直接還原鐵

直接還原鐵(DRI-Direct Reduced Iron)是精鐵粉或氧化鐵在爐內經低溫還原形成的低碳多孔狀物質，其化學成分穩定，雜質含量少，主要用作電爐煉鋼的原料，也可作為轉爐煉鋼的冷卻劑，如果經二次還原還可供粉末冶金用。

基本介紹

• 中文名：直接還原鐵
• 外文名：DRI-Direct Reduced Iron
• 簡介：經低溫還原形成的低碳多孔狀物質
• 詞性：名詞
• 用作：電爐煉鋼
• 特點：化學成分穩定，雜質含量少

具體分析

鋼材中非金屬材料和有色金屬使用比例增加，致使廢鋼質量不斷下降。廢鋼作為電爐鋼原料，由於其來源不同，化學成分波動很大，而且很難掌握、控制，這給電爐煉鋼作業帶來了極大的困難。如果用一定比例的直接還原鐵(30～50%)作為稀釋劑與廢鋼搭配不僅可增加鋼材的均勻性，還可以改善和提高鋼的物理性質，從而達到生產優質鋼的目的。因此，直接還原鐵不僅僅是優質廢鋼的替代物，還是生產優質鋼材必不可少的高級原料.近年來由於鋼鐵產品朝小型輕量化、功能高級化、複合化方向發展，故鋼材中非金屬材料和有色金屬使用比例增加，致使廢鋼質量不斷下降。

根據國外報導，高功率電爐冶煉時，爐料搭配30—50%直接還原鐵，生產率提高10-25%，作業率提高25-30%。1996年2月26日我們在鹿泉市軋鋼廠三噸電爐上試驗表明，在爐料中搭配30—50%直接還原鐵，每噸爐料平均節約電能27%，節約煉鋼時間28%，耗氧量降低22%，鋼材物理性能明顯提高。就此，在電爐鋼爐料中搭配一定量直接還原鐵不僅可以提高電爐的生產能力，而且還能降低電耗和生產成本。

基本特點

1、化學成分穩定，有效稀釋鋼中殘餘和夾雜金屬元素含量，改善鋼的質量；

2、P、S有害元素含量低，可縮短精煉時間；

3、減少裝料次數、減少停電作業和熱損失，熔化速度快、電耗低、可提高效率、降低成本；

4、熔化期中，供電作業穩定，允許大功率供電、口音低、煙塵少、工作環境好；

5、使用成本低廉，經濟效益高。

生產工藝

在工業上套用較多的有鐵磷還原法，鐵精礦粉還原法等，即將軋鋼氧化鐵磷或精礦粉經還原鐵壓塊機壓製成塊後，裝入焙燒管進窯焙燒，生產出了優質還原鐵。

直接還原鐵經粗破（將直接還原鐵錠破成塊狀）中破（將塊狀直接還原鐵破碎成0～15mm的顆粒狀）後，再經過磁選，去除SiO2、、CaS和游離碳等雜質。用戶可再次使用還原鐵壓塊機壓制直接還原鐵顆粒，使直接還原鐵顆粒成型並達到一定的堆比重g/cm3要求。直接還原鐵破碎顆粒直接影響壓塊物理特性（壓縮性、成型性、堆比重g/cm3）對特鋼生產起到至關重要的作用。

1. 鐵磷還原法：軋鋼氧化鐵磷是鋼材在加熱爐中加熱後在軋制過程中，其表面氧化層自行脫落而產生的。還原海綿鐵可採用熱軋沸騰鋼氧化鐵磷作原料，因為沸騰鋼氧化鐵磷中的TFe、C、S、P化學成分含量，能滿足還原海綿鐵生產的技術要求，在還原海綿鐵中最好不要以高碳鋼或合金鋼氧化鐵磷為原料。

2. 鐵精礦粉還原法：磁鐵礦的主要成分是Fe3O4經採用濕式球磨、濕式磁選、聯合選礦工藝後產出的普通精礦粉，是生產還原海綿鐵的優選原料。

3. 隧道窯工藝即固態碳還原工藝。碳是通過與耐火罐中的氧在高溫下形成一氧化碳以氣相還原的，見下式：

C+O2→CO2 CO2+C→2CO

Fe3O4+CO→3FeO+CO2 FeO+CO→Fe+CO2

為了脫除固態還原劑中的硫配入石灰石粉通過爐中的化學反應吸收還原劑中揮發的H2S以免滲入海綿鐵中，見下列反應式：

CaCO3→CaO+CO2 CaO+H2S+C→CaS+H2+CO

氧化鐵在隧道窯中加熱被固體碳還原的過程是比較複雜的過程。爐料以預熱到還原、冷卻將產生一系列物理化學變化，隧道結構和性能是影響海綿鐵產量、質量的重要因素。但控制和調節有關工藝參數使爐內整個系統達到平衡，從而達到還原目的。又是決定產品產量、質量的關鍵。

工藝流程

直接還原鐵的生產工藝流程可分為如下五個工序：

一.原料準備及其烘乾破碎工序：

將脫硫劑、還原劑兩種物料裝入定量料斗，定量料斗按兩種物料的重量比，通過輸送機將物料送到烘乾室內對兩物料進行烘乾、混合。烘乾後的物料含水量小於3%，烘乾後的物料，通過輸送機送到還原劑破碎機內進行粉碎，粉碎粒度為1.5mm以下。破碎後的物料，經輸送機提升到高位料倉，然後再由輸送機送到儲存料倉。精礦粉由輸送機直接送入烘乾機組進行烘乾，烘乾後含水量小於3%，烘乾後的精礦粉由輸送機送入高位料倉，然後再由輸送機送至儲存料倉。

二.自動裝料工序：

本工藝根據需要可生產桶狀、柱狀或瓦片狀直接還原鐵。裝料系統由料倉、定量管和裝料頭三部分組成，精礦粉和還原劑，經過儲存料倉，將料卸到布料倉內，再由裝料頭裝入每個還原坩堝，實現向坩堝布料。

三.還原焙燒工序：

此工序在快速還原爐內完成。適宜穩定的爐溫和還原時間是決定直接還原鐵質量的關鍵，此工序包括預熱、還原、冷卻三個階段。首先，載車經過傳動機構，將載車送入快速還原爐內的預熱段，在此間，物料中的水分完全蒸發，脫硫劑分解，溫度升至還原溫度，進入高溫還原段，在此間，氧化鐵被充分還原，形成單質鐵，然後進入冷卻段進行冷卻，冷卻到200℃以下後出爐。

四.自動卸料工序：

物料出爐後在常溫中降到100℃～50℃後進入卸料系統進行卸料。粉灰通過風力吸走，直接還原鐵通過抓鉗，從坩堝中取走，實現自動卸料。

五.產品處理工序：

由該工序完成直接還原鐵磁選、破碎及鈍化處理----壓塊。卸完料的載車進入裝料系統裝料。直接還原鐵經過卸料裝置進入中間料倉。中間料倉的直接還原鐵經過輸送機輸送至直接還原鐵破碎機進行破碎，破碎後的直接還原鐵經乾磁選機進行磁選，磁選後的直接還原鐵粉由輸送機輸送到HDYJ還原鐵壓塊機組進行壓塊成形，通過傳動機構入庫。

冷壓塊的實現有效地改善了直接還原鐵的抗氧化性能。降低了直接還原鐵的吸水性，縮小了體積，有利於直接還原鐵的長期存儲和長途運輸，同時使用時也提高了鋼水的收得率，因此倍受煉鋼企業的歡迎，在市場競爭中具有很強的生命力和競爭力。

市場前景

冶金工業調整要求最佳化鋼材結構，由注重規模與產量轉變為注重質量和效益，要提高鋼的質量，如果原料仍以廢鋼為主，將是很困難的。這是因為廢鋼中有害雜質Sn、As、Cu等幾乎100%殘留鋼中。單純使用廢鋼提高煉鋼質量將是非常困難的，而使用部分海綿鐵（直接還原鐵）就避免了這些問題，所以對冶煉優質鋼和特種鋼，如石油套管、汽車用鋼、核電站用鋼、軍用鋼等配用海綿鐵（直接還原鐵）是非常重要的，也可以說生產特種鋼和優質鋼就必須配用海綿鐵（直接還原鐵）。

另外由於市場需求的發展，廢鋼需求量越來越大，廢鋼，特別是含雜質較低的優質廢鋼缺口將日趨增大，相應廢鋼價格日趨提高，促使直接還原鐵（海綿鐵）生產得到很大發展，海綿鐵（直接還原鐵），特別是海綿鐵（直接還原鐵）壓塊，市場前景將越來越好。

套用

在氧氣轉爐中的套用

當熱的鐵水在氧氣轉爐中煉鋼時，鐵水中發熱元素(Si、C等)的氧化熱量，往往超過加熱鋼水至適宜出鋼溫度的需要，這就需要加入一定數量的冷卻劑，以維持正常的鋼水溫度。冷卻劑加入量根據鐵水成分、溫度及冷卻劑種類可占鋼水質量的7%～32%。

直接還原鐵作為冷卻劑使用，其冷卻效果為返回廢鋼的1．2～2．0倍，而約為鐵礦石的1/3，因為FeO+C=Fe+CO吸熱反應增加了冷卻效果。直接還原鐵的冷卻效果因金屬化率降低而增大，直接還原鐵中脈石含量也會稍許減弱其冷卻效果。

因為氧氣轉爐的爐渣鹼度為3．5，直接還原鐵用於冷卻劑時，其含量要求低於3%。

在冷卻用合格廢鋼短缺，生產特低硫、低氧、低錳的特殊鋼時，在自動調節冷卻劑的系統中，以及在盛鋼桶中作為後吹期冷卻劑時，用直接還原壓塊作為冷卻劑則更為適宜。

在煉鐵高爐中，曾大量試驗過用直接還原鐵；在小高爐試驗中，曾從風口噴入直接還原鐵粉，發現效果不佳，而且沒備複雜。在高爐爐料中配加直接還原鐵，以增加高爐爐料的金屬化程度，則焦比有所降低，從而使產量增加，有明顯效果。

試驗結果表明，各種爐料的金屬化率，影響的規律相同，但其效果略有差異。其實這是由於使用的焦炭含碳量不同造成的，如按節省碳量衡量，各個試驗的結果是十分接近的。

直接還原鐵能使高爐焦比降低的主要原因，是減少了高爐中對鐵礦石氧化鐵還原的負擔，但是高爐中占50%左右的問接還原耗能很少，只有減少在高爐下部進行的而且耗能又很高的碳“直接還原”才有實際意義。而直接還原鐵中已被還原的那一部分工作量，只能按高爐“直接還原”度有比例地減輕高爐中有重大影響的“直接還原”。因而從理論上分析，高爐使用金屬化爐料的總能耗，並不可能降低很多，再加上直接還原所消耗的能量，其成本並不比焦炭便宜很多，因此實際上高爐使用直接還原鐵的經濟效益並不好，因此沒有得到廣泛套用。

在煉鐵電爐中，鐵礦石的還原反應基本上都是用碳的“直接還原”方式，因此直接還原鐵中已完成的還原工作，能全部用於代替煉鐵電爐中的還原工作量，因而能取得比高爐更好的效果。

在鑄造中的套用

在生鐵鑄造中，可以配加一定的直接還原鐵代替生鐵，但配加量受限於鑄造鐵中Si和C的含量，因為直接還原鐵加入量提高將沖淡鑄造鐵中Si和C的成分。用於鑄鐵的直接還原鐵要求具有儘可能高的金屬化率，因為在化鐵爐中，FeO的補充還原，會嚴重消耗能量(焦炭)。化鐵爐對直接還原鐵中的脈石含量要求不嚴，因為酸性脈石僅使渣量有所增加，並對焦比和產量有一定的影響。