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2023

直接还原铁（DRI/HBI）的品质和使用价值

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来源：公司内部

直接还原铁（Direct Reduction Iron缩写为DRI），是铁的氧化物在不熔化、不造渣的温度下，在固态下还原生成的金属铁产品。由于DRI的结构呈海绵状，体积密度远小于一般生铁，因此，直接还原铁也称为“海绵铁”。当以氧化球团为原料生产时，产品仍是球团状，但主要成分是金属铁，为了区别于氧化球团这种产品被称为“金属化球团”。为了提高产品的抗氧化能力，便于运输，直接还原铁在生产过程中，在热态下进行挤压成型的产品称为热压块（HBI)，或在冷态下进行挤压成型的产品称为冷压块（CBI）。

1. 直接还原铁的应用
    • 是钢铁生产中重要的废钢的代用品，是解决我国废钢不足重要途径；
    • 是废钢残留元素的稀释剂，是电炉冶炼高品质纯净钢、优质钢不可缺少的控制残留元素原材料；
    • 是装备制造业生产石油、合成化工、核设施等装备（如生产石油套管、加氢反应器和核工业装备等）不可缺少的纯净原材料；
    • 是转炉炼钢的最好的冷却剂，以直接还原铁作为冷料用于转炉生产可提高转炉的冷料的使用量，有利于提高转炉作业率和产量，有效的提高转炉生产的热利用率；
    • 直接还原铁以非结焦煤为能源，发展DRI可以减轻钢铁生产对焦煤的依赖，有助于钢铁生产摆脱焦煤资源短缺的羁绊。

2. 影响直接还原铁品质的因素
直接还原铁的品质主要由直接还原铁的化学成分及冶金特性构成。化学成分主要指标包括：全铁的含量（TFe）、金属化率（MFe/TFe）、二氧化硅的含量（SiO2）、碳的含量（C）、脉石总量、有害元素的含量等。冶金及物理特性主要指标包括：形状、尺寸、粒度及粒度组成、密度、体密度、熔化特性、抗氧化性能、强度（抗压强度、抗磨强度）等。

    2.1 化学成分主要指标
    2.1.1 全铁的含量（TFe）
    存在于直接还原铁中的各种形态铁元素，包括金属铁（MFe），各种铁的氧化物中的铁，以及各种铁的化合物（如FeC）中的铁元素的总量占总质量的百分数。
    全铁含量是直接还原铁的品质的最重要的指标。炼钢用直接还原铁产品的全铁含量（TFe）应是愈高愈好。TFe愈高，则直接还原铁产品中的铁以外的脉石和杂质愈低，有利于减少电炉冶炼渣量，降低电耗。对于同一种原料生产的DRI，TFe愈高则金属化率愈高。

    2.1.2 金属化率（MFe/TFe）
    金属化率为直接还原铁产品中铁的金属化程度的指标，即产品中铁元素转化为金属铁程度的指标。
    金属化率=[(MFe)/(TFe)]xl00%   式中，TFe为直接还原铁产品中的全铁含量，%；MFe为直接还原铁产品中的金属铁（零价铁）含量，%。
    直接还原铁的金属化率对炼钢生产有重大影响，依据炼钢生产的原料条件及冶炼的钢种不同，对DRI的金属化率要求差距极大。例如：以铁水、生铁块为主要原料的电炉，DRI的金属化率要求要适当的低；而对以轻薄料为主料的电炉，则要求DRI必须维持较高的金属化率。这是由于以铁水、生铁块为主要原料的电炉，炉料熔化后，钢液中含碳高需要脱碳，这时加入低金属化率的DRI有利于脱碳的进行，低金属化率DRI可以带入一定量的氧，有利于改善熔池的沸腾状态。而以轻薄料为主料的电炉，尤其是炉料氧化程度高时，炉料熔化后钢液中氧位高，则要求DRI必须维持较高的金属化率，以保持铁的收率。

2.1.3 二氧化硅的含量(SiO2)及脉石量
DRI中的二氧化硅含量(SiO2)是影响DRI产品品质和DRI使用价值的重要因素。在DRI全铁含量相同的(TFe)的条件下，DRI中SiO2含量越低，品质和使用价值越高。DRI的脉石总量及脉石的成分DRI的使用价值有直接影响，脉石总量越低、脉石中酸性成分及难熔矿物越少，则DRI的使用价值越高。

2.1.4 有害元素(Pb、Zn、Sn、As、Cu、B、Bi等)含量
由于DRI是冶炼优质钢的原料，是废钢中残留元素的稀释剂，因此，DRI的有害元素必须是低的。DRI的有害元素的含量主要由生产的原料决定。因此，生产DRI的原料必须是纯洁的。

    2.1.5 DRI的碳含量
    DRI的碳含量对DRI的使用价值有显著的影响。不同冶炼工艺、工艺条件对DRI的含碳量的要求是不同的。DRI之外的铁料含碳的高低，冶炼钢种的含碳量决定DRI的适宜含碳量。配料含碳量高，DRI含碳量低，反之亦然。
    DRI的碳含量取决于DRI的生产工艺及工艺条件，通常煤基法(回转窑、隧道窑)产品的碳含量均较低，一般为0.30%。气基竖炉工艺产品的含碳量，可在1.00〜4.00%范围内进行调节。

    2.2 冶金特性主要指标
    2.2.1 DRI的密度、粒度及粒度组成
    在炼钢过程中，随原料条件、装料制度不同，对DRI的密度、粒度及粒度组成的要求是不同的。通常要求DRI的密度应＞5.Og/mm3，以确保DRI能穿过渣层直接与钢水接触，进行快速熔化。也避免DRI混入炉渣，随炉渣排出造成铁的损失。

2.2.2 DRI的强度(抗压强度、抗磨强度)
DRI的强度应保证DRI在运输、装料过程中不产生破碎、粉化，以减少DRI在运输、装料过程中的损失。

2.2.3 DRI的抗氧化性能
DRI的抗氧化性能对DRI的使用价值有明显影响。DRI的抗氧化性能差，在运输、保存过程中必须采取防护措施防止DRI产生再氧化，以及由于快速再氧化造成的“自燃”。采用压块处理，提高DRI的密度，减少DRI的孔隙率是提高DRI抗氧化能力的有效方法。

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来源：公司内部

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