直接还原铁（DRI）中碳含量的优化一直是值得考虑的问题。碳作为游离碳或碳化铁直接影响DRI的特性而存在于DRI中。本文介绍了基于气体的直接还原铁的生产过程，指出与传统的低碳DRI相比，将高碳DRI应用于电弧炉中的优点，并讨论了高碳DRI在运输和存储中的安全性。

美国不断增加使用电弧炉来生产高质量的钢产品，因此有必要增加替代废料钢的铁量。传统方法是使用生铁。北美的天然气（NG）拥有丰富的资源和低价的资源，使生产直接减少铁（DRI）变得容易。例如，天扬的二手材料位于美国路易斯安那州的DRI工厂。

这是一个典型的基于气体的零改革生产过程。最终使用此过程获得的DRI产品的碳含量很高。 DRI球的金属化速率高达94％以上，碳含量高达4％以上。

1。基于气体的直接铁还原过程和碳化铁的比较

基于天然气的直接还原铁过程主要分为两种类型：一种带有天然气改革者，另一种没有天然气改革者。两种冷态DRI产物的过程流量如图1所示。

在没有改革者的直接减少过程中，所谓的零重整（ZR）类型设备，用实心原料在反向方向上的反应堆中的还原气流，铁矿石在以下方面变成了金属铁。还原气。炉顶排气口的工作压力通常高于6 bar（87psi）。天然气被添加到工业天然气中，然后发送到直接燃烧加热炉以加热至950°C。与氧气混合后，通过燃烧的局部控制进一步升高气温，最后直接发送到反应器。

在改革者（典型的设备和旧的Ron/Hyl设备）的过程中，改革者发生了超过90％的改革反应，在此，改革者位于反应堆之外，但在内部的工业天然气电路中。改革仪中使用的燃料是由回收炉和天然气组成的混合气体。因此，在混合气体进入反应堆之前，需要纯化并加压的回收工业气体，以产生还原反应。必需的CO和H2。与没有改革的情况相比，反应堆中使用改革气体的工作温度降低了约100°C，而与零重整过程相比，反应堆内部的剩余压力降低了约1.2-2.5 bar。

当还原反应在1000°C以上的温度下进行时，CH4浓度很高，Fe3c（铁碳化水）很大，而低温直接还原过程更可能产生石墨。此外，当大多数碳以铁碳化物的形式存在时，DRI球体碳含量将高达4.3％。

图2显示了零重整反应堆和外部改革者的每个反应区域的情况。

天牛二手材料进行了实验，结果表明，在较高的降低温度下，碳含量在2.1％-4.3％的范围内，并且有大量的CH4，而Fe3C中的复合碳的比例为超过90％的总碳含量。在零重整过程中，总DRI碳中复合碳的百分比如图3所示。

表1中显示了每个钢厂直接还原的铁的组成。表1中的前两个行显示了与还原过程有关的数据炼钢 废钢与生铁所占比例，该数据在高温下以低浓度的CO和高浓度CH4发生在反应区域中。 （ZR过程）;虽然第三行显示了与DRI过程有关的数据数据，但在低温下（外部改革过程），这发生在反应区中。在这种情况下，Fe3c中复合碳的总碳含量比例为75％至80％。

表1的第三列中提到的蒂亚扬二手材料的数据是最佳金属化速率和最高碳含量的值。在其他报告中，DRI特性有些不同，金属化速率为94.3％，碳含量为2.27％。对于同一列，计算出的Fe3c含量的近似值约为31.8％。如图4所示炼钢 废钢与生铁所占比例，使用零重整过程的实际工厂和测试结果之间的比较，大点非常接近趋势线。

就碳含量而言，使用ZR工艺可以超过6.5％（相应DRI中的金属Fe完全饱和）；虽然改革过程只能达到3.0％。另一个重要的区别是，当碳含量相同时，使用ZR工艺的碳（与铁中的碳和铁结合）的组合比使用外部改革过程高约15％。此外，当DRI中的碳含量相同并且DRI中的总碳含量较低时，外部改革过程产生的DRI获得的石墨量比使用ZR工艺高约15％。

在电弧炉中使用直接还原铁的两个原因

DRI可用于钢铁设备，例如转换器和电弧炉，可用于冷热或冷安装。许多工厂加载时还会增加废钢。 DRI充电的最有效方法是连续喂养电弧炉。对于电弧炉钢车研讨会，首选的DRI产品（相对于热粉铁HBI）是首选的，因为DRI球可以不断地馈入弧炉中。 DRI球在电弧炉的浅罐中不断熔化，并且在此过程中封闭了弧炉的顶部盖，以减少热量损失。在电弧炉中使用DRI钢制造有两个主要好处：

1）更换废钢或生铁。 DRI杂质很少，可以提高整个炉子的质量。 DRI的密度均匀，可以实现连续且自动的载荷，从而减少装载桶的数量。 DRI可与廉价的劣质钢一起使用，该钢在北美和南美部分地区很常见。

2）在废钢较短或废钢很昂贵的区域中需要DRI。使用DRI可以降低钢厂的整体原材料成本。这种情况在亚洲，中东和非洲更为普遍。电弧炉中使用的金属材料包括DRI/HBI和废钢。

由于DRI与游离碳的减少反应，因此减少了溶解在弧炉炉渣中的FEO量。大量碳进入熔体池，加速与O2，生成CO并改善泡沫炉渣的反应，这可以减少功耗。实际上，DRI中的碳比吹碳更有效，尤其是由于DRI中的碳含量较高而导致在熔融池中发生反应。

DRI中的大量碳进入弧熔炉的熔体池，增加了熔体池中的化学能，并减少了电能消耗。 DRI中的大量碳进入弧炉炉渣，这意味着要回收铁元件。

在电弧炉中使用高碳DRI和吹氧可以提高电弧炉的生产率。碳含量高达4％的DRI甚至比生铁要好得多，因为DRI便宜，不含硫磺和磷等杂质。

3分析高碳直接还原铁在电弧炉中的应用

3.1电弧炉中高碳DRI和低碳DRI的比较

在过去的几年中，直接减少行业中最大的辩论是哪一个具有更多优势，高碳DRI，碳含量约为4％或低碳DRI，碳含量约为2％？答案很简单：只有通过化学，钢冶炼和现有设备，弧炉冶炼工程师才能计算出废品钢混合物中最合适的DRI并优化碳含量。当碳吹出时间足够时，碳的过量确实可以延长冶炼时间，因此必须正确计算DRI量和碳含量。

此外，它还涉及DRI连续进料步骤，冶炼过程中的氧气和其他操作条件以及弧炉的设计和性能。

3.2燃烧弧炉时富含碳组合的DRI

与富含石墨的DRI进行比较

图5显示了两种不同类型的直接还原铁。

石墨和铁不产生物理键，只能粘附在DRI球的表面或多孔铁结构的空腔中。如图5B所示，由于石墨就像烟灰或灰尘，因此富含石墨的DRI球体容易耗散。有三种损失方法：

1）在DRI球治疗期间；

2）在将DRI球添加到熔池中的过程中，它将因电弧炉的废气而丢失；

3）在DRI球到达液态钢池之前进入炉渣。

大多数石墨都存在于DRI多孔结构内，从而导致自由碳因细粉末损失而丢失。 DRI球的输送距离的时间越长，DRI球的加工体积越大，丢失的粉末就越多。

通常，DRI从弧炉的顶部加载，并通过第五个出口排放。 DRI球进入电弧炉后，排气装置将捕获免费的碳。在此期间，低碳DRI中的大多数游离碳都丢失了。然后，DRI球到达炉渣，并在重力下向下延伸至液态钢池。

在DRI球处理期间或通过电弧炉排气装置时，以Fe3c形式存在的复合碳不会丢失。该炉渣无法在FE3C中捕获碳，因为碳化铁在DRI球穿过炉渣并到达钢池之前没有足够的时间分解时间。通过上述分析，摘要如下：

1）高碳DRI比低碳DRI更适合在弧形炉中使用；

2）碳化铁含量高的DRI比低碳化水含量低的DRI更适合用于电弧炉。

将高碳和高铁的DRI命名为高铁（HCI，高铁）

使用ZR过程产生的HCI不能用作商品。这是因为工厂生产的HCI有自己的想法，主要喂养我们工厂的电弧炉，并使用HCI产品来增强其市场竞争优势。 HCI比直接还原铁或HBI好，并且HCI不能被视为低碳DRI而不是生铁。

高碳化铁的4个优势

4.1使用高碳DRI可以降低生产成本

该实验是在二手材料制造研讨会上进行的（用于电弧炉的100％热DRI），在阿布扎比的阿联酋钢铁厂进行了两个钢铁车间（使用100％的热碳DRI用于电弧形炉）。从钢厂收集的数据表明，钢水的产量可节省37kWh的每吨熔融钢。图6显示了插入天元二手材料的弧炉中的Dri斜槽。

当电弧炉从C含量为2.5％的DRI转换为DRI，C含量为4％，电弧炉的电消耗量减少了约10 kWh/t。

4.2运输和存储期间高碳化铁的安全

海上运输的DRI必须进行非常仔细的检查，并且必须完全遵守IMBSC指南。 二手材料已于2007年1月1日运输到第一艘货船上，安全地将超过1000万吨的DRI从特立尼奇运送到了阿拉巴马州莫尔特黑德市莫比尔的查尔斯顿港口。加载前通常将传统的DRI放置在筒仓中至少72小时，氮输入到筒仓中以促进DRI表面上的二级氧化。

一旦货船到达港口并将DRI安全运输到钢厂，就可以避免风险，但必须采取预防措施来防止DRI点火。普通的DRI容易发生大气环境中的二次氧化或自发燃烧，这很容易对公司造成巨大的经济损失。根据二手材料路易斯安那州工厂和二手材料的实际经验，高碳DRI的反应性低于普通低碳DRI的反应性。高碳DRI（> 206°C）的初始反应温度高于普通DRI（140°C）。与普通DRI相比，高碳DRI不太可能接受次级氧化。

5结论

1）美国继续增加电弧形熔炉生产高质量的钢产品，并且需要增加铁的量以替代废钢。

2）在美国，DRI通常用于添加到电弧炉中以替代废钢或生铁。

3）由于与游离碳的还原反应，DRI中的少量FEO溶解在弧炉炉渣中，这可以改善泡沫炉渣并提高生产率。

4）当使用ZR零重整过程来产生直接减少铁时，碳含量通常超过4％；当使用外部重整过程时，碳含量小于2.8％。

5）将富含Fe3C的DRI球添加到弧炉中比添加富含石墨的DRI球更有益。

6）高碳化物DRI在大气环境中的反应性较低，并且是一种相对安全的炉材料，易于运输和存储。

7）考虑到当前的美国能源，氧气，碳化力和通量成本，使用高碳化物铁可节省约5美元/吨的传统DRI。