關鍵詞：非高爐煉鐵直接還原熔融還原非焦煤
一、引言
目前，生鐵主要**於高爐冶煉產品，高爐煉鐵技術成熟，具有工藝簡單，產量高，生產效率大等優點。但其必須依賴焦煤，而且其流程長，汙染大，裝置複雜。因此，世界各國學者逐漸著手研究和改進非高爐煉鐵技術。
二、非高爐煉鐵工藝
非高爐煉鐵是指以鐵礦石為原料並使用高爐以外的冶煉技術生產鐵產品的方法。在當今焦煤資源缺乏，非焦煤資源豐富的情況下，非高爐煉鐵以非焦煤為能源，不但環保，而且省去了燒結、球團等工序，縮短了流程。因此非高爐煉鐵一直被認為是一種環保節能、投資小、生產成本低的生產工藝。
非高爐煉鐵可分為直接還原煉鐵工藝和熔融還原煉鐵工藝兩種。
1.直接還原煉鐵工藝
直接還原煉鐵工藝是一種以天然氣、煤氣、非焦煤粉為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度下，將鐵礦石中鐵氧化物還原成鐵的生產工藝。據統計直接還原冶煉工藝多達40餘種，大部分已經實現了大規模工業化生產[1]。目前，直接還原煉鐵工藝主要有氣基直接還原、煤基直接還原兩大類。
1.1氣基直接還原
氣基直接還原是指用co或h2等還原氣體作還原劑還原鐵礦石的煉鐵方法。具有生產效率高、容積利用率高、熱效率高、能耗低、操作容易等優點，是dri（directly reduced iron）生產最主要的方法，約佔dri總產量的90%以上[2]。氣基直接還原代表工藝有hyl反應罐法、midrex-豎爐法、流化床法等[3]。
hyl反應罐法是由墨西哥希爾薩（hojalataylamina，hylsa）公司於20世紀50年代初開發的，其工業化標誌著現代化直接還原的開始。hyl反應罐法具有作業穩定，裝置可靠等優點，但其作業不連續，還原氣利用差，能耗高及產品質量不均勻。隨後hylsa公司將反應罐組整合成了一座豎爐，實現了工藝的連續化，同時明顯提高了生產熱效率和生產率。
經改進的hyl法即是hyl-iii法。
midrex-豎爐法與hyl-iii法相似，也是採用的是連續性豎爐作業方式，具有汙染較小，能耗低等優點。midrex-豎爐法是氣基dri生產技術的主導工藝，也是最大的直接還原流程，全球約70%的dri產量是利用midrex-豎爐生產工藝。為提高對燃料的適應性，midrex公司把corex與midrex工藝聯合使用，開發了煤製氣-豎爐法，年產量超過了180萬噸，目前在印度有一座在正常執行。
流化床法採用鐵礦粉，省去了造塊過程，加快了反應速率，降低了成本，提高了生產率。流化床流程法發展了近70年，曾開發過h-iron，nu-iron和hib、novalfer及fior法[4]131-135，但由於無法解決工藝複雜，投資大，原料要求高，粉料易粘結，能耗高等問題均退出了歷史舞台。目前全球還在生產的流化床流程只有finmet法，共有4套finmet裝置在執行，總產能220萬t/a，是繼midrex、energiron和sl-rn法之後的第四大直接還原流程法。
1.2煤基直接還原工藝
煤基直接還原是指以煤為主要能源，在高溫下將鐵礦石還原成金屬鐵的工藝。由於80%的氣基直接還原工藝必須依賴於天然氣，因此在天然氣資源有限，煤資源豐富的國家和地區，以煤作為還原劑發展還原鐵技術已成為近期及將來發展的趨勢。煤基直接還原代表工藝有迴轉窯法、轉底爐法、隧道窯法等。
迴轉窯法產鐵量佔全世界的煤基直接還原法總產量的95%以上。2023年，全球由煤基迴轉窯法生產的dri約為1812萬噸，佔dri總產量的25.70%。
迴轉窯法包括sl-rn法、codir法、drc法、tdr法、accar法[4]135-141，其中sl-rn法是生產能力和產量最大的煤基直接還原工藝，產量佔總迴轉窯法的60%以上。迴轉窯技術成熟，以非焦煤為能源，並可以直接使用煤炭，非常適合非焦煤豐富，天然氣缺乏的地區發展。不過還存在生產率低，能耗高等亟待解決的技術問題。
與迴轉窯法相比，轉底爐法規模就要小的多。但該法具有反應速度快、流程簡單、投資低、原料適應性廣的優點，特別在處理冶金廢棄物以及保護環境等方面顯示出很大的優越性和潛力。最早的轉底爐工藝是inmetco和fastmet工藝，主要用於含鐵廢棄物的冶煉，當時獲得了很好的經濟效益，但產出的鐵含有脈石和灰分，導致在煉鋼過程中渣量增加，減少鋼產量。
隨後，美國midrex公司開發了fastmelt工藝，實現了渣鐵分離，明顯提高了海綿鐵的質量。20世紀90年代日美聯合又開發了itmk3工藝，解決了轉底爐對原料品位的苛求，被命名為「第三代煉鐵法」。
隧道窯法也是一種重要的煤基直接還原法。與轉底爐法相比，具有裝置簡單，操作容易，產品***等優點，但由於產能小、熱損失大、能耗高、勞動生產率低等技術經濟原因，國外已不再用它生產煉鋼用dri，而是用於粉末冶金還原鐵粉生產的一次還原工序。
2.熔融還原煉鐵工藝
熔融還原工藝以煤、粉礦進行冶煉，無需煉焦、燒結、球團等工序，使煉鐵流程簡化，是煉鐵技術的重要發展方向。根據含鐵原料預還原的程度不同，熔融還原煉鐵工藝可分為一步法和二步法兩類。
2.1一步法
熔融還原法的研究開發工作開始於20世紀20年代，當時，該流程大多是在乙個反應器中一步完成全部熔煉過程，所以稱之為「一步法」。一步法有dored法、retored法、cip法等[5]，但由於這些方法存在著爐渣feo含量過高、能耗大等技術問題均被淘汰。
2.2二步法
為了解決一步法出現對爐襯的強腐蝕及能量**率低等難題，70年代國外開發出了「二步法」熔融還原技術，所謂二步法就是將還原過程分解為固體狀態的預還原和熔融狀態的終還原兩個階段，並分別在兩個反應器中進行[6]。二步法是一種新式的熔融還原流程，其綜合了高爐煉鐵、直接還原和煉鋼技術的精華，能有效地利用熔融氧化鐵碳熱還原產生大量焦爐煤氣及反應熱，減少了能量的損耗，同時採用煤作為能源，擺脫了昂貴的焦煤的束縛，大大降低了成本。
煤基直接還原煉鐵技術及非高爐煉鐵能耗分析
摘要 非高爐煉鐵技術或稱非焦煉鐵技術是當今鋼鐵生產工藝中最受關注的技術之一。依產品的形態不同,非高爐煉鐵技術可分為熔融還原與直接還原兩種工藝方法。直接還原是以非焦煤為能源,在不熔化不造渣的條件下,原料保持原有物理形態,鐵的氧化物經還原獲得以金屬鐵為主要成分的固態產品的技術方法。直接還原煉鐵工藝分為氣...
煉鐵高爐施工技術總結
編制依據 本技術總結的編制依據是施工檔案 施工圖紙 國家現行規範 規程 標準 gb t19001 2000質量標準 山東有關建築施工現場安全管理標準，並結合以往施工的同類工程特點 施工經驗，我公司施工能力 技術裝備狀況制訂的。總結編制所遵循的標準及規範 鋼結構設計規範gbj17 88 鋼結構製作安裝...
煉鐵機械 高爐
第一篇煉鐵機械裝置 1.煉鐵生產概況 1.1 現代煉鐵生產主要工藝過程 在鋼鐵聯合企業中，煉鐵生產處於先行環節，它為煉鋼廠提供原料 鐵水，同時也機械鑄造提供鑄造生鐵。此外，它還為其他生產部門提供燃料 煤氣。高爐生產的水利進行是保證整個鋼鐵聯合企業有節奏地生產的先決條件之一。煉鐵生產的主體為高爐,它由...