CN112159880B - 一种氢气炼铁的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氢气炼铁的方法及装置，属于氢气冶金技术领域，解决了现有氢气冶铁中使用富氢气体还原铁氧化物依然造成大量二氧化碳排放的问题。该方法采用含铁矿石原料在氢气或富氢气体气氛下，采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼，得到直接还原铁，包括如下步骤：步骤1、将含铁矿石原料进行预处理；步骤2、将步骤1所得原料加入坩埚中，进行微波照射，通入氢气或者富氢气体进行铁氧化物的还原；步骤3、停止微波照射，停止通入氢气，通入惰性气体进行保护，反应完成后，恢复至室温，得到直接还原铁。该方法可实现纯氢冶炼，实现矿石还原能源和催化的零碳排放，适用于纯氢冶金技术的推广。

Description

一种氢气炼铁的方法及装置

技术领域

本发明涉及氢冶金及微波冶金领域，尤其涉及一种氢气炼铁的方法及装置。

背景技术

全球气候变暖已经成为影响世界的重大挑战之一。据统计，整个工业部门排放的二氧化碳有近一半来自四个行业：水泥、钢铁、氨和乙烯。每生产1吨粗钢就会排放约2吨二氧化碳，钢铁行业节能减排任务日益严峻，传统高炉炼铁是以焦炭和煤粉作为还原剂和燃料来生产铁，通过向高炉下方鼓入热空气、煤粉，焦炭、煤粉与空气生成CO，为高炉反应提供热量，同时将铁氧化物还原为金属铁。该过程能源消耗和碳排放量巨大，环境污染严重。采用氢气取代焦炭作为还原剂的氢冶金技术成为了目前最行之有效的手段之一。目前，我国国内大型钢铁企业均陆续启动氢冶金项目。

氢冶金技术通过氢气替代煤炭，其主要产物是金属铁和水蒸气，具有环境友好的特点，可大幅度降低钢铁行业中的碳排放，并提高含铁矿石的还原效率。氢冶金技术具体可分为富氢冶金(采用以CO和H₂为主的混合气体)和纯氢冶金。目前，富氢冶金技术已相对成熟，如现有的 Midrex工艺主要是以天然气为基础的竖炉炼铁工艺，使用的还原气体中包含约55％的氢气和36％的一氧化碳，CO和H₂主要通过天然气裂解获得，其吨钢二氧化碳排放量相比传统高炉工艺降低将近一半，但由于采用如此多的氢气，没有足够的燃料提供热量，还原气体进入竖炉后，炉料会冷却，还需要注入天然气维持理想的还原温度，进而增大了天然气的注入量，导致CO₂排放量增大。我国氢冶金技术发展严重滞后，国外较为成熟的Midrex工艺和Hyl工艺等富氢冶金技术由于我国天然气资源匮乏和还原反应热源等问题受限而没有在我国得到推广。而纯氢技术冶金更是我国亟待突破的技术瓶颈。

因此，目前氢炼铁主要有以下技术问题需要克服：一、氢炼铁需要大量的矿物燃料提供能源，造成二氧化碳的排放；二、氢炼铁只能实现富氢炼铁，无法实现纯氢炼铁。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种氢气炼铁的方法及装置，通过微波对低品位铁矿石、钛精矿、铁精矿等矿石原料进行照射，实现促进富氢或纯氢炼铁的方法，至少可以解决现有技术中以下技术问题之一：1.无法实现纯氢冶炼的问题；2.富氢冶炼中需要矿物燃料提供能源进而造成碳排放的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种氢气炼铁的方法，含铁矿石原料在氢气或富氢气体气氛下，采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼，得到直接还原铁。

包括如下步骤：

步骤1、将含铁矿石原料进行预处理；

步骤2、将步骤1所得原料加入坩埚中，进行微波照射，通入氢气或者富氢气体进行铁氧化物的还原；

步骤3、停止微波照射，停止通入氢气，通入惰性气体进行保护，反应完成后，恢复至室温，得到直接还原铁。

步骤1中含铁矿石原料包括：低品位铁矿、钛钒磁铁矿、铁精矿、钛铁矿、钛精矿、转炉钢渣、铁磷中的一种或多种。

对含铁矿石原料进行预处理包括以下步骤：

步骤1a、将原料进行破碎和筛分；

步骤1b、向破碎和筛分后的原料中加入碳质还原剂和黏结剂制备成含碳球团或将破碎和筛分后的原料研磨成细粉；

步骤1c、加入添加剂和钠化剂，进行烘干。

其中，烘干温度为100-120℃，烘干时间2-4小时。

其中，碳质还原剂为煤粉、焦炭、石墨粉、生物质中一种或多种，所述含碳球团C/O＝0.8-1.2，球团直径为1-3cm。

其中的添加剂，包括：石墨、碳化硅、锰碳合金、氧化锌中的一种或多种，所述钠化剂包括：氯化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠、硼酸钠中一种或多种。

步骤2中的微波照射功率为1～3kw，频率为2.45GHZ，磁场强度 119.37KA/cm。

通入氢气压力设定为0.1MPa，流量设定为8-20L/min。

另一方面，本发明公开了一种氢气炼铁的装置，用于实现利要求1-9 任一项所述的氢气炼铁的方法，所述装置包括：炉体、坩埚、微波源、三销钉配备器；

其中，坩埚置于炉体内，所述微波源与多个微波管相连，多个微波管均匀分布在炉体外周；

其中，微波源通过三销钉配备器连接炉体，实现对微波的调节。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明首次将微波照射应用于富氢或纯氢炼铁，冶炼过程中采用纯氢气或富氢气体作为还原剂，用微波照射促进矿石的还原冶炼。微波能是一种清洁能源，同时也是促进反应发生的重要媒介，通过微波照射反应中的矿物和氢气，微波的能量被分子吸收，增加分子的活化能，促进富氢气体或纯氢气体还原铁氧化物的反应，实现了富氢或纯氢炼铁，实现了通过微波照射促进氢冶铁过程。

在反应物内部，反应吸收热量会导致反应物内部的能量耗散，利用微波照射可以不需要热传递，直接以光波的形式精准的加热物料，可实现对原料快速、精准、均匀的加热升温。有效解决了现有富氢冶金工艺依赖天然气或煤粉、焦炭等碳质燃料提供热源的问题，减少了天然气和焦炭等宝贵资源的消耗，大幅降低了CO₂的排放。

(2)微波照射下可以实现纯氢气体冶铁，反应不用加入固体碳作为还原剂，不用混入一氧化碳作为碳还原气体，加之不用碳矿石燃料进行加热，实现了完全意义的零碳排放。

(3)本发明中加入钠化剂，如氯化钠、硅酸钠、硼酸钠的，钠化剂的加入能促进反应的进行，一方面钠离子在微波作用下可破坏钙钛矿等高熔点矿物的结构，降低还原温度，另一方面铁矿中酸性氧化物(包括氧化钛、氧化钒、氧化硅和氧化铝)与钠化剂反应充分形成相应的钠盐，其在微波下反应充分，利于钛的钠化过程，降低冶炼后期含钛炉渣的再利用成本。

附图说明

图1、本发明提供的氢气炼铁装置的结构示意图。

附图标记

1-炉体；2-真空系统；3-气路系统；4-供气系统；5-水冷系统；6-微波源；7-三销钉调配器；8-电控系统；9-红外测温仪；10-保温系统。

具体实施方式

下面结合实施例阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

由于目前我国二氧化碳减排任务艰巨，钢铁工业是二氧化碳排放的主要来源之一，是控制和减少碳排放的关键方向。现有钢铁技术中以固体碳和气体一氧化碳为主要还原剂进行炼铁，造成了大量的碳排放。由于氢气与铁矿物中的铁的氧化物进行还原反应生成的产物是水，因此目前全球都在尝试使用氢气作为还原剂进行钢铁冶炼，氢气炼铁成为了全球钢铁工业的新的技术高地。但目前工业使用的是富氢气体，富氢气体主要由甲烷裂解制备，即氢气为主要气体含有少量的一氧化碳，富氢气体进行钢铁冶炼虽然能一定程度的降低碳的排放，但由于富氢气体中含有一氧化碳，依然会有碳排放，更为突出的问题是，富氢气体在冶炼过程中出现“冷中心”问题，必须通过甲烷提供热量，依然造成二氧化碳排放问题。因此如何使用纯氢气体进行冶炼还原反应后全部排放水，并且在冶炼过程中避免使用甲烷等功能的碳化合物是亟待解决的问题。

本发明提供了一种氢气炼铁的方法，含铁矿石原料在纯氢气体或富氢气体气氛下，用微波对反应体系进行照射，采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼，得到直接还原铁，实现促进富氢或纯氢冶炼。包括如下步骤：

步骤1、将含铁矿石原料进行预处理；

步骤2、对步骤1所得预处理后的原料加入坩埚中，进行微波照射，通入氢气或者富氢气体进行铁氧化物的还原；

步骤3、停止微波照射，停止通入氢气，通入惰性气体进行保护，反应完成后，恢复到室温，得到直接还原铁。

其中，本发明的氢气炼铁的方法步骤1中的含铁矿石原料包括低品位铁矿、钛钒磁铁矿、铁精矿、钛铁矿、钛精矿、转炉钢渣、铁磷中的一种或多种。需要说明的是，本发明的氢气炼铁的方法适用目前钢铁冶炼中的绝大部分种类的矿石，适用范围广。

上述步骤1中，对含铁矿石原料进行预处理包括以下两种方法：

方法一：先将原料进行破碎和筛分，选取200目以下的矿粉，研磨至1-8mm的细粉，加入添加剂和钠化剂，进行烘干。

方法二：先将原料进行破碎和筛分，选取200目以下的矿粉，加入碳质还原剂和含铁矿石质量分数3％黏结剂硅酸钠制备成含碳球团，进行烘干，然后加入添加剂和钠化剂，混合均匀，以含铁矿石质量计，加入占含铁矿石质量分数3-5％的添加剂和占含铁矿石质量分数2-5％放的钠化剂。

上述方法二中，黏结剂的用量为含铁矿石质量分数的2-4％，用量太少可能造成黏结效果不佳，过用量太高会造成硅酸钠含量过高，影响碳还原剂的还原，同时也会影响氢气和矿石的接触，造成矿石无法与还原剂充分反应，还原率下降。

为了去除原料中的水分，对方法一或方法二得到的原料进行烘干脱水处理，烘干温度为100-120℃，烘干时间2-4小时。

上述方法二中，碳质还原剂可为焦炭粉、煤粉、焦炭、石墨粉、生物质中一种或多种。由于铁矿石没有经过精磨，颗粒较大，为了充分进行碳还原，碳质还原剂的添加量控制在碳球团C/O＝0.8-1.2，球团直径为 1-3cm。

上述两种含铁矿石原料预处理中均需要加入添加剂和钠化剂，其中添加剂，包括：石墨、碳化硅、锰碳合金、氧化锌中的一种或多种的任意比例组合；其中钠化剂，包括：氯化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠、硼酸钠中一种或多种的任意比例组合。

含铁矿石原料预处理完成后，将预处理后的原料加入坩埚中，坩埚置于炉体中，进行微波照射，并通入氢气或者富氢气体进行铁氧化物的还原，反应完成后通过化学滴定法，对单质铁进行滴定测量，同时对铁氧化物转化为单质铁的转化率进行计算。

随着反应的逐步进行，原料被还原为单质铁，铁在反应体系中因高温而熔成铁的微小的液体小液珠分散在体系中，小液珠凝结变成液珠落在坩埚底部，随着反应的持续，液珠逐步累积，反应完成后，产物冷却后转变为铁块状。所得铁块可以用于钢铁冶炼中的下一环节，并可用于工业进一步提纯。

本发明中，为了保证反应的顺利和充分进行，氢气压力设定为 0.1MPa，流量为8-20L/min。利用纯氢气作为还原剂，反应后产生的气体为水蒸气，不同于传统钢铁冶炼，纯氢气体的还原无需加入固体碳质还原剂煤粉、碳粉。也不同于现有的工业上的富氢冶炼技术，通过甲烷的裂解制备氢气和一氧化碳的，纯氢还原仅仅用氢气作为单一还原剂，体系中没有掺杂气态的碳质还原剂一氧化碳。在微波促进下，通过微波能代替传统的以燃烧甲烷进行热能供应的方式，微波使用电能，可以通过水利发电、风力发电、核能发电、潮汐能发电和太阳能发电等多种绿色无碳方式供应。微波促进的纯氢冶铁，是真正的无碳还原且真正的实现不需要碳燃烧能源供应，是物质与能量双重层面上的真正意义的无碳排放的。

同时由于氢气分子相比其他分子尺寸最小，导热系数大，单位时间吸收微波能量更多，能更好的作为能量的吸收媒介，从反应动力学角度看，以更高能量的激发态参加反应，更加容易的度过反应过渡态，达到反应产物的状态，有效的提高反应速率和工业冶炼生产效率。

需要说明的是，微波可以不设定功率，可以根据红外探测仪探测的温度，保持温度在1100-1150℃，而设定为功率连续可调，磁场强度 119.37KA/cm。微波的频率为2.45GHz，为目前最广泛应用的微波频率，适用范围非常广泛。传统加热是通过给体系进行热传导使反应分子吸收能量后，分子运动加剧，有效碰撞增加，从而促进反应进行。区别于传统的加热反应方式，微波催化反应则是直接将微波辐射于分子，分子吸收能量后，更容易进入激发态，使得反应加快发生。

本发明中加入钠化剂，以促进反应的进行。反应中添加的钠化剂，是含有金属钠离子的盐或碱，包括：氯化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠和硼酸钠。钠化剂在反应中起到了特殊的催化作用：钠离子在微波作用下进入激发态，与矿物质中的高熔点成分反应，可破坏钙钛矿等高熔点矿物的结构，使之生成低熔点、易还原矿物，如钛酸钠、偏钛酸钠等，从而改变反应的中间体的活化能，促进反应的进行；反过来，矿物作为优良的吸波材料可以很好的吸收微波能，微波加剧分子的振动，可以极大的降低钠化所需要的晶格能，促进钠化进程。另一方面铁矿中酸性氧化物(包括氧化钛、氧化钒、氧化硅和氧化铝)与钠化剂反应充分形成相应的钠盐，充分利用钛的钠化过程，降低冶炼后期含钛炉渣的再利用成本。

在一个可能的实施方式中，钠化剂的使用可以引起钛精矿晶格畸变，起到催化作用，促进钛铁矿的还原，钠化剂在还原球团内部产生碱金属蒸汽，促进钛铁矿还原时布多尔反应，提高布多尔反应速率，改善钛精矿还原时的控制步骤。

为了增大原料的吸附表面积，促进微波吸收，本发明对含铁矿石进行了破碎和筛分处理，具体地，选用粒度为200目以下占75％--80％，200 目以下的含铁矿石研磨至1-8mm，使得细小颗粒拥有较大的吸附表面积，能通过较大的表面积对氢气分子进行更好的吸附，在微波下促进反应。同时，研究发现，200目以下的颗粒度的矿粒分散均匀对微波能的吸收可以达到极佳的效果，大于此尺寸的矿物颗粒容易造成反应不充分。

在还原过程中矿物粉末受到喷嘴处通入氢气气体的吹扬而悬浮，既能使氢气始终处于呈流化态的还原过程，同时可以使氢气对矿物充分包裹，固体表面吸附氢气分子后，在微波照射下，氢气分子的氢氢化学键吸收微波的能量后，氢氢键可更加迅速断裂进行还原反应，即，微波加速气-固的非均相反应的发生。氢气冶铁后得到的具有多孔的铁块正是由于反应结束后氢气脱离固体表面造成的。

在一个可能的实施方式中，预处理后的原料加入坩埚中，进行微波照射。坩埚为耐火砖坩埚，耐火砖坩埚有两个作用，一是保温，另外就是反应进行的容器。因此对其有两个要求，一是选用的耐火砖的耐火温度要高。由于温度比较高，燃烧层温度不低于1100℃，因此所选用的耐火砖的耐火温度必须高于1100℃。二是对微波的阻碍作用较小。在微波照射促进冶炼过程中，试样盛放在耐火砖坩埚中，因此就要保证试样能够吸收足够多的微波。高铝质的耐火砖对微波几乎透明，微波可以高效的穿透，同时又能够耐高温(可以承受的最高温度为1400℃)，优选地，选取高铝质耐火砖坩埚。

需要说明的是，上述步骤1中，可以添加2-5％(质量分数，以含铁矿石原料计算)的碳化硅(添加剂)，碳化硅既可以以粉末的形式加入到含铁矿石原料粉末中混匀一起进行微波反应，也可以将其制成片状物，添加在坩埚底部，即在坩埚底部铺设一层片状碳化硅，因为碳化硅具有较高的热传导率且对微波的吸收能力强，同时对物料快速升高温度也有一定的作用。石墨、锰碳合金、氧化锌均可以在反应中替代碳化硅作为添加剂，也可以使用石墨、锰碳合金、氧化锌、碳化硅中的多种按任意比例混合进行添加。

由于微波照射从反应过度态、分子运动、化学键断裂、非均相表面多种方面的促进作用，微波照射进行氢气冶铁反应时间在50-60分钟，比现有技术的冶炼效率提高很多。

使用富氢气体进行的还原反应步骤相同在此不再重复。

实施例1

一种微波纯氢气体炼铁的方法，包括以下步骤：

步骤1、称取钛铁矿200g，钠化剂8g，添加剂碳化硅8g，钠化剂中：硅酸钠2g、氯化钠3g、硼酸钠3g。

步骤2、采用预处理方法的方法一进行矿石原料预处理：

钛精矿粒度为200目以下占75％--80％。将其研磨后制备成粒度为 4mm的含钛铁矿精粉，将制备的含钛铁矿精粉烘干，烘干温度100℃，烘干时间3h。

步骤3、将碳化硅制成片状铺设于坩埚底部，将硅酸钠、氯化钠、硼酸钠和钛铁精粉混匀加入反应器内的坩埚中，先通入氮气保护，用微波进行照射功率为1kw，频率为2.45GHZ，用红外测温仪测量温度，当反应器内温度达到1100℃时停止通入氮气，通入氢气，氢气压力设定为 0.1MPa，流量为15L/min，使通入的氢气将反应体系内的固体粉末吹起，并保持气体粉末始终处于悬浮流化状态。微波照射条件下进行氢气冶铁。

步骤4、微波照射50分钟后，停止通入氢气，通入氮气保护，同时停止微波照射，给反应体系降温，待体系降温至室温后，取出坩埚，得到带孔隙的铁块。

采用化学滴定法对产物进行化学分析，测定铁氧化物转化为单质铁的转化率为96％。

由于反应体系只生成水，考虑到氢气的回收利用，将通过反应体系的氢气，经过干燥罐/干燥器除水后，可以再次通入反应体系。

钛铁矿中副产物二氧化钛进一步铁的冶炼的下一步，并以炉渣的形式收集，因此已经将主杂质铁冶炼提纯后的二氧化钛再进行简单的冶炼即可得到金属钛。

实施例2

一种微波富氢气体炼铁的方法，包括以下步骤：

步骤1、称取铁矿石200g和40g碳粉(碳质还原剂)，称取6g氢氧化钠(钠化剂)并干燥保存，称取7g氧化锌(添加剂)烟尘。

步骤2、采用预处理方法的方二进行铁矿石预处理：

将铁矿石破碎磨细至200目以下后与碳粉混合，使用硅酸钠作为黏结剂，制成直径为3厘米的球团，将制备的球团烘干，120℃烘干4小时。

步骤3、将步骤1烘干制得的球团、氢氧化钠(钠化剂)和氧化锌(添加剂)混匀加入坩埚中，先通入氮气保护，用微波进行照射功率为2kw，频率为2.45GHZ，用红外测温仪测量温度，当反应器内温度达到1100℃时停止通入氮气，通入氢气，氢气体压力设定为0.1MPa，流量为13L/min，使通入的氢气将反应体系内的固体粉末吹起，并保持气体粉末始终处于悬浮流化状态。微波照射条件下进行冶铁。

步骤4、微波照射60分钟后，停止通入氢气，通入氮气保护，同时停止微波照射，给反应体系降温，待体系降温至室温后，取出坩埚，得到带孔隙的铁块。

采用化学滴定法对产物进行化学分析，测定铁氧化物转化为单质铁的转化率为92％。

实施例3

一种微波纯氢气体炼铁的方法，包括以下步骤：

步骤1、称取铁精矿200g，添加剂石墨粉11g，钠化剂氢氧化钠8g；

步骤2、采用预处理方法的方法一进行矿石原料预处理：

铁精矿粒度为200目以下占75％--80％。将其研磨后制备成粒度为 5mm的含铁精粉，将制备的铁精粉烘干，烘干温度115℃，烘干时间2.5h。

步骤3、将添加剂石墨粉、钠化剂氢氧化钠和铁精粉混匀加入坩埚中，先通入氮气保护，用微波进行照射功率为0.8kw，频率为2.45GHZ，用红外测温仪测量温度，当反应器内温度达到1200℃时停止通入氮气，通入氢气，氢气压力设定为0.1MPa，流量为18L/min，使通入的氢气将反应体系内的固体粉末吹起，并保持气体粉末始终处于悬浮流化状态。微波照射条件下进行氢气冶铁。

步骤4、微波照射50分钟后，停止通入氢气，通入氮气保护，同时停止微波照射，给反应体系降温，待体系降温至室温后，取出坩埚，得到带孔隙的铁块。

采用化学滴定法对产物进行化学分析，测定铁氧化物转化为单质铁的转化率为95％。

实施例4

一种微波氢气炼铁的装置，其结构如图1所示：

微波氢气炼铁的装置包括炉体1、真空系统2、气路系统3、供气系统4、水冷系统5、微波源6、三销钉调配器7、电控系统8、红外测温仪 9、保温系统10和坩埚。

坩埚置于炉体1内，用于盛放原料。保温系统10设置在炉体内，红外测温仪9设置在炉体外，通过温度探测头对炉内反应室温度进行监测。

微波源6通过多个微波管连接至炉体1内，以实现炉体内微波的均匀辐射。微波源6由直流电或50Hz交流电通过磁控管来获得。磁控管是利用电子在真空中运动来完成能量变换产生微波。微波源6的微波辐射于炉体1中，微波源6通过三销钉配备器7实现对微波功率的调节。

供气系统4通过气体管路连接至炉体1中，供气系统可提供两种以上气体的供应和切换。气路系统3将反应结束后的气体引出，根据需要对为期进行处理，或排出室外。真空系统2配合供气系统5工作，可以实现将炉内气体抽至真空，再切换相应的气体，实现炉内气体的完全干净的切换，避免在重要工艺中因气体的混杂造成副反应，影响产率。

水冷系统5包括循环泵和冷却管，在循环泵作用下，冷却管对炉内产物进行快速高效冷却。

所有的气体流量的控制，微波功率、启停的控制，水冷系统循环的控制和温度测量均由相应的传感器测量通过电缆连接到电控系统8上，电控系统设有重要参数的显示装置，并通过相关按钮控制上述气体、微波、循环的开启和关闭，通过旋钮对气体流量、微波功率、循环速度等进行大小调控。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种氢气炼铁的方法，其特征在于，含铁矿石原料在氢气或富氢气体气氛下，采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼，得到直接还原铁；

包括如下步骤：

步骤1、将含铁矿石原料进行预处理；所述含铁矿石选用粒度为200目以下占75％--80％，200目以下的含铁矿石，研磨至1-8mm；

步骤2、将步骤1所得原料加入坩埚中，进行微波照射，通入氢气或者富氢气体进行铁氧化物的还原；其中微波照射功率为1～3kw；

步骤3、停止微波照射，停止通入氢气，通入惰性气体进行保护，反应完成后，恢复至室温，得到直接还原铁；在还原过程中矿物粉末受到喷嘴处通入氢气气体的吹扬而悬浮；反应为气-固的非均相反应；

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1a、将原料进行破碎和筛分；

步骤1b、向破碎和筛分后的原料中加入碳质还原剂和黏结剂制备成含碳球团；

或者，将破碎和筛分后的原料研磨成细粉；

步骤1c、加入添加剂和钠化剂，进行烘干；

所述步骤1c中，所述添加剂包括：石墨、碳化硅、锰碳合金、氧化锌中的一种或多种，所述钠化剂包括：氯化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠、硼酸钠中一种或多种；

所述步骤2中，保持温度在1100-1150℃，通入氢气压力设定为0.1MPa，流量设定为8-20L/min；所述坩埚为耐火砖坩埚。

2.根据权利要求1所述一种氢气炼铁的方法，其特征在于，步骤1所述含铁矿石原料包括：低品位铁矿、钛钒磁铁矿、铁精矿、钛铁矿、钛精矿、转炉钢渣、铁磷中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述一种氢气炼铁的方法，其特征在于，所述步骤1c中，烘干温度为100-120℃，烘干时间2-4小时。

4.根据权利要求1所述一种氢气炼铁的方法，其特征在于，所述步骤1b中，碳质还原剂为煤粉、焦炭、石墨粉、生物质中一种或多种，所述含碳球团C/O＝0.8-1.2，球团直径为1-3cm。

5.根据权利要求1所述一种氢气炼铁的方法，其特征在于，步骤2中，频率为2.45GHZ，磁场强度119.37KA/cm。

6.一种氢气炼铁的装置，其特征在于，用于实现利要求1-5所述的氢气炼铁的方法，所述装置包括：炉体、坩埚、微波源和三销钉配备器；

所述坩埚置于炉体内，所述微波源与多个微波管相连，多个微波管均匀分布在炉体外周；

所述微波源通过三销钉配备器与炉体连接。

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