孙 爽， 沈中杰， 朱玉龙， 梁钦峰， 刘海峰

（华东理工大学上海煤气化工程技术研究中心，上海 200237）

钢铁作为国家战略和工业发展的原材料，对我国的工业发展至关重要[1-3]。目前，我国在钢铁冶金技术方面已经取得了较大的突破，但传统的炼铁工艺仍以高炉炼铁为主，污染严重、能耗大。高炉炼铁以焦炭为原材料，因而尾气中含有大量的SO2、CO2等气体，对环境影响严重，且不利于可持续发展[4-5]。直接还原炼铁技术对于解决尾气中的气体污染问题有很好的作用[6-7]。

金属铁的冶炼过程及产物形式对它的工业应用至关重要，直接还原炼铁（Direct Reduction Ironmaking,DRI）技术是在低于铁矿石熔点的温度下，将铁矿石直接还原成铁，其保留了铁矿石原本的结构，形成孔洞状的海绵铁。氢气和一氧化碳混合气是直接还原炼铁工艺的主要还原气氛[8-12]，此外，温度的影响也至关重要。Lin 等[13]发现利用两步法还原Fe2O3时，低温(400～800 ℃)预还原过程容易形成层状铁晶，高温预还原过程易形成孔洞和须状铁晶。Wong 等[14]发现在950 ℃以下采用直接还原炼铁技术时金属铁表面易出现裂纹、针状物和不规则形状，说明温度对于金属铁的析出形态影响显著。赵志龙等[15-16]在FeO 还原生成Fe 的过程中发现单质铁会以晶须形式生长，在改变还原速率时单质铁也会以层状形式生长，表明还原速率可以影响单质铁的形貌。朱凯荪等[17]研究发现单质铁在700 ℃时主要以多孔状析出，在900 ℃时以须状析出，且长度为2～4 μm。齐渊洪等[18]在研究CO 还原Fe2O3颗粒时发现，金属析出的形貌主要与反应机理有关，当界面化学反应为主导时，金属铁主要以层状单质铁析出；……