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基直接還原和煤基直接還原,氣基直接還原煉鐵工藝是最主要的直接還原煉鐵技術，其產量佔到直接還原煉鐵的 90％左右，煤基直接還原煉鐵，目前以迴轉窯為主，也是最主要的煤基直接還原煉鐵工藝。
關鍵詞：非高爐煉鐵； 直接還原； 熔融還原； 煤基； 氣基
近代高爐已有數百年歷史，其工藝已達到相當完善的地步。高爐反應器的優點是熱效率高、技術完善,裝置已大型化、長壽化,單座高爐年產鐵最高可達400 萬t左右,一代爐役的產鐵量可達5000萬t以上,可以說,沒有現代化的大型高爐就沒有現代化的鋼鐵工業大生產。但是在它日益完善和大型化的同時，也帶來了流程長、投資大以及汙染環境等問題。
高爐工藝流程存在以下問題:一是高爐必須要用較多焦炭,而煉焦煤越來越少,焦炭越來越貴;二是環境汙染嚴重,特別是焦爐的水汙染物粉塵排放燒結的so2粉塵排放,高爐的co2排放很高；三是傳統煉鐵流程長,投資大；四是從鐵、燒、焦全系統看重複加熱、降溫,增碳、脫碳,資源、能源迴圈使用率低,熱能利用不合理。
高爐法雖然仍是當今煉鐵生產的主體流程,但非高爐煉鐵法已成為煉鐵技術發展的方向。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。
隨著世界上廢鋼鐵積累日益減少，電爐流程迅速發展，這就要求採用直接還原新工藝，生產出的海綿鐵供電爐煉鋼。此外，由於煉焦煤資源日漸短缺，焦爐逐漸老化以及人們對焦爐汙染日益關注，八十年代以來，各發達國家紛紛謀求開發另外的無焦煉鐵工藝——熔融還原，其中corex流程已實現工業化生產。綜合起來看，當前煉鐵工藝正朝著少焦或無焦煉鐵方向發展，而直接還原與熔融還原技術正適合這種發展方向。
所以說我國應適度發展直接還原與熔融還原技術。
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。熔融還原是以非焦煤為能源,鐵礦物在高溫熔融狀態下完成還原過程,獲得液態鐵水的技術方法。
由於優質廢鋼資源的短缺，海綿鐵作為電爐鋼重要的原料之一受到重視與發展。直接還原煉鐵工藝分為氣基直接還原和煤基直接還原,氣基直接還原煉鐵工藝是最主要的直接還原煉鐵技術，其產量佔到直接還原煉鐵的 90％左右，氣基直接還原煉鐵使用天然氣重整製備高質量的富氫氣體（75%h2～25%co）作為還原劑，以豎爐作為還原反應器，氣固充分接觸，還原反應與熱量交換好，因此，反應器效率高，噸鐵能耗低。由於我國的天然氣資源短缺，難以用於生產海綿鐵。
直接還原的產品直接還原鐵(drd是鐵氧化物在不熔化、不造渣且在固態下還原生成的金屬鐵產品。為提高產品的抗氧化能力和體積密度, dri熱態下擠壓成形的產品稱為熱壓塊( hbi) , dri冷態下擠壓成形的產品稱為dri壓塊。
煤基直接還原煉鐵，目前以迴轉窯為主，也是最主要的煤基直接還原煉鐵工藝，另外還存在隧道窯直接還原煉鐵工藝，近年來，以處理鋼鐵廠廢棄物的轉底爐工藝，我國也在嘗試變成直接還原煉鐵工藝。
1 煤基直接還原煉鐵的幾種工藝
1.1 迴轉窯工藝
目前，在全世界的煤基直接還原煉鐵工藝中，迴轉窯流程約佔煤基直接還原煉鐵總產量的 95％以上。迴轉窯工藝有三種，分為一步法、二步法和冷固結球團法。「一步法」是指把細磨鐵精礦造球，在鏈篦機上經乾燥、900 ℃預熱，直接送入迴轉窯進行固結和還原，所有工序在一條流水線上連續完成。
「二步法」是將上述工藝過程分兩步來完成，即先把鐵精礦造球，經 1300℃高溫氧化焙燒，製成氧化球團；然後再將氧化球團送入迴轉窯進行還原；兩個工藝可以分別在兩地獨立進行，故稱「二步法」。冷固結球團法是在磁鐵礦精粉中加入少量特製的複合型粘合劑造球，在 200℃左右乾燥固結，然後送入迴轉窯進行還原，省去了高溫焙燒氧化固結過程。迴轉窯法最著名的為sl-rn流程，是由sl流程和rn流程結合而成的。
開發者為加拿大的steel co ltd、德國的lurgi a. g.、美國的republic steel****和national lead公司，s、l、r、n 即這四個開發者的首字母。
該流程於1954 年開發完成，在 1969 年實現工業化，在澳大利亞建成第一座30msl-rn工業迴轉窯，之後得到了較快的發展。
1.2 隧道窯工藝
隧道窯法是由e·sieurin於2023年發明的。它使用外熱式反應罐和隧道窯，窯體可分為加熱、還原和冷卻三個區域。在還原段裝有燃燒器，以液體或氣體燃料為能源使還原段溫度保持在1200℃左右，還原段高溫爐氣向加熱段流動，對反應罐進行預熱，使其溫度隨著向還原段的逐漸接近而逐步提高。
台車進入還原段後，煤氣化反應放出大量co，使礦粉得到還原，生成海綿鐵。還原完成後，台車進入冷卻段，冷卻段中有一股由吸入的冷空氣形成的氣流，在氣流中，密封的反應罐逐步冷卻至常溫。出窯後，將海綿鐵取出，去掉殘煤和灰分即可得到產品。
該工藝可用於生產粉末冶金用鐵粉和海綿鐵。反應罐的材質多為sic或黏土，sic 罐耐用，導熱性好，成本較高；黏土罐造價低，但效能較差。反應罐內礦粉和還原劑分層裝入罐內，還原劑採用煤粉，混入石灰石粉作為脫硫劑。
隧道窯生產工藝的特點：
（1）原料、還原劑、燃料容易解決；
（2）生產工藝易掌握，生產過程易控制；
（3）裝置執行穩定，產品質量均勻。
窯爐是海綿鐵生產的關鍵裝置。2004 年之前，我國部分海綿鐵生產廠家從倒焰窯改為煤燒隧道窯，使還原工段裝置檔次上公升了乙個台階。但煤燒隧道窯存在環境汙染、能耗高等問題，根據國家的環保政策，隧道窯煤氣化已勢在必行，2023年開始，我國新上的海綿鐵專案絕大部分採用了煤氣，加之國家行業管理部門提倡鼓勵新上長窯、大窯，以形成規模經濟、降低能耗和提高經濟效益，在這種背景下，新一代大型煤氣隧道窯應運而生。
煤基隧道窯還原主要用於生產高純鐵粉，金屬化率要求大於 95％，因此，造成特殊的布料方式（環行布料）， 傳統煤基隧道窯還原窯內溫度控制在1180 ～1200℃，噸鐵煤耗高達1500kg，罐材壽命短、冶煉周期長（約 40～50 h，包括預熱、加熱與冷卻段）。
1.3 轉底爐技術
1.3.1 fastmet 工藝
轉底爐起源於環形加熱爐，原用於軋鋼鋼坯的加熱，近年來被移植用於鋼鐵廠粉塵的處理，進而演化成煉鐵設施。轉底爐可用於生產金屬化球團礦，為鋼鐵公司處理粉塵。fastmet流程主體裝置是轉底爐 。
轉底爐呈密封的圓盤狀，爐底在執行中以垂線為軸作旋轉運動。兩側爐壁上設有燃燒器為爐內提供所需熱量。利用粉狀還原劑和粘結劑與鐵精礦混合均勻製成球團，經乾燥後送入轉底爐，均勻地鋪放於旋轉的爐底上。
隨著爐底的旋轉，含碳球團被加熱到1250～1350 ℃，經過 10～20 min的還原得到海綿鐵。海綿鐵通過出料螺旋連續排出爐外，溫度約為1000 ℃。根據需要，可將出爐後的海綿鐵熱壓成塊或使用圓筒冷卻機冷卻，也可熱裝入熔煉爐處理成鐵水(fastmet和熔煉聯合被稱為 fastmelt 工藝)。
燃料(天然氣、油、煤)和預熱空氣通過燒嘴進入爐內燃燒 (包括還原氣相產物co 的燃燒)，產生還原所需的足夠溫度和熱量。燃燒廢氣逆向流動，最後從加料口的排氣口排出，經二次燃燒、熱交換和洗滌除塵後從煙囪排出。
fastmet 的基本還原原理是將燃燒著的火焰的高溫經爐壁通過輻射傳給料層，使含碳球團中的鐵礦粉在高溫下被其中的碳/揮發分還原。含碳球團的還原過程比較複雜，因為煤不僅作為固體還原劑，而且其揮發分具有氣體還原劑的特點。揮發分中含有的少量h2 和co可以直接作為還原劑，大部分的碳氫化合物裂解後生成的h2 和c也可作為還原劑。
在研究含碳球團的還原時，重點都集中在碳的還原作用上，往往忽略了揮發分的還原作用。試驗結果證明，隨溫度的公升高，含碳球團的還原過程應該包括三部分：揮發分的熱解；鐵氧化物被揮發分中co 和h2以及其裂解產物h2 和c還原；鐵氧化物被碳還原。
此方法可應用於以下幾個方面。
（1）用鐵精粉生產dri或hbi
將鐵精粉與煤粉混合壓球後加入轉底爐，球團在爐內受控的還原氣氛中被加熱。當達到反應溫度時，鐵氧化物被還原為金屬鐵。反應所需的熱能全部由煤提供。
從轉底爐出來的海綿鐵帶有較多顯熱，可採用熱壓塊工藝加工為熱壓塊鐵，以便運輸與儲存。
該法生產的熱壓塊鐵tfe含量達92%，金屬化率高達 95%，c含量約4%，脈石含量約2.4%，s含量僅為0.04%，可見其品質純淨，脈石與硫等雜質含量很低，可作為優質廢鋼的理想替代品。
而且與廢鋼相比，其質量均勻穩定，波動小，對於煉鋼生產極為有利。
（2）**電爐除塵灰與軋鋼鐵鱗
電爐除塵灰與軋鋼鐵鱗的特點是含有較多非鐵金屬的氧化物，如鋅、鉛、鎘等，被美國環保部門定為有害物質，稱作 ko61。在幹鐵法工藝處理過程中，這些非鐵氧化物將以氣態逸出，並在後續的煙氣處理裝置中予以收集，此時 ko61 已轉化為提煉有價值非鐵金屬的原料。轉底爐中zno的脫除率高於95%，生成的海綿鐵金屬化率高達91%。
轉底爐焙燒含鋅粉塵時以氣態逸出的非鐵金屬氧化物在尾氣處理過程中，由布袋除塵器收集，其成分以zno為主，可作為提煉鋅的原料使用。
（3）**傳統鋼鐵廠廢棄物
傳統鋼鐵廠廢棄物包括轉爐除塵灰，軋鋼鐵鱗，熱軋汙泥，連鑄氧化鐵皮及高爐粉塵與汙泥。這些物質總體來說碳的含量很高，與電爐除塵灰相比，鋅含量較低，而鉛、鎘等含量極少。由於原料中的鐵與碳含量較高，在經過轉底爐焙燒後，生成的海綿鐵金屬化率高於90%，其尾氣收塵富含zno，可予以**提煉，增加收入**。
1.3.2 itmk3法
itmk3法這是 midrex 及其母公司神戶製鋼2023年9月提出的一種第三代煉鐵技術。該技術基於fastmet工藝，利用粉礦與煤粉製成含碳球團，然後把球團裝入轉底加熱爐內，加熱到 1300～1500 ℃；球團被還原和熔融，使珠鐵與渣分開，珠鐵中不含雜質。冶煉過程僅用10 min，即可生產出高純珠鐵供電爐使用。
itmk3 技術適用於多種型別的鐵礦和煤種，可利用鐵粉礦和低品位含鐵原料(磁鐵礦、赤鐵礦或含鐵粉塵)一步處理生產出直徑 10～20 mm 的優質珠鐵，取消焦爐和燒結裝置，使投資成本降低。itmk3法在中試階段，曾用多種鐵氧化物生產出珠鐵；可用煤粉、石油焦、焦粉或其他固體的、液體的或氣體的還原劑。 用itmk3技術生產出的珠鐵產品不會再氧化或粉化，所以比dri和hbi產品更便於管理、運輸；產品中碳的質量分數為2.
5%～3.5%，矽、錳和磷的含量取決於原材料，而硫的含量則取決於還原劑的硫含量。
日本神戶製鋼所 2002 年宣布，該專案計畫在美國明尼蘇達州開工興建一所示範工廠進行itmk3法實證實驗，但至今未報道結果。itmk3法也面臨解決工程問題。
1.3. 3 inmetco 工藝
德國曼內斯曼·德馬格公司獲得inmetco技術推廣許可後,在基礎研究和工程化方面都在 fastmet工藝上做了大量工作和多方面改進。其工藝優點如下:（1）球團裝料防止結塊和不均;（2）高溫段燃燒採用扁燒嘴,均勻溫度分布; （3）防止區域性過熱和控制爐膛氣氛;（4）改摩擦傳動代替齒輪條傳動 ,提高執行可靠性;（5）卸料系統開發出新的金屬收集和運輸裝備;（6）高溫廢氣通過換熱生產高壓蒸汽 ,低溫廢氣預熱助燃空氣; 廢氣和物料餘熱被**和利用 ,實現高能量利用率(> 80 %); ( 7) 實現汙染排放量最小化( 廢氣中 so x < 50 mg/m3 , no x < 200 mg/m3),無液態廢物。
公司並將該工藝和埋弧式電弧爐結合,延伸發展為一種生產鐵水的新工藝, 即redsmelt。
配煤摻燒技術保證措施及應用
作者 王凱，李現偉 作者單位 鄭州新力電力 河南鄭州 450013 相似文獻 5條 1.會議 蔡志榮350mw機組鍋爐配煤摻燒及燃燒調整2008 面對 緊張的煤炭市場,多源化的煤種,尤其是鍋爐燃煤煤質偏離設計煤種,如何做好配煤摻燒及同步做好燃燒優化調整試驗 確保機組安全經濟執行呢?近年來,我廠在配煤...
煤九礦探放水方案及安全技術措施
煤九礦通源北風井井底車場 水倉掘進工作面探放水設計 及安全技 術措施2013.6.19 編制何利波 2013.6.19 總工 生產礦長 安全礦長 全面礦長 施工隊長 學習人員 水倉掘進工作面探放水 設計及安全技術措施 一 概況 煤九礦水倉掘進工作面，顧名思義，該工作面目的為掘一大容量的礦井儲水水倉。...
煤粉鍋爐降氮脫硝技術選擇及應用
摘要 隨著煤粉鍋爐降氮脫硝要求的不斷提高，研究其技術選擇及應用凸顯出重要意義。本文首先對相關內容做了概述，分析了鍋爐降氮脫硝技術的研究現狀。在 煤粉鍋爐的降氮脫硝技術選擇的基礎上，研究了降氮脫硝技術的發展方向。關鍵詞 煤粉鍋爐 降氮脫硝 技術選擇 應用 前言作為煤粉鍋爐方面的一項中重要技術，其降氮脫...