本发明是属于矿粉-粉煤-竖炉直接还原熔融炼铁的生产工艺及设备。 目前在工业上应用的炼铁工艺主要有：
1、以冶金焦为主的高炉-转炉工艺;
2、以原煤为主的直流电炉还原工艺;
3、以原煤为主的熔化气化炉-还原炉熔融还原工艺。
上述三种炼铁工艺的缺点是：
1、传统的高炉炼铁，必须以烧结，球团矿或块矿为原料，以昂贵的冶金焦碳为燃料，熔炼过程工艺复杂，能耗高，需建烧结厂、团矿厂、焦化厂等辅助工艺厂。基建投资大、成本高、操作复杂。
2、预还原炉-直流电弧炉炼铁，以粉矿为原料，在高压循环流化床中进行预还原，在直流电弧炉中进行终还原，耗电量大，成本高，不适于电力紧缺地区使用。
3、熔化气化炉-还原炉炼铁，也以块矿和球团矿为原料，以原煤为燃料，分别在熔化气化炉和还原炉中完成还原煤气，熔化海绵铁和还原铁矿任务，这就使设备复杂化，在还原过程中需要大量氧气，必须设置制氧厂，还需设置烧结、团矿等辅助厂，工艺复杂。
本发明将成熟的有色金属冶炼及生产钙镁磷肥所用的旋风炉工艺，经过改造用于炼铁，在熔融还原炉中产生煤气，在旋流式预还原器中对矿粉进行预还原，用加压净煤气将预还原矿粉送入竖炉中用高温煤气进行熔融还原。
本发明的工艺过程如下：
1、送热风：通过还原熔融竖炉（4）上部，下部风口将大于1000℃的热风（21）送入炉内。
2、送煤粉：用煤气加压机（13）对废气（15）加压，而后打开煤粉输送装置将煤粉（17）送入炉内，使其在炉内燃烧生成CO2，燃烧废气经余热锅炉（3）沿管道经过一级预还原器（8），二级预还原器（9），余热回收炉（11），干式除尘器（12），煤气加压机（13），CO2、SO2吸收塔（14）驱除管路及设备中的空气。
3、调整煤粉输入量（17）和热风量（21）的比例，使燃烧生成物为CO并将其送入煤气处理系统，经加压机（13）加压后送出。
4、供给精矿粉：启动螺旋给料器（2），送入矿粉，矿粉经一级预还原器（8），二级预还原器（9）进行预还原。
5、送加压净煤气：用加压净煤气将预还原矿粉喷射入熔融还原竖炉（4）内进行还原。
6、出渣出铁：终还原生成的铁水及渣，经铁口（5）和渣口（6）放出。
本发明工艺所使用设备包括：
矿粉贮存及输送器（1），螺旋给料器（2），熔融还原竖炉（4），叶片式旋流喷燃器（7），预还原器（8）、（9），回转给料器（10），余热回收器（11），余热锅炉（3），煤气加压机（13），CO2、SO2吸收塔（14），干式除尘器（12）。
本发明的炼铁过程及原理：
本发明炼铁过程分为两个阶段：
1、预还原阶段：控制加压净煤气温度使之保持大于1000℃。以大于15米/秒的速度将矿粉送入预还原器（8）和（9），在煤气的螺旋形运动中，细粒铁矿物和煤气中CO+H2接触，被还原成低价铁氧化物及部分金属铁，固体沉降而煤气上升并沿管路流动。
1000℃的煤气和常温的矿粉接触后，发生复杂反应，温度降至750℃，在此温度下，预还原度可达40～60%。
2、终还原阶段：终还原在熔融还原炉中进行，还原过程为（1）中温（950℃±）固态还原区，（2）高温熔化区（1800-2000℃），（3）喉部收缩区，（4）炉缸区。
（1）中温还原区：
将预还原后的物料再度加热升温到950℃左右，同时在较高温度下再进行固态还原，以提高还原度。
以切线或割线方向进入的高温热风，产生旋流运动并使煤粉燃烧生成CO，铁矿物在煤气旋流及紊流运动中，矿物粒子和还原煤气地CO+H2密切接触，还原成Fe固。
在900～1000℃范围内，平衡气相成份中CO含量几乎为100%但在燃烧过程的氧化和还原区内，煤气成份是产生错踪变化的。
（2）高温还原区：
大于1000℃的热风，用富氧或不富氧，使煤粉燃烧生成1800～2000℃的高温煤气。
下降的固态还原铁及物料在本区内熔化，并有部分金属铁再氧化。
在煤气的旋流运动中，被熔化的渣铁液体靠离心作用抛向炉壁，并沿炉壁流下。
较大颗粒的煤粒也被抛向炉壁粘附在溶渣上，渣中FeO和煤粒接触，被直接还原成液态铁，也沿炉壁下降到炉缸。
燃烧火焰可分成氧化焰带和还原焰带。
3、喉部收缩区：
由于过剩煤粉存在，该区发生CO2+C＝2CO的吸热反应，煤气温度有所下降，且煤气成份全部为CO。
煤气流经收缩区的喉部时，流速提高几倍，使高温气体喷射到炉缸上层液体界面上产生摄动作用，有利于铁水脱硫。
熔化物在快速回旋收缩中，相互碰撞，由细小液滴聚成大液滴。通过喉部后，容积骤然扩大，煤气中的液滴和煤粒等，由于惯性作用降到炉缸中。
4、炉缸区：
炉缸内物料分上中下三层：上层一煤粒层，中层一熔渣层，下层一熔铁层。
炉缸区的化学反应是：
直接还原FeO+C→Fe+CO↑在焦粒层和渣界面进行。
渗碳3Fe+C→Fe3C在铁滴穿过焦粉层时进行。
脱硫 FeS+CaO+C→Fe+CaS+CO↑在渣铁界面进行。
附图为旋流二段直接还原熔融炼铁工艺流程图：
1-矿粉贮存及输送器 2-螺旋给料器 3-余热锅炉 4-熔融还原竖炉 5-铁口 6-渣口 7-叶片式旋流喷燃器 8-一级旋流预还原器 9-二级旋流预还原器 10-回转给料器 11-余热回收炉 12-干式除尘器 13-煤气加压机 14-CO2、SO2吸收塔 15-外送煤气 16-送热风炉煤气 17-煤粉输入 18-回收炉尘 19-石灰粉输入 20-加压净煤气输送管 21-大于1000℃热风（富氧或不富氧） 22-调温加压净煤气。
本发明工艺的优点是：
（1）可直接采用0～7μm的矿粉，不需进行烧结，团矿予处理，简化了工艺，减少了设备磨损。
2、使用价格低廉的烟煤或无烟煤为燃料，不需使用昂贵的冶金焦和电力，使生产成本大大降低，特别适用于缺少焦煤资源和电力紧缺的地区。
3、不需建立烧结，团矿厂、焦化厂、制氧厂等辅助工艺厂。使基建投资节约60%左右。
4、热效率高，能耗低，本发明工艺所耗电能和蒸汽均可自给，此外还可向外提供剩余煤气及电能。本发明炼铁净能耗为1.7GCal/t，而直流电弧炉法为3.39GCal/t，熔化气化炉-还原炉法为2.5GCal/t。
本发明所用设备优点是：
1、矿粉在预还原器中进行预还原，减少了炉缸中的直接还原，保证了炉缸具有足够的温度，使铁渣具有充分的热度和良好的流动性。
2、以蓄热式热风炉代替传统的管式热风炉，炉内风温从400℃提高到700℃，补充了由于煤粉燃烧不完全生成CO所减少的热量。
3、采用旋风收尘器方式的预原器内加耐火衬料，代替孔板流化床还原，避免了需要严格控制气流速度及容易发生孔眼磨损、堵塞等缺点。
4、采用干式除尘，粉尘闭路循环方法，消除了粉尘排放对环境的污染。
5、采用煤气加压机，提高净煤气压力，用加压净煤气吹送煤粉和预还原矿粉，避免了预还原矿粉的再氧化，减少了单位生铁的煤气发生量。
6、采用SO2和CO2吸收装置，提高了净煤气质量，减少了废气中有害物质对环境的污染。
7、采用锅炉管气化冷却方式回收热能用于发电，既利用了余热，又降低了能耗。
本发明实施条件：
1、在旋流式预还原器（8）、（9）内加耐750℃以上高温的耐火内衬。
2、按高炉缸要求改造旋风炉，使之适用于炼铁工艺。
3、旋风炉的送风系统，采用传统高炉蓄热式热风炉代替有色冶金使用的管式热风炉。
勘误表