由于傳統(tǒng)的高爐煉鐵方式投資大、能耗高、流程長、污染嚴(yán)重，所以高爐的煉鐵發(fā)展受到了很大的限制。為了克服高爐煉鐵的種種缺點，人們研究開發(fā)了多種非高爐煉鐵法，這些方法包括直接還原法和熔融還原法。直接還原鐵(DRI—DirectReducedIron)是鐵礦在固態(tài)條件下直接還原為鐵。DRI由于其成分穩(wěn)定、有害元素含量低，特別是不易氧氣的金屬夾雜元素少，可以用來作為冶煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊鋼的純凈原料，也可作為鑄造、鐵合金、粉末冶金等工藝的含鐵原料。由于直接還原工藝是不同焦炭煉鐵，原料也是使用冷壓球團而不用燒結(jié)礦，所以是一種優(yōu)質(zhì)、低耗、低污染的煉鐵新工藝，也是全世界鋼鐵冶金的前沿技術(shù)之一。
日本神戶制鋼與美國米德蘭(Midrex)公司聯(lián)合開發(fā)轉(zhuǎn)底爐(RHF)直接還原新工藝(Fastmet)，在20世紀(jì)90年代中后期取得了突破性進展，使金屬化球團(直接還原鐵，DRI，海綿鐵)在轉(zhuǎn)底爐中還原時熔化，生成鐵塊(Nuggest)，同時脈石也熔化，形成渣鐵分離，此法的成功，將解脫DRI對原料品位的苛求，能用較低的鐵礦為電爐提供優(yōu)質(zhì)鐵料。因此意義重大，被命名為“第三代煉鐵法”(ITmk3)。他們把高爐煉鐵稱為第一代煉鐵法，產(chǎn)品屬高碳液態(tài)鐵水；把直接還原稱為第二代煉鐵法，產(chǎn)品屬低碳固態(tài)鐵；第三代煉鐵法的產(chǎn)品介于二者之間，屬中碳準(zhǔn)熔化(或半熔)狀態(tài)，它與以往的煉鐵法完全不同，使用的是碳鐵復(fù)合技術(shù)。
神戶制鋼于1996年在試驗中發(fā)現(xiàn)了上述奇異現(xiàn)象后即開展了系統(tǒng)的試驗研究，經(jīng)過在加古川廠的中間試驗對工藝思路驗證后，就在美國會同有關(guān)方面共同進行2.5萬噸/年的工業(yè)試驗，現(xiàn)正計劃在美國明尼蘇達州的西爾巴比鎮(zhèn)合資建設(shè)第一套50萬噸/年的實用煉鐵設(shè)備，計劃將于2008年投產(chǎn)。
工藝原理
在1350"1450攝氏度，將含碳復(fù)合球團加熱后便產(chǎn)生以下反應(yīng)∶
Fex yCOxFe yCO2(1)
CO2 C=2CO(2)
C(s)=C(滲碳)(3)
Fe(s)=Fe(l)(熔融)(4)
上述反應(yīng)在10分鐘內(nèi)完成，并使渣鐵完全分離。
工藝流程
?采用鐵礦粉和煤粉制成含碳復(fù)合球團；
?把球團加入環(huán)形爐內(nèi)，在1350"1450攝氏度下進行加熱、還原、熔融，分離出鐵和渣；
?在爐內(nèi)將熔融鐵凝聚成粒狀，冷卻后分別和渣挑出。
今后應(yīng)用展望
ITmk3法不用焦炭和塊礦，可用普通煤和低品位礦等不便于應(yīng)用的劣質(zhì)原料，并且工藝設(shè)備相當(dāng)簡單，因此靈活性大而投資相當(dāng)?shù)?50萬噸/年設(shè)備估計為150億日元)，符合合理利用資源和環(huán)境友好的戰(zhàn)略方針，預(yù)計這種新一代的煉鐵新工藝今后將很快應(yīng)用。另外，類似該法但以褐煤作為還原劑的“UBC”法，已由神戶制鋼主持在印尼小試，計劃將于2010年中試，其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。
