由于煉焦煤資源日漸短缺，焦?fàn)t逐漸老化以及人們對(duì)焦?fàn)t污染日益關(guān)注，當(dāng)前煉鐵工藝正朝著少焦或無(wú)焦煉鐵方向發(fā)展，而直接還原技術(shù)正適合這種發(fā)展方向，我國(guó)也越來(lái)越重視直接還原煉鐵技術(shù)的發(fā)展。

“十四五”期間，我國(guó)氫基直接還原煉鐵技術(shù)以工業(yè)示范為主，基于焦?fàn)t煤氣的豎爐直接還原煉鐵技術(shù)將趨于成熟，裝備的國(guó)產(chǎn)化率將大幅度提升。截至2025年底，基于焦?fàn)t煤氣的豎爐DRI實(shí)際產(chǎn)量已達(dá)約280萬(wàn)噸。

一、直接還原煉鐵工藝

1.直接還原煉鐵

1.1直接還原概述

直接還原煉鐵是在軟化溫度以下，在鐵礦石或含鐵團(tuán)塊仍呈固態(tài)的條件下，進(jìn)行還原而獲得金屬鐵的方法。由于還原溫度低，產(chǎn)品呈多孔、低密度海綿狀結(jié)構(gòu)，含碳低，未排除脈石雜質(zhì)，故稱(chēng)為直接還原鐵或海綿鐵。當(dāng)以氧化球團(tuán)為原料生產(chǎn)時(shí),產(chǎn)品仍呈球團(tuán)狀，但主要成分是金屬鐵，為了區(qū)分將之稱(chēng)為“金屬化球團(tuán)”。為了提高產(chǎn)品的抗氧化能力和便于運(yùn)輸，在生產(chǎn)過(guò)程中，將直接還原鐵在熱態(tài)下進(jìn)行擠壓成型，其產(chǎn)品稱(chēng)為熱壓塊。

1.2直接還原鐵的用途:

(1) 用作廢鋼替代品，是電爐煉鋼的優(yōu)質(zhì)原料；

(2) 用作轉(zhuǎn)爐煉鋼的冷卻劑；

(3) 質(zhì)地純凈的直接還原鐵用于鑄鐵和鑄鋼；

(4) 用作高爐煉鐵原料,改善高爐操作指標(biāo)。

2.直接還原技術(shù)現(xiàn)狀

直接還原煉鐵工藝分為氣基直接還原和煤基直接還原。

2.1氣基還原

以氣體還原劑（H?、CO為主）為核心，還原氣體多由天然氣、焦?fàn)t煤氣等經(jīng)重整制備，具有還原效率高、產(chǎn)品純度高的特點(diǎn)，是全球直接還原鐵的主流工藝（占比約70%）。

（1）氣基豎爐法（主流工藝）

典型工藝：Midrex工藝（美國(guó)）、HYL工藝（墨西哥）

核心原理：

鐵礦石（塊礦、球團(tuán)礦）從豎爐頂部裝入，高溫還原氣（800-1000℃，含H?+CO≥90%）從爐底逆向通入，通過(guò)以下反應(yīng)還原鐵氧化物：

3Fe?O?+H?→2Fe?O?+H?O（低溫階段）

Fe?O?+4H?→3Fe+4H?O（中溫階段）

FeO+H?→Fe+H?O（高溫階段，CO反應(yīng)類(lèi)似）

關(guān)鍵設(shè)備：

豎爐：分預(yù)熱帶、還原帶、冷卻帶（還原后產(chǎn)品用惰性氣體冷卻至100℃以下）。

還原氣制備系統(tǒng)：天然氣經(jīng)蒸汽重整（CH?+H?O→CO+3H?）生成還原氣。

工藝特點(diǎn)：

金屬化率高（90%-95%），產(chǎn)品雜質(zhì)低（S≤0.01%），適合高品質(zhì)鋼生產(chǎn)。

連續(xù)化生產(chǎn)，單爐產(chǎn)能大（Midrex工藝單爐日產(chǎn)可達(dá)5000噸）。

依賴(lài)天然氣資源，成本受氣價(jià)影響大（適合天然氣豐富地區(qū)）。

2.2煤基還原

煤基直接還原以煤炭為還原劑，不依賴(lài)天然氣與冶金焦，適配我國(guó)資源稟賦，當(dāng)前工業(yè)化主流工藝為回轉(zhuǎn)窯工藝、轉(zhuǎn)底爐工藝、隧道窯工藝，其中回轉(zhuǎn)窯占煤基 DRI 總產(chǎn)量 95% 以上，轉(zhuǎn)底爐近年快速用于固廢資源化與直接還原，隧道窯多用于小規(guī)模生產(chǎn)。

由于我國(guó)天然氣嚴(yán)重缺乏，現(xiàn)階段無(wú)法大量使用天然氣發(fā)展冶金。目前最現(xiàn)實(shí)、最可靠的技術(shù)路徑就是利用焦?fàn)t煤氣來(lái)生產(chǎn)直接還原鐵。這也是當(dāng)前我國(guó)發(fā)展冶金最現(xiàn)實(shí)的途徑。與此同時(shí)建杰也深耕行業(yè)、持續(xù)致力于煤基直接還原技術(shù)的研究攻關(guān)，依托粘合劑與冷固球團(tuán)技術(shù)助力國(guó)內(nèi)煤基直接還原產(chǎn)業(yè)化落地。

二、煤基直接還原煉鐵工藝的分類(lèi)

2.1回轉(zhuǎn)窯工藝

目前，在全世界的煤基直接還原煉鐵工藝中，回轉(zhuǎn)窯流程約占煤基直接還原煉鐵總產(chǎn)量的95％以上。

回轉(zhuǎn)窯工藝有三種，分為一步法、二步法和冷固結(jié)球團(tuán)法。

“一步法”是指把細(xì)磨鐵精礦造球，在鏈篦機(jī)上經(jīng)干燥、900℃預(yù)熱，直接送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行固結(jié)和還原，所有工序在一條流水線(xiàn)上連續(xù)完成。

“二步法”是將上述工藝過(guò)程分兩步來(lái)完成，即先把鐵精礦造球，經(jīng)1300℃高溫氧化焙燒，制成氧化球團(tuán)；然后再將氧化球團(tuán)送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行還原；兩個(gè)工藝可以分別在兩地獨(dú)立進(jìn)行，故稱(chēng)“二步法”。

冷固結(jié)球團(tuán)法是在磁鐵礦精粉中加入少量特制的復(fù)合型粘合劑造球，在200℃左右干燥固結(jié)，然后送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行還原，省去了高溫焙燒氧化固結(jié)過(guò)程?；剞D(zhuǎn)窯法最著名的為SL-RN流程，是由SL流程和RN流程結(jié)合而成的。該流程于1954年開(kāi)發(fā)完成，在1969年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，之后得到了較快的發(fā)展。

對(duì)于SL—RN工藝來(lái)說(shuō)，它可以利用煤為還原劑，能夠得到金屬化率在93％左右的海綿鐵，但是它也有很多問(wèn)題．首先是它的結(jié)圈問(wèn)題一直以來(lái)都困擾著SL—RN的發(fā)展。另外它的效率很低，還原速度過(guò)慢也會(huì)影響它的進(jìn)一步發(fā)展，能耗高是它的另一問(wèn)題：一次煤耗達(dá)1000kg／t海綿鐵。

2.2轉(zhuǎn)底爐技術(shù)

2.2.1Fastmet工藝

轉(zhuǎn)底爐起源于環(huán)形加熱爐，原用于軋鋼鋼坯的加熱，近年來(lái)被移植用于鋼鐵廠(chǎng)粉塵的處理。進(jìn)而演化成煉鐵設(shè)施。轉(zhuǎn)底爐可用于生產(chǎn)金屬化球團(tuán)礦，為鋼鐵公司處理粉塵。

Fastmet流程主體設(shè)備是轉(zhuǎn)底爐。轉(zhuǎn)底爐呈密封的圓盤(pán)狀，爐底在運(yùn)行中以垂線(xiàn)為軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。兩側(cè)爐壁上設(shè)有燃燒器為爐內(nèi)提供所需熱量。利用粉狀還原劑和粘合劑與鐵精礦混合均勻制成球團(tuán)，經(jīng)干燥后送入轉(zhuǎn)底爐，均勻地鋪放于旋轉(zhuǎn)的爐底上。

隨著爐底的旋轉(zhuǎn)，含碳球團(tuán)被加熱到1250~1350℃，經(jīng)過(guò)10~20min的還原得到海綿鐵。海綿鐵通過(guò)出料螺旋連續(xù)排出爐外，溫度約為1000℃。根據(jù)需要，可將出爐后的海綿鐵熱壓成塊或使用圓筒冷卻機(jī)冷卻，也可熱裝入熔煉爐處理成鐵水（Fastmet和熔煉聯(lián)合被稱(chēng)為Fastmelt工藝）。

燃料（天然氣、油、煤）和預(yù)熱空氣通過(guò)燒嘴進(jìn)入爐內(nèi)燃燒（包括還原氣相產(chǎn)物CO的燃燒），產(chǎn)生還原所需的足夠溫度和熱量。燃燒廢氣逆向流動(dòng)。最后從加料口的排氣口排出。經(jīng)二次燃燒、熱交換和洗滌除塵后從煙囪排出。

此方法可應(yīng)用于以下方面：

(1) 用鐵精粉生產(chǎn)DRI或HBI

將鐵精粉與煤粉混合壓球后加入轉(zhuǎn)底爐，球團(tuán)在爐內(nèi)受控的還原氣氛中被加熱。當(dāng)達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)，鐵氧化物被還原為金屬鐵。反應(yīng)所需的熱能全部由煤提供。從轉(zhuǎn)底爐出來(lái)的海綿鐵帶有較多顯熱，可采用熱壓塊工藝加工為熱壓塊鐵，以便運(yùn)輸與存儲(chǔ)。

該法生產(chǎn)的熱壓塊鐵TFe含量達(dá)92％．金屬化率高達(dá)95％，C含量約4％，脈石含量約2.4％，S含量?jī)H為0.04％，可見(jiàn)其品質(zhì)純凈，脈石與硫等雜質(zhì)含量很低，可作為優(yōu)質(zhì)廢鋼的理想替代品。而且與廢鋼相比，其質(zhì)量均勻穩(wěn)定，波動(dòng)小，對(duì)于煉鋼生產(chǎn)極為有利。

（2）回收電爐除塵灰與軋鋼鐵鱗

電爐除塵灰與軋鋼鐵鱗的特點(diǎn)是含有較多非鐵金屬的氧化物，如鋅、鉛、鎘等，被環(huán)保部門(mén)定為有害物質(zhì)。在干鐵法工藝處理過(guò)程中，這些非鐵氧化物將以氣態(tài)逸出，并在后續(xù)的煙氣處理裝置中予以收集，此時(shí)這些非鐵氧化物已轉(zhuǎn)化為提煉有價(jià)值非鐵金屬的原料。

轉(zhuǎn)底爐中ZnO的脫除率高于95％．生成的海綿鐵金屬化率高達(dá)91％。轉(zhuǎn)底爐焙燒含鋅粉塵時(shí)以氣態(tài)逸出的非鐵金屬氧化物在尾氣處理過(guò)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）回收傳統(tǒng)鋼鐵廠(chǎng)廢棄物

傳統(tǒng)鋼鐵廠(chǎng)廢棄物包括轉(zhuǎn)爐除塵灰、軋鋼鐵鱗、熱軋污泥，連鑄氧化鐵皮及高爐粉塵與污泥。這些物質(zhì)總體來(lái)說(shuō)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。由于原料中的鐵與碳含量較高，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)底爐焙燒后，生成的海綿鐵金屬化率高于90％，其尾氣收塵富含ZnO，可予以回收提煉，增加收入來(lái)源。

2.2.2 ITmk3法

ITmk3法是第三代煉鐵技術(shù)。該技術(shù)基于Fastmet工藝，利用粉礦與煤粉制成含碳球團(tuán)。然后把球團(tuán)裝入轉(zhuǎn)底加熱爐內(nèi)，加熱到1300～1500℃；球團(tuán)被還原和熔融，使珠鐵與渣分開(kāi)，珠鐵中不含雜質(zhì)。冶煉過(guò)程僅用10分鐘，即可生產(chǎn)出高純珠鐵供電爐使用。

ITmk3技術(shù)適用于多種類(lèi)型的鐵礦和煤種．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(chǎn)出直徑10～20mm的優(yōu)質(zhì)珠鐵，取消焦?fàn)t和燒結(jié)裝置，使投資成本降低。

三、建杰粘合劑

轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝包括固廢粉塵添加粘合劑壓團(tuán)、生團(tuán)塊干燥及干團(tuán)塊轉(zhuǎn)底爐內(nèi)還原、還原產(chǎn)品冷卻等環(huán)節(jié)。生產(chǎn)中塵泥團(tuán)塊在干燥后落下強(qiáng)度差，粉化率高。為了提高成球率和團(tuán)塊強(qiáng)度，減少粉化率，通常需要添加粘合劑。

將少量的建杰粘合劑與除塵灰等鋼廠(chǎng)固廢料混勻后，粘合劑遇水通過(guò)浸潤(rùn)、滲透和干燥固結(jié)作用，產(chǎn)生高粘結(jié)力使固廢顆粒緊緊粘結(jié)在一起，且粘合劑中含有抗氧化鈣成分，可以與含鋅除塵灰中含的氧化鈣結(jié)合，使成型的球團(tuán)能抵抗殘存的氧化鈣引起的龜裂、崩解、粉化現(xiàn)象。冷壓后球團(tuán)成型率高，并提供足夠的濕球、干球強(qiáng)度，使球團(tuán)能達(dá)到很高的抗沖擊、抗壓、耐磨強(qiáng)度，足以抵抗生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)、裝卸過(guò)程中的破碎。

3.1產(chǎn)品介紹：

建杰轉(zhuǎn)底爐含鋅除塵灰專(zhuān)用粘合劑是以有機(jī)物為主料，加入增粘劑、增強(qiáng)劑、改性劑等原料，通過(guò)一系列工藝生產(chǎn)而成的復(fù)合粘合劑，具有含有高粘結(jié)力成分、抗氧化鈣成分，具有加量少、粘結(jié)力強(qiáng)、成型率高、強(qiáng)度好等性能。

3.2應(yīng)用范圍：

適用于鋼廠(chǎng)含鋅除塵灰，如高爐干法除塵灰、燒結(jié)電場(chǎng)除塵灰等。

3.3產(chǎn)品特點(diǎn)：

(1) 專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)：專(zhuān)用于鋼廠(chǎng)含鋅除塵灰，具有高粘性，球團(tuán)成型率高，冷強(qiáng)度好，制備的球團(tuán)耐高溫，降低粉化率，能滿(mǎn)足轉(zhuǎn)底爐脫鋅的要求。

(2) 使用方便：將粘合劑與含鋅粉塵按比例混勻后，加水?dāng)噭蚝罄鋲撼尚图纯伞?/p>

(3) 降成本：添加量小，粘結(jié)力強(qiáng)，冷壓成型，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，降低生產(chǎn)成本。

(4) 使用效果好：每噸生產(chǎn)鋼廠(chǎng)含鋅除塵灰球團(tuán)25-50噸，成型率98%，0.5米下落5次不碎，干后冷強(qiáng)度400N以上，無(wú)龜裂、崩解、粉化現(xiàn)象，球團(tuán)返料率＜30%，粉化率＜25%。

參考文獻(xiàn)：

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Q&A問(wèn)答一：直接還原鐵技術(shù)是什么？

一、基本定義

直接還原鐵（DRI，也稱(chēng)海綿鐵）技術(shù)，是在低于鐵礦石熔化溫度（約800–1000℃）下，用氣體或固體還原劑，將氧化鐵直接還原成固態(tài)金屬鐵的煉鐵方法；產(chǎn)品保留多孔結(jié)構(gòu)，俗稱(chēng)海綿鐵。

與傳統(tǒng)“高爐煉鐵→轉(zhuǎn)爐煉鋼”長(zhǎng)流程不同：

傳統(tǒng)：礦石→生鐵（液態(tài)、高碳）→鋼

直接還原：礦石→固態(tài)金屬鐵（DRI）→電弧爐煉鋼

二、核心原理

在固態(tài)下，用H?或CO奪取鐵礦石（Fe?O?/Fe?O?）中的氧：

Fe?O?→Fe?O?→FeO→Fe（金屬鐵）

反應(yīng)溫度不熔化，鐵保持固態(tài)，形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，金屬化率≥90%。

三、關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)（對(duì)比高爐長(zhǎng)流程）

(1) 低碳減排：氣基DRI+電爐CO?排放比高爐-轉(zhuǎn)爐低50%–70%；氫基DRI可近零碳。

(2) 擺脫焦炭依賴(lài)：不用冶金焦，緩解煉焦煤短缺與焦化污染。

(3) 產(chǎn)品純凈：DRI低硫、低磷、低碳，適合優(yōu)質(zhì)鋼/特種鋼冶煉。

(4) 流程短、靈活：省去燒結(jié)、焦化、高爐，占地少、投資低、啟停靈活。

四、典型應(yīng)用場(chǎng)景

電爐煉鋼主料：DRI+廢鋼入電弧爐，生產(chǎn)普鋼/優(yōu)鋼/不銹鋼。

特種鋼原料：純凈DRI用于高端軸承鋼、電工鋼、軍工鋼。

固廢資源化：煤基轉(zhuǎn)底爐處理除塵灰、鋼渣、赤泥等，回收金屬鐵。

綠色鋼鐵核心路徑：“氫基DRI+零碳電爐”是碳中和下主流低碳方案。

建杰實(shí)業(yè)，面向全國(guó)鋼鐵冶金、煤焦化、制磷企業(yè)提供冷壓成型粘合劑定制服務(wù)。全國(guó)各省市的鋼鐵冶金、煤焦化、制磷企業(yè)，華北、華中、華東、西北、西南、東北等產(chǎn)業(yè)集中區(qū)域均為重點(diǎn)目標(biāo)市場(chǎng)。

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