EDR
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直接还原技术概况
直接还原炼铁工艺分为气基和煤基直接还原两大类，其 产品是固态海绵铁，主要供电炉炼钢用。
气基直接还原是用天然气经裂化产出的H2和CO作为还 原剂在竖炉、固定床罐式炉或流化床内将铁矿石中的氧化 铁还原成海绵铁。主要有Midrex法和HYL法。
煤基直接还原是用煤作还原剂在回转窑或转底炉内将矿 石中的氧化铁还原。
生产块矿矿山 Aguas Claras
Alegria Bailadila Bellary Hospet Brumadinho
Caue Cerro Bolivar
Conceica Corumba CVRD
El Pao Esperanza
Ferteco Feijao
表10 Midrex工厂曾使用的商品块矿石
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MIDREX工艺过程
16
MIDREX流程图
17
18
2 Midrex直接还原工艺的原燃料
2.1 Midrex用燃料与还原剂
Midrex属于气基直接还原流程，还原气使用天然气经催化 裂化制取，裂化剂采用炉顶煤气。炉顶煤气含CO与H2约70%。 经洗涤后，约60%～70%加压送入混合室与当量天然气混合 均匀。混合气首先进入一个换热器进行预热。换热器热源是 转化炉尾气。预热后的混合气送入转化炉中的镍质催化反应 管组，进行催化裂化反应，转化成还原气。还原气含 (CO+H2)95%左右，温度为850～900℃。
>2500
小于500N/个/wt%
<5.0
<2.0
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对于Midrex工艺直接还原来说，含铁原料的高温特性，如还原 速率、还原粉化性能、粘结趋势和高温还原强度等，对整个竖炉 生产的顺行以及技术经济指标都非常关键。表8列出了Midrex工 艺对球团矿和块矿高温冶金性能的要求。
表8 Midrex工艺对球团矿/块矿高温冶金性能的要求
67.79 12.84 93.22
6.69 12.13 93.06
7.57 12.01 93.00
7.07 12.47 92.55
7.02 12.34 93.50
海绵 铁成 分
/wt%
TFe MFe SiO2 Al2O3 CaO
MgO
92.46 86.12 1.71 0.91 0.65 0.28
93.83 87.47 1.16 0.88 0.40 0.25
11
Midrex工厂外景
12
MIDREX竖炉法
850-900 ℃
300-400 ℃
100 ℃
13
MIDREX工艺过程
该工艺以天然气为原料气，炉顶气作转化剂。 炉顶气经冷却净化后，取其60%～70%用压缩机送入混合 室与天然气按反应化学当量混合，再送入装有镍催化剂反应管 的重整转化炉。剩余的炉顶气用于重整转化炉的加热。 重整转化炉的转化温度控制在900～950℃。重整转化时不 另外加氧、空气或水蒸气，转化后的还原气温度为850～ 900℃，（H2+CO）含量约95%，直接进入竖炉。
6~16
10~35
10~35mm粒级/wt%
>70.0
>85.0
9~16mm粒级/wt%
>85.0
>95.0
小于5mm粒级/wt%
<5.0
<8.0
<3.0
<5.0
转鼓强度：
大于6.73mm/wt%
>92
>85
>95
>90
小于0.595mm/wt%
<6
<10
<4
<7
抗压强度：
平均值/(N/个)
>1500
氧化球团厂 ESSAR FMO LKAB Mandovi Oskol
Pena Colorada Portland
Quebec Cartier Samarco Sidor
Sydvaranger Wabush
国别 印度 委内瑞拉 瑞典 印度 俄罗斯 墨西哥 美国 加拿大 巴西 委内瑞拉 挪威 加拿大
26
国别
生产块矿矿山
巴西 巴西 印度 印度 巴西 巴西 委内瑞拉 巴西 巴西 巴西 委内瑞拉 巴西 巴西 巴西
Hamersley Jangada
Mount Newman Mutuca Norore
Pao Branco Paradeep(Banspani)
Pico Postmasburg
San Isidro Sarzedo Sishen Tamandua
国别 澳大利亚
巴西 澳大利亚
巴西 南非 巴西 印度 巴西 南非 委内瑞拉 巴西 南非 巴西
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表11 Midrex工厂使用不同配矿时的技术参数对比
项目
参数
巴西球团 瑞典球团 加拿大球团 配矿A 配矿B 配矿C
主要 生产 参数
ην/(t·d-1·m-3) 能耗/(GJ/t) 金属化率/wt%
7.79 12.55 93.14
0
0
0
0
24
目前，在Midrex工厂使用的球团矿和块矿范围较广泛。生 产实践表明，Midrex工厂可以在较宽的范围内灵活地选择矿 石，也即允许生产者按照自己的特殊要求选择氧化球团矿 和块矿的最佳组合。一般，Midrex工厂对铁矿进行常规试验， 根据生产参数和实际条件确定最佳用料混合比。
表9列出了已经在实际生产中使用的不同来源的多种球团矿。 表10列出了多种已在Midrex工厂中使用的天然块矿石。 表11是Midrex工厂使用不同配矿时的技术参数对比。
非高炉炼铁学
东北大学钢铁冶金研究所 魏国 2010.5
1. 直接还原技术概述
直接还原是将铁氧化物在不熔化、不造渣的条件下，进行 固态还原，生产金属铁产品，即直接还原铁（DRI）。由 于DRI的结构呈海绵状，故也称为“海绵铁”。
为了提高产品的抗氧化能力和体积密度，将DRI热态下挤 压成型，称为热压块（HBI）。
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MIDREX工艺过程
Midrex还原竖炉分上、下两部分。上部 为预热和还原带，断面为圆形。炉料经炉 顶料仓、下料管进入还原炉，炉料在还原 带停留约6小时。还原气从竖炉的中部周 边喷口进入，参加反应后从炉顶排出，炉 顶气经冷却和洗涤后（H2+CO）含量约为 70%，还原气的一次利用率约26%。 竖炉的下部为圆锥型的冷却带，还原后 的物料可用从底部气体分配器送入的冷却 气冷却到100℃以下排出炉外，获得DRI 产品；还原后的物料也可高温直接排出， 经压块后再冷却，获得HBI产品。冷却带 下部装有控制排料速度的装置。冷却气由 冷却带上部的集气管抽出炉外，经冷却和 净化后重复利用。
Cu
Ni
Cr
As
普通碳结钢
0.30
0.30
0.30
0.08
优质碳结钢
0.30
0.25
0.25
热加工钢
0.20
0.25
0.25
铅浴钢丝用钢
0.20
0.15
0.10
优质钢
0.30
0.30
0.30
高级优质钢
0.25
0.30
0.30
4
气基
流化床
直接还原的分类
竖炉 反应罐 流化床
直接还原
HYL-ZR HYL-III Midrex Armco Purofer
25
氧化球团厂 IOC
IMEXSA Carol Lake
CMP CVRD Delta Steel Fire Lake GIIC Hierro Peru ASCO NISCO Kudremukh
表9 Midrex工厂曾使用的氧化球团矿
国别 加拿大 墨西哥 加拿大
智利 巴西 尼日利亚 加拿大 巴林 秘鲁 伊朗 伊朗 印度
0.019
S
3.003
0.008
0.005
0.005
0.005
0.007
注：配矿A为50%Carol球团+50%Hilton球团；配矿B为60%Carol球团+20%Hilton球团+20%巴西块矿； 配矿C为40%Carol球团+30%巴西球团+30%巴西块矿；ην为还原段容积利用系数； MFe为全金属铁含量
项目
林德试验（760℃）结果： 金属化率/wt% 碎裂（小于3.36mm）/wt% 热负荷还原试验（815℃）结果： 转鼓强度（大于6.73mm）/wt% 抗压强度/（N/个）
接受值 球团矿 块矿
推荐值 球团矿 块矿
>91
Hale Waihona Puke >91>93
>93
<5
<10
<2
<5
>500
>90
>85
>1000
粘结趋势（10转后，+25mm）/wt%
高转炉冷料的使用量，有利于提高转炉作业率和产量，有 效提高转炉生产的热利用率。
2
美国标准中规定的残余元素值（%)
产品用途
Cu
Ni
Cr Mo
Sn
总量
拉制铁罐板
0.06 0.04 0.04 0.02 0.02
0.12
深冲薄板
0.06 0.10 0.07 0.02 0.10
0.14
普通薄板
0.10 0.10 0.07 0.03 0.015 0.16
直接还原的优点是流程短，没有焦炉，污染较少；缺点 是对原料要求严，要用高品位的铁矿。气基必须要有廉价 丰富的天然气，回转窑要用灰熔点高、反应性好的煤。
6
气基直接还原法的分类
7
2. 典型的直接还原工艺
8