon-conta i n i ng pellet are i ntro-duced and t hen eva l uated.K ey word s:ca rbon-contai n i ng pe ll et;reducti on process;self-reduction含碳球团是指由含铁粉料配以固体还原剂(煤粉和焦粉等)和适当的粘结剂,经充分混合后经造球机造球或压球机压制而成的一种含碳含铁的小球或冷压块。
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(DirectReduction)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(SmeltingReduction)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。
炼铁原理与工艺课件
≤7 ≥62 ≤25 75-25 ≤10 ≤8
4000 ≤12 ≤0.7 ≥85 ≤6.5 ≥65 ≤25 75-25 ≤10 ≤8
5000 ≤12 ≤0.7 ≥86 ≤6 ≥66 ≤25 75-30 ≤10 ≤8
10
1.6高炉燃料
3.对煤粉的质量要求 ①煤的燃烧性能好 ②煤的灰分越低越好，要求低于12%。 ③煤的硫分越低越好，一般要求小于0.7%，最高不
1. 锰矿用途 2. 质量要求(和铁矿石一样) • w(Fe允) ={100-
[w(C)+w(Si)+w(P)+w(S)+w(Mn)+…]}/K K=w(Mn)η·w(Mn)矿 • 式中w(Fe允)——锰矿允许的极限Fe的质量分数， %； • K——冶炼单位重量合金时锰矿消耗量；w(Mn) 矿——锰矿含Mn品位，%；η ——炉内Mn的回 收率，冶炼一般生铁时此值为50%～60%，炼锰 铁时此值可达80%～85%。
7
1.6高炉燃料
1.焦炭 焦炭的作用: ① 在风口前燃烧，提供冶炼所需热量 ② 固体C及其氧化产物CO，是氧化物的还原
剂 ③ 高温区料柱的骨架，煤气通路 ④ 铁水渗碳
中国新形势下非高炉炼铁的技术发展
C over Report封面报道中国新形势下非高炉炼铁的技术发展张文来（唐钢国际工程技术股份有限公司，河北 唐山 063000）摘 要：在中国当前的冶金新形势下，近些年非高炉炼铁技术在中国得到了较快发展。
非高炉炼铁技术是中国当前较为重要的一项科学技术。
非高炉炼铁技术是除开高炉技术外，不使用焦炭等各种工艺炼铁技术的统称，根据相应产品的形态，非高炉炼铁技术可以分为直接还原炼铁技术和熔融还原炼铁技术。
非高炉炼铁技术具有一定的优势所在，具体来讲其能够有效节约能源，同时投资低、生产成本低，因此能够满足当前炼铁技术发展的基本需求。
关键词：新形势；非高炉炼铁；技术发展中图分类号：P632 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）03-0001-3收稿日期：2019-03作者简介：张文来，男，生于1968年，汉族，河北唐山人，本科，高级工程师，研究方向：钢铁冶金。
众所周知，我国钢铁工业在历史发展过程中，一直都使用的是高炉炼铁工艺技术，但是高炉炼铁工艺技术具有一个非常明显的特征，这个特征表现为它必须要使用储量有限的炼焦煤为主要燃料，且需要以一定粒径的块状铁矿石进行炼铁工作，所以也就造成了能源、环境、投资等多方面的困扰。
然而在新形势下，炼铁工艺应当更加符合时代发展下对节约能源提出的要求，如此才能进一步提升我国的炼铁技术水平，同时提升资源的利用率。
1 关于非高炉炼铁工艺技术的总体分析在非高炉炼铁工艺技术当中，其中具有两种最为重要的炼铁思路，其分别是直接还原和熔融还原，这两种非高炉炼铁工艺技术具有较多的优势所在，所以整体上的发展空间较大。
直接还原炼铁技术还分为气基和煤基直接还原技术，气基直接还原技术在炼铁过程中，采用的主要方法是气基竖炉法、气基流化床法，它还可以利用天然气经裂化产出的H 2和co 作为还原剂，并且在竖炉当中将已有的铁矿石在固态温度下直接还原成海绵铁，当前所应用的方法主要有Midrex 和HYL 法两种。
金属冶炼的发展历史
铜器时代的金属制品主要用于工 具、武器和饰品等，对人类社会 的生产力和文化发展产生了深远
的影响。
铁器时代
铁器时代大约始于公元前1000年左右，标志人类开始进入铁的冶炼和使用 阶段。
与铜器时代相比，铁器时代的金属制品更加广泛地应用于生产和生活领域 ，促进了社会经济的快速发展。
铁的冶炼技术不断发展，逐渐形成了以高炉、鼓风炉和坩埚炉为代表的炼 铁技术体系。
金属冶炼的工业化
钢铁工业的崛起
随着炼钢技术和新的炼铁方法的出现，钢铁工业在19世纪末和20世纪初迅速崛起 ，成为工业化的重要支柱之一。
全球金属冶炼的扩散
随着钢铁工业的发展，金属冶炼技术逐渐向全球扩散，成为各国工业化进程中不 可或缺的一部分。
03
现代金属冶炼技术
高炉的大型化
总结词
高炉的大型化是现代金属冶炼技术的重要发展趋势，它提高了冶炼效率，降低了生产成本，为钢铁工业的可持续 发展做出了贡献。
随着科技的发展，对金属材料的 要求越来越高，高性能金属合金 的开发和应用成为金属冶炼的重 要方向。
非金属材料替代
为了满足某些特殊需求，非金属 材料逐渐替代传统金属材料，如 碳纤维复合材料、陶瓷等。
智能化和自动化技术的应用
自动化生产流程
通过自动化技术提高生产效率，降低人工成本，实现连续化 、高效化生产。
新的炼铁方法的出现
托马斯炼铁法
19世纪80年代，美国的托马斯发明 了碱性转炉炼铁法，这种方法通过使 用碱性材料作为溶剂，降低了生铁中 的杂质含量，提高了生铁的质量。
直接还原炼铁法
20世纪初，直接还原炼铁法开始得到 应用，这种方法通过在高温下将铁矿 石还原成金属铁，避免了传统炼铁过 程中产生的大量废渣和废气。
气基竖炉直接还原炼铁简介
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。
冶金简答题
A、脱碳并将其含量调整到一定范围。
B、去除杂质，主要包括：脱磷（冷脆）、脱硫（热脆）、脱氧、去除气体（氢、氮）和非金属夹杂物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等）；
C、调整钢液成分和温度；
D、将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯。
归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫）；“二去”（去气和去夹杂）；“二调整”（成分和温度）；“一浇注”。
4）具有对于铁水、炉渣和炉内煤气等的化学稳定性。
5）具有适当的导热率，同时又不影响冷却效果。
16、两种现代炼钢方法的比较
项目
转炉
电炉(普通功率)
主金属原料
铁水
废钢(直接还原铁)
热源
铁水物理热+元素氧化放热
电弧+元素氧化放热
合金化
出钢及炉外精炼过程中
冶炼的任何阶段
冶炼周期
30~40min
2~3h
氧化
有
9、球团矿比烧结矿在冶金性能上的优劣
经济效果：球团前期投资较高，燃料费用低，动力费用高，投资回收及投资后收益远高于烧结。
对原料的条件要求：球团：要求原料粒度细；烧结相对粒度粗，原料较为广泛；富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿，其粒度从-200目（小于0.074mm）进一步减少到-325目（小于0.044mm）。过细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高，而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成球，粒度愈细，成球性愈好，球团强度愈高。
14、根据物料存在形态的不同，可将高炉划分为哪五个区域？各区域主要的反应和特征是什么？
块状区—主要特征：焦与炭呈交替分布层状，皆为固体状态；主要反应：矿石间接还原，碳酸盐分解。
直接还原与熔融还原课程双语教学
安 建 筑科技 大学 冶金 工程 专业课 程 设 置 中直接 还 原 与 熔融还 原的教 学定 位 以及 开展 双语 教 学 的 必要 性 进行 了探 讨 ， 并 就如 何 开展 该课 程 双语教 学 的相 关 问题进 行 了研 究 ， 以期 对 同类课 程 的教 学提 供参 考 。 关键 词 ： 双语 教 学 ； 直接还 原 与熔 融还 原 ； 探 讨 基 金项 目： 西安 建筑科 技 大 学 ２ ０ １ １年度 校级教 育教 学改 革研 究项 目（ Ｊ Ｇ ０ ２ １ １ ２ ０ ）
根据 《 朗文语言教学及应用语言学辞典》的定 推行双语教学 ， 是中国高等教育发展的必然趋势。 义， 双语者 （ Ｂ ｉ ｌ ｉ ｎ ｇ ｕ ａ １ ） 是 指掌握并 使用两种语 言的 人。双语者能 同样好地听、 说和理解两种语言 ， 通常
对 一 门语 言 的掌握 程度 较之 另一 种更 好【 ” 。 双语 教 学
分课程 内容（ 具体的直接还原或熔融还原工艺流程 ）
采用双语教学，以益于冶金工程专业学生涉猎本学 证 。冶金工程专业已开设的双语教学课程现代连铸 科 最新 、 最前 沿技 术 。 使 用 的教 材 为 国际 钢铁 学 会 编 制 的 ＜ Ａ Ｓ Ｔ Ｕ Ｄ Ｙ Ｏ Ｆ
Ｔ Ｈ Ｅ Ｃ Ｏ Ｎ Ｔ Ｉ Ｎ Ｕ Ｏ Ｕ Ｓ Ｃ Ａ Ｓ Ｔ Ｉ Ｎ Ｇ Ｏ Ｆ Ｓ Ｔ Ｅ Ｅ Ｌ ＞ ， 属典 型的
直 接还原 与熔 融还 原作 为冶 金类 本科 专业 的 限
课， 并把双语教学作为《 普通高等学校本科教学工作 选课 ，目的是 使 学生 了解工 艺 的内涵 及其 在钢 铁工 水平评估方案》 的一项重要指标圈 。２ ０ ０ ７年 ， 教育部 业 中 的地位 ，掌握 直接 还原 与熔 融还 原炼 铁 流程 的 在 《 关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工 分类方法、 发展现状及在 中国的发展前景 ， 并掌握直 程的意见》 中， 进一步强调教学质量工程要重视双语 接还原与熔融还原的原理和工艺流程 。中国直接还 教学 ，并且正式启动了高等院校双语教学示范课程 原 与熔 融还原 发展 相对 缓慢 ，对 于课 堂教 学 中的工 建 设 项 目，审 定 了全 国首批 百 门双语 教学 示 范课 程 艺实例讲授限制较大 ， 故多引用国外企业 的实例。 此 建设项 目， 这为规范全国高等院校双语教学 ， 提高双 外 ， 中国工程教育改革发展的战略重点是“ 要更加重 语教学水平提供了很好的契机。在高校本科教育中 视工程人才培养国际化” ， 冶金工程专业“ 卓越计划” 第５ ５ 页
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。
炼铁作业
1. 试比较三种炼铁工艺的优缺点。
答：三大炼铁工艺直接还原炼铁工艺熔融还原炼铁工艺后俩者的特点：用块煤。
气体还原剂代替高炉炼铁工艺所必须的焦炭来还原天然块矿、粉矿或人造块矿，具有相当大的适应性；特别适用于某些资源匮乏，环保要求特别严格的地区和国家。
但其生产规模较高炉小，而且很多技术问题还有待解决和完善。
高炉炼铁缺点：必须使用冶金焦炭，流程长，投资大，系统庞大复杂。
2. 简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。
答：特点：在炉料与煤气逆流运动的过程中完成了多种错综复杂地交织在一起的化学反应和物理变化，且由于高炉是密封的容器，除去投入及产出外，操作人员无法直接观察到反应的过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察。
三大主要过程：1，还原过程：实现矿石中金属元素和氧元素的化学分离；2，熔化造渣过程：实现已被还原的金属与脉石的机械分离；3，控制温度和液态渣铁之间的交互作用得到温度和化学成分合格的铁液。
3. 画出高炉系统组成图，并说明各系统的作用。
答：高炉本体：冶炼铁水原燃料系统：其任务是喷入燃料，降低焦炭消耗上料系统：储藏原料，向高炉提供原料送风系统：连续不断地供给送风渣铁处理系统：及时处理渣铁，保证高炉正常运行生产。
煤气清洗处理系统：保证回收高炉煤气，使其含尘量降到15毫克每立方米，以资利用。
4. 归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求。
答：①：含铁品味高②：脉石少和分布合适③：有害元素少④：有益元素合适⑤：还原性好⑥：冶金性能优良⑦：粒度分布合适5. 何谓石灰石的有效熔剂性？答:熔剂含有的碱性氧化物扣除其本身酸性氧化物造渣所需要的碱性氧化物后剩余的碱性氧化物质量分数。
6. 石灰石分解对高炉冶炼产生哪些影响？答： 1分解反应本身要消耗高炉内的热量2分解反应放出的CO冲淡还原性气体的浓度3与碳反应强烈吸热，消耗大量高温区宝贵热量4消耗固体碳素C，减少还原和热量作用的碳素５破环焦炭强度，使得焦炭料柱骨架作用减弱7.试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求。
直接还原铁方式比较
直接还原铁技术的技术比较直接还原铁技术从产品形态分包括直接还原球和熔融还原两类，直接还原球以HYL、Midrex工艺为主要工艺，熔融还原以COREX、FINEX工艺为主要方式。
一、直接还原技术的新发展1、2007年直接还原铁产量6722万吨，占总铁量的7.4%2、新投产的直接还原铁项目表13、2007年直接还原铁产量对比表2二、竖炉直接还原技术的新发展1、世界直接还原铁产量的80%以上都是由使用球团矿或块矿的天然气基Midrex和HYL生产的。
现在直接还原竖炉的利用系数已经达到162t/m3d,比大型高炉的最高产能70 t/m3d高出1.31倍。
2、HYL开发了借助气力输送竖炉生产的700度的直接还原球到炼钢的HYTEMMP工艺。
使电弧炉吨钢电耗降低120-140KWh；电弧炉电极消耗减少0.5-0.6kg/t；直接还原球热装可节能，使电弧炉的产量增加，电气系统小型化，减少输送过程中的再氧化、粉化等间接效果。
3、印度鲁奇—HYLSA法：鲁奇煤制气法的煤气成分是CO=24%,H2=39%，CH4+C m H n=10%,H2+CO/CO2+H2O=2.2%计划2010年投产。
直接还原球合成气消耗量849m3/tDRI（相当于9.25GJ/tDRI）合成气温度40度，压力27.5kg/cm3。
需要使用块煤或型煤。
鲁奇炉现在已发展到Mar kⅤ型，炉径5.0米，每台产气量10万m3/h,,可满足90万吨竖炉生产。
三、熔融还原炼铁工艺的发展1、现有主要炼铁方法的生产率指标比较表3：2、高炉、COREX、FINEX等技术的生铁质量对比表4：3、COREX技术的缺点：a、直接使用粉煤、粉矿的比例不能高于15%，必须使用块矿原料为主。
b、对块矿的理化性能有很高的要求，提高了原料成本，使铁水成本上升。
c、在炉体中部的高温区使用了很多排料布料的活动部件，使设备的维修成本及热损失增加，设备利用率降低。
d、要依赖稳定的焦床来保护炉缸，冶金焦比例高于13%。
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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
长流程 100% 100% 100% 100%
短流程 约50% 约50% 约70% 约63% 易实现
好
灵活
短
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产方法及流程（续） ➢ DR—EAF短流程与SR—BOF长流程的比较：
冶金反应过程合理 流程更短 质量好控制
本质意义：
SR—BOF：非焦煤炼铁 DR—EAF：短流程
→ 2.3亿吨（2003）→ 2.6亿吨（2004） → 约5.0亿吨（2007）
二、短流程炼钢发展背景
1.长流程自身的原因：流程长、投资大、 成本高、环境污染重。
2.合理利用资源：废钢、复杂矿。 3.能源：炼焦煤减少。 4.钢的品种和质量。 5.市场应变能力。
三、发展短流程炼钢的条件
1.原料 废钢（scrap)： 直接还原铁（DRI/HBI） 铁水（HM）
发展直接还原技术是实现钢铁清洁化生产的需要
◇长流程：炼焦、烧结----高炉炼铁----转炉炼钢 优点：技术成熟、效率高、产量大、生产成本低等。 缺点：炼焦、烧结、炼铁、炼钢等工序污染严重，对环境的污染占钢铁流 程的70％以上，且焦炉在装煤、出焦时的煤气泄漏十分严重；而烧结过程排 放大量的粉尘及污染物质也难以解决。 ◇短流程：直接还原铁、废钢----电炉炼钢 优点：高温工序少、投资低、能耗低、运输量少、劳动生产率高、建设周 期短和有利于环境保护等。 缺点：废钢含杂质元素多，如果炉料中DRI比例较低，将影响电炉钢产品 的质量。
进口矿石 粗钢产量 钢材产量 行业利润
出口 进 口
产量 增长 产量 增长 产量 增长 利润 增长 产量 增长 产量 增长 万t % 万t % 万t % 亿元 % 万t % 万t %
62778 41.6 56784 13.50 69244 18.5 1433 -40.8 2460 690 (主)
-58.5 1763 14.3
60000
钢
生铁
50000
40000
30000
20000
10000
0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2000年：1.28亿吨 2004年：2.03亿吨 2007年：4.89亿吨
2000~2007年我国钢和生铁产量（单位：万吨）
2008年我国与世界粗钢产量
钢铁生产过程中氧位的变化
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产 方法及流 程（续）
➢ 2020年钢 铁冶金流 程预测
什么是短流程（续）
3. 目前钢铁生产概况及主要产钢国家 ➢ 生产概况
Fig 10. World Crude Steel Production Development by Process Route
电炉
550kW•h（电） 25 KW•h辅助设备用电 25m3氧气
钢水1t 图5. 回转窑直接还原—电炉流程示意图
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产方法及流程（续） ➢ 五种流程（续）
添加碳8kg 电极4kg
废钢、铁合金
1.063t
电炉
¯¯¯¯¯¯
550kW•h（电）
25 KW•h电(助熔) 25m3氧气
提纲
➢第一部分 钢铁生产及短流程炼钢概论 ➢第二部分 直接还原理论与工艺 ➢第三部分 熔融还原理论与工艺
第一部分 钢铁生产及短流程 炼钢概论
一、什么是短流程
1.世界钢铁工业发展概况 ➢ 起步阶段
时 间：1865年前后 工 艺：空气侧吹转炉炼钢法（1865年
英国贝赛麦） 代表国家：英国 中 国：公元前2世纪采用类似侧吹转炉
什么是短流程（续）
1.世界钢铁工业发展概况（续） ➢ 第三次革命（续）
时 间：20世纪80年代—21世纪××年代 工艺流程：废钢/DRI→电炉→连铸→连轧 代表国家：美国：36.8%(1990)、46.4%
（1997）、50%（2000） 欧洲：42.3%（1997）、
59%(2010)
什么是短流程（续）
直接还原与熔融还原
本课程安排
➢课堂讲授 ➢每人选择一个与本课程相关的课
题课后查资料，制作PPT并进行 课堂讨论 ➢完成相关课堂讨论课题的小论文
➢中国钢铁工业发展及其现状
我国钢铁工业发展状况
经历两次高速增长期 第一次：20世纪60~70年代，年均增长速度约1900万吨 第二次：20世纪末至今，年均增长速度达5873万吨
炼钢法—李约瑟
什么是短流程（续）
1.世界钢铁工业发展概况（续） ➢ 第一次革命
时 间：19世纪末、20世纪50年代 工艺流程：焦炉→烧结机→高炉→平炉
→铸锭→初轧开坯→ 成品轧机 代表国家：德国（最早）、美国和前苏 联（稍后）
什么是短流程（续）
1.世界钢铁工业发展概况（续） ➢ 第二次革命
时 间：20世纪50年代至70年代
钢铁工业存在的突出问题
● 能耗高 占全国能耗总量的16%左右 ● 污染严重 产生大量颗粒物, SOx、NOx、CO2和废水等
钢铁行业“三废”排放情况 废水量：~8 % SO2 ：~7 % 烟尘量：~8 % 固废量：13~15 %
我国能源结构以及能源在世界上的分布
国内建厂：山东鲁中、北京密云、新疆富蕴（共两期） 其中新疆富蕴公司建成两条年产15万t海绵铁的直接还原铁厂， 第一条生产线已于2007年10月份投产运营，第二条生产线也 将于2008年底正式投产。
原料 球团/块矿
粉矿 粉矿 球团/块矿 粉矿 粉矿 球团/块矿 粉矿 粉矿 球团/块矿 球团/块矿
还原剂 煤气 碳 煤气 碳 碳 煤气 煤气 煤气 碳 煤气 碳
还原设备 竖炉 流化床 流化床 回转窑 转底炉 流化床 竖炉 流化床 转底炉 竖炉 回转窑
按炉型分： •竖炉 •回转窑 •转底炉 •流化床等
直接还原生产及技术现状(续)
1.国外现状(续) ➢ 技术现状(续)
按含铁料粒度分： •块矿/球团 •粉矿
表1 不同直接还原工艺的主要特点比较
工艺 Arex Circofer Circred Day DRC Fastmet Finmet HYL Ⅲ 炭化铁 Inmetco MIDREX SL/RN
什么是短流程（）
3. 目前钢铁生产概况及主要产钢国家 ➢ 生产概况(续)
美 国：1.37亿吨(1973)→8000万吨(目前) 日 本：1.193亿吨(1973) → 1亿吨以下(目前) 俄罗斯：1.6亿吨(1988) → 1亿吨以下(目前) 欧共体：2亿吨(80年代) → 1.6亿吨以下(目前) 中 国：~5000万吨(80年代初) → 1.14亿吨(1997)
电炉
550kW•h（电） 25m3氧气
钢水1t 图4. 竖炉直接还原—电炉流程示意图
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产方法及流程（续）
➢ 五种流程（续）
氧化球团
1.266t
直接还原回转窑
直接还原铁
527kg煤 66 KW•h（电）
0.879t
0.806t Fe(91.7%Fe)
废钢、铁合金0.269t 添加碳1kg 电极4kg
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
●奥地利发明了纯氧顶吹转炉炼钢法 平炉：8~10小时—炉钢 氧气转炉：40分钟—炉钢
●与此同时，前苏联、瑞士发明了连续铸钢法
工艺流程：大烧结机→大焦炉→大转炉 →大连铸机→连轧机
代表国家：日本、西德
什么是短流程（续）
1.世界钢铁工业发展概况（续） ➢ 第二次革命（续）
代表国家：日本、西德 1973年日本钢超1亿吨，基本采用新流程 未及时抓住这一革命时机的国家为美国、 前苏联、中国 中国只有宝钢具有第二次革命全流程。
Midrex HYLSA
SN/RL
煤气
区域2
Circored Fior
FINMET 炭化铁
粉矿
Fastmelt Comet Inmetco Circofer
液态
COREX
Itmk3
区域4
煤
区域3
图11 按还原剂和铁矿石种类分直接还原工艺
直接还原生产及技术现状(续)
1.国外现状(续) ➢ 技术现状(续)
1052kg DRI（95%Fe、88%Fe0、7%Fe++、238kgCO、374kgCO2、23kg
9%FeO、2%O、3%脉石）
脉石
脉石30kg、铁1000kg、氧22kg
灰份23kg、碳204kg、氧 408kg
目前吨钢综合能耗为0.6～0.8t标煤，是理论需要量的2.6 ～ 3.5倍
固定碳竖式还原法的热平衡
2.电力（400~500Kw.h/t-钢） 3.发展DRI/HBI的条件
资源—优质铁矿：TFe>67%、S、P<0.01% 能源—天然气
煤：S、挥发份、灰份、灰份熔点、 反应性
第二部分 直接还原理论与工艺
一、直接还原生产及技术现状
1.国外现状 区域1