用于生产钢和铁的工艺和方法与流程

本发明广义上涉及为钢铁产物的制造提供多种手段。一般来说，本文所描述的工艺是使用dri反应器的间接加热通过铁直接还原工艺从多种铁矿石粉末(诸如赤铁矿、磁铁矿和针铁矿)生产铁的方法，并且特别地，该工艺旨在使用氢气作为间接加热的h-dri反应器的还原剂，优选地使用可再生电力进行间接加热来降低钢生产的co2排放。还描述了这些反应器的使用来提质用于炼钢的低品位铁矿石和钝化铁，以及将此类间接加热的反应器集成到炼铁和炼钢两者中。

背景技术：

1、钢铁工业约占全球co2排放的6％至8％，并且钢工业需要减少co2排放以缓解全球变暖。世界钢协会报告称，2019年，每吨钢的co2排放强度约为1,800kg的co2，并且生产11亿吨钢的能量强度约为19.84吉焦/吨。自2010年以来，co2排放强度从1,800增加到1,830并且能量强度从20.13吉焦/吨略微下落到19.84吉焦/吨。钢工艺一般包括从铁矿石炼铁和炼钢步骤，该从铁矿石炼铁和炼钢步骤可以紧密集成以用于直接从铁矿石炼钢。

2、本领域技术人员应理解的是，钢铁的现有技术博大精深，并且与这些工业中使用的工艺相关的大多数专利都是通过对30多年前采用的工艺的迭代改进而取得进展的。如今，当前工艺的能量强度非常高，而高排放强度是使用处理过的煤进行燃烧、还原、电极和掺入碳钢的这些处理发展的结果。该现有技术是由长期开发的特定技术限定的，而不是由专利和出版物限定的。

3、有三种主要的炼铁工艺，即其中不移除铁矿石中的脉石的海绵铁和其中通过造渣移除脉石的生铁生产、熔融还原。

4、有三种主要的炼钢工艺可以使用此铁或废钢，即平熔炉、氧气顶吹转熔炉(bof)和电弧熔炉(eaf)。炼钢之后是铸造、热轧和冷轧工艺。bof和eaf工艺当前在该行业占主导地位。为缓解气候变化，需要降低钢生产的排放强度。最理想的是，该工艺不增加整个炼钢工艺的总体能量密度，包括任何捕获的co2的封存成本。本文公开的发明主要涉及低排放的钢铁生产。

5、排放强度的降低最初可以通过在现有工艺中使用低排放铁来替代铁矿石来实现。平熔炉和氧气顶吹转熔炉(bof)通常可以替代30％的dri海绵铁。bof工艺使用碳(通常以来自冶金品位煤的焦炭的形式)用于铁矿石的还原和加热工艺两者，并且作为碳钢中的碳源。炼钢期间生成的co2是在铁矿石还原为熔融铁的期间形成的。产生的co2作为煤的使用而产生的称为高炉气(bfg)的熔炉废气的一部分存在。

6、使用h-dri作为进料，对现有bof工艺进行改造以生产低排放钢一般只能减少约30％的排放。用天然气替代煤炭也可以降低排放强度。排放可以减少至约600千克co2/吨。这不足以实现缓解气候变化和到2050年实现零排放的目标。

7、dri在eaf工艺中对废钢的替代率可能高达100％，但替代率当前仅限于高品位矿石产生的dri，因为eaf无法耐受来自低品位矿石的大量脉石。正在开发新的eaf设计(诸如矿热熔炉(saf))以克服此限制。为了满足当前市场需要并且减少排放，优选的是采用低碳dri工艺来使用低品位矿石。

8、碳钢的生产需要添加碳以制备足够的渗碳体fe3c以获得强度。还需要减少渗碳体生产的排放以降低炼钢过程中的co2排放。炼钢过程中co2排放的另一个源头是来自石灰石的石灰的使用以及来自通常用于优化造渣的ca：mg比例的其他碳酸盐(诸如白云石)的排放。co2排放的另一个源头是运输或铁矿石。炼钢供应链中有许多co2排放源。然而，co2排放的最大贡献来自于当前dri和bof工艺中化石燃料的使用。

9、随着时间的推移，新的炼钢工艺将被开发出来制备低排放钢，这是由减少排放以满足缓解气候变化所需的零排放目标的需要所驱动的。本文公开的发明涉及用于铁生产和钢生产两者的低排放铁。

10、全球高品位铁矿石的供应正在减少，因此任何降低排放强度和保持能量效率的发展都应优先能够使用低品位铁矿石来制备钢铁。本文公开的发明可以被采用以精选用于炼铁和炼钢两者的低品位矿石。

11、生产低排放强度钢的策略主要基于在铁还原工艺中使用低排放功率和氢气气体。此外，该策略承认，由于高品位铁矿石日益稀缺，低品位铁矿石不可避免。在炼钢工艺中，为何使用焦炭的主要bof工艺无法适用于生产低排放钢是有根本原因的。该策略不包括″末端″工艺，诸如用于炼钢或炼铁的碳捕获和封存(ccs)，因为此类工艺一般被发现对于诸如钢的商品来说是不经济的。因此，生产低排放钢铁的主要手段是修改当前的dri工艺，在称为h-dri的工艺中使用低排放氢气代替天然气中的混合的氢气和一氧化碳、合成气来制备海绵铁。h-dri从海绵铁生产低排放钢的预期路线是使用可再生功率操作eaf工艺。这通常意味着可以实现低品位铁矿石的精选的手段。已经开发了多个h-dri工艺。

12、预期的h-dri工艺可以通过两种工艺进行分类：

13、(a)粒料还原。为低排放dri工艺开发的第一种工艺是采用成功的dri工艺，诸如midrex(低压)和hyl(高压)工艺。此粒料dri工艺使用竖熔炉，在竖熔炉中铁矿石粒料被缓慢还原为海绵铁粒料。这对于dri来说是经过验证的技术。使用氢气代替合成气作为还原剂可以实现低排放。此类工艺称为h-dri，并且瑞典的hybrit工艺是示例(https：//www.hybritdevelopment.se/en/)，其中热h-dri粒料由高品位矿石制备，直接注入eaf工艺以用于钢。工艺变化必须考虑到工艺从使用合成气的放热反应到使用氢气的吸热反应的转化。

14、(b)颗粒还原。h-dri工艺的第二途径是使用颗粒的颗粒闪速还原，该颗粒的颗粒闪速还原的益处是消除了(a)中使用的造粒工艺。

15、颗粒还原的一个示例是闪速炼铁技术(fit)，该闪速炼铁技术是在使用悬浮反应器的基础上在实验室规模上开发的，在悬浮反应器中，预热的铁矿石粉末(一般小于30微米)被夹带在向下的氢气和氧气并流中。氢气的燃烧将粉末加热到足够高的温度，通常高于1300℃，使得还原工艺在约5秒的停留时间内基本上完成。美国能源部能源效率和可再生能源办公室2018年的″a novel flash ironmaking process(新型闪速炼铁工艺)″报告了使用闪速反应器的fit工艺。停留时间短是因为多个因素，即固体和气体的并流，其中因为向下流动的气体中的夹带，颗粒的流动很快；该工艺的高温产生非常高的气体速度；燃烧气体和还原气流的混合进一步增加了气体速度；并且通过燃烧产生的蒸汽将反应驱动到高温，因为蒸汽驱动逆反应。高温和气体速度的最终结果是在约19m高的反应器中可以实现约5秒的停留时间。尽管fit工艺温度低于铁的熔点，但据报道存在颗粒的强烈烧结，这封闭了颗粒中的孔隙并且增加了反应时间，因为氢气气体被阻止到达颗粒中的还原反应前锋。

16、颗粒还原的另一个示例是采用hismelt工艺生产氢气。hismelt工艺是一种商业eaf炼铁工艺，其中通过氧气和合成气的燃烧以及合成气还原产生的海绵铁熔融滴被注入到熔融钢池中。熔融海绵铁液滴由注入到热旋风收集器中的铁矿石颗粒制备，在该旋风收集器中，旋风由合成气与氧气的燃烧发展产生，以激活用氢气和一氧化碳的还原工艺，并且温度足够高以产生熔融海绵铁。在熔池中，通过造渣移除脉石以生产铁，或如果铁矿石品位高，则可以将熔融铁注入eaf中。hisarna工艺用氢气代替合成气。

17、颗粒还原的另一个示例是finex工艺，该工艺使用流化床(通常是两个三床串联)，通过燃烧合成气和氧气对<70μm的颗粒进行加热并且通过过量合成气进行还原以制备铁。通过修改颗粒大小分布来修改工艺可以减轻团聚的影响。将此类流化床途径向氢气的转化正在许多工艺(诸如主要区别在于如所示的不同颗粒大小的hyfor(<150μm)技术、cicored(100-2,000μm)技术和finmet(50-8000μm)技术)中开发。值得注意的是，<250μm范围内的颗粒通常被称为超细颗粒。

18、总之，上面公开的h-dri的已知技术中的所有途径都使用氧气来燃烧以用于加热，并且使用过量的氢气来在反应器内进行还原。

19、在h-dri工艺中，低排放氢气(称为蓝色氢气)可以从化石燃料中制备，以制备氢气和一氧化碳；蒸汽用于将一氧化碳转化为co2和氢气；将co2气体与氢气分离；co2被压缩至约100巴或被液化；并且此co2被运输并且封存在地质储层中，该co2在地质储层经过长时间转化为碳酸盐岩。这些工艺步骤中的每个都是经过验证的技术，但它们增加了生产成本。

20、替代地，低排放氢气(称为绿色氢气)可以通过电解水从太阳能、风能和水力发电等可再生功率中制备。按照当前的趋势，绿色氢气将成为成本最低的，因为它的工艺更简单并且电解槽的成本正在降低，并且风能和太阳能可再生功率的成本也在下降。绿色氢气正在hybrit项目中取得进展。

21、改造使用化石燃料的工艺所面临的挑战是，生产氢气的另外的成本一般无法通过工艺改进来抵消。此外，许多此类工艺不适用于低品位矿石(诸如eaf使用所需的矿石)的使用。用于在竖熔炉中处理的铁矿石的造粒的成本并非微不足道，例如需要使用膨润土或生物质作为粘合剂来抑制竖熔炉的床中粒料的破碎。

22、值得注意的是，dri工艺可以制备热海绵铁，热海绵铁可以用于炼铁，以使用热坯块铁(hbi)工艺制备海绵铁坯块。hbi处理用于限制坯块的氧化，包括抑制炼钢用铁运输期间的氧化和自燃。hbi海绵铁是炼铁厂出售给炼钢厂的可以作为炼钢工艺的给料的产物。因此，使用h-dri制备hbi的上面讨论工艺中的任一个都可以用于降低钢生产的排放强度。据了解，使用hbi工艺可以将h-dri处理成低排放海绵铁块。

23、如果将h-dri产物直接注入到熔融铁中进行造渣以制备用于bof或eaf中的生铁锭或在高品位矿石的情况下直接注入到eaf中以制备钢，则不需要hbi。上面考虑的许多基于颗粒的h-dri工艺生产的铁可以直接注入到eaf炼钢工艺中，前提是高品位铁矿石用于制备h-dri。

24、值得注意的是，eaf技术主要是为废钢的批量再处理而开发的。连续eaf工艺的发展使得氢h-dri粒料、坯块或锭可以连续地处理成钢。

25、如上所述，使用氢气铁矿石还原将还原工艺转变为吸热反应，而使用碳基燃料时，该反应一般略微地放热。本领域技术人员应理解的是，上面所描述的用于炼铁和炼钢的基于氢气的工艺，以其多种形式理解为氢气的生产是能量密集型的。需要开发最小化氢气消耗的工艺。

26、在本发明中，将公开间接加热的反应器可以用于在氢气-一氧化碳/合成气(dri反应器)中处理铁矿石并且可以优选地是氢气(h-dri反应器)。h-dri降低了co2排放强度。

27、sceats等人先前描述过间接加热的反应器，用于：

28、(a)sceats等人用于碳酸盐材料煅烧的co2还原工艺，参见wo2016/077863″process and apparatus for manufacture of calcined compounds for theproduction of calcined products(用于生产锻烧产物的锻烧化合物的制造工艺和装置)″及其中的参考文献；以及au2020904492和au20201902810"process and methods forthe calcination and minerals(锻烧和矿物的工艺和方法)″及其中的参考文献；wo2015/077818"process and apparatus for manufacture of portland cement(用于制造波特兰水泥的工艺和装置)″和其中的wo2021参考文献。

29、(b)在au2020902858″a method for pyroprocessing of powers(粉末高温处理方法)″及其参考文献中表现出相变的粉末的处理，以及

30、(c)在au2021902040的″processes and methods of calcination of minerals(矿物煅烧工艺和方法)″中，材料的处理以制备用于电池的材料，

31、其中这些发明认识到间接加热意味着热量从反应器容器外部生成，并且可以由围绕反应器的熔炉中的燃烧反应生成，或使用电阻加热或感应加热的电气元件；并且进入反应器的热传递可以通过钢或其他导热元件从此类熔炉中进行以分离加热和处理。这种关于间接加热的反应器的现有技术没有公开使用此类间接加热的反应器用于炼铁或炼钢的用途和益处。

32、这种间接加热的现有技术确实公开了低排放石灰或石灰粉的制造，低排放石灰或石灰粉可以用于代替常规石灰或石灰粉，用于低排放造渣工艺以从炼铁或炼钢工艺中移除脉石。

33、本发明的目的可以是提供优化间接加热的反应器设计以制备dri铁(优选地，h-dri铁)的一种或多种手段。

34、本发明的另一个目的可以是提供使用电功率向dri或h-dri反应器提供间接热量的一种或多种手段。

35、本发明的另一个目的可以是描述使用此类间接加热的dri或h-dri反应器提质低品位铁矿石。

36、本发明的另一个目的可以是描述一种用于铁颗粒的渗碳的工艺，目的是为了钝化铁并且在铁中提供碳以用于生产低碳钢和碳钢，从而使得能够在碳钢中进行碳封存，特别是如果碳源是来自否则会被排放的co2。按重量，低碳钢包括约0.03至0.15％的碳并且碳钢包括0.3至1.5％的碳。值得注意的是，stephens在us 5,869,018中公开了一种使用一氧化碳co进行铁渗碳的工艺。

37、本发明的另一个目的可以是提供一种扩大间接加热的dri或h-dri反应器的规模以增加生产能力的手段。

38、本发明的另一个目的可以是描述将间接加热的dri或h-dri反应器集成到炼铁工艺中。

39、本发明的另一个目的可以是描述将间接加热的dri或h-dri反应器集成到炼钢工艺中。

40、贯穿说明书对现有技术的任何讨论都不应被认为是承认此类现有技术是众所周知的或构成本领域公知常识的一部分。

技术实现思路

1、本专利的发明总体与相应地使用一氧化碳/合成气或氢气作为还原剂的用于炼铁和炼钢的间接加热的直接还原铁(dri)反应器和氢气直接还原铁(h-dri)反应器相关联。优选氢气的使用来降低co2排放。在上下文准许的情况下，关于所公开的发明对dri反应器的任何引用包括对h-dri反应器的引用。

2、此类发明包括：

3、(a)用于还原铁矿石粉末的间接加热的dri或h-dri反应器，其能够控制沿着反应器壁的反应器温度分布以引发和维持反应，从而在粉末颗粒在反应器中的停留时间内充分完成还原工艺。

4、(b)此类间接加热的dri或h-dri反应器对用于加热的燃料是不可知的，并且可以通过气体的间接燃烧来提供动力，而没有其中铁矿石也与燃烧气体和其中的杂质反应的直接燃烧的通常限制。

5、(c)此类间接加热的dri或h-dri反应器可以使用电功率来加热，使用电阻、感应或微波加热。此类反应器可以明确地称为间接加热的e-dri反应器或e-h-dri反应器。优选的是，此类反应器具有以可变功率吞吐量操作的能力，以能够快速关闭和启动，从而处理典型的可再生功率的可变进料，并且能够实现利用铁矿石和还原气体的可变进料速率的电网的负载平衡，或在可再生功率发电量低时，使用能量存储系统(诸如电池、加热的流体或固体)以接近恒定的功率操作，以提供热量或功率。

6、(d)使用此类间接加热的dri或h-dri反应器的模块来扩大该工艺的规模，同时优选地允许通过控制粉末输入、还原气体输入和任何选择的间接加热输入(如果需要)来控制每个反应器。

7、(e)使用多级间接加热的dri或h-dri反应器，并且如果期望的话进行粉碎，以能够在铁含量方面提质粉末，在上面所描述的还原为高品位铁的最终阶段之前，使用从部分处理的铁粉末中磁性分离的脉石。

8、(f)使用间接加热的dri或h-dri反应器分段，以能够通过形成碳涂层来钝化铁表面，增加抗氧化性和自燃性，并且为碳钢提供碳，并且由此使碳能够封存在钢中。

9、(g)将此类间接加热的dri或h-dri反应器与熔化铁粉末的熔炉集成，并且将熔融铁与造渣剂(诸如低排放石灰/白石灰)混合以生产高品位生铁锭。

10、(h)将消耗以坯块或锭的形式的高品位铁的此类间接加热的dri或h-dri反应器与包括添加通量的eaf工艺集成以制备钢的装置。

11、有待解决的问题

12、通过间接加热控制反应器。需要提供改进的反应器控制以用于铁的还原。本文所描述的发明公开了与用于炼铁和炼钢的dri或h-dri处理的现有技术相比，在dri或h-dri反应器工艺中间接加热粉末和气体提供了对dri或h-dri工艺的改进控制，其中燃烧和还原在反应器容器内同时发生。

13、氢气还原。需要减少h-dri工艺中使用的氢气量。生产绿色氢气或蓝色氢气的成本很高，因此应优选地开发一种最小化氢气的使用的h-dri工艺。将表明使用间接加热降低了对氢气和氧气的需求。在本公开中开发的范例是氢气要用于铁还原，并且间接加热可以由低成本燃烧或优选地电加热来提供。此类成本降低可以抵消将原矿铁矿石研磨成粉末大小以在此类间接加热的反应器中进行处理所需的能量。

14、处理铁矿石细粒。需要一种可以用于处理铁矿石细粒(优选地小于约200μm)的铁矿石还原工艺。此类细粒在从采矿到炼铁和炼钢的许多阶段产生，并且提供了不易在竖熔炉或流化床中处理的粉末的方便源。

15、处理低品位铁矿石。需要开发能够使用低品位铁矿石作为给料的铁处理，并且通过移除用于炼钢的脉石来提质铁的质量。本发明的公开包括用于使用间接加热的dri或h-dri反应器对铁矿石进行此类精选的多个工艺。

16、钢中的碳封存。需要在铁中添加碳来制造低碳钢。本发明的公开包括在铁的制造期间的渗碳或部分渗碳的dri或h-dri的工艺，在工艺中使得能够将碳封存在钢中。

17、反应器规模扩大。需要扩大间接加热的dri或h-dri反应器的规模以处理大量铁矿石。

18、总之，本公开的技术实现要素：涉及间接加热的dri或h-dri反应器的使用，该间接加热的dri或h-dri反应器可以使用用于间接加热并且还原气体的任何手段，该间接加热的dri或h-dri反应器还可以使用以下益处：反应器控制、高热效率、处理铁矿石细粒、提质低品位铁矿石、用碳渗碳和钝化铁的益处、以及使用此类反应器的模块扩大规模的手段。

19、减少co2排放。本发明的总体目标是减少用于铁或钢的生产中的co2排放，其中h-dri反应器使用具有上面所描述的益处的可再生功率加热和绿色氢气，并且使用零排放石灰和白石灰用于造渣，并且另外地使用铁的渗碳用于碳封存。

20、用于解决问题的手段

21、间接加热的反应器(诸如滴管)已被公认用于材料的实验室评估。然而，sceats等人的现有技术已经证明间接加热的反应器可以在工业规模上部署用于多种应用。

22、本发明涉及间接加热dri和h-dri反应器的工业应用，包括电功率加热e-dri和e-h-dri反应器(本文称为e-dri和e-h-dri反应器)的使用。

23、根据第一方面，本发明提供了一种用于铁矿石还原的外部加热的竖直反应器，该反应器包括：

24、(a)反应器管，其邻近熔炉竖直地定位，其中，铁矿石的输入粉末被注入到邻近反应器管的顶端的料斗中，并且输入粉末通过反应器管向下下落；其中，还原气体的输入在反应器管的基部处注入；

25、(b)外部熔炉，其邻近反应器管的至少一个壁竖直地定位，以提供待通过该至少一个壁传导的热量，其中，传导的热量升高下落的输入粉末的温度；

26、(c)在反应器管的基部处的输入端口，其中，还原气体被加热并且注入到输入端口中，使得还原气体向上上升通过反应器管以进一步升高下落的输入粉末的温度，使得铁矿石被上升的还原气体还原，其中，达到在700℃和900℃之间的反应温度，使得还原气体在还原反应中被铁矿石消耗，导致在反应器基部处形成还原铁粉末产物；其中，沿着反应器管的长度控制外部热量以保持反应温度分布以还原铁矿石。

27、(d)排气口，其邻近反应器的顶部表面定位，其中，在反应器的顶部排出的气体形成气流并且夹带未反应的输入粉末颗粒，其中，从气流提取未反应的颗粒并且重新注入到反应器中；

28、(e)气体过滤器，其邻近排气口的入口定位，其中，从反应器管提取的气体被洗涤掉包括蒸汽和二氧化碳的气体反应产物，并且洗涤后的提取的气体被重新注入到输入气流中；以及

29、(f)床，其定位在反应器管的基部处，其中，还原铁粉末产物收集在反应器管的基部处的床中并且从反应器中排出以用于后续处理。

30、还原气体优选地包括一氧化碳、氢气、甲烷或其混合物。

31、外部热源由固体或气体燃料的燃烧在熔炉中形成，或由使用电阻、感应或微波生成的电功率生成，并且沿着反应器的长度分布以提供反应器壁温度分布，其中，当考虑壁、气体与颗粒排放时，约一米的辐射穿透深度的体积分数为约1×10-4，并且其中，反应器壁被加热到在1100℃和1700℃之间的温度。

32、铁矿石粉末可以是需要铁的还原来处理矿物的赤铁矿、磁铁矿、针铁矿、菱铁矿或其他铁基矿物、及其混合物。

33、反应器管的至少一个壁优选地由在约1050℃对氢气稳定的钢或陶瓷制备。

34、优选地，还原气体是氢气，热源是可再生功率以便最小化产物的co2排放强度。

35、输入粉末优选地具有大于25μm且小于约250μm的颗粒直径范围。反应器管的直径优选地不大于约2m，并且该反应器管的长度在10m至35m之间，其中，该向下流动的铁矿石颗粒的停留时间为约10秒至50秒，其中，该停留时间取决于气流方向和该铁矿石颗粒的团簇形成。

36、反应器壁之间的热交换优选地小于约100kw/m。输入粉末在下落通过反应器管期间的平均速度优选地小于3.0m/s且大于0.2m/s。优选地，反应器中的输入粉末的通量在0.5kg m-2s-1至1.0kg m-2s-1的范围内。

37、输入粉末和输入还原气体优选地由来自诸如水冷凝器的其他工艺和与还原铁产物的使用相关联的其他工艺的废热预热。

38、从该气流提取的未反应的输入粉末颗粒优选地通过穿过该反应器管的中心的金属管与氢气一起被重新注入到反应器管中，使得这些颗粒在它们被输送到反应器的基部的期间被加热并且还原。

39、铁的还原程度优选地是95％或更高。

40、根据第二方面，本发明提供了一种使用根据本发明的外部加热的竖直反应器还原输入铁矿石粉末的方法，其中，输入铁矿石粉末是低品位赤铁矿或针铁矿，其中

41、(a)控制该方法以基本上限制还原程度，从而生产铁磁材料(诸如磁铁矿)；以及

42、(b)粉末冷却方法是一种闪速淬火方法；以及

43、(c)使用

44、(d)使用磁性分离器以从磁性铁矿石产物分离脉石；以及

45、(e)将磁性铁矿石产物注入到根据权利要求1至15中任一项所述的第二反应器中以处理成铁。

46、根据第三方面，本发明提供了一种使用根据本发明的反应器还原输入铁矿石粉末的方法，其中(a)将低品位铁矿石颗粒处理成热铁粉末；以及(b)将热铁粉末注入到加热的大桶中以生产熔融铁；以及(c)熔融铁和造渣剂(诸如石灰)在加热的大桶中混合使得形成炉渣，其中，炉渣漂浮到大桶的顶部，并且被排放并冷却；以及(d)熔融铁从加热的大桶放出和冷却并且被处理以制备高品位铁锭。

47、根据第四方面，本发明提供了一种活化不透水铁矿石的方法，其中：

48、(a)氧化铁矿石以制备多孔赤铁矿矿石；

49、(b)在根据本发明的外部加热的竖直反应器中还原多孔赤铁矿矿石以制备铁矿石。优选地，氧化方法使用根据本发明的外部加热的竖直反应器，其中，还原气体用空气代替。

50、根据第五方面，本发明提供了一种生产渗碳体的工艺，其中

51、(a)使用根据本发明的外部加热的竖直反应器还原铁矿石以制备铁颗粒；以及

52、(b)如果需要，可以结合第四方面的工艺来生产高品位铁粉末，以及

53、(c)铁粉末可以用作根据权利要求1至15中任一项所述的外部加热的竖直反应器的进料，其中，co2和h2用作气态进料，以及

54、(d)反应器温度和co2的相对组成分数被选择以将铁的一部分转化为渗碳体。

55、根据第六方面，本发明提供了一种根据本发明的外部加热的竖直反应器，用于通过使用由约8个此类反应器组成的模块来精选铁、活化不透水铁矿石或在铁中生产期望分数的渗碳体，在该模块中输入铁矿石进料被从中央料仓分配到反应器中，还原气体被从适当的气体源分配到反应器，并且热量可以独立于工业方法的其他元件进行交换以加热粉末或气体。

56、在本发明的另一个方面，公开了一种使用间接加热的dri或h-dri反应器来用于还原铁矿石的装置。此方面包括使用氢气进行还原和使用可再生电功率进行间接加热的优选装置，该使用氢气进行还原和使用可再生电功率进行间接加热共同如dri反应器将排放强度降低到几乎为零。

57、在本发明的另一个方面，公开了使用间接加热的dri或h-dri反应器的配置的低品位铁矿石的精选的装置。

58、在本发明的另一个方面，提供了将co2封存在铁中以用于生产碳钢和钝化铁的装置。

59、在本发明的另一个方面，公开了一种使用用于炼铁和炼钢的多个此类间接加热的dri或h-dri反应器的模块来扩大第一方面的方法的规模的装置。

60、根据说明书和附图，本发明的其他形式将变得显而易见。