介紹
直接還原工藝化開始於20世紀50年代，當時工藝方法很多，但成功的極少。運用於工業生產中且研究得最早、至今也是最成熟的工藝，應首推採用天然氣作還原劑的豎爐法。世界上第一座初具規模的海綿鐵豎爐於1952年在瑞典桑德維克（Sandvik）投人工業生產，當時的產量僅為2.4萬噸/年。到1990年已發展到在委內瑞拉建造的直徑為6.5m的豎爐，產量已達120萬噸/年。到20世紀60年代以後，天然氣大量開採，1957年出現HYL法、1968年MIDREX法成功，直接還原才得到快速發展。1975年全世界直接還原鐵僅為260萬噸，到1985年達到1116萬噸，而到2004年，世界DRI的產量已達到5460萬噸，比2003年增加500萬噸，增長率為10%。豎爐法目前占DRI產量的90%以上，MIDREX直接還原廠的DRI產量最高，占世界的DRI產量的64.6%（3500萬噸），占所有氣基直接還原鐵的73%。HYL以占世界21%的產量，居於其次，其他各種煤基DRI產量占12%。其餘3%為其他氣基直接還原方法。
豎爐的反應條件與高爐上部間接還原區相似，不出現熔化現象的還原冶煉過程，使用單一礦石料，沒有造渣過程。以前豎爐的燃燒和還原劑是天然氣，近年出現了煤制氣以及使用焦爐煤氣豎爐直接還原工藝，這樣擴大了豎爐工藝的使用範圍。但目前煤基豎爐工藝還不成熟、生產成本偏高，工藝還需進一步完善。國外對於DRI的生產，大部分為氣基的豎爐直接還原工藝，具有生產規模大、成本低、操作方便靈活、環境影響小等優點。無疑，豎爐直接還原工藝已是一項十分成熟的先進生產技術。
工藝過程
用於生產的豎爐直接還原法中，僅KM法用煤做還原劑，採用外熱式間接加熱鐵礦石的方法生產直接還原鐵。其他豎爐法都用天然氣先在制氣爐中製成以CO和H為主的高溫還原氣，熱還原氣進入豎爐加熱和還原鐵礦石。熱還原氣從豎爐的還原區下部進入豎爐，與從上向下的鐵礦石逆流運行。還原氣和鐵礦石能很好地進行熱交換和還原反應。還原好的直接還原鐵在豎爐下部的冷卻區，用冷卻氣進行直接還原鐵的冷卻。冷的直接還原鐵通過排料機構出爐。若想用熱直接還原鐵煉鋼，豎爐可不設冷卻區，熱直接還原鐵可用密封罐裝運到煉鋼車間去冶煉；直接還原鐵若出售給很遠的用戶，則採用熱直接還原鐵壓塊技術或直接還原鐵鈍化技術以降低直接還原鐵再氧化的能力。
工藝特徵
不同的豎爐直接還原法的工藝各具特色。維伯樂法是由3個豎爐組成一套生產裝置。其中1座豎爐用作焦炭電熱制氣；另1座豎爐用作還原氣脫硫；還有1座豎爐用作鐵礦石還原。KM法豎爐由燃燒室和還原室組合而成。燃燒室燒氣體或液體燃料，還原室內裝鐵礦石和固體還原劑煤。以天然氣做能源的氣體還原豎爐，有相同的工藝特徵，主要有以下4點：
（1）還原氣製備。即是把天然氣轉變成高溫的CO+H的還原氣。一般要求還原氣的氧化度<5%，
豎爐直接還原法氧化度 =
（2）還原豎爐。豎爐分幾區，上部為還原區，鐵礦石在此區被熱還原氣加熱和還原成直接還原鐵；中間部分是過渡區，用以分隔還原區和冷卻區，避免冷卻氣和還原氣相混；下部稱冷卻區，用冷卻氣將熱的直接還原鐵冷卻到較低溫度，以免熱的直接還原鐵在空氣中發生再氧化。
（3）爐頂氣和冷卻氣的淨化。從爐頂出來的氣體，要經過洗滌除塵，對於蒸汽轉化法，豎爐還要脫除CO，而頂氣轉化法的豎爐可不脫除CO。淨化後的爐頂氣返回到制氣部分，與新添加的天然氣一起再重新進行還原氣的製備。冷卻氣從冷卻區下部進爐，從冷卻區上部抽出，同樣也要經過洗滌、淨化然後返回使用。
（4）直接還原鐵的處理。出爐的直接還原鐵，經篩分後，<3mm的直接還原鐵粉可以加黏結劑壓塊後供煉鋼用。也可用噴吹的辦法噴入煉鋼熔池使用。對於熱出料的豎爐，若用戶離豎爐近，產品可用保溫罐裝運；若用戶遠，則熱直接還原鐵需進行熱壓塊以減小表面積，增加緻密度，防止再氧化。
展望
以天然氣為能源的豎爐法生產率高，能耗低，產品質量高，已成為世界直接還原鐵主要生產方法。1992年米德萊克斯法加希爾（Ⅲ）法產量約為世界直接還原鐵產量的73.4%，加上固定床的希爾（Ⅰ）法的產量約為總產量的90%。因天然氣資源日益減少，正在研究用煤或用煤制氣的豎爐法，已研製出少數用煤或煤制氣的方法，它們技術上雖然可行，經濟上仍缺乏競爭力。
