用于由铁矿石生产海绵铁的方法和系统

技术领域

本公开内容涉及用于由铁矿石生产海绵铁的方法。本公开内容还涉及用于生产海绵铁的系统。

背景技术

钢是世界上最重要的工程和建筑材料。在现代世界中，难以找到任何不包含钢或者其制造和/或运输不依赖钢的物体。以这种方式，钢错综复杂地涉及我们现代生活的几乎每个方面。

2018年，全球粗钢的总产量为1810百万吨，远超任何其他金属，并且预计2050年将达到2800百万吨，其中的50％预计源自原铁来源。钢也是世界上回收最多的材料，具有非常高的回收等级，因为金属在使用电力作为主要能源的重熔之后能够反复使用。

因此，钢是现代社会的基石，未来将发挥甚至更重要的作用。

钢主要经由以下三种途径生产：

i)在高炉(blast furnace，BF)中使用原铁矿石的一体化生产，其中矿石中的铁氧化物被碳还原以产生铁。铁在钢厂中通过在碱性氧气顶吹转炉(basic oxygen furnace，BOF)中吹氧被进一步加工，随后精炼以生产钢。该过程通常也被称为“氧气炼钢”。

ii)使用回收钢的基于废钢的生产，回收钢在使用电力作为主要能量来源的电弧炉(electric arc furnace，EAF)中熔化。该过程通常也被称为“电炉炼钢”。

iii)基于原铁矿石的直接还原生产，原铁矿石在直接还原(direct reduction，DR)法中经碳质还原气体还原以产生海绵铁。海绵铁随后在EAF中与废钢一起熔化以生产钢。

术语粗铁在本文中用于表示用于进一步加工成钢而生产的所有铁，不管它们是从高炉中获得的(即生铁)还是从直接还原竖炉中获得的(即海绵铁)。

虽然上述方法已经经过数十年的改进，并且正在接近理论上的最低能耗，但还有一个基本问题尚未解决。使用碳质还原剂还原铁矿石导致产生CO

已经成立了HYBRIT计划以解决这个问题。HYBRIT是氢突破性炼铁技术(HYdrogenBReakthrough Ironmaking Technology)的缩写，是SSAB、LKAB和Vattenfall之间的合资企业，部分地由瑞典能源署资助，并且旨在减少CO

HYBRIT概念的核心是由原铁矿石基于直接还原生产海绵铁。然而，代替如目前的商业直接还原法中使用碳质还原剂气体例如天然气，HYBRIT提出使用氢气作为还原剂，称为氢气直接还原(hydrogen direct reduction，H-DR)。氢气可以通过主要使用无化石和/或可再生的一次能源(如例如瑞典电力生产的情况)电解水来生产。因此，将铁矿石还原的关键步骤可以在不需要化石燃料作为输入物的情况下实现，并且水代替CO

现有技术使用在很大程度上由天然气组成的还原气体。直接还原设备通常包括进行还原的竖炉。竖炉具有在顶部的引入铁矿石球团的入口和在底部的从竖炉中移取海绵铁的出口。还存在在竖炉的下部的用于将还原气体引入到竖炉中的至少一个入口和在竖炉的上部的用于炉顶煤气离开的至少一个出口。炉顶煤气的大部分将由未反应的还原气体组成，可能混合有分别用于密封用于铁矿石球团和海绵铁的入口和出口的惰性气体。处理炉顶煤气的常规方法是通过使炉顶煤气燃烧。

然而，当主要或仅使用氢气作为还原气体时，从能量效率的观点来看，燃烧是不太有吸引力的选择，因为与天然气相比，氢气的生产需要大量的能量。此外，如果炉顶煤气包含氮气(通常用作密封气体)，则燃烧还可能导致NOx的排放，从环境观点来看这不是优选的。

氢气的生产(典型地通过水电解装置)需要相当大量的电力。根据用于产生电力的来源，电力的可获得性可能随时间波动。因此，对还原过程的能量有效且成本有效的控制还包括关于电力的可获得性的过程的优化。

因此，本发明的一个目的是提供用于将铁矿石直接还原为海绵铁的方法和系统，所述方法和系统主要或仅使用氢气作为还原气体，其中提供了用于通过使作为炉顶煤气的一部分的离开直接还原竖炉的未反应的氢气的有效再循环来控制直接还原竖炉中的压力的装置。

本发明的另一个目的是提供能够实现对还原过程的能量有效且成本有效的控制的方法和系统，因此还包括关于电力的可获得性的过程的优化。

发明内容

本发明的目的通过用于由铁矿石生产海绵铁的方法来实现，所述方法包括以下步骤：

-将铁矿石装入直接还原竖炉中；

-经由第一气体管线将富氢气还原气体从还原气体源引入到直接还原竖炉中以将铁矿石还原并产生海绵铁；

-从直接还原竖炉中移取炉顶煤气，所述炉顶煤气包含未反应的氢气；

-在一次回路中传导经移取的炉顶煤气的至少一部分，并将炉顶煤气的所述部分重新引入到直接还原竖炉中；

-从所述一次回路中移取在其中传导的气体的一部分，并将所述气体部分通过二次回路传导至还原气体容器；

-将还原气体从还原气体源传导至所述还原气体容器，以在所述还原气体容器中与来自二次回路的气体一起形成气体混合物；以及

-将气体混合物从还原气体容器传导至所述第一气体管线，并相应地降低还原气体从还原气体源至所述第一气体管线的流量。

还原气体容器可以具有相当大的容积。根据一个实施方案，还原气体容器包括内衬岩洞储气库(lined rock cavern)。

根据一个实施方案，进行将气体混合物从还原气体容器传导至所述第一气体管线作为对还原气体容器中的气体压力高于预定水平的响应的步骤。

根据一个实施方案，还原气体源包括由电力驱动的电解装置，所述电力与波动的与获取相关的参数相关联，其中所述方法包括持续记录所述与获取相关的参数的波动的步骤以及将气体混合物从还原气体容器传导至所述第一气体管线作为对与获取相关的参数低于预定的第一水平的响应的步骤。

根据一个实施方案，与获取相关的参数包括以下中的任意者：电力储存器中储存的电力的水平、用于产生电力例如太阳能、风能或水力能的装置的获取水平。在电力的获取减少时，例如在太阳能的情况下在夜晚期间，从而将还原气体从还原气体容器中取出，而不是从还原气体源中取出，并经由第一气体管线输送至竖炉中。

根据一个实施方案，还原气体源包括由公共电网提供的电力驱动的电解装置，以及其中所述方法包括将气体混合物从还原气体容器传导至所述气体管线作为对公共网络上的负载高于预定水平的响应的步骤。

根据一个实施方案，将还原气体从还原气体源传导至还原气体容器作为对与获取相关的参数高于预定的第二水平的响应。

根据一个实施方案，进行所述气体部分从一次回路至二次回路的所述移取作为对一次回路中的压力高于预定水平的响应。

根据一个实施方案，将经由二次回路输送的气体和从还原气体源朝向还原气体容器输送的还原气体在进入还原气体容器之前在压缩机步骤中压缩。还原气体容器中的压力可能处于比系统的剩余部分中的压力显著更高的水平。例如，直接还原竖炉中的压力可以为约10巴，而还原气体容器中的压力可以为约100巴。

本发明的目的还通过用于生产海绵铁的系统来实现，所述系统包括：

-直接还原竖炉，所述直接还原竖炉包括：

-用于将铁矿石引入到竖炉中的第一入口；

-用于从竖炉中移取海绵铁的第一出口；

-用于将还原气体引入到竖炉中的第二入口，以及

-用于从竖炉中移取炉顶煤气的第二出口；

-通过气体管线与还原气体入口连接的还原气体源；

-还原气体容器；

-一次回路，所述一次回路用于通过其传导炉顶煤气的至少一部分的，所述一次回路在一端与第二出口连接而在另一端与所述第一气体管线连接；

-二次回路，所述二次回路用于传导从通过一次回路传导的气体中移取的气体的至少一部分，所述二次回路在一端与一次回路连接而在另一端与还原气体容器连接；

-将还原气体源与还原容器连接的第二气体管线；

-将还原气体容器与第一气体管线连接的第三气体管线；以及

-控制单元，所述控制单元被配置成控制还原气体从还原气体源至第一气体管线的流，以及通过第三气体管线控制还原气体从还原气体容器至第一气体管线的流，其中控制单元被配置成能够实现还原气体从还原气体容器至所述第一气体管线的流，同时相应地降低还原气体从还原气体源至所述第一气体管线的流量。

根据一个实施方案，系统包括能够实现还原气体从还原气体容器至第一气体管线的流作为对还原气体容器中的气体压力高于预定水平的响应的装置。根据一个实施方案，在第三气体管线中设置减压器。根据一个实施方案，还原气体容器中的触发第三气体管线中的气体流的所述预定压力显著高于第一气体管线中的压力。减压器被配置成(例如通过配备有涡轮机)将通过其的气体的较高能量转换成电力，该电力优选地用于产生还原气体源中的氢气。

根据一个实施方案，还原气体源包括由电力驱动的电解装置，所述电力与波动的与获取相关的参数相关联，以及其中系统包括用于持续记录所述与获取相关的参数的波动的装置，以及该控制单元被配置成能够实现还原气体从还原气体容器至所述气体管线的流作为对与获取相关的参数低于预定的第一水平的响应。

根据一个实施方案，与获取相关的参数包括以下中的任意者：电力储存器中储存的电力的水平，或者用于产生电力例如太阳能、风能或水力能的装置的获取水平。

根据一个实施方案，还原气体源包括由公共电网提供的电力驱动的电解装置，其中系统包括用于记录公共电网上的负载的装置，以及其中控制单元被配置成能够实现气体混合物从还原气体容器至所述气体管线的流作为对公共网络上的负载高于预定水平的响应。因此，当公共网络上的负载高，并且由于其而引起电力的价格高时，越来越多地从还原气体容器中，而不是从还原气体源中取出到达还原竖炉的还原气体，特别是当还原气体源包括电解装置时。

根据一个实施方案，控制单元被配置成在实现第一气体管线中的所需的还原气体流的条件下，减少还原气体源的输出作为对已实现从还原气体容器至第一气体管线的还原气体流的响应。

根据一个实施方案，控制单元被配置成能够实现还原气体从还原气体源至还原气体容器的流作为对与获取相关的参数高于预定的第二水平的响应。当电力的获取使还原气体源能够实现以比竖炉所需的更高速率产生还原气体时，控制单元控制还原气体的产生和输送，使得由还原气体源产生的过量还原气体被输送至还原气体容器。将压缩机优选地布置在第二气体管线中以在还原气体容器中产生高压。

根据一个实施方案，系统包括被配置成能够实现所述气体部分从一次回路至二次回路的所述移取作为对一次回路中的压力高于预定水平的响应的装置。系统还可以包括或者作为替代方案包括被配置成提供从一次回路至二次回路的炉顶煤气的连续排出的装置。

根据一个实施方案，系统包括压缩机布置，所述压缩机布置用于将经由二次回路输送的所述气体部分和从还原气体源通过所述第二气体管线输送的还原气体在进入还原气体容器之前压缩。压缩机布置可以包括布置在第二气体管线中的所述压缩机。

根据一个实施方案，系统包括用于测量第一气体管线中的还原气体流量的至少一个第一传感器、用于测量直接还原竖炉内部的温度的至少一个第二传感器和用于测量指示直接还原竖炉内部的压力的压力的至少一个第三传感器，其中控制单元被配置成基于从所述第一传感器、第二传感器和第三传感器接收的输入来确定第一气体管线中以及进入直接还原竖炉中的所需的还原气体流量。

根据一个实施方案，直接还原竖炉具有每小时海绵铁的标称生产率，以及还原气体容器的储存容量对应于能够以所述标称还原率进行还原至少一小时，优选至少三小时，甚至更优选至少六小时所需的氢气量。

附图说明

为了更完全地理解本发明以及本发明的另外的目的和优点，应结合附图阅读以下阐述的具体实施方式，在附图中，相同的附图标记在不同的图中表示相同的条目，在附图中：

图1示意性地示出了根据Hybrit概念的基于铁矿石的炼钢价值链；

图2示意性地示出了适用于进行如本文所公开的方法的系统的一个示例性实施方案。

定义

还原气体是能够将铁矿石还原为金属铁的气体。常规直接还原过程中的还原性组分通常为氢气和一氧化碳，但是在本公开的方法中，还原性组分主要或仅为氢气。还原气体在低于直接还原竖炉的铁矿石入口的点处被引入，并与铁矿石的移动床相反向上流动以将矿石还原。

炉顶煤气是从直接还原竖炉的上端邻近矿石入口移取的过程气体。炉顶煤气通常包含部分被消耗的还原气体(包括还原性组分的氧化产物(例如，H2O))和引入到过程气体中作为例如密封气体的惰性组分的混合物。在处理之后，炉顶煤气可以作为还原气体的组分被再循环回到直接还原竖炉。

为了防止增碳过程气体中惰性组分的积累而从废增碳气体中除去的排出流被称为增碳排出流。

可以将来自还原气体源的气体称为补充气体。在本申请的上下文中，将补充气体在再引入到直接还原竖炉之前添加至再循环炉顶煤气中。因此，还原气体通常包含补充气体以及再循环炉顶煤气。

密封气体是从直接还原(DR)竖炉的入口处的矿石装料布置进入直接还原竖炉的气体。还可以使用密封气体来密封直接还原竖炉的出口端，因此密封气体可以从直接还原竖炉的出口处的排放布置进入DR竖炉。密封气体通常为惰性气体以避免在竖炉入口和出口处形成爆炸性气体混合物。惰性气体是不与空气或过程气体形成潜在易燃或爆炸性混合物的气体，即在过程中占主导的条件下可能无法充当燃烧反应中的氧化剂或燃料的气体。密封气体可以基本上由氮气和/或二氧化碳组成。注意，虽然二氧化碳在本文中被称为惰性气体，但是其在系统中占主导的条件下可能在水-煤气转换反应中与氢气反应以提供一氧化碳和蒸汽。

还原

直接还原竖炉可以是本领域公知的任何种类。就竖炉而言，其意指固-气逆流移动床反应器，由此铁矿石的炉料在反应器顶部的入口处被引入，并通过重力朝向布置在反应器底部的出口下降。还原气体在低于反应器入口的点处被引入并与矿石的移动床相反向上流动以将矿石还原为金属化的铁。还原通常在约900℃至约1100℃的温度下进行。所需的温度通常通过对引入到反应器中的过程气体进行预加热(例如使用预加热器例如电预加热器)来保持。在离开预加热器之后和在引入到反应器中之前，可以通过用氧气或空气对气体进行放热部分氧化来获得对气体的进一步加热。还原可以在DR竖炉中在约1巴至约10巴，优选约3巴至约8巴的压力下进行。反应器可以具有布置在底部的冷却和排放斗以使海绵铁在从出口排放之前冷却。

铁矿石炉料通常主要由铁矿石球团组成，尽管也可能引入一些块状铁矿石。铁矿石球团通常主要包含赤铁矿，以及另外的添加剂或杂质例如脉石、熔剂和粘结剂。然而，球团可以包含一些其他金属和其他矿石例如磁铁矿。指定用于直接还原过程的铁矿石球团是可商购的，并且这样的球团可以用于本方法。或者，球团可以特别适用于如在本方法中的富氢气还原步骤。

还原气体是富氢气的。就还原气体而言，其意指被引入到直接还原竖炉中的新鲜补充气体加上炉顶煤气的再循环部分的总和。就富氢气而言，其意指进入直接还原竖炉的还原性气体可以包含大于70体积％的氢气，例如大于80体积％的氢气，或大于90体积％的氢气(体积％在1个大气压且0℃的标准条件下确定)。优选地，还原作为独立阶段进行。也就是说完全不进行增碳，或者如果进行增碳，则增碳与还原分开进行，即，在单独的反应器中，或者在直接还原竖炉的单独的独立区域中进行。这大大简化了炉顶煤气的处理，因为其避免了除去碳质组分的需要以及与这样的除去相关的费用。在这样的情况下，补充气体可以基本上由氢气组成或者由氢气组成。注意，即使补充气体仅为氢气，还原气体中也可能存在一定量的含碳气体。例如，如果将直接还原竖炉的海绵铁出口与增碳反应器的入口连接，则相对少量的含碳气体可能无意地从增碳反应器渗入直接还原竖炉中。作为另一个实例，铁矿石球团中存在的碳酸盐可能挥发，并在DR竖炉的炉顶煤气中表现为CO

在一些情况下，可以期望连同进行作为单阶段的还原来获得一定程度的增碳。在这样的情况下，还原气体可以包含最高至约30体积％的含碳气体，例如最高至约20体积％，或者最高至约10体积％(在1个大气压且0℃的标准条件下确定)的含碳气体。以下公开了合适的含碳气体作为增碳气体。

氢气可以优选地至少部分通过水的电解来获得。如果水电解利用可再生能源来进行，则这允许由可再生来源提供还原气体。电解氢气可以通过导管直接从电解装置输送至DR竖炉，或者氢气可以在生产后被储存并根据需要输送至DR竖炉。

在离开直接还原竖炉时炉顶煤气将通常包含未反应的氢气、水(氢气的氧化产物)和惰性气体。如果增碳与还原一起进行，则炉顶煤气还可以包含一些碳质组分例如甲烷、一氧化碳和二氧化碳。在离开直接还原竖炉时炉顶煤气最初可以经受调节，例如除尘以除去夹带的固体，和/或热交换以将炉顶煤气冷却并加热还原气体。在热交换期间，可能从炉顶煤气中冷凝水。优选地，该阶段的炉顶煤气将基本上由氢气、惰性气体和残余水组成。然而，如果碳质组分存在于炉顶煤气中，则这样的碳质组分也可以(例如通过转化和/或CO

海绵铁

本文中描述的方法的海绵铁产品通常被称为直接还原铁(direct reduced iron，DRI)。根据过程参数，其可以被提供为热的(HDRI)或冷的(CDRI)。冷DRI也可以称为(B)型DRI。DRI可能倾向于再氧化，并且在一些情况下是自燃的。然而，存在许多已知的使DRI钝化的方式。一种这样的通常用于帮助产品的海外运输的钝化方式是将热DRI压制成压块。这样的压块通常被称为热压块铁(hot briquetted iron，HBI)，并且也可以称为(A)型DRI。

通过本文中的方法获得的海绵铁产品可以是基本上完全金属化的海绵铁，即具有大于约90％例如大于约94％或大于约96％的还原度(degree of reduction，DoR)的海绵铁。还原度被定义为从铁氧化物中除去的氧的量，以铁氧化物中存在的氧的初始量的百分比表示。由于反应动力学，获得具有大于约96％的DoR的海绵铁通常在商业上不是有利的，尽管如果期望的话也可以生产这样的海绵铁。

如果进行增碳，则可以通过本文中描述的方法来生产具有任何期望的碳含量(约0重量百分比至约7重量百分比)的海绵铁。然而，对于进一步加工，通常期望海绵铁具有约0.5重量百分比至约5重量百分比的碳，优选约1重量百分比至约4重量百分比，例如约3重量百分比的碳含量，尽管这可能取决于随后的EAF加工步骤中所使用的海绵铁与废金属的比率。

实施方案

现在将参照某些示例性实施方案和附图更详细地描述本发明。然而，本发明不限于本文所讨论和/或附图中所示出的示例性实施方案，而是可以在所附权利要求的范围内变化。此外，附图不应被认为是按比例绘制的，因为为了更清楚地说明某些特征，一些特征可能被放大。

图1示意性地示出了根据Hybrit概念的基于铁矿石的炼钢价值链。基于铁矿石的炼钢价值链始于铁矿石矿101。在开采之后，将铁矿石103在球团厂105中浓缩并加工，并且生产铁矿石球团107。这些球团与该过程中所使用的任何块矿一起通过使用氢气115作为主要还原剂在直接还原竖炉111中进行还原而转化为海绵铁109，并产生水117a作为主要副产物。海绵铁109可以在直接还原竖炉111中或者在单独的增碳反应器(未示出)中任选地被增碳。氢气115通过使用优选地主要源自无化石或可再生来源122的电力121在电解装置119中电解水117b来生产。氢气115可以在引入到直接还原竖炉111之前储存在氢气储存器120中。使用电弧炉123将海绵铁109任选地与一定比例的废铁125或其他铁源一起熔化，以提供熔体127。使熔体127经受进一步的下游二次冶金过程129，并且生产钢131。期望从矿石到钢的整个价值链可以为无化石的并且仅产生低的或零碳排放。

图2示意性地示出了适用于进行如本文所公开的方法的系统的一个示例性实施方案。

图2中呈现的系统包括直接还原(DR)竖炉201。DR竖炉包括用于将铁矿石引入到DR竖炉中的第一入口202和用于从DR竖炉中移取海绵铁的第一出口203。DR竖炉还包括用于将还原气体引入到竖炉中的复数个第二入口204和用于从DR竖炉中移取炉顶煤气的至少一个第二出口205。应理解，第二入口可以有许多个，但是为了简单起见，在图中仅示出了其中的一个。

系统还包括通过第一气体管线207与还原气体入口204连接的还原气体源206。还原气体源可以包括氢气生产单元。在呈现的实施方案中，还原气体源包括水电解装置单元。来自还原气体源206的还原气体具有相当低的压力(约1巴)，在被引入到DR竖炉中之前需要被压缩。因此，系统还包括设置在第一气体管线207中的被配置成将还原气体的压力增加到约8巴的第一压缩机208。

系统还包括还原气体容器209。在呈现的实施方案中，还原气体容器209包括内衬岩洞储气库。直接还原竖炉201具有每小时海绵铁的标称生产率，以及还原气体容器209的储存容量对应于能够以所述标称还原率进行还原至少六小时所需的氢气量。

系统还包括一次回路210，所述一次回路210用于通过其传导炉顶煤气的至少一部分，所述一次回路在一端与第二出口205连接而在另一端与所述第一气体管线207连接。

提供二次回路211用于传导从通过一次回路210传导的气体中移取的气体的至少一部分。二次回路211在一端与一次回路210连接而在另一端与还原气体容器209连接。二次回路211用于控制一次回路210中的压力，并且从而控制DRI竖炉中的压力。

系统还包括将还原气体源206与还原气体容器209连接的第二气体管线212，以及将还原气体容器209与第一气体管线207连接的第三气体管线213。在图2中示出的实施方案中，第二气体管线212经由第一气体管线207和从第一气体管线延伸至所述第二气体管线212的第四气体管线216与还原气体源206连接。第三气体管线213经由所述第四气体管线216与第一气体管线207连接。第四气体管线216在所述第一压缩机208下游与第一气体管线207连接。其中不包括第四气体管线以及其中第二气体管线212和第三气体管线213不共享共同气体连接至第一气体管线，而是单独延伸至第一气体管线的替代性实施方案也是可行的。

控制单元214被配置成通过控制布置在第一气体管线207中的可操作阀224来控制还原气体从还原气体源206通过第一气体管线207的流。控制单元214还被配置成通过控制设置在第三气体管线213中的可操作阀220来控制还原气体从还原气体容器209通过第三气体管线213至第一气体管线207的流。控制单元214被配置成能够实现还原气体从还原气体容器209至所述第一气体管线207的流，同时相应地降低还原气体从还原气体源206至所述第一气体管线207的流量。控制单元214还被配置成通过控制设置在第四气体管线212中的可操作阀225来控制还原气体至第二气体管线212的流。第四气体管线216中的可操作阀225也用于控制从还原气体容器209至第一气体管线207的气体流。优选地，每个所述可控制阀是比例阀，通过该比例阀可以控制相应气体管线中的流量和压力。

系统包括能够实现还原气体从还原气体容器209至第一气体管线207的流作为对还原气体容器209中的气体压力高于预定水平的响应的装置。所述装置包括设置在第三气体管线中的压力传感器215和设置在第三气体管线213中并通过控制单元214控制的可操作控制阀220。还可以在第三气体管线213中设置减压器(未示出)。根据一个实施方案，还原气体容器209中的触发第三气体管线213中的气体流的所述预定压力显著高于第一气体管线207中的压力。如果应用减压器，则其将被配置成(例如通过配备有涡轮机)将通过其的气体的较高能量转化为电力，该电力优选地用于产生还原气体源中的氢气。

还原气体源206包括由来自电力源217的电力驱动的电解装置。根据一个实施方案，电力源217包括可再生能源例如太阳能设备或风能设备。由于由这样的设备产生的电力可能随时间波动，因此控制单元214被配置成能够实现还原气体从还原气体容器209至所述第一气体管线207的流作为对所产生的电力低于预定的第一水平的响应。

电力源217还可以包括公共电网，其中系统包括用于记录公共电网上的负载的装置。然后，控制单元214可以被配置成能够实现气体混合物从还原气体容器209至第一气体管线207的流作为对公共网络上的负载高于预定水平以及由此电力价格高于预定水平的响应。因此，当公共网络上的负载高，由于其引起的电力价格高时，到达还原竖炉201的还原气体可以主要从还原气体容器209中，而不是从还原气体源206中输送，特别是当还原气体源206包括电解装置时。

控制单元214被配置成在实现第一气体管线207中以及进入DR竖炉中的所需的还原气体流的条件下减少还原气体源206的输出作为对已实现从还原气体容器209至第一气体管线207的还原气体流的响应。

控制单元214被配置成能够实现还原气体从还原气体源206至还原气体容器209的流作为对电力的获取高于预定的第二水平的响应。当电力的获取使还原气体源206能够实现以比DR竖炉所需的更高速率产生还原气体时，控制单元214控制还原气体的产生和输送，使得由还原气体源206产生的过量还原气体被输送至还原气体容器209。

系统包括压力传感器218、可操作阀219和控制单元214，由此控制单元214基于来自传感器218的输入来控制阀219以从一次回路210移取一定气体部分至二次回路211作为对一次回路210中的压力高于预定水平的响应。系统还可以包括或者作为替代方案包括被配置成提供炉顶煤气从一次回路210连续排出至二次回路211的装置。

系统还包括压缩机布置220、221，所述压缩机布置220、221用于将经由二次回路211输送的气体的所述部分和从还原气体源206通过所述第二气体管线212输送的还原气体在进入还原气体容器209之前压缩。

系统包括用于测量第一气体管线207中的还原气体流量的至少第一传感器222、用于测量直接还原竖炉201的内部或出口处的温度或者指示DR竖炉201或其出口的温度的温度的至少一个第二传感器223、以及用于测量指示DR竖炉内部的压力的压力的至少一个第三传感器(在此为一次回路中的压力传感器218)。控制单元214被配置成基于从所述第一传感器、第二传感器和第三传感器(222，223，218)接收的输入来确定第一气体管线207中以及进入DR竖炉中的所需的还原气体流量。

一次回路210还包括用于处理炉顶煤气的装置226，所述装置226包括用于从炉顶煤气的待通过一次回路210传导的部分中分离惰性气体的装置(未详细示出)。处理装置226还包括从所述用于从炉顶煤气的待通过一次回路210传导的部分中分离水和粉尘/颗粒物质的装置(未详细示出)。处理装置226还包括用于炉顶煤气与流过气体管线207的还原气体之间的热交换的热交换器(未详细示出)。还提供了单独的加热器227，所述加热器227用于加热第一气体管线207中的还原气体，即用于加热来自还原气体源206和/或来自还原气体容器209和来自一次回路210的还原气体。