固体碳竖式还原法的物料平衡
原料输入量
还原剂输入量
铁矿石1460kg(68.5%Fe、98.0%Fe2O3、 煤227kg（90%C、10%灰份） 29.5%O、2.0%脉石）
脉石30kg、铁1000kg、氧430kg
灰份23kg、碳204kg、氧0kg
直接还原过程中有408kg氧的转移
固体输出量
输出量
长流程 100% 100% 100% 100%
短流程 约50% 约50% 约70% 约63% 易实现
好
灵活
短
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产方法及流程（续） ➢ DR—EAF短流程与SR—BOF长流程的比较：
冶金反应过程合理 流程更短 质量好控制
本质意义：
SR—BOF：非焦煤炼铁 DR—EAF：短流程
→ 2.3亿吨（2003）→ 2.6亿吨（2004） → 约5.0亿吨（2007）
二、短流程炼钢发展背景
1.长流程自身的原因：流程长、投资大、 成本高、环境污染重。
2.合理利用资源：废钢、复杂矿。 3.能源：炼焦煤减少。 4.钢的品种和质量。 5.市场应变能力。
三、发展短流程炼钢的条件
1.原料 废钢（scrap)： 直接还原铁（DRI/HBI） 铁水（HM）
发展直接还原技术是实现钢铁清洁化生产的需要
◇长流程：炼焦、烧结----高炉炼铁----转炉炼钢 优点：技术成熟、效率高、产量大、生产成本低等。 缺点：炼焦、烧结、炼铁、炼钢等工序污染严重，对环境的污染占钢铁流 程的70％以上，且焦炉在装煤、出焦时的煤气泄漏十分严重；而烧结过程排 放大量的粉尘及污染物质也难以解决。 ◇短流程：直接还原铁、废钢----电炉炼钢 优点：高温工序少、投资低、能耗低、运输量少、劳动生产率高、建设周 期短和有利于环境保护等。 缺点：废钢含杂质元素多，如果炉料中DRI比例较低，将影响电炉钢产品 的质量。
进口矿石 粗钢产量 钢材产量 行业利润
出口 进 口
产量 增长 产量 增长 产量 增长 利润 增长 产量 增长 产量 增长 万t % 万t % 万t % 亿元 % 万t % 万t %
62778 41.6 56784 13.50 69244 18.5 1433 -40.8 2460 690 (主)
-58.5 1763 14.3
60000
钢
生铁
50000
40000
30000
20000
10000
0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2000年：1.28亿吨 2004年：2.03亿吨 2007年：4.89亿吨
2000~2007年我国钢和生铁产量（单位：万吨）
2008年我国与世界粗钢产量
钢铁生产过程中氧位的变化
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产 方法及流 程（续）
➢ 2020年钢 铁冶金流 程预测
什么是短流程（续）
3. 目前钢铁生产概况及主要产钢国家 ➢ 生产概况
Fig 10. World Crude Steel Production Development by Process Route
电炉
550kW•h（电） 25 KW•h辅助设备用电 25m3氧气
钢水1t 图5. 回转窑直接还原—电炉流程示意图
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产方法及流程（续） ➢ 五种流程（续）
添加碳8kg 电极4kg
废钢、铁合金
1.063t
电炉
¯¯¯¯¯¯
550kW•h（电）
25 KW•h电(助熔) 25m3氧气
提纲
➢第一部分 钢铁生产及短流程炼钢概论 ➢第二部分 直接还原理论与工艺 ➢第三部分 熔融还原理论与工艺
第一部分 钢铁生产及短流程 炼钢概论
一、什么是短流程
1.世界钢铁工业发展概况 ➢ 起步阶段
时 间：1865年前后 工 艺：空气侧吹转炉炼钢法（1865年
英国贝赛麦） 代表国家：英国 中 国：公元前2世纪采用类似侧吹转炉
什么是短流程（续）
1.世界钢铁工业发展概况（续） ➢ 第三次革命（续）
时 间：20世纪80年代—21世纪××年代 工艺流程：废钢/DRI→电炉→连铸→连轧 代表国家：美国：36.8%(1990)、46.4%
（1997）、50%（2000） 欧洲：42.3%（1997）、
59%(2010)
什么是短流程（续）
直接还原与熔融还原
本课程安排
➢课堂讲授 ➢每人选择一个与本课程相关的课
题课后查资料，制作PPT并进行 课堂讨论 ➢完成相关课堂讨论课题的小论文
➢中国钢铁工业发展及其现状
我国钢铁工业发展状况
经历两次高速增长期 第一次：20世纪60~70年代，年均增长速度约1900万吨 第二次：20世纪末至今，年均增长速度达5873万吨
炼钢法—李约瑟
什么是短流程（续）
1.世界钢铁工业发展概况（续） ➢ 第一次革命
时 间：19世纪末、20世纪50年代 工艺流程：焦炉→烧结机→高炉→平炉
→铸锭→初轧开坯→ 成品轧机 代表国家：德国（最早）、美国和前苏 联（稍后）
什么是短流程（续）
1.世界钢铁工业发展概况（续） ➢ 第二次革命
时 间：20世纪50年代至70年代
钢铁工业存在的突出问题
● 能耗高 占全国能耗总量的16%左右 ● 污染严重 产生大量颗粒物, SOx、NOx、CO2和废水等
钢铁行业“三废”排放情况 废水量：~8 % SO2 ：~7 % 烟尘量：~8 % 固废量：13~15 %
我国能源结构以及能源在世界上的分布
国内建厂：山东鲁中、北京密云、新疆富蕴（共两期） 其中新疆富蕴公司建成两条年产15万t海绵铁的直接还原铁厂， 第一条生产线已于2007年10月份投产运营，第二条生产线也 将于2008年底正式投产。
原料 球团/块矿
粉矿 粉矿 球团/块矿 粉矿 粉矿 球团/块矿 粉矿 粉矿 球团/块矿 球团/块矿
还原剂 煤气 碳 煤气 碳 碳 煤气 煤气 煤气 碳 煤气 碳
还原设备 竖炉 流化床 流化床 回转窑 转底炉 流化床 竖炉 流化床 转底炉 竖炉 回转窑
按炉型分： •竖炉 •回转窑 •转底炉 •流化床等
直接还原生产及技术现状(续)
1.国外现状(续) ➢ 技术现状(续)
按含铁料粒度分： •块矿/球团 •粉矿
表1 不同直接还原工艺的主要特点比较
工艺 Arex Circofer Circred Day DRC Fastmet Finmet HYL Ⅲ 炭化铁 Inmetco MIDREX SL/RN
什么是短流程（）
3. 目前钢铁生产概况及主要产钢国家 ➢ 生产概况(续)
美 国：1.37亿吨(1973)→8000万吨(目前) 日 本：1.193亿吨(1973) → 1亿吨以下(目前) 俄罗斯：1.6亿吨(1988) → 1亿吨以下(目前) 欧共体：2亿吨(80年代) → 1.6亿吨以下(目前) 中 国：~5000万吨(80年代初) → 1.14亿吨(1997)
电炉
550kW•h（电） 25m3氧气
钢水1t 图4. 竖炉直接还原—电炉流程示意图
什么是短流程（续）
2. 钢铁生产方法及流程（续）
➢ 五种流程（续）
氧化球团
1.266t
直接还原回转窑
直接还原铁
527kg煤 66 KW•h（电）
0.879t
0.806t Fe(91.7%Fe)
废钢、铁合金0.269t 添加碳1kg 电极4kg
废钢资源优势
（1）、废钢铁是再生资源，可无限循环利用。 从钢材→制品→使用→报废→回炉炼钢，每830年一个轮回，无限循环使用
（2）、废钢铁是一种载能资源，用废钢铁炼钢 可以大量节约能源。废钢直接炼钢比矿石炼铁 后再炼钢可节能60%，节水40% （3）废钢铁是一种环保资源，废钢直接炼钢比 铁矿石炼铁炼钢可减少排放废气86%，废水76% 和废渣97%，有利于清洁生产和排废减量
●奥地利发明了纯氧顶吹转炉炼钢法 平炉：8~10小时—炉钢 氧气转炉：40分钟—炉钢
●与此同时，前苏联、瑞士发明了连续铸钢法
工艺流程：大烧结机→大焦炉→大转炉 →大连铸机→连轧机
代表国家：日本、西德
什么是短流程（续）
1.世界钢铁工业发展概况（续） ➢ 第二次革命（续）
代表国家：日本、西德 1973年日本钢超1亿吨，基本采用新流程 未及时抓住这一革命时机的国家为美国、 前苏联、中国 中国只有宝钢具有第二次革命全流程。
Midrex HYLSA
SN/RL
煤气
区域2
Circored Fior
FINMET 炭化铁
粉矿
Fastmelt Comet Inmetco Circofer
液态
COREX
Itmk3
区域4
煤
区域3
图11 按还原剂和铁矿石种类分直接还原工艺
直接还原生产及技术现状(续)
1.国外现状(续) ➢ 技术现状(续)
1052kg DRI（95%Fe、88%Fe0、7%Fe++、238kgCO、374kgCO2、23kg
9%FeO、2%O、3%脉石）
脉石
脉石30kg、铁1000kg、氧22kg
灰份23kg、碳204kg、氧 408kg
目前吨钢综合能耗为0.6～0.8t标煤，是理论需要量的2.6 ～ 3.5倍
固定碳竖式还原法的热平衡
2.电力（400~500Kw.h/t-钢） 3.发展DRI/HBI的条件
资源—优质铁矿：TFe>67%、S、P<0.01% 能源—天然气
煤：S、挥发份、灰份、灰份熔点、 反应性
第二部分 直接还原理论与工艺
一、直接还原生产及技术现状
1.国外现状 区域1