指在反應(yīng)器中，用碳將高溫熔融的鐵礦石(鐵氧化物)還原成金屬鐵的非高爐煉鐵方法。它是不以焦炭為主要能源生產(chǎn)液態(tài)鐵的方法。

熔融還原法主要采取兩種形式：一步法。用一個(gè)反應(yīng)器完成鐵礦石的高溫還原和渣鐵分離的全部熔煉過程。二步法。在第1個(gè)反應(yīng)器內(nèi)把含鐵原料(塊礦、球團(tuán)、粉礦)預(yù)還原，在第2個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行終還原、熔化分離出液態(tài)鐵并產(chǎn)生還原氣供給預(yù)還原用。當(dāng)前的熔融還原法基本上采用二步法。開發(fā)的工藝可分為兩類：(1)以熔融氣化爐為特點(diǎn)，用該爐的還原氣供預(yù)還原用，無二次燃燒的方法。(2)以鐵浴反應(yīng)爐為特點(diǎn)，一般有二次燃燒，也有無二次燃燒的方法。

簡史 熔融還原的開發(fā)在于尋求一種代替常規(guī)高爐煉鐵的新工藝，它的研究開發(fā)經(jīng)歷了3代。

第1代工藝 從20世紀(jì)20年代開始，主要是在60年代堅(jiān)持試驗(yàn)。該工藝是在一個(gè)反應(yīng)器中使用精礦和煤的一步法。如1924年德國霍施(Hoesch)鋼鐵公司提出的在轉(zhuǎn)爐中使用碳和氧還原鐵礦石，至今仍有現(xiàn)實(shí)意義。30年代后期丹麥F．L.Smit公司提出的Basset法，德國又開發(fā)的Sturzelbug法。50年代后，歐美各國研究開發(fā)的熔融還原法有瑞典的Dored法和EV(Eketorp-Vallak)法、意大利的Retored法、英國的CIP法等。這些方法都是一步法，因在試驗(yàn)中出現(xiàn)了一些當(dāng)時(shí)難以解決的問題而宣告失敗。其主要問題各不相同，有的是還原時(shí)由鐵熔體排出的煤氣在熔池上方二次燃燒供給熱量，由于過程控制困難，二次燃燒時(shí)的高溫和強(qiáng)腐蝕性FeO熔體對爐襯的嚴(yán)重侵蝕，使?fàn)t襯耐火材料消耗大；有的是強(qiáng)烈轉(zhuǎn)動反應(yīng)器，鐵水直接裝入耐火裝置內(nèi)，并在造渣前進(jìn)行保護(hù)(旋轉(zhuǎn)法和CIP法)試驗(yàn)，由于鐵層和渣層之間只有少量的原料與熱交換而被取消；還有的是精礦由對著反應(yīng)器墻的轉(zhuǎn)盤進(jìn)行給料，在二次燃燒時(shí)，輻射前截?cái)?span lang="EN-US">“精礦屏幕”以保護(hù)爐襯(E-V法)，此法雖未成功但精礦同時(shí)傳遞熔池中由于二次燃燒產(chǎn)生的部分熱量，在今天也是有意義的。

第2代工藝 有代表性的是瑞典在20世紀(jì)70年代開發(fā)的用電作熱源的熔融還原法，如ELRED法、INRED法、PLASMAMELT法。克服了由二次燃燒空間到還原空間傳遞熱量的困難，用終還原產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行礦石預(yù)還原，即“二步法”。但是由于FeO爐渣的侵蝕和熱的需求，使終還原階段消失，于是采用在電爐中靠電供熱進(jìn)行終還原。ELRED法、INRED法早已完成半工業(yè)試驗(yàn)，但未到達(dá)實(shí)際建廠階段。雖然，電在瑞典是富裕的，但使用電能還原鐵礦石，多數(shù)情況下是不經(jīng)濟(jì)的，因而未能推廣。等離子熔融還原法。用于比煉鐵價(jià)值高的不銹鋼煙塵回收的工業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)在瑞典有一個(gè)用等離子槍工藝加工生產(chǎn)，年產(chǎn)7萬t不銹鋼(含Ni和Cr)的粉末冶煉廠。

第3代工藝 特點(diǎn)是放棄電能，立足于煤和氧氣的“無焦炭工藝”而在大多數(shù)情況下仍然保留第2代工藝原有的預(yù)還原和熔態(tài)終還原的二步法。

近30年來主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家研究開發(fā)的熔融還原煉鐵方法有20多種，80年代以來重點(diǎn)開發(fā)的主要方法有COREX法、DIOS法、HI熔融還原法(HISmelt法)等。COREX法是惟一已產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的煉鐵法。此法具有很高的預(yù)還原度和很低二次燃燒率，工藝難度較少，80年代中期開發(fā)成功，1989年第一套年產(chǎn)30萬t的COREX裝置在南非正式投產(chǎn)。韓國于1995年底一套60萬t的設(shè)備投產(chǎn)，國際上另有5套正在建設(shè)中，總生產(chǎn)能力500萬t。奧鋼聯(lián)正在設(shè)計(jì)C-3000型設(shè)備，年產(chǎn)110萬t，增加了高熱值的廢氣用于直接還原生產(chǎn)海綿鐵和終還原爐中噴吹部分礦粉的裝置。此法比高爐鐵水成本降低20％左右，其原有缺點(diǎn)如能耗較高，生產(chǎn)率不高等已有改善。DIOS法已完成工業(yè)試驗(yàn)，HI熔融還原法，已進(jìn)入工業(yè)性試驗(yàn)。兩法的特點(diǎn)都是低預(yù)還原度和高二次燃燒率。流化床還原粉礦工藝較復(fù)雜，預(yù)還原度又小，鐵熔終還原負(fù)擔(dān)重，二次燃燒率高則氧化度高，溫度高。渣線耐火材料侵蝕嚴(yán)重，工藝難度大，工業(yè)試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)都不夠好。(見表1)住友熔融還原法、川崎熔融還原法、MIP法、COIN法和CIG法只進(jìn)行了半工業(yè)性試驗(yàn)或單體試驗(yàn)；此外美國的AISI法開發(fā)進(jìn)展緩慢，無明顯優(yōu)點(diǎn)，與前蘇聯(lián)的PJV法均為一步法。

表1  COREX法、DIOS法、HISMELT法流程開發(fā)情況

COSRI法是中國研究開發(fā)的熔融還原工藝流程，它是以含碳球團(tuán)為原料的獨(dú)具特點(diǎn)的低二次燃燒率、中等預(yù)還原度二步法熔融還原技術(shù)。幾年來研究了對含碳球團(tuán)在氣一固相、液一固相和氣一液一固三相內(nèi)的還原反應(yīng)機(jī)理和傳熱、傳質(zhì)、熔化、混勻等反應(yīng)特點(diǎn)，在模擬渣焦流動反應(yīng)條件下研究了煤粉燃燒動力學(xué)并系統(tǒng)優(yōu)化和計(jì)算了工藝參數(shù)、速度場、溫度場、濃度場。開發(fā)出諸如利用強(qiáng)烈攪拌的鐵浴熔池內(nèi)實(shí)現(xiàn)渣鐵分離等關(guān)鍵技術(shù)。由此從基礎(chǔ)理論研究移向工程化研究。由北京鋼鐵研究總院、北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院、中國科學(xué)院化學(xué)冶金研究所、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、承德鋼鐵公司等共同協(xié)作，建成了包括預(yù)還原、終還原和連接系統(tǒng)在內(nèi)的2～4t／h半工業(yè)試驗(yàn)裝置。通過試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，于2000年1月通過專家鑒定，認(rèn)為一些關(guān)鍵技術(shù)具有創(chuàng)新性。現(xiàn)正準(zhǔn)備進(jìn)一步深化擴(kuò)大試驗(yàn)。

理論基礎(chǔ) 包括熱力學(xué)基礎(chǔ)和動力學(xué)基礎(chǔ)。

熱力學(xué)基礎(chǔ) 用碳還原Fe₂O₃時(shí)，反應(yīng)為

Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂；△H=14kJ／mol

按化學(xué)計(jì)量噸鐵的碳耗為161kg；但在高溫下，按反應(yīng)Fe₂O₃+3C=2Fe+3CO，△H=487kJ／mol進(jìn)行，其理論碳耗為321kg／t。

E．stelnmet等借反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，將Fe-O、C-O與H-O系的氧分壓聯(lián)系起來，可以得出液態(tài)還原時(shí)的Rist圖解(圖1)，它表示了1900K時(shí)的Fe-C-O的平衡，說明了互相對應(yīng)的平衡濃度和不同碳量時(shí)，碳向CO-CO₂廢氣轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程，反應(yīng)以逆流為前提。161kg／t的耗碳量只是按化學(xué)計(jì)算(圖中虛線)的，在極限濃度范圍內(nèi)會使逆流反應(yīng)中斷，還原氣沒完全利用，氧化物的還原不完全。1900K時(shí)的FeO-Fe還原階段的還原氣中CO占15％，CO₂占85％，算出的最低碳需要量為187kg／t，這個(gè)碳量剛超過FeO-Fe的臨界點(diǎn)。從能量平衡計(jì)算得出：在碳被百分之百地氧化成CO情況下，碳的理論量為274kg／t。這時(shí)，除礦石中氧外，還需要額外輸入氧。要使單獨(dú)用碳進(jìn)行的還原反應(yīng)在反應(yīng)各階段都能得到能量平衡，則FeO階段得出碳的需要量為518kg／t。對0₂量需要357m³／t，而預(yù)還原后的廢氣含CO₂為37％。