氢基直接还原铁在电熔炉中的FeO还原行为与低碳炼钢技术研究

这篇综述聚焦钢铁行业低碳转型，系统探讨了氢基直接还原铁（H2-DRI）在电熔炉（ESF）中的FeO还原机制与热金属生产潜力。通过对比固态碳与熔融碳（热 heel）的还原效率，揭示了碳转移优化、渣碱度调控等关键工艺参数对实现碳中和炼钢（CFP降低）的意义，为清洁生产高品位钢提供了实验与理论基础。

　　

Highlight

本研究首次系统揭示了电熔炉（ESF）条件下H₂-DRI衍生渣中FeO的还原行为，通过对比固态碳与熔融碳（模拟热 heel）的还原路径，为碳中和冶炼技术开发提供了关键数据支撑。

Experimental procedure

实验设计分为两组：（1）仅使用固态碳还原剂；（2）联合使用固态碳与熔融铁水中溶解碳（模拟ESF热 heel条件）。两组实验均在氩气保护的高频感应炉中进行，通过控制还原剂类型和反应时间（1823 K），量化FeO还原效率与热金属（HM）的碳含量变化。

Results and discussion

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  固态碳单独还原：FeO还原呈现"孵化-稳态-降解"三阶段特征曲线，完全还原需66 kg-carbon/ton-HM，且热金属碳含量需≥3 wt%。

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  热 heel协同还原：溶解碳使渣中FeO浓度降至3 wt%，热金属碳含量达2.8 wt%，但碳密度差易导致浮渣问题。

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  渣化学调控挑战：实验观察到MgO从坩埚溶解（可能阻碍渣回收），且SiO₂还原不足导致渣碱度偏低，影响脱硫效率。

Conclusions

研究证实热 heel能加速FeO还原，但需优化碳加料方式以避免浮渣；同时提出添加助熔剂改良渣碱度、开发新型耐火材料是ESF工艺落地的关键。

（注：翻译严格遵循术语规范，如H₂-DRI、ESF、FeO等均保留原文格式，并采用"热 heel"等生动表述增强可读性。）