炼制含铁焦炭的想法最早于1865年提出。到1905年,俄国首次完成了炼制铁焦的工业试验。美国、德国、朝鲜、日本、中国等国家也分别进行了矿粉与煤粉混合炼焦的研究,使用的添加剂主要为矿粉或高炉灰,使用的煤大多为优质炼焦煤,采用炼焦炉生产。日本JFE钢铁公司于2011年成功开发了铁焦技术,并在京滨厂一座中型高炉上代替10%焦炭,多次连续使用,取得了在炉况正常下节约焦炭的效果。铁焦的生产方法有炼焦炉与竖炉两种。
使用铁焦降低还原剂消耗的原理(见图):现代高炉的热保存区温度(TR)基本上由焦炭的开始气化温度决定,TR与操作线图中的浮氏体还原平衡点(w)相关。焦炭反应性越高,TR越低,w点越向右移。而w点向右移动到w´点,可增大煤气中一氧化碳的实际浓度与其平衡浓度的差值,从而增大了降低燃料比的潜力,同时增大了浮氏体还原反应的驱动力。故铁焦的使用可降低TR,提高冶炼效率,减低二氧化碳排放。
铁矿石是一种惰性物质,向炼焦配煤中添加铁矿石必然会造成焦炭强度下降。因此,生产反应性高且强度较好,基本满足实际高炉生产要求的铁焦,需要从原料和炼焦工艺两个不同角度开展系统深入的研究。从原料的角度看,需要研究的内容包括铁矿石的品种、化学成分与粒度组成,气煤、气肥煤、长焰煤等低品质年轻炼焦煤配比等;从炼焦工艺的角度看,需要研究的内容包括装料煤的堆积密度、炼焦速度、炼焦温度、焖炉时间等。同时,在高炉中应用还需要考虑铁焦生产能力与铁焦用量的匹配问题。
铁焦的强度比不上传统焦炭,为了维持高炉炉况稳定顺行,实现高效生产,可将小粒度的铁焦与铁矿石按照一定比例混合后从炉顶装入高炉,即实行铁焦和矿石的混装入炉,而大块铁焦可与传统焦炭一起装入高炉使用。