一、基本概述

定義：還原爐（reduction furnace）是一種在冶金、化工等領域用于還原反應的工業設備，其核心功能是通過提供適宜的溫度、氣氛等條件，使原料（如金屬氧化物）在還原介質（如氫氣、一氧化碳等）作用下被還原為金屬單質或低價化合物。大爐型還原爐（large-scale reduction furnace）是指爐膛尺寸更大，通?？扇菁{數噸至數十噸原料的大容量還原爐。

大爐型還原爐包括多管式還原爐、蓄熱式還原爐、多晶硅還原爐、馬弗式還原爐、回轉式還原爐等多種類型。其中大爐型多晶硅還原爐是主要應用類型。

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圖1 48對棒多晶硅還原爐示意圖

二、分類信息

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三、詳細解釋

大爐型還原爐適用于大規模工業化生產，其大型化設計可實現單爐產能提升30%-50%，單位產品能耗降低15%-20%。大爐型還原爐通常以“對棒”數量來衡量其規模，對棒數與爐膛容積和設備處理能力正相關。其容納的對棒數越多，爐體規模越大，單位時間內的還原處理量越高，越適用于更高產能要求的連續化工業生產。目前市場上的主流大爐型還原爐包括40對棒、48對棒和72對棒三種型號。

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圖2 還原電耗隨硅棒對數變化關系

大爐型還原爐作為冶金、化工等產業領域的關鍵設備，與鋼鐵、有色金屬、新能源材料等產品的生產緊密相連。其設備結構功能復雜，具備高溫還原，集成了智能控溫、氣氛調節等多元系統。該設備兼具高效生產與節能減排的雙重特性，是推動工業規?；l展的核心裝備，也是實現綠色制造的重要載體。

在“雙碳”目標背景下，大爐型還原爐的發展遵循綠色低碳與技術創新原則，推動了工業領域的可持續發展。通過優化工藝和采用清潔能源，顯著降低單位產品能耗和污染物排放，替代傳統高耗能設備，從而減少對化石能源的依賴。目前，結合綠電使用及氫基還原工藝，電加熱型大爐型還原爐已經實現了產業化示范。

四、應用領域/前景

大爐型還原爐因其高生產效率、較低能耗和低碳工藝，在冶金、化工、新能源等領域展現出重要作用。在冶金工業領域，大爐型還原爐已規模化應用于直接還原鐵生產、有色金屬氧化物還原提純，以及高品質海綿鈦、高純鎳粉等特種金屬材料的制備，有效替代傳統高耗能冶煉工藝，降低金屬生產過程中的碳排放。在化工催化領域，大爐型還原爐可用于制備高性能加氫催化劑、環保脫硫脫硝催化劑，通過還原工藝提升催化劑活性和穩定性，推動化工行業綠色升級。在新能源材料領域，大爐型還原爐可用于鋰電池正極材料前驅體的還原處理、氫燃料電池催化劑的合成，通過精準控溫與氣氛調節，保障材料性能一致性，為新能源產業發展提供技術支撐。此外，在環保領域，大爐型還原爐可用于電子廢棄物中金屬的還原回收，助力資源循環再利用。

大爐型還原爐產業未來可通過開發并集成氫能冶金專用設備、智能化控溫還原系統等高附加值裝備，實現工業生產低碳化轉型，可使單位產品CO?排放降低70%以上，減少對煤炭等化石能源依賴。通過與可再生能源結合，利用綠電、綠氫實現零碳還原，為鋼鐵、有色等行業綠色轉型提供技術支撐。

政策驅動將加速其技術迭代，例如國家“雙碳”目標及工信部聯節〔2022〕88號文件《工業領域碳達峰實施方案》明確要求推廣高效節能裝備，這將促進大爐型還原爐的發展，降低產業生產成本，提升產業競爭力。

五、綠色應用難點

盡管大爐型還原爐的綠色化潛力顯著，但其在智能化與低碳化轉型方面仍面臨諸多挑戰。部分企業雖然采用大爐型還原爐，但仍沿用傳統操作模式，設備自動化控制率低，難以實現工藝參數的精準調控，導致能源浪費和產品質量波動。在低碳技術應用方面，氫基還原等綠色工藝的規?；茝V受限，氫氣儲存運輸成本高、設備改造成本大，全國范圍內氫基大爐型還原爐示范項目不足20個，占比不到總設備數量的3%，距離全面替代傳統工藝仍有較大差距。

本詞條貢獻者：

董文鈞，北京科技大學材料科學與工程學院教授

本詞條審核專家：

閆柏軍，北京科技大學冶金與生態工程學院教授

參考來源：

[1] 王體虎,宗冰,蔡延國,等.48對棒大型還原爐設計開發與應用研究[J].青海科技,2017,24(4):12-16.

[2] Shi Q,Tang J,Chu M.A Novel Process for Direct Reduction of Titanium Concentrate Pellets in a Gas-Based Shaft Furnace[J].Journal of Sustainable Metallurgy,2023,9(4):16.

[3] Lu S,Liu Z,Wang Y,et al.Towards green steel-energy and CO2 assessment of low carbon steelmaking via hydrogen based shaft furnace direct reduction process [J].Energy,2024, 309: 133080.

[4] 張華芹,吳海龍,程佳彪.一種超大節能型多晶硅還原爐:CN201921656077.9[P].CN210915336U[2025-06-25].

[5] Zhang W.Energy and Exergy Analysis of an Improved Hydrogen-Based Direct Reduction Shaft Furnace Process with Waste Heat Recovery[J].Applied Sciences,2024,14(16):6913.

[6] 李義榜.鈦還原爐大型化與產品質量關系的探討[J].稀有金屬,1990,14(2):3.

來源: 科普中國

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