煤基竖炉DRI工艺节能的理论根据

DRI流程短炼铁是钢铁冶金上游工序。考察钢铁生产流程，流程最短、能耗最低路线是从铁矿石直接炼钢的虚线idealRoute。但这一路线很难实现，因为还原与升温同时进行，高温下金属铁融化后，还原剂中的碳即渗入铁中，铁水含碳量大于钢的标准。为了得到含碳量较低的钢，不得不增加炼钢工序，将铁水中的碳再氧化脱去。现代钢铁生产的高炉-转炉炼钢流程就是这样，称作二步法炼钢。高炉炼铁碳耗和CO2排放显然高于DRI。

直接还原度和碳素消耗关系曲线表明，煤基竖炉DRI工艺碳耗最低炼铁机理是高温下还原氧化铁为金属铁，反应中既消耗化学能（还原剂），也消耗热能（燃料）。理论研究中，把FemOn+nC=mFe+nCO称为直接还原反应，FemOn+nCO=mFe+nCO2称为间接还原反应。直接还原吸热，耗热多但消耗还原剂少；间接还原放热，耗热少但消耗还原剂多。将直接还原的铁量与全部铁量之比定义为直接还原度rd，作为横坐标，碳耗作为纵坐标，EC为直接还原耗碳曲线，AF为间接还原耗碳曲线，MK为发热剂耗碳曲线，实际碳耗曲线是AOK,最低点是rd25%左右。高炉炼铁实质上就是煤基法竖炉炼铁，如图3所示，温度低于800OC的最上部区域几乎全是间接还原，中部800OC～1100OC为间接还原与直接还原并存区，高于1100OC的下部区域几乎全为直接还原，rd45%左右。高炉技术人员也希望通过减少直接还原度rd进一步降低碳耗，但由于焦炭只有在高温下才有较好还原性，而且焦炭在高炉中不仅作为还原剂和发热剂，还起着炉料骨架等作用，在这传统工艺、装备框架内，继续降低rd比较困难。

DRI之所以称为直接还原铁，主要是因为氧化铁在固态直接转化为金属铁，并非直接还原反应炼铁。煤基法竖炉DRI相当于高炉800OC～1100OC区域，间接还原反应与直接还原反应并存，以间接还原为主，rd比高炉炼铁小,比rd=0的气基竖炉大，更接近碳耗最低点，能耗理应低于高炉炼铁。