海綿鐵

海綿鐵又稱直接還原鐵，它是以赤鐵礦為原料，經高溫下一氧化碳還原而製得的金屬鐵。還原反應如下：

還原反應是在大型迴轉窯中或專門還原設備中進行的。所得產品海綿鐵為粒狀鬆散的金屬鐵，對管道、鍋爐和氧循環水溶解腐蝕經水處理后水溶解氧含量可降到0.05mg/L以下。在迴轉窯、豎爐或其他反應器內，用煤、焦炭，天然氣或氫氣，使鐵礦石或鐵精礦球團在低於物料熔化溫度的條件下進行低溫還原，變成多孔狀的產物。其中被還原出來的鐵呈細小的鐵核，形如海綿，故稱。海綿鐵經冷卻、破碎、磁選，可除去脈石或其他雜質(金屬鐵占全鐵90%以上者，可直接用於鍊鋼；90%以下的，用於高爐或電爐煉鐵)。

海綿鐵(主要是氧化鐵)是在迴轉爐、豎爐或其他形式的反應器內，由鐵礦石(或氧化鐵球團)低溫還原所得的低碳多孔狀產物。經粉碎、磁選、壓製成塊，作為冶鍊的金屬爐料。

這種鐵保留了失氧時形成的大量微氣孔，在顯微鏡下觀察形似海綿，故名海綿鐵。海錦鐵中能氧化發熱的元素如硅、碳、錳的含量很少。不能用於轉爐鍊鋼，但適用於電弧爐鍊鋼

它的主要質量指標是：

(1)二氧化硅(SiO2)含量，一般要求低於2.5%；

(2)金屬化率，即含金屬鐵佔全鐵的百分比，一般為92%左右；

(3)含碳量，一般為0.5~2.0%。

海綿鐵比較純凈，在電弧爐鍊鋼爐料中增加它的配比，可起凈化作用，改善鋼的質量。此外，如用於連續進料的方法，可縮短冶鍊周期，提高產量。但大部分或全部使用海綿鐵鍊鋼，熔渣較多，且能耗也較大。

海綿鐵主要用於電爐鍊鋼，代替廢鋼或者與廢鋼搭配使用，以改善爐料。與電爐使用廢鋼冶鍊相比較，使用海綿鐵的優點是：

(1)海綿鐵的化學成分穩定，有利於控制鋼的質量；

(2)海綿鐵含雜質元素少(特別是P、S、N)，與質量較差的廢鋼搭配使用，可以冶鍊使用優質廢鋼才能冶鍊的鋼種，有利於提高鋼的質量和擴大鋼材品種；

(3)冶鍊海綿鐵時，熔化期與精鍊期交織在一起，可縮短冶鍊時間，提高生產率；

(4)海綿鐵形狀為球形或塊狀，可以連續加料、連續熱裝，從而降低電極消耗，延長爐頂、爐襯壽命，降低爐子的熱損失，提高生產率，這些都有助於降低生產成本；

(5)冶鍊時供電平穩，雜訊小；

(6)海綿鐵易於處理和運輸。

此外，當廢鋼價格高時，特別是依靠進口廢鋼的地區，使用價格便宜的海綿鐵，可以降低原料費用，而且不受進口的限制。

因此，從經濟、鋼的質量和生產率考慮，使用海綿鐵比用廢鋼優越。

海綿鐵可作為高爐爐料的一部分，曾在大小不同的高爐做過試驗。結果表明，高爐爐料金屬化率每提高10%(有一定限度)，鐵水產量可提高7%，焦比降低7%。海綿鐵占高爐爐料的比例則取決於高爐的操作條件。

轉爐鍊鋼可使用海綿鐵作為冷卻劑，不需要改變轉爐的正常冶鍊制度，而且可以降低鋼中的P、S、Cu、N等元素的含量，有利於提高鋼的質量

海綿鐵還可以作為粉末冶金的原料，甚至直接軋製成材。8．2直接還原鐵的儲存、運輸和應用&2．1直接還原鐵儲存和運輸。

（1）鐵磷還原法：軋鋼氧化鐵磷是鋼材在加熱爐中加熱后在軋制過程中，其表面氧化層自行脫落而產生的。還原海綿鐵除氧劑可採用熱軋沸騰鋼氧化鐵磷作原料，因為沸騰鋼氧化鐵磷中的TFe、C、S、P化學成分含量，能滿足還原海綿鐵生產的技術要求，在還原海綿鐵中最好不要以高碳鋼或合金鋼氧化鐵磷為原料。

（2）鐵精礦粉還原法：磁鐵礦的主要成分是Fe3O4經採用濕式球磨、濕式磁選、聯合選礦工藝后產出的普通精礦粉，是生產還原海綿鐵的優選原料

（3）直接還原鐵：通過精鐵粉或氧化鐵在爐內經低溫還原形式的低碳多孔狀物質，其化學成分穩定，雜質含量少，主要用作電爐鍊鋼的原料，也可作為轉爐鍊鋼的冷卻劑，如果經二次還原還可供粉末冶金用。

海綿鐵濾料，常溫過濾式除氧化學除氧，採用優質礦粉(活性海綿鐵)，海綿鐵主要成分是鐵，其疏鬆多孔的內部結構，提供的比表面積是普通鐵屑的5-10倍，可使水中的氧與鐵發生迅速徹底的氧化反應，通過濾式除淀方式進行排除，對管道、鍋爐很循環水溶解氧腐蝕經處理后水溶解氧含量可達到0.05mg/L以下。

海綿鐵工作條件：

1.可在常溫下除氧無需加熱

2.可隨時供水無需除氧水箱無需準備時間

3.除氧效果穩定可靠出水符合低壓鍋水質標準

4.安裝方便無需高位安裝

生產海綿鐵的方法很多，主要有4種。即：回窯法、豎爐法、豎罐法、帶式機法。

以下以迴轉窯法為例來說明其生產工藝。迴轉窯法(也稱“SL/RN”法)用固體燃料作還原劑，以迴轉窯作為反應器，還原劑和球團礦(生鐵或氧化焙燒固結后的球團礦)同時進入迴轉窯還原焙燒。一般金屬化程度可達90%以上，粒度為5～15mm的海綿鐵，通常作為鍊鋼原料。

這種方法的流程是：如果含鐵原料採用塊礦或氧化性球團礦則含鐵原料、還原劑和其他原料，可以直接進入迴轉窯，在窯中先進行乾燥和預熱，然後再進行還原。如果含鐵原料為粉礦或精礦則需採用干磨或濕磨，經造球后，將生球加至鏈蓖機上乾燥和預熱，然後再加入到較短的迴轉窯中進行還原焙燒。

迴轉窯的工作原理是：固體碳和礦粒(球團)組成的原料在傾斜爐體的迴轉窯內運動連續向前推進，在運動中爐料被以逆流或順流方法燃燒生成的煤氣預熱(<800℃區域)和還原(900～1000℃區域)，最後得到產品——固態海綿鐵。

SL/RN迴轉窯法可以處理多種不同的含鐵原料(如貧鐵礦、釩鈦磁鐵礦以及鋼鐵廠的粉塵等)。也可以使用多種類型的能源特別是能夠使用儲存豐富但高爐卻不能使用的非煉焦煤，煤的價格低於天然氣和石油，因而能源成本也低。所以此方法具有廣闊的發展前景。還原煤的選擇很重要，應選擇灰分低(<20%)、含S量低(<1%)、反應性好、固定碳較高、揮發分適量、煤灰軟熔性好的煤種作還原劑。

但是該方法的設備龐大，投資費用高，試運轉時間長，生產率比氣體還原低，而能耗卻較高。