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1980年，希尔萨公司在蒙特雷建成第一套工业规模的工艺装置并投入生产。HYL-Ⅲ代替HYL-Ⅰ、HYL-Ⅱ，体现了由间歇运行到连续运行的进步趋势。随着HYL-Ⅲ竖炉的日益完善和成熟，HYL-Ⅲ海绵铁生产技术在世界范围内得到应用和推广。

在HYL-Ⅲ工艺中，还原气以水蒸气为裂化剂，以天然气为原料，通过催化裂化反应制取。还原气转化炉以天然气和部分炉顶煤气为燃料，燃气余热在烟道换热器中回收，用以余热原料气和水蒸气。从转化炉排出的粗还原气首先通过一个热量回收装置，用以水蒸气的生产，然后通过一个还原气清洗冷却，冷却出过剩水蒸气，使氧化度变低。净化还原气与一部分经过清洗加压的炉顶煤气混合，进入一个以炉顶煤气为燃料的加热炉，预热至900℃~960℃。

从加热炉排出的高温还原气从竖炉的中间部位进入还原段。在与矿石的对流运动中，还原气完成对矿石的还原和预热，然后作为炉顶煤气从炉顶排出竖炉。炉顶煤气首先经过清洗，将还原过程产生的水蒸气冷却脱除，提高还原势，并除去灰尘以便加压。清洗后的炉顶煤气分为两路，一路作为燃料气供应还原气加热炉和转化炉，另一路加压后与净还原气混合，预热后作为还原气使用。

HYL-Ⅲ工艺可使用球团矿和天然矿块矿为原料，加料和卸料都有密封装置。料速通过卸料装置中的蜂窝轮排料机进行控制。在还原段完成还原过程的海绵铁继续下降进入冷却段，冷却段的工作原理与Midrex 法。可将冷还原气或天然气作为冷却气补充进循环系统。海绵铁在冷却段中温度降到50℃左右，然后排出竖炉。

近年来，用煤制气、焦炉煤气、熔融还原炉生产的煤气或者合成气作为还原剂，以竖炉为反应器生产直接还原铁的技术引起人们的重视。HYL-ZR 工艺就是这种新型气基自重整直接还原工艺，它是在原HYL工艺系列上发展起来的。

HYL-ZR工艺可以利用煤制气、焦炉煤气、Corex熔炼炉生产的煤气、高炉煤气、氧气顶吹转炉煤气等来还原铁矿石，生产海绵铁。通过在自身还原段中生成还原气，实现最佳还原效率。

使用煤气制气作为还原剂的HYL-ZR工艺流程如图2.4所示。该流程将HYL-ZR工艺与煤气制气工艺相结合，煤与氧结合生成CO，通过气体调整并脱除CO2后送入

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HYL-ZR炉，在竖炉内对铁矿石进行还原，生产直接还原铁。

图 2.4 HYL-ZR 工艺流程图

2.2流化床法

流态化还原工艺指在流化床中用煤气还原铁矿粉的方法。在流态化法还原工艺中, 煤气除用作还原剂及热载体外, 还用作散料层的流化介质。目前,该法主要包括Fior 法、Iron Carbide 法、Finmet 法、Circored 法等。但生产实践中，因物料流化所需要的气体流量远大于还原所需要的气量，还原气的一次通过的利用率过低，气体循环消耗的能量高等问题至今未得到有效的解决，造成世界已建成的多个流化床直接还原装置法中只有Finmet法和Cicored法在生产，但产量仅生产能力的50％左右。流化床法的产量仅占世界总产量的1.5%。 2.2.1Finmet法直接还原工艺

Finmet 是目前唯一在生产的流化床直接还原流程，由奥钢联与委内瑞拉FIOR公司联合开发[8]。当气体通过固体散料层时，气体作用于散料颗粒的力随气流速度的增大而增大，对一定的粒度和比重的散料层来说，有一个临界气流速度，超过这一临界气流速

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度，散料就要产生沸腾，即流态化。铁矿石用流态化还原具有以下优点：矿石粉不需要制块而直接用于还原；细粒铁矿粉具有较高的还原度[5]。

图2.5 Finmet 流化床直接还原工艺流程图

Finmet属于气基直接还原，主体能源是天然气，天然气转化过程在转化炉中完成。转化炉的工作原理与Midrex 竖炉相似，使用镍质催化剂，通过催化裂化反应将碳氢化合物转化成CO和H2。

还原在4个串联起来的流化床中完成。还原气首先通入最后一个流化床，自最后一个流化床排出后再依次通过第三、第二和第一个流化床。粉矿在重力作用下从较高的反应器流向较低的反应器，气固以相反的方向流动，气固换热、传质迅速进行，粉矿逐步下降通过其余的反应器，每经过一个反应器都因与还原性更强的气体相接触而提高金属化率。自第一个流化床排出后的还原尾气首先经过清洗，脱除水蒸气，然后加压并与粗还原气汇合脱掉CO2 后的冷还原气再通入还原气加热炉。还原气在加热炉中加热至790℃左右，然后通入最后一个流化床，开始新一轮还原过程。

但是铁矿粉用流态化还原也有其的不足之处：铁矿粉颗粒越细越易粘结，还原温度一般不高，700℃左右；由于还原温度低，需要用H2或富H2煤气还原；低温还原后的铁粉具有很大活性，极易再氧化，必须钝化处理便于保存和运输等。

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2.2.2 Cicored法直接还原工艺

如图2.6 所示。粉铁矿进入初始阶段的循环流化床反应器之前，在循环流化床预热器中被干燥预热到850～900℃。预还原的金属化率约为70％，粉料流人流化床反应器进行终还原，反应后其金属化率约为93％～96％。流化床被分隔以利于控制。通过加热矿铁矿和循环气体为吸热还原反应提供热能。整个还原工艺的绝对压力为4个大气压，还原温度在630—650屯之间。预还原阶段的停留时间短，气体流速高，而终还原的停留时间长，气体流速低。从终还原炉产出的还原矿粉在700℃被压成块，所以利于安全贮存和运输。比较经济的方法是使热的直接还原铁粉加入电弧炉熔炼。该法由于反应温度低，生产效率一直未达设计要求，最后被迫关闭。

图2.6 Cicored 工艺流程图

2.3回转窑法

回转窑是一个略倾斜放置在几对支撑拖轮上的筒形高温反应器。作业时，窑体按一定转速旋转，含铁原料与还原煤从窑尾加料端连续加入，并加入脱硫剂以控制产品含硫