电熔融还原法

预还原装置为加压循环流化床，压力达0.5MPa，工作温度为950-1000℃，流化气速度达2m/s。循环煤气从流化床底部送入，以促成底部流态化。煤粉和顶热空气从流化床中部送入，精矿粉从顶部加入。煤粉和预热空气在不完全燃烧下产生还原气和细焦粒，对流化状态的矿粉进行还原。矿粉随还原气一起离开流化床迸入旋流器，将矿粉与还原气分离。矿粉返回流化床底部，煤气经除尘、脱除CO₂和H₂O后，30%-50%返回系统重新利用，其余煤气用于发电。预还原系统还包括连续装、卸料和精矿预热设备。通过调整炉料在流化床内的停留时间和温度可以控制预还原矿粉的全属化率，一般控制在60%-70%。流化床内因气流速度高和有过剩碳存在，可以防止粘结与失流 。

电熔融还原法(ELRED process)是一种熔融还原炼铁工艺。原名ELRED法，由瑞典Stora Kop-parperg公司和Asea公司开发，后与德国Lurgi公司合作 。

工艺流程，如图1所示，其特征是在流化状态下，用煤粉对铁矿粉进行预还原，预还原铁料从直流电炉的中空电极投入，用电极下部的等离子体进行快速熔融还原。电炉排出的煤气发电，作为电力来源 。

预还原阶段产生的高压煤气发热值为3500-6000kJ/m，终还原电炉生产的煤气含CO达90%，除少量循环外，上要用于发电。发电量除满足工艺自身用电外，尚有300-400kW·h/t，富余可外供。但起动阶段电力供应成问题，且特别昂贵。未见工业生产装置投产 。2100433B

该法生产的铁水含碳3%-4%，硅、锰0.05%，硫0.3%，铁水温度1450℃，炉渣含FeO 12%。由于硅、锰含量很低，铁水炼钢时渣量少，降低耐火材料消耗。缩短熔炼时间。缺点是铁损失大，铁水含硫高，必须进行炉外脱硫。该法生产1t铁水需煤粉680kg，电炉耗电660kW/h，脱硫耗电30kW/h，其他设备用电106kW/h，总耗电量796kW/h。1t铁水总能耗为0.88MJ，相当于大型高炉流程的能耗，但不用焦炭，成本比高炉铁水低20%，且过程污染小，工艺流程简单，投资费用低 。

该工艺设备由流态化预还原炉和直流电炉组成。1971年开始基础研究，1976年建设了500kg/h级预还原试验装置，1977年建设了25t/炉的终还原电炉 。

终还原采用等离子直流电炉。预还原料、焦粒、熔剂从位于电炉中心的中空碳素电极孔落入电弧炉。在电极下等离子高温区迅速熔化、还原、渗碳生成铁水，脉石、煤灰和熔剂形成含FeO 12%的炉渣。炉渣从出渣口排出，铁水间断由出铁口排出，每次出铁时留30%铁水作下炉的母液。等离子电弧炉熔池可分为电弧高温区和非电弧区两部分。电孤高温区温度可达1900℃，面积小，熔化还原效率高，炉料在电弧区全部熔化，大部分FeO被还原；非电弧区温度低(1450℃左右)，不利于硅、锰还原和脱硫 。

熔融还原法的分类如下：

(1) 按工艺阶段划分，可分为一步法和两步法。一步法是在一个冶金反应中完成矿石 还原熔炼的全过程。该工艺流程短，设备简单，但在应用中却存在着能耗高及FeO渣严重 侵蚀炉衬的难题，至今仍未能解决。

两步法将熔融还原过程分为固相预还原及熔态终还原，并分别在两个反应中完成，改 善了熔融还原过程的能量利用，降低了渣中FeO浓度，使熔融还原法取得了突破性的进展。

(2)按使用能源划分，可分为氧煤法和电煤法。氧煤法靠氧煤在高温熔池或风口区燃 烧，提供过程的热量，用煤作为还原剂。开发的多数工艺为氧煤法。

电煤法用电提供熔融还原过程所需的热量，煤做还原剂，电热转换方式有电弧放热和 等离子技术，此法只适用于电力充足、价格低廉的地区。

(3) 按预还原装置类型，可分为流化床法、竖炉法、回转窑法和闪速炉法等。

(4) 按终还原装置类型，可分为竖炉法、电流法和旋转炉法等。

由奥钢联（VAI）于70年代开发的COREXCOREX是当前最成熟的熔融还原技术，也是唯一的一个工业化熔融还原流程。已在韩国浦项、印度金达尔（两座）和南非萨尔达纳和伊斯科（各一座），共有5座投产，并稳定运行，生产出合格的铁水，已达到或超过设计产量（每小时产铁80-100t）。2008年，设计能力为150万t生铁的COREX 装置C3000在上海宝钢建成，并顺利出铁。

熔融还原的基本流程是将块矿和球团矿及熔剂加入到还原竖炉中，被逆向流动的还原气体还原为金属率约93%的直接还原铁。通过竖炉底部的螺旋给料机送入熔融气化炉。非炼焦煤（块状）和一定量的焦炭直接加入熔融气化炉。经风口送入纯氧，与煤和焦炭燃烧产生热量和还原气体，最终完成含铁炉料的还原、熔化和造渣过程。铁水和液体炉渣聚集在炉缸，定期排放。熔融气化炉产生的高温煤气含有约70%的CO和25%的H2，被送入还原竖炉作为还原剂。还原竖炉排出的煤气仍有很高的发热值，可发电或作其他用途。南非萨尔达纳厂将COREX炉与生产直接还原铁的MIDREX竖炉串联，形成COREX/DR流程。在2004年，用COREX产生的煤气，作为直接还原炉的还原剂。

采用COREX炼铁工艺生产铁水，在成本、操作和环境保护等方面具有明显的优点，在生产规模、炉龄等方面的不足也须引起注意，并采取相应的措施。

COREX炼铁技术的优点

环保效果好。根据有关资料显示，COREX和高炉两种工艺的SO2/NOX、灰尘排放量以及废水中酚类、硫化物、氨的排放数量，前者比后者要低得多。

（1）用料范围广。与高炉工艺相比，COREX工艺可以使用较高比例的非炼焦煤，焦炭用量少（120～170kg/t），质量要求也相对较低，并可使用15%左右的粉矿。

（2）劳动生产率高、生产成本低。在相同的生产能力下，与高炉相比，COREX更为复杂和庞大，如果不包括氧气站，其投资要多30%，如果包括氧气站，投资则要多60%。但是COREX工艺不建设焦炉，与高炉加焦炉流程相比，COREX投资总额约低10%。

（3）煤气可以多级利用。COREX炼铁工艺的副产品是含有大量CO和H2，含杂质量很低，这种煤气纯净，热值高，可以用来生产DRI，生产DRI的尾气又可以用于发电或给钢厂加热炉或其他设备进行加热，实现煤气的多级利用。

（4）生产调节灵活。COREX生产工艺可在几小时内调整铁水和炉渣成分，设备停工和重新开工容易，生产调节灵活。

COREX工艺存在问题

COREX工艺在本质上是将高炉冶炼分为还原和熔融两段，放在两个容器中进行。因此，也存在高炉工艺本身具有的一些特征和不足。

（1）还原容器仍是竖炉，因为竖炉工艺要求良好的透气性，因此，还需要块状原料和球团（南非工厂使用60%-70%块矿和30%-40%球团矿）。并且对块矿和球团的强度、粒度、含粉率有一定要求。

（2）COREX虽然可以使用非炼焦煤，但并非任何非炼焦煤都可使用。因为熔融气化炉产生的气体要作为还原竖炉的还原气体，要求煤的挥发分应在27%~30%。当然可以通过几个煤种混合达到。但也增加了配煤的麻烦。

（3）COREX的熔融气化炉床层也需要有一定的透气性，因此需要入炉煤有一定块度（一般20～25mm），并且煤热解后的半焦有维持床层透气性的任务，从而要求具备一定强度，并且其固定炭和挥发分应稳定。与焦炭相比，半焦的CSR和CRI较差，因此，实际生产中往往需要一定比例的焦炭以弥补煤的不足。

熔融还原以加速还原过程、降低能耗、简化流程和工艺设备为原则。其突出优点在于生产过程中少量使用或不用焦炭，已解决全球性冶金焦煤的短缺问题和炼焦业对环境的污染问题。根据其工艺模式将熔融还原划分为四大类：三段式、二段式、一段式和电热法。 三段式熔融还原流程可分为两大部分：还原部分和熔炼造气部分。

还原部分为还原段。熔炼造气在同一个设备中包含了熔炼造气和煤气转化。其构造特点是熔池上方存在一个含碳料层，在这层中可以利用煤气过剩物理热，完成由CO2和H2O向CO和H2的转化过程。二段式也是由还原部分和熔炼造气，部分组成，因此又与三段式熔融还原发统称为两步法。二段式与三段式的主要区别是熔炼造气炉中熔池上方没有含碳料层。 一段式流程只有熔炼段，没有还原段。现代化的一段式流程和二段式流程均采用铁浴炉熔炼设备因此二者又统称铁浴法。 三段式由煤基流程和焦基流程组成。二段式和一段式则由煤基流程组成。以上三种类型有时又被称为氧煤流程，电热法则被称为电煤流程。