煤基竖炉直接还原技术

武汉科思瑞迪科技有限公司（以下简称“科思瑞迪”）坐落于武汉市东湖新技术开发区，是以武汉桂坤科技有限公司为主体，整合相关社会资源，汇集了冶金、工业炉、机电技术等各专业技术人才，集数十年研发、工程及生产经验，组建的一家专业从事煤基竖炉直接还原技术的开发、推广及应用的科技公司。该公司的技术及成套核心设施已经在中国、越南、缅甸等国的工程项目中得到了应用，取得了良好的社会及经济效益。

煤基竖炉直接还原技术

李森蓉 李建涛

（武汉科思瑞迪科技有限公司）

摘要：本文对煤基竖炉直接还原技术从工艺流程、技术指标、技术特点等方面进行了较为详实的介绍和分析；该技术生产海绵铁的质量有保证，市场发展前景可期，市场竞争力强。

关键词：煤基竖炉 直接还原铁 技术特点 产品质量

直接还原是指铁矿石或含铁氧化物在低于熔化温度下还原成金属产品的炼铁过程；其所得的产品称为直接还原铁，简称DRI（Direct Reduction Iron），也称海绵铁。优质DRI由于其成分稳定，有害元素含量低，粒度均匀,不仅可以补充废钢资源的不足，而且还可以作为电炉炼钢的原料以及转炉炼钢的冷却剂，对保证钢材的质量特别是合金钢的质量，起着不

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可替代的作用，是冶炼特钢的优质原料；同时，高品位DRI还可以供粉末冶金行业使用。 直接还原铁生产方法中，主要分为气基法和煤基法。由于我国天然气资源缺乏，但是煤

【2】

炭资源丰富，煤基直接还原技术成为我国直接还原铁生产的重要工艺方法。煤基直接还原是指直接以廉价的非焦煤作还原剂生产直接还原铁的方法。

在我国煤基直接还原技术主要是回转窑法和隧道窑法，近几年也相继建设了多座转底炉装置，同时也建设了一些煤基连续式竖炉装置。在直接还原技术日益发展、大力提倡环保

【4,5】

节能减排的今天，一些新的更先进的直接还原工艺及设备被迫切需要。 煤基竖炉直接还原技术是一项符合中国能源结构特点的可大型化生产高品质海绵铁的

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直接还原铁生产技术，可广泛用于处理高品位铁精粉制取高纯度还原铁粉用于粉末冶金领域，也可用于处理普通品位的铁精粉制取炼钢用海绵铁，处理复合铁矿生产普通铁水及提取钒、钛、硼等高附加值资源。

【3】

1 发展历程

自2006年至今，已经成功的在中国大陆和国外设计安装了5代炉型五条生产线： 1）一条1000吨/年中试生产线；

2）一条5万吨/年和两条10万吨/年生产线：

图1 5万吨/年产品线 图2 10万吨/年产品线1 图3 10万吨/年产品线2

4）一条1万吨/年生产线：

图4 1万吨/年产品线

2 工艺流程

煤基竖炉直接还原技术（图5）主要设备是以各种煤气（如天燃气、焦炉煤气、混合煤气、发生炉煤气等）为燃料，以经过筛分的块矿或铁精粉等含铁氧化物冷固结制成球团与固体还原剂（无烟煤等）混合成炉料，由炉顶布料系统连续加入炉内煤基立式反应器，燃料通过专用燃烧器在炉内燃烧加热，高温烟气回收用于原燃料的干燥、预热，炉料在封闭的立式反应器中进行“预热→还原”，在反应器内还原区反应15~20h左右，经过输料机对冷却后的混合料进行筛分，废还原剂通过负压输送装置收集到废还原剂收集斗中，还原后的产品DRI球团根据原料不同、用途不同可进行不同的处理，既能够与短流程炼钢工艺配套，也可以与粉末冶金工艺配套。用于短流程炼钢工艺时DRI可以轧制成压块或饼状，同时如果采取保温措施，还可以实现海绵铁热装入炼钢炉，实现低能耗生产。

图 5 煤基竖炉直接还原工艺流程

3 系统组成

3.1 原料系统

含铁原料、粘接剂、还原剂、脱硫剂按类别分别在原料堆场储存、自然晾干，按工艺对粒度的要求进行不同程度的预处理。

3.2 成球系统

采用冷固结成球技术将粉状铁料与粘接剂进行充分混匀后，按照粒度的不同采用不同的成球技术成球后，进入烘干设施烘干后送至配料仓配料。

3.3 配料系统

还原剂、脱硫剂、循环用残煤按一定比例混匀后进入配料仓与块矿或干球按工艺要求进行配料混合后由输送机送至还原竖炉炉顶布料仓。

3.4 竖炉炉体系统

炉料由炉顶布料设施加入炉内后，由上至下经过“预热、还原、冷却”三个阶段后，排出炉外。单座煤基竖炉平面呈矩形布置，高度方向从上至下依次布置布料设备、炉体、冷却设备、排料设备等（图6）。

图6 还原竖炉主要结构示例

表1 还原炉主要设计参数（10万吨/年）

名 称 还原炉外型尺寸 还原炉加热有效尺寸 反应罐材质 参 数 及 说 明 35m×13m×35m 20m×6m×20m 高温金属陶瓷制品

反应罐组数 竖炉主要技术特点如下：

40～60组 1) 采用了竖炉顶进底出的物料运行方式，但又不同于竖炉的加热和冷却方式； 2) 采用了隧道窑隔焰加热的通道方式，但又不同于隧道窑的周期性生产方式，实现了

煤基隔焰连续高效直接还原； 3) 在立式还原炉内，炉料预热、还原、冷却为一体； 4) 一炉多孔，热效率高，且能实现一炉多品种生产；

5) 通过无级调速下料机构调整排料速度，控制还原时间，调整产品（DRI）质量。

3.5 成品处理系统

竖炉下部排料至输送机，输送机末端采取磁选技术分离残煤和海绵铁，分离后的热态海绵铁热装进入料罐，车载运至电炉炼钢车间，也可以压块储存。

3.6 公辅设施

根据不同的工程具备的条件不同，主要包括：煤气设施、热力设施、供排水设施、供配电设施、通风除尘设施、电信设施、总图运输等生产辅助设施以及车间行政设施等。

4 技术指标

表2 技术经济指标

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 名 称 年作业率 工厂规模 矿石 粘接剂 煤 石灰石 燃气 还原温度 单 位 d tDRI/a t/tDRI kg/tDRI kg/tDRI kg/tDRI GJ/tDRI ℃ 典型指标 330 100,000~600,000 1.35~1.40 20 450 60 5.0 1050～1200℃

9 10 11 12 金属化率 电 氮气 新水 % kwh/tDRI Nm3/tDRI t/tDRI 90~98 60 80 0.2 5 技术特点

1) 原燃料适应范围广：

 原料：普通铁精矿；复合铁矿（诸如钒钛磁铁矿、硼铁矿等）；含铁粉尘；铁合金

矿石等；粒度的使用范围也较宽，小于0.15mm，5~10mm，10~25mm均可以直接使用。  还原剂：无烟煤、烟煤、褐煤；木炭、兰炭；焦炭、石油焦等。

 燃料：煤制气；焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气；天然气、液化气、页岩气等。 2) 还原气氛好：

采用特殊结构的炉型，将还原室与燃烧室完全隔离开来，使得还原室气氛可控有保证。 3) 金属化率高：

产品金属化率水平在90~98%。 4) 产品质量稳定：

产品质量均匀性好，波动小，质量有保障。 5) 运营成本低：

工艺煤气直接回收使用，尾气余热充分利用后再外排；废还原剂有10%～40%再利用，节约能耗。 6) 环境友好：

温室气体排放较传统工艺低20%以上、粉尘含量低。 7) 安全性高：

开停炉操作方便，自动化程度高，人工使用少。 8) 可实现规模化：

通过模块化设计可满足常规规模组合。 9) 投资低：

工艺、设备集成成熟度高，降低了投资成本。

6 产品质量

经过工业实践，对不同的原料其产品达到如下质量：

表3 产品质量表

项 目 超级铁精粉，TFe：71.4 % 铁精粉，TFe：68.6% 块矿，TFe：65% 钒钛磁铁精矿，TFe：61% TFe（%） MFe（%） 金属化率（%） C（%） S（%） 97.69 93.52 90.68 84.06 96.14 88.38 84.61 78.95 98.41 94.5 93.30 93.92 0.180 0.110 0.310 0.34 0.005 0.014 0.021 0.066 7 产品用途

采用煤基竖炉直接还原技术处理不同的原料得到的不同的产品可以在不同领域得到较好的应用： 1) 炼钢领域

电炉炼钢所用原料、转炉用冷却剂； 2) 新材料领域

工业（高）纯铁、钒钛制品、非晶态材料等功能材料的基料；铁焦（高炉焦炭的替代品）； 3) 粉末冶金领域

制造还原铁粉、雾化钢粉、羰基铁粉等所用原料； 4) 其它领域

含锌粉尘的循环利用、铁合金生产所用基料、熔融炉所用原料。

8 结论

1) 我国是个天然气匮乏，但煤炭储量丰富，因此煤基直接还原技术是主流工艺； 2) 煤基竖炉技术具有原燃料适应性强、还原气氛好，产品金属化率高等优点，是有竞

争力的直接还原炼铁技术之一； 3) 长远看，钢铁产品升级势必需要优质的原料以冶炼优质钢种，市场对高品质、稳定

DRI具有使用需求，且需求量大，本技术具有规模、成本、工艺成熟、稳定可靠的优势； 4) 本技术适用于难于用于高炉大比例使用的一些复合矿冶炼，如钒钛磁铁矿、硼铁矿、

红土矿等资源的综合利用，有较好的应用前景。

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