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量。随窑体的转动，固体物料不断地翻滚，向窑头排料端移动。在排料端设有主燃料烧嘴和还原煤嘴喷入装置，提供工艺过程所需要的部分热量和和还原剂。沿窑身长度方向装有若干供风管向窑中供风，燃烧煤释放的挥发分、还原反应产生的CO和煤中的碳用以补充工艺所需大部分热量和调节窑内温度分布。物料移动过程中，被逆向高温气流加热，进行物料的干燥、预热、碳酸盐分解、铁氧化物还原以及溶碳、渗碳反应，铁矿石在保持外形不变的软化温度以下变成海绵铁。

回转窑法生产直接还原铁的典型工艺是SL-RN 工艺[6]。其流程如图2.5所示。

图2.5 SL-RN 流程图

炼铁用的回转窑与水泥工业用的回转窑结构基本相同，炉体由钢壳及耐火炉 衬组成。回转窑SL-RN 法开发于1954 年，南非Iscor 公司SL-RN 法使用非焦煤生产高金属化率海绵铁，回转窑长度为80m，直接4.8m，窑头（卸料端）较窑尾（加料端）稍低，倾角2.5%，转速为0.5 周/每分钟转动。

回转窑既可处理块矿，又可处理粉矿。铁矿石（铁矿石粉）、脱硫剂和还原煤自窑尾加入回转窑，以窑体的转动为动力，炉料缓慢自窑尾向窑头运动，温度逐渐升高，当温度达到一定时，矿石中铁的还原反应开始发生并随着温度的提高越来越剧烈，完成还原反应的产品自窑头排出回转窑，这一周期需要10~20h。

回转窑炼铁可使用多种燃料，一般供热用液体燃料或气体燃料较方便，固体

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燃料需要粉碎后喷吹燃烧。气流方向与炉料运动方向相反，称为逆流式，反之为 顺流式，一般多以逆流式，热效率叫顺流式高。回转窑由于炉头温度的不同可得 到不同的产品，在1250℃左右时金属达到半融化状态，金属聚集成粒，即粒铁； 当温度达到1400℃左右时，粒铁进一步渗炭和融化，产品成为液态生铁。这两种产品在生产中会使炉衬损坏、结圈。因此，目前一般以低温不融化为主，产品是海绵铁，炉头温度不会超过1100℃。

回转窑废气中的剩余化学热和物理热通过余热锅炉进行回收。废气先通过一 个沉降室进行除尘，然后通入空气烧掉残余的可燃性气体，高温燃气通入一个余热锅炉回收物理热生产蒸汽，最后净化排入大气。

回转窑直接还原法的本质特征是以非焦煤为基础，因此能源储量丰富、来源广泛，无烟煤、褐煤或一些次煤都可以作为还原剂。

2.4转底炉法

转底炉 工艺是一种以煤基快速直接还原技术，其工艺最早由Ross 公司提出。1978年，加拿大国际镍集团建成第一座利用冶金废弃物回收金属的转底炉。迄今，转底炉的发展已经有了30多年的历史了。期间，美国、德国、日本等国家都相继投入力量开发研究，先后建立起工业化生产厂。目前该技术已经表现出商业发展潜力。

我国自1990年代起对转底炉技术进行跟踪研究，近几年在消化吸收外国转底炉技术发展的基础上，先后有很多家企业投资建成转底炉装置。

到目前为止，生产直接还原铁的转底炉可分为两大类：一类是以回收冶金废弃物为原料，如高炉瓦斯、轧钢氧化铁皮等，这种工艺技术已经成熟，有多座工厂在建。另一类是以铁矿粉为原料，作为新一代炼铁工艺已有多次试验成果，并建有商业规模工厂，但技术上还不够成熟，仍在发展中。

作为转底炉法的代表ITmk3工艺脱颖而出，这里仅对该工艺进行介绍。

上世纪九十年代中后期，日本神户制钢公司与美国Midrex公司联合开发转底炉直接还原工艺Fastmet并取得突破性进展，使金属化球团在转底炉中还原时熔化，生成铁块，同时脉石也熔化，形成渣铁分离。此法解脱了DRI对原料品位的苛求，能用铁矿为电炉提供优质铁料。此法因意义重大，被命名为“第三代炼铁法”。高炉炼铁法被称为

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第一代炼铁法，产品属高碳液态铁水；直接还原法被称为第二代炼铁法，产品属低碳固态铁；第三代炼铁法的产品介于二者之间，属中碳准熔化状态[7]。转底炉的典型生产工艺有Inmetco、Fasmet和ITmk3等工艺，下面仅对ITmk3进行介绍。

ITmk3工艺流程如图2.6所示。

图2.6 ITmk3 工艺流程图

ITmk3工艺的核心技术是在1350～1450℃下，将含炭复合球团矿加热后在10分钟内完成以下反应。并使渣铁完全分离：

FexOy+yCO = xFe +yCO2 (1) CO2 + C = 2CO (2) C(s)=C (3) Fe(s)=Fe (4)

ITmk3法为转底炉流程，使用铁碳复合技术。其特点是在高温状态下在转底炉中实现铁矿固态还原，最终获得粒铁产品。产品成本价格85～90美元／t．50万吨ITmk3与50万吨高炉熔炼相比，前者能耗17．89GJ，C02排放量1465kg，后者能耗20．81GJ，CO2排放量2208kg。ITmk3法与前两种非高炉炼铁法相比较其共同特点是不需炼焦炉和烧结工艺过程。可实现节能减排，粒铁产品具有与高炉生铁同等的品质。但Corex 法和Hismelt 法在生产过程中需要大量天然气．对入炉矿石粒径有较严格要求，所以受地区资源限制。而ITmk3可以利用种类广泛的矿粉原料与煤炭．受选址限制少。需要原料矿石条件TFe>65％，煤炭：固定碳>65％，挥发分<30％，灰分<15％即可。ITmk3法熔炼还原时

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间短，在12min内可以完成，因而设备的起动、停止、产量调整等易实现。

ITmk3法不用焦炭和块矿，可用普通煤和低品位矿等高炉不便应用的劣质原料，且工艺设备简单。因此灵活性大而投资低，符合合理利用资源和环境友好的战略方针，预计今后将很快应用，发展前景广阔。