直接还原铁部分基础知识

直接还原铁的定义

直接还原铁是精铁粉或氧化铁在炉内经低温还原形式的低碳多孔状物质，其化学成分稳定，杂质含量少，主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂。直接还原铁俗称海绵铁，可替代优质废钢作为电炉冶炼优质钢、合金钢和特殊钢的稀释剂或主体炉料。这种产品在电炉炼钢过程中能够起到良好的稀释有害元素的作用，能够加快熔炼的速度，具有良好的工艺操作性，能够提高电炉钢的冶炼质量。

冶金工业调整要求优化钢材结构，由注重规模与产量转变为注重质量和效益，要提高钢的质量，如果原料仍以废钢为主，将是很困难的。这是因为废钢中有害杂质Sn、As、Cu等几乎100%残留钢中。单纯使用废钢提高炼钢质量将是非常困难的，而使用部分海绵铁（直接还原铁）就避免了这些问题，所以对冶炼优质钢和特种钢，如石油套管、汽车用钢、核电站用钢、军用钢等配用海绵铁（直接还原铁）是非常重要的，也可以说生产特种钢和优质钢就必须配用海绵铁。

直接还原铁的分类

直接还原铁是指用直接还原法在低温固态下还原的金属铁。按生产方法可分为煤基直接还原铁和气基直接还原铁；按用途可分为炼钢用直接还原铁和其它用直接还原铁；按产品形式可分为海绵铁(DRI-DirectReducedIron)和热压块铁（HBI-hotbriquettediron）。

按生产工艺，可分为金属化球团、海绵铁、粒铁三类。金属化球团是指用球团矿作原料制出的直接还原铁-而用块矿制出的直接还原铁也称海绵铁.粒铁（luppen或nodule）是一种高温回转窑直接还原产品巳被淘汰。

海绵铁(DRI)由铁矿石在回转窑或竖炉内直接还原-绵状金属铁。金属化球团由精矿粉先造球,再直接还原而得的球状产品热压铁块(HBI)由海绵铁或金属化球团趁热加压成形。

直接还原铁-直接还原炼铁产品的通称。块矿或球团矿在反应器内以较低的温度在固态下进行还原，由于其中氧的排出和还原膨胀，还原产品具有多孔性，气孔率可达到50％～70％其内部比表面积可达1000～3000cm。住，在放大1000倍的电子显微镜扫描图片上，可以清晰看到它具有海绵体结构。因此以块矿为原料由反应器排出的产品又称为海绵铁；以球团矿为原料获得的产品又称为海绵铁球团或金属化球团。

直接还原球团矿可广泛应用于各个领域，如石油套管、钻杆、汽车深冲板、造船板、超低碳钢、工业纯铁和粉末冶金原料，还可以作为高炉炼铁的冷却剂及水处理行业的除氧剂等。球团的基本任务除利用精矿和粉矿制成球状冶炼原料外，还可生产用于直接还原的金属化球团矿以及将其应用于综合利用回收有用金属。为保证产品运输和满足使用要求，对直接还原铁的粒度、比表面积、密度、抗压强度、导热率等要进行检测。

直接还原铁产品属性

直接还原铁的化学成分要求为：脉石含量1％～4％以下，金属化率92％～96％，含S量一般为０．003>，含P量一般为0．01％～O．02％。含有色金属杂质Cr、Ni、Cu、Pb等每种含量为０．0001％～０．001％；FeＯ含量在3％～15％范围内。直接还原铁主要用于电弧炉炼钢生产。它也可作为铸造操作的主要熔化物料；作为高炉炼铁用的超级球团可以提高铁水生产率和降低焦比；作为BOF炼钢操作的一种有效冷却剂；还可用作炼铜工业化学反应剂，也用来制造铁粉。

在低于矿石熔化温度下，通过固态还原，把铁矿石炼制成铁的工艺过程。这种铁保留了失氧时形成的大量微气孔，在显微镜下观察形似海绵，所以也称为海绵铁；用球团矿制成的海绵铁也称为金属化球团。直接还原铁的特点是碳、硅含量低，成分类似钢，实际上也代替废钢使用于炼钢。习惯上把铁矿石在高炉中先还原冶炼成含碳高的生铁。而后在炼钢炉内氧化，降低含碳量并精炼成钢，这项传统工艺，称作间接炼钢方法；而把炼制海绵铁的工艺称作直接还原法，或称直接炼铁（钢）法。

海绵铁中能氧化发热的元素如硅、碳、锰的含量很少，不能用于转炉炼钢，但适用于电弧炉炼钢。这样就形成一个直接还原炉－电炉的钢铁生产新流程。经过电炉内的简单熔化过程，从海绵铁中分离出少量脉石，就炼成了钢，免除了氧化、精炼及脱氧操作，使新流程具有作业程序少和能耗低的优点。其缺点是：①成熟的直接还原法需用天然气作能源，而用煤炭作能源的直接还原法尚不完善，70年代后期，石油供应不足，天然气短缺，都限制了直接还原法的发展。②直接还原炉－电炉炼钢流程，生产一吨钢的电耗不少于600千瓦•时,不适于电力短缺地区使用。③海绵铁的活性大、易氧化，长途运输和长期保存困难。目前，只有一些中小型钢铁厂采用此法。

直接还原铁使用特性

钢材中非金属材料和有色金属使用比例增加，致使废钢质量不断下降。废钢作为电炉钢原料，由于其来源不同，化学成分波动很大，而且很难掌握、控制，这给电炉炼钢作业带来了极大的困难。

如果用一定比例的直接还原铁(30～50%)作为稀释剂与废钢搭配不仅可增加钢材的均匀性，还可以改善和提高钢的物理性质，从而达到生产优质钢的目的。因此，直接还原铁不仅仅是优质废钢的替代物，还是生产优质钢材必不可少的高级原料。近年来由于钢铁产品朝小型轻量化、功能高级化、复合化方向发展，故钢材中非金属材料和有色金属使用比例增加，致使废钢质量不断下降。

基本特点：

1、化学成分稳定，有效稀释钢中残余和夹杂金属元素含量，改善钢的质量；

2、P、S有害元素含量低，可缩短精炼时间；

3、减少装料次数、减少停电作业和热损失，熔化速度快、电耗低、可提高效率、降低成本；

4、熔化期中，供电作业稳定，允许大功率供电、噪音低、烟尘少、工作环境好；

5、使用成本低廉，经济效益高。

目前国内直接还原铁没有国家统一标准生产规格，只有行业内的不成文的标准，最终元素含量仍是根据客户需求。铁量超过97％以上也属于海绵铁，但应用于粉末冶金领域，其形状分块状和粉状（一次还原铁粉），如深加工还可做二次还原铁粉，其含铁量将达到99％以上，价格也相应较高。

一类化学成分为：TFe≥95%，SO2≤0.65%，S≤0.03%，P≤0.03%。

二类化学成分为：TFe≥92%，SO2≤5.0%，S≤0.03%，P≤0.03%。

三类化学成分为：TFe≥90%，SO2≤7.0%，S≤0.03%，P≤0.03%。

四类化学成分为：TFe≥88%，SO2≤10.0%，S≤0.03%，P≤0.03%。

直接还原法的优点有：一、流程短，直接还原铁加电炉炼钢；二、不用焦炭，不受炼焦煤短缺的影响；三、污染少，取消了焦炉、烧结等工序；四、海绵铁中硫、磷等有害杂质与有色金属含量低，有利于电炉冶炼优质钢种。

直接还原法的缺点有：一、对原料要求较高：气基要有天然气；煤基要用灰熔点高、反应性好的煤；二、海绵铁的价格一般比废钢要高。