[科普中国]-维伯尔直接还原法

维伯尔直接还原法(wiherg direct reduction process)是一种煤基直接还原连续铸钢炼铁方法。该工艺能耗较低，作业可靠。但因低压操作，还原速度较慢，炉料在竖炉内要停留48h；另外需要优质焦、电热制气；热煤气循环风机也难以解决，生产规模受到限制。

简介维伯尔直接还原法(wiherg direct reduction process)是一种煤基直接还原连续铸钢炼铁方法1。

简史1918年瑞典马丁·维伯尔发明。它是用固体燃料(木炭、焦炭或煤以电热法制取还原气，在竖炉内将铁矿石还原成直接还原铁。1930年在瑞典桑德福斯(Soderfors)建造了生产装置，先以木炭作燃料，后用焦炭代替。1952年投产了最大的维伯尔竖炉，年产2.4万t直接还原铁。1964年日本日立金属公司在安来建成年产万吨的生产装置2。

工艺流程维伯尔直接还原法工艺流程如图1所示3。

设备原理设备由固体燃料气化炉、脱硫炉和还原竖炉3部分组成。气化炉为内衬耐火材料的立式炉，顶部有闭锁料斗可连续加入焦炭，炉身装有3～4对电极，靠电阻热将焦炭柱加热到高温，从炉子上部送入还原竖炉返回的热煤气和水蒸气通过焦炭柱制得含75%CO、21%H2的还原气，约1100℃送往脱硫炉。用后残焦和灰由底部闭锁料斗排出。脱硫炉也为内砌耐火砖的立式炉，顶部和底部有闭锁料斗。石灰石(或白云石)经炉顶料斗加入，高温还原气从脱硫炉下部送入，通过被煅烧的石灰(或白云石)料柱完成脱硫，脱硫后的热还原气从炉中部引出。

吸硫后的CaO或MgO从炉底排出。还原竖炉内型呈倒圆锥形，内砖耐火砖、底部直径2.75m，顶部直径1m，高25m。铁矿石(块矿、球团矿或烧结矿)从炉顶料斗连续加入。约950℃的还原气从竖炉下部进风口送入，随着还原气的上升，先将预还原的铁矿石还原成金属铁，反应为FeO+CO(H2)=Fe+CO2(H2O)。从炉身高度2/3处用高温风机抽出煤气总量的65%，补加水蒸气和碳氢化合物后送入气化炉造气。余下的气体继续上升遇加热到850℃的铁矿，将Fe2O3还原成FeO，然后从竖炉上部1/10处又抽出15%，在其上由风口鼓入的空气将残余煤气全部烧掉，所得显热足以将加入的铁矿石加热到850℃，废气从炉顶排出。

还原好的金属化料通过竖炉底部水冷钢制卸料装置，冷却到100～150℃排出炉外。所用炉料已发展为全用粒度20～25mm球团矿。为改善球团还原性，造球料中配加石灰石(或白云石)，制成CaO+MgO/SiO2+Al2O3≈1的球团；为提高还原气含H2量，制气时可配加少量碳氢化合物。产品海绵铁的金属化率为88%～90%，C 0.8%～1.0%，硫、磷很低。生产过程消耗焦炭250～450kg/t，电耗1000kW·h/t，工序总能耗约10.59GJ/t。

特点该工艺能耗较低，作业可靠。但因低压操作，还原速度较慢，炉料在竖炉内要停留48h；另外需要优质焦、电热制气；热煤气循环风机也难以解决，生产规模受到限制3。

效果评价1980年瑞典SKF公司用等离子气化炉替代电阻气化炉，可将还原竖炉能力增大到7万t，每吨直接还原铁电耗562kw.h，氧耗138m3，煤耗290kg，总能耗降为8.79GJ，生产费用有较大下降2。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学