Circored与Circofer工艺：基于流化床的高效铁矿石细粉直接还原技术

Circored与Circofer炼铁工艺概述

Circored和Circofer工艺均属于基于流化床技术的铁矿石细粉直接还原工艺。这两种工艺完全避免了烧结和球团等团聚工序，可直接利用铁矿石细粉。由于采用非焦煤，因此无需焦炉。流化床技术凭借其优异的传热传质性能，非常适合直接还原这类高能耗工艺。

Circored和Circofer工艺均由德国Lurgi Metallurgie GmbH（现属芬兰Outotec Oyj）开发，用于从铁矿石细粉生产直接还原铁（DRI）。单条生产线产能可达100万吨/年以上，具有显著的规模经济效应。

Circored工艺采用氢气（H₂）还原，而Circofer工艺采用煤基还原。Circored采用两级配置，可实现90%~95%的高冶金化率；Circofer采用单级配置，预还原冶金化率约70%。Circofer煤基工艺生产的预还原料可供AusIron等熔融还原炉或电熔炉使用，最终产出铁水或生铁。

Circored工艺详解

Circored工艺采用Outotec成熟的流化床技术。该工艺始于20世纪70年代末，在瑞典ASEA的ELRED装置和德国Thyssen Stahl的3吨/小时CFB演示装置上进行了中试，重点研究钢厂废料处理。

首套商业化Circored装置于1998年由Cliffs and Associates Ltd.在特立尼达Point Lisas工业区建成，设计产能50万吨/年HBI，目前处于停产状态。

工艺流程与关键设备

Circored是一种以天然气为基础、从铁矿石细粉生产DRI的两级流化床工艺。一级为循环流化床（CFB），二级为沸腾流化床（BFB）反应器。产品经闪速加热器加热至压块温度后制成HBI。

氢基Circored工艺生产高冶金化DRI或HBI，可直接用于电弧炉（EAF）炼钢，显著降低能耗和排放，是可持续炼钢方案。其核心特点包括：① 直接使用铁矿石细粉，无需烧结或球团；② 使用纯氢作为还原气，CO₂排放极低，且低温运行减少粘连倾向。氢气通过天然气重整制取，也可使用电解水等其他来源的氢气。

核心化学反应：Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O。

两级流化床设计优势

CFB预还原级： 实现65%~70%预还原度。得益于气固高滑移速度、优异的传热传质和短停留时间（20~30分钟），高气速（4~6 m/s）允许反应器直径更小，降低投资成本。CFB还可利用BFB含尘尾气作为二次气体，提高整体气体利用率。

BFB终还原级： 实现93%~95%终端冶金化率。采用较低气速（0.5~0.6 m/s）和长停留时间（2~4小时），在650℃下以扩散控制反应为主。BFB尾气进入CFB循环利用。产品经闪速加热器加热至约700℃后压块成HBI。

工艺操作参数与气体循环

Circored工艺仅使用氢气（天然气重整制得）作为还原剂，产品不含碳。为避免粘连，操作温度控制在650℃以下，需较大比气量，故采用4 kg/cm²操作压力降低实际气流量。

工艺气经两台燃气预热炉加热至约750℃后分别注入CFB和BFB。BFB尾气作为二次气进入CFB。CFB循环气经换热器冷却、多管旋风除尘后进入洗涤塔同时除尘脱水，随后压缩、再热后循环使用。洗涤粉尘经微粒化工艺（加粘结剂团聚成约350μm微球）回收，硬化在预热段完成。

净化气经压缩机增压、燃气加热器加热至约750℃后重新引入。新鲜氢气（经标准重整器+CO₂脱除系统）在压缩后掺入，2/3进入BFB，1/3进入CFB。工艺还支持热装选项，热DRI可直接进EAF无需压块。

物耗指标与环保优势

每吨HBI典型投入：铁矿粉（67% Fe）1470 kg、电力100 kWh、天然气2.75 Gcal、水0.6 m³、工时0.23 h。

优势：① 直接利用低价铁矿粉；② 氢还原，低CO₂排放，低温抗粘连；③ CFB传热传质好；④ 低投资运营成本。节能潜力：气耗2.75 Gcal/t，Circored-HBI-EAF路线液钢综合电耗901 kWh/t。工艺相关及总CO₂排放分别为1.2和2.02 t/t钢，较高炉-转炉路线减排约50%。若氢气和电力均来自可再生能源，减排可达90%。

Circofer工艺详解

Circofer工艺与Circored类似，但在CFB中用煤气化生成的还原气（CO+H₂）还原细矿。设计操作温度约950℃，无多余输出气体。凭借CFB技术的综合应用，实现卓越的传热传质、均匀温度分布和优异的热气利用率。

德国法兰克福建有5吨/天中试装置，用于测试各种矿煤及模拟工业参数。产品冶金化率>93%，主要供中小钢厂、合金钢厂生产特种钢，也可用于大型钢厂。

工艺流程与关键特点

Circofer预还原核心为CFB，还原气由炉内煤气化生成。尾气经两级悬浮预热器预热矿石，再经热风炉（循环焦炭+煤氧富燃烧）进一步加热。预热后尾气经余热锅炉（产蒸汽供CO₂洗涤）和文丘里洗涤器冷却脱水，CO₂经洗涤器除去后，CO/H₂循环回还原级。

原料：煤、焦炭、铁矿粉（0.1~1.0 mm）直接入炉。适用灰熔点>1050℃、挥发分10%~40%的煤种，宜低灰分（<15%）以减少循环负荷和炉渣量。

工艺结合循环与固定流化床：细矿经两级预热单元预热至约800℃，与磁选回收的循环焦炭一同入CFB。煤在气化器（约1000℃）经氧部分氧化供热，固气进入CFB于950℃还原至约70%冶金化率。固料转入FB反应器终还原至约93%。产品连同灰渣、余焦排出，冷却至约730℃磁选。金属化产品约680℃热压块成HBI，非磁性焦炭循环回用。

典型DRI成分：全铁92.7%、金属铁85.8%、冶金化率92.6%、C 1.32%、SiO₂ 1.25%、Al₂O₃ 2.62%、CaO 0.06%。

后续处理选项与气体闭路循环

终还原后热态磁选，可两路处理：① 循环大部分焦炭，热压块成HBI外售；② 热DRI直接熔融（AusIron路线），优势在于"一热法"操作节能显著，余碳作为熔融热源。

Circofer工艺气路闭合：煤气化与还原产生的气体经冷却、除尘、脱水、脱CO₂后，高还原势气体经压缩加热循环回工艺。高温运行及布多反应使气体利用率高，实现无输出气体运行。

气体流程：反应器尾气→矿石预热器→余热锅炉冷却至约220℃→布袋除尘→淬火洗涤脱水→CO₂脱除（用余热锅炉蒸汽解析）→压缩→加热→分路注入两反应器及气化器。

Circofer工艺主要特征

• 采用煤作为原料
• 铁矿石细粉无需团聚预处理
• 物料准备最少化
• 流化床技术实现卓越传热传质
• 闭合能量系统，最小化一次能耗
• 无多余能量输出
• 无危险废弃物
• 环保低排放
• 灵活生产HBI外售品或热DRI进熔融炉产铁水
• 显著提升下游熔融还原（AusIron）炉产能
• 降低下游电熔炉电耗