煤基竖炉直接还原技术的探索和实践

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。

　　直接还原铁的生产方法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为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、大力提倡环保节能减排的今天，新的更先进的直接还原工艺及设备亟待开发应用。

　　煤基竖炉直接还原（COSRED，科思瑞迪）技术是一项符合我国能源结构特点的可大型化生产高品质海绵铁的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，以及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。

　　煤基竖炉直接还原工艺流程

　　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，汇集了冶金、工业炉、机电技术等各专业技术人才，具有数十年研发、工程及生产经验，是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。自2006年至今，该公司已经成功地在国内外设计安装了5代炉型5条生产线。

　　煤基竖炉直接还原技术（工艺流程见附图）主要设备是以各种煤气（如天然气、焦炉煤气、混合煤气、发生炉煤气等）为燃料，筛分过的块矿或铁精粉等含铁氧化物经冷固结制成球团，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小时~20小时，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，又可以与粉末冶金工艺配套。用于短流程炼钢工艺时，DRI可以轧制压成块状或饼状，同时，如果采取保温措施，就可以实现海绵铁热装入炼钢炉，实现低能耗生产。

　　技术指标与技术特点

　　该技术的技术经济指标见表1。

　　该技术的特点如下：

　　一是原燃料适应范围广。原料可以采用普通铁精矿、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的粒度均可以直接使用。还原剂使用无烟煤、烟煤、褐煤、木炭、兰炭、焦炭、石油焦等。燃料可用煤制气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、天然气、液化气、页岩气等。

　　二是还原气氛好，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。

　　三是金属化率高，产品金属化率水平在90%~98%。

　　四是产品质量稳定，产品质量均匀性好，波动小，质量有保证。

　　五是运营成本低，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。

　　六是短流程炼钢，环境友好，CO2、粉尘及SO2等排放均大幅降低，温室气体排放量较传统流程低50%以上。

　　七是安全性高，操作方便，自动化程度高，操作人员少，劳动强度低。

　　八是可实现规模化生产，通过模块化设计可满足常规规模组合。

　　九是生产运行稳定，作业率高。

　　十是投资较低，工艺、设备集成成熟度高，降低了投资成本。

　　产品质量与用途

　　经过工业实践，对于不同的原料，其产品质量情况见表2。

　　采用煤基竖炉直接还原技术处理不同原料得到的不同的产品，可以在不同领域得到较好的应用：在炼钢领域，用作电炉炼钢所用原料、转炉用冷却剂；在新材料领域，作为工业（高）纯铁、钒钛制品、非晶态材料等功能材料的基料，以及铁焦（高炉焦炭的替代品）；在粉末冶金领域，作为制造还原铁粉、雾化钢粉、羰基铁粉等所用原料；在其他领域，用于含锌粉尘的循环利用，作为铁合金生产所用基料、熔融炉所用原料。

　　综上所述，我国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之一；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。从长远来看，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。该技术具有规模大、成本低、工艺成熟、稳定可靠的优势。该技术适用于难在高炉大比例使用的一些复合矿的冶炼，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。