墨龙海斯梅特（HIsmelt）工艺简介

HIsmelt工艺作为一种矿粉直接熔融还原的短流程冶金工艺，一直吸引着世界各国冶金企业和科研院所的广泛关注，2012年经山东墨龙升级改造并率先在全球实现连续商业化运行。该工艺开发的初衷是实现铁矿开采中占比日益增多的粉矿资源和储量丰富的高磷矿资源的综合开发利用，经过三十多年的理论研究和半工业化中试试验，工艺技术逐步成熟，其独特的工艺条件不仅适用于普通铁矿的直接冶炼，对于传统高炉工艺过程难以有效利用的高磷矿、钒钛磁铁矿以及冶金固废综合利用具有优异的工艺条件，是解决现有冶金过程中环境污染大、优质矿石资源和焦煤资源短缺等问题的冶金前沿技术。

一 、山东墨龙HIsmelt概述

HIsmelt熔融还原炼铁工艺直接使用普通铁矿粉和其他含铁物料，喷吹煤粉作为系统的还原剂及热量来源，与传统高炉工艺相比省去烧结厂、球团和焦化等污染严重的铁前工序，在同等产能条件下节省了大量的投资及运行成本，极大降低了污染物的排放，充分利用生产中的余热和煤气资源，提高能源利用效率。

1.1 生产环保，污染物排放少

海斯梅特（HIsmelt）技术彻底摒弃了传统高炉工艺流程中的焦化、烧结和球团工序作为全新的短流程冶金新技术，相比于传统高炉工艺，海斯梅特（HIsmelt）技术工艺流程中颗粒物排放低于超低排放标准70%、SO2排放低于超低排放标准50%、NOx排放低于超低排放标准90%，有效遏制二恶英、焦油和酚等污染物的产生，体现了清洁生产的节能环保理念。

1.2 工艺流程短，占地少、投资低

海斯梅特（HIsmelt）技术缩短了钢铁生产流程，山东墨龙海斯梅特（HIsmelt）工厂仅占地260亩；自动化程度高，山东墨龙海斯梅特（HIsmelt）工厂工作人员定编280人；不需要焦化厂、烧结厂或球团厂，降低总投资成本，80万吨HIsmelt项目总投资为8亿元，占可比1080m3高炉总投资73%。

二、山东墨龙HIsmelt技术特征

HIsmelt工艺是典型的“一步法”熔融还原工艺，直接利用粉状含铁物料和煤粉进行铁浴熔融还原冶金，具有完全喷吹、炉内涌泉及虹吸出铁三大典型技术特征。

2.1 完全喷吹

HIsmelt工艺使用高速喷枪将粉状物料直接喷入铁水熔池内，可以通过调控物料喷吹的工艺参数，从而灵活、快速且精准地控制熔炼过程。粉状物料的比表面积大，加快了物料还原反应的传质和传热过程，提高了熔池对物料捕集率。同传统高炉相比，HIsmelt工艺物料质量要求低，可以使用高炉很难使用甚至不能使用的低品位劣质物料。

2.2 炉内涌泉

煤粉、铁矿粉和熔剂通过喷枪直接喷入SRV炉铁水熔池内，在熔池发生还原反应，反应产生的CO、H2和载气N2形成混合煤气，逸出的混合煤气上升并带动高温液态渣铁运动，对熔池进行强烈搅拌，在熔池中心凸起形成“涌泉”，强化炉内上部燃烧区与下部熔池的传热，为熔池还原反应提供热量。

2.3 虹吸出铁

SRV炉铁水熔池底部设计有出铁通道，连通至前置炉，从而形成U型出铁连通器。在冶炼过程中，前置炉始终敞开，可实现无渣出铁操作，根据生产情况选择连续式出铁或间断式出铁。通过控制炉内压力加压出铁，工艺灵活，可以实现连续、稳定地出铁，并使SRV炉熔池液面受控，保证熔池液面和水冷喷枪留有合适的安全距离。

三 、HIsmelt技术优势

HIsmelt技术作为一种全新的环境污染小、资源适用性强、产品质量高的冶金新技术，与传统高炉工艺相比，HIsmelt具有显著的技术优势。

3.1 原燃料柔性化

海斯梅特（HIsmelt）技术的原料来源广泛，能够使用多种的含铁炉料，普通铁矿、高磷矿、海砂矿、钒钛矿、冶金固废和循环料均可使用；摆脱对冶金焦炭的依赖，普通无烟煤或部分烟煤均可,对燃料煤要求较宽松，；无需配料厂，可使用单一料种。

3.2 产品质量好，纯净度高

HIsmelt凭借其独特的氧化还原氛围，渣中含有3%-5%的FeO，相当于高炉渣的10倍，渣中O2-浓度高，与O2-反应的有害元素大量氧化进入炉渣中，产出铁水完成脱硫工序后，即可达到铸造用高纯生铁特级标准。

海斯梅特（HIsmelt）技术生产的常规高纯生铁产品，对铁水中13种微量元素进行极限值控制，完全符合高纯生铁行业标准JB/T 11994-2014、T/CFA 0202050201-2018要求，五害元素极低，具有高纯净度、高稳定性、高选择性、高实用性等特点，主要应用于高铁、核电、风电铸锻件等领域，抗压、抗拉强度、延伸率和耐低温冲击等性能优异。

 3.3 自动化程度高，设备适用性强

墨龙海斯梅特（HIsmelt）装备拥有完善的操作系统，采用横河CENTUM系统用于跟踪和控制工厂设备，提供实时信息和短期趋势；通过压力、温度、流量传感器及其他形式的变送信号，将工艺变量从现场发送到分配控制系统，根据工艺变量参数对最终的控制参数进行调整；拥有HCM、HFS等工艺模拟软件，为SRV炉况调整及生产成本测算提供技术支撑，消除凭经验操作带来的的负面影响；HIsmelt短流程工艺自动化程度高，更容易在冶炼中采用深度学习实现人工智能；HIsmelt工艺可以与高炉共用辅助设备，高炉系统的制氧厂、热风炉、锅炉、发电厂、煤气系统和原料车间都可以共用。

四、山东墨龙HIsmelt生产概述

山东墨龙在HIsmelt国产化过程中对原有工艺进行多方面技术创新，其中技术创新150余项，在设备改造、生产工艺、流程改进等环节，相比于澳大利亚HIsmelt工厂实现了一系列的突破，SRV炉寿命大幅度延长，在工艺稳定性、设备耐用性、操作灵活性以及资源能源综合利用方面取得长足进步。设计渣区冷却装置，增加渣线附近区域冷却强度及耐冲刷性，开发并应用全新的耐材耐材寿命延长至五年以上。

自2017年9月份调试改造完成，截至2020年6月份，山东墨龙HIsmelt工厂已累计生产超过150万吨高纯生铁（水），当前日最高产量达到2026吨、月平均产量达到5.5万吨，具体生产指标如下表所示：

HIsmelt工艺吨铁煤耗主要技术经济指标及生产成本主要受产量影响，单位产量越高，吨铁消耗的煤粉越少，当前生产产量约为每小时80吨，单位煤耗为0.85t/tHM左右；当小时产量达到设计产能时，吨铁煤耗可以降低到0.7到0.8t/tHM之间。对标国内部分企业高炉生产情况，HIsmelt目前平均生产成本已经低于国内部分高炉生产成本。

五、HIsmelt技术的应用前景

5.1  HIsmelt工艺的三代发展规划

目前山东墨龙HIsmelt工厂使用的第一代的6m熔融还原炉+预热器工艺，设计产能80万吨。第二代设计两个发展方向：（1）在6mSRV炉基础上增加预还原环节，利用回转窑或循环流化床的预还原功能，使HIsmelt工艺达到160万吨产能；（2）开发8m熔融还原炉，初始设计产能160万吨产能，增加预热预还原系统后可达400万吨。（3）第三代发展规划增加二氧化碳物理封存技术，应对未来世界范围内的低碳排放标准，HIsmelt工艺实现接近零的碳排放。

5.2 HIsmelt技术的应用开发领域

HIsmelt工艺具有原燃料适应性强、产品质量高、不使用焦煤等优点，对于高炉难以利用的高磷矿、钒钛矿等劣质矿及钢铁尘泥等冶金固废具有广泛适用性。

(1) 高磷矿冶炼：我国的高磷铁矿石储量占铁矿石总储量的14.86％，达74.5亿吨。HIsmelt工艺凭借其独特的氧化还原氛围，渣中氧势高，脱磷效率可达90%-95%，在高磷矿的冶炼方面具有广阔前景。

(2) 钒钛矿冶炼：高炉冶炼过程中有钛的低价化合物和 Ti(C,N)生成，导致泡沫渣严重、炉渣粘稠、渣铁分离不理想等诸多问题；而HIsmelt技术炉内氧势高，有效抑制TiC、TiN生成，改善炉渣粘度，在钒钛矿的冶炼方面具有良好的技术优势。

(3) 社会废弃物处理：HIsmelt工艺可处理钢铁厂循环废料，还可处理高Zn、高Pb 的含铁粉料等。将其与矿粉混合喷入，铁的回收率可以达到97%，并且可充分利用粉尘中所含的锌、铅、铟等有价金属资源。

(4) 冶炼稀有金属：HIsmelt工艺高氧势特点有利于冶炼富集铌、镍，使之进入渣中富集，以便进一步提炼。

HIsmelt熔融还原工艺作为当今冶金领域唯一不用焦炭及铁矿粉造块的冶金前沿技术，符合炼铁技术长远发展的需要。HIsmelt熔融还原冶金技术经过山东墨龙多年连续化商业运行的实践检验，该工艺技术的可行性毋容置疑，HIsmelt熔融还原工艺必将成为我国钢铁冶金技术的重要发展方向。