直接还原铁是铁矿在固态条件下直接还原为铁，可以用来作为冶炼优质钢、特殊钢的纯净原料，也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。这种工艺是不用焦碳炼铁，原料也是使用冷压球团不用烧结矿，所以是一种优质、低耗、低污染的炼铁新工艺，也是全世界钢铁冶金的前沿技术之一。
直接还原炼铁工艺有两种:气基法和煤基法。按主要设备可分为竖炉法、回转窑法、转底炉法、反应池法、池炉法和流化床法。目前，世界上90%以上的直接还原铁产量是由气基法生产的。然而，有限的天然气资源和高昂的价格使得产量增长缓慢。用煤作还原剂也通过了技术试验，块矿、球团矿或粉矿都可以作为炼铁原料(如竖炉、流化床、转底炉、回转窑等。).然而，由于原燃料条件要求高(矿石品位应大于66%，含SiO2+Al2O3的杂质应小于3%，煤中灰分应低)，规模小，设备寿命低，生产成本高以及一些技术问题，直接还原铁的生产在世界范围内并未得到迅速发展。因此，高炉炼铁工艺仍将长期占据主导地位。
1.直接还原铁的质量要求
直接还原铁是电炉冶炼优质钢种的良好原料，因此要求质量高(包括化学成分和物理性能)，产品质量应均匀稳定。
1.1化学成分
直接还原铁的含铁量应大于90%，金属化率应>:90%。SiO2 _ 2含量每增加1%，应多加2%的石灰，炉渣量增加30Kg/t，电炉多耗电18.5kwh。因此，要求直接还原铁的原料具有较高的铁品位:赤铁矿应>:6.5%，磁铁矿>:65%，脉石(SiO2+Al2O3)含量< 3%~5%。直接还原铁金属化率每提高1%，可节约能耗8 ~ 10 kWh/t
1.2物理属性
回转窑、竖炉、旋转床等工艺生产的直接还原铁为球团，要求粒度为5 ~ 30 mm，隧道窑工艺生产的还原铁多为瓦状或棒状，长度为250 ~ 380 mm，堆密度为1.7 ~ 2.0t/m & sup 3；。
生产过程中产生的3 ~ 5 mm磁粉，必须经过压实，才能用于炼钢。强度:取决于生产工艺、原料性质和还原温度。改善原材料的性能，提高温度，有利于提高产品的强度。平均产品强度>:500n/cm & sup 2；。
2.直接还原铁生产技术介绍
2.1竖炉法
煤气竖炉法、米德雷克斯法和HYL法在直接还原铁方面具有绝对优势。技术成熟，设备可靠，单位投资小，生产率高(容积利用系数可达8 ~ 12t/m & sup 3；& middotd)、单炉产量高(最高可达180万t/年)等。经过不断改进，其生产工艺不断完善，实现了规模化生产。
(1)MIDREX技术
Midrex法的标准工艺由还原气体的制备和还原竖炉两部分组成。
还原气的制备:将含约70% CO和H2的净化后的炉顶气加压送入混合室，与等量的天然气混合后送入换热器预热。然后在1100℃左右进入装有镍基催化剂的反应管进行催化裂化反应，转化为CO2 4% ~ 36%，H2 60% ~ 70%，CH4 33% ~ 6% ~ 6%和870℃的还原性气体。从后风口区域吹入竖炉。
竖炉的断面为圆形，分为预热段、还原段和冷却段。选择块矿和球团矿原料，从炉顶进料管装入，干燥，预热，用上升的热还原气还原。随着温度的升高，还原反应加快，炉料在800℃以上的还原段停留4 ~ 6小时。新海绵铁进入冷却段，完成最终还原和渗碳反应，冷却至
多用途球团矿和块矿混合装药。粒度为9-16mm的球团矿占95%，球团矿冷压强度>:250n/球，块矿粒度为10 ~ 35 mm的占85%；软化温度高，还原性适中；化学成分铁含量高，酸性脉石含量低(≯3%-5%)，Cao
目前Midrex法的操作指标为:产品金属化率86% ~ 96%，有效容积利用系数10t/m & sup 3；& middotd、能耗10.47GJ/t，电114kWh/t，水1.64m & sup3/t .
Arex工艺是Midrex工艺的新改进。天然气被氧气(或空气)部分氧化后送入竖炉。新加热的海绵铁用于催化裂化，因此不需要还原气体重整炉。改进后，吨铁损耗可降低50Kwh。
(2) HYL(池)法和HYL-III(竖炉)法。
HYL工艺由四个罐式反应器和一个还原气体转化炉组成。工艺稳定，设备可靠。产品含碳量在2%左右，不易再氧化，炉料不粘结。由于还原气要反复冷却和加热，系统热效率低，能耗高，气耗20.93 gj/t；1975年后没有新建工厂。
对HYL槽法进行了改革，保留了原有的还原制备工艺，但将还原气体的重整转化与气体加热结合起来。将四个罐式反应炉改为连续竖炉，称为HYL-ⅲ竖炉法。
该工艺采用高氢还原气体、高还原温度(900-960℃)和0.4-0.6MPa的高压，改善还原动力学，加速还原反应；含硫气体不通过重整炉，延长了催化剂和催化管使用寿命；和冷却操作分别控制，产品金属化率和碳含量可大范围调节，产品平均金属化率为90.9%，碳含量控制在1.5%-3.0%，质量稳定；配置CO2吸收塔，选择性脱除还原气中的H2O和CO2，提高还原气的利用率；重整器产生高压蒸汽来发电。最低生产能耗为10.43-11.2 GJ/吨，电耗为90千瓦时/吨..HYL(池)法已逐渐被Hyl-ⅲ(竖炉)法取代，总产量约占世界总产量的25%。
该方法的新改进是天然气进入反应器直接裂解生产高碳(3.8%)DRI产品。最近，引进了HYL-Hytemp生产系统。热还原铁(650℃)气动输送到电炉车间，喷入电炉。冶炼时间缩短，电极和耐火材料消耗降低，金属收得率提高。吨钢电耗降低112kW & middoth，电极消耗降低0.55kg，冶炼时间缩短16min，产量提高16%，吨钢成本可降低4.6美元。
2.2基于气体的流化工艺
(1)F1NMEF流程
该过程使用
(1)循环或循环过程
两种工艺的核心设备包括循环流化床和普通流化床。Circored使用天然气作为能源，Circofer使用煤炭作为能源。铁精矿粉预热(约900℃)后进入循环流化床参与反应，使动力学条件得到改善。在4个大气压的条件下，铁矿石和氢气可以在630℃还原(在气体回路中加入部分氢气)。
2.3转底炉法
将铁矿粉、钢铁厂含铁粉尘、煤粉和粘结剂按一定比例混合，压制成含碳球团，送入烘干机进行干燥脱水。将干燥后的含碳球团均匀地铺在转底炉上(只铺一层)，球团中的氧化铁在1200-1400℃的高温下与碳反应，释放出CO，在炉膛内燃烧成CO2，形成高温废气(1000℃以上)。一般反应只需要20分钟左右。
废气从预热气体(400℃)和助燃空气体(900℃)中引出，低温废气从蓄热室和换热器中引出，然后干燥生球。此时，废气温度在100℃左右。从节能角度看，能源利用效率高。转底炉的高温气体由燃烧器提供(气体加热)。转底炉可以处理含锌、铅含量高的粉尘，加入烧结矿后可以避免锌、铅在高炉冶炼过程中富集带来的负面影响。目前在山西翼城、河南巩义有一座外径16.3米的转底炉，年产量7万吨，金属化率85%，每吨铁投资182元。
2.4开发利用焦炉煤气在竖炉中直接还原含碳球团。焦炉煤气含有大约55%的氢气。在化学反应中，氢对氧化铁的还原率最高。目前首钢已经准备开展这项工作。焦炉煤气应进行裂解以增加H2含量，并预热至930 ~ 950℃。CO2在参与还原反应后，应在反应后从气体中除去并循环使用。
用氢气作还原剂的主要技术问题:
H2还原铁的其他氧化物是吸热反应，需要足够的热量。还原加热气体的最佳H2含量为32.05%。
富氢预还原会导致物料粉末团聚。分段采用富氢和非富氢供气系统。
3.直接还原铁的发展现状
3.1世界直接还原铁发展迅速，2003年产量为4960万吨，2004年产量为5460万吨，2005年产量约为6000万吨。年增长率超过10%。在直接还原铁的生产过程中，气基直接还原占92%。
3.2中国的情况
2005年中国生产直接还原铁约50吨，产能比产量高出20%。主要受工艺、原材料、成本等因素影响。
中国有30多家直接还原铁企业，总产能约60万吨。总的来说规模小，生产成本高，缺乏优质原料。多数企业采用隧道窑反应罐法，生产工艺落后，能耗高，环境污染严重。
(1)天津直压还原铁厂的生产实践
2004年直接还原铁产量33.2万吨，2005年约34万吨，设备运转率98%以上。
该厂采用DRC煤基直接还原生产工艺:两&φ；5X80m回转窑-冷却筒-产品分拣-成品。巴西球团矿(铁品位68%，SiO2+Al2O3约2%)用于混合煤和石灰石，然后从回转窑的进料端加入。窑体倾斜安装，缓慢旋转，使炉料向出料端移动，同时对矿石进行加热还原(请注意温度控制，不要熔化矸石，以免结圈)。煤作为热源和还原剂，一部分与铁矿石一起加入，另一部分从窑的出料端注入窑内。燃煤用空气体由安装在窑壳上沿窑长方向不同位置的风机从轴向吹入窑内。热还原产物经冷却筒冷却后，进行筛分、磁选和风选，分离出非磁性物质，得到成品。窑内烟气由余热锅炉回收(产生蒸汽)，废气经布袋除尘后由废气风机送至烟囱。
操作的技术关键:
保证窑内还原气氛，控制风量。
控制窑体各部分的适宜温度，防止矸石熔化。
窑出料端保持微正压，20~30Pa。
直接还原铁金属化率控制在91.1% ~ 94.6%，质量合格率控制在94%是最经济的指标。金属化率过高或过低都会造成回转窑和电炉炼钢指标的恶化。(炼钢过程中加入直接还原铁的比例最好控制在15% ~ 35%，料流的进料速度应控制在32 ~ 34kg/MW·min，以避免钢水沸腾飞溅)。
影响产品金属化率的因素有:频繁停窑、生产异常(难以控制)、窑炉和冷却筒密封不良、煤质成分波动、质量控制点选择不当。
(2)首钢密云冶金矿业公司煤基链篦机-回转窑一步法
该公司的年生产能力为62，000吨还原铁，
生产流程:配料-造球-干燥(链篦机)-回转窑(还原)-冷却-成品。
铁精矿含水量严格控制在5.5% ~ 6.5%。
0.8% ~ 1.0%膨润土(粘结剂)造球，每小时产量20 & plusmn2吨。
篦带速度0.5m/min，布料厚度100~120mm。
生球抗压强度≧1.2Kg/粒，下落强度≧5次/0.5m，水分控制在7.5%左右，6 ~ 16mm粒径占85%以上。
回转窑及热工系统的运行
窑头喷煤总量为7.0 & plusmn0.5吨/小时，精煤枪压力控制在60KPa，细煤枪压力控制在10 ~ 14 kPa。
窑尾给煤应控制在800 & plusmn50Kg/h，严禁超过窑尾煤量。
窑炉温度控制:窑头箱< 90℃，1、2、3号热电偶控制在1000 ~ 1040℃，短时温度不超过1060℃；4号、5号、6号电偶应控制在1000 & plusmn20℃;7号、8号、9号电偶控制在950 ~ 1000℃；冷烟室的温度控制在700℃以下。炉排预热段温度控制在850 ~ 920℃，过渡段温度控制在550 ~ 650℃，干燥段温度控制在250 ~ 350℃，1、2号风箱温度不低于600℃。
回转窑转速控制在400 ~ 440 rpm，主风机回风热风阀开度45% ~ 50%，转速800 ~ 850 rpm，回风风机入口负压780 & plusmn20 K，温度310 ~ 350℃。干燥风机阀门开度为65% ~ 70%，转速为800 ~ 850转/分。产品质量标准的出厂标准为:铁品位≧88%，S≦0.04%，金属化率>；90%。
(3)山东莱芜鲁中冶金矿业公司采用冷固结球团-回转窑工艺生产直接还原铁，年生产能力5万吨。后块矿改回转窑法。
福建大田海绵铁公司采用sic反应罐-隧道窑法，年产5万吨。
喀左海绵铁厂、哈尔滨海绵铁厂、吉林富森海绵铁公司和吉林华电海绵铁厂也具有2.5万吨的年生产能力。
