1前言
HIsmel t熔融还原工艺是冶金领域前沿技术，经过30多年的研究开发和工业化生产实践，工艺技术逐步成熟。HIsmel t工艺是一种全然不同的熔融还原冶炼方法，是基于底吹氧气转炉原理开发的，其独特的工艺条件使其可适用于冶炼高磷矿、钒钛磁铁矿以及钢厂固废粉尘处理等，可以不使用焦炭和铁矿粉造块，具有原燃料适用性强、生产效率高、工艺流程简洁、操作灵活、环境友好等特点，是解决生产资源贫乏和环保问题的先进冶炼技术。
2005年，在澳大利亚奎那那（Kwinana）工厂建成了设计年产能为80万吨的HIsmel t工厂。澳大利亚奎那那工厂的生产实践验证了HIsmel t工艺工业生产的可行性，但同时也暴露出流化床和熔融还原炉（SRV）工艺设备故障率过高，以及由于渣中FeO含量高导致炉衬耐材寿命过短的问题。受金融危机影响，该工厂于2008年12月关闭。
2 HIsmel t工艺的优化与创新
山东墨龙石油机械股份有限公司（以下简称：墨龙）自2004年以来一直致力于新冶炼工艺、技术、装备的研究以及高端铸造及专用装备的开发。墨龙于2012年联合多家合作单位引进澳大利亚HIsmel t技术，并通过进一步优化工艺流程，建设并成功商业化运行了墨龙HIsmel t熔融还原工厂（图1）。墨龙HIsmel t创新性地提出回转窑 熔融还原炉新工艺流程（图2），相比于奎那那HIsmel t工艺（流化床 SRV）故障率大大降低，作业率明显提高。针对奎那那HIsmel t炉衬寿命过短的问题，墨龙HIsmel t采用新型耐火材料提高炉衬寿命，通过铝铬砖代替奎那那工厂的镁铬砖，避免了耐火材料侵蚀严重的问题，目前已累计生产一年，没有更换过炉衬，且没有明显侵蚀。墨龙通过消化吸收再到自主研发，通过数次开炉探索，在全球首次实现了HIsmel t连续工业化生产。从2016年12月正式生产，截至2018年4月共计产出40万吨产品，当前日最高产量达到1920吨、月产量达到50572吨，设备不间断作业已达到110天，其各项生产指标均超过力拓位于澳大利亚奎那那的HIsmel t工厂,所生产高纯铸造生铁含磷量低（平均在0.015%-0.03%之间），基本不含硅、锰等元素，五害元素（铅、锡、砷、锑、铋）含量非常低，经过脱硫过后，满足高端制造行业以及高端铸造产品的需求。
3墨龙HIsmel t工艺的五大优势
我国是世界钢铁生产大国，生铁产量居世界前列。高炉是我国炼铁生产的主体设备，经过长时期的发展，高炉技术已经逐渐成熟，但也面临资源、能源与环境等多方面的压力。与传统高炉相比，墨龙HIsmel t工艺具有下列五个主要优势。
3.1环保优势
党的十九大报告提出，建设生态文明是中华民族持续发展的千年大计。必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。从十九大报告可以预见，未来我国必将采取更加严格的环境保护法律法规，强化环境管理。而传统高炉炼铁生产过程复杂，除高炉本体外还需要焦化、烧结、球团等工艺，生产过程中产生一定量的粉尘、污水、废气等，对环境造成污染，所以高炉炼铁流程必将面临较大的环保压力。墨龙HIsmel t工艺通过工艺创新，取消了焦化、烧结工序，极大地降低了SO2和NOx的产生，基本遏制了二噁英、焦油和酚的污染排放，环保优势明显。
3.2产品质量好、洁净度高
墨龙HIsmel t工艺生铁产品洁净度相比传统高炉有较大提升。墨龙HIsmel t工艺的生铁具有低硅、低磷、低五害（铅、锡、砷、锑、铋）的优势，因此可进行少渣炼钢，降低炼钢成本。而且该工艺炉渣氧势较高，脱磷能力强，绝大多数磷进入炉渣。该工艺适合使用我国储有的大量高磷矿。
3.3资源利用范围广，原料灵活性高
目前的高炉炼铁流程必须使用块状原料，需要优质焦煤生产焦炭，需要优质粉矿和精矿生产烧结矿和球团矿，原燃料成本相对较高。而墨龙HIsmel t工艺可直接使用传统高炉不宜使用的低品位含铁物料，利用低成本的烟煤和无烟煤代替优质炼焦煤作为燃料进
行冶炼，原燃料范围广。同时墨龙HIsmel t工艺可利用钢铁厂的氧化铁皮、尘泥等各种二次资源，具有更大的原料适应性。
3.4基建和生产成本低
根据各个钢铁企业修建成本统计，在建设投资上，高炉本体以及各个辅助系统布置串联复杂，同时辅助系统操作需要大量的人力物力，综合成本高。而且焦化、烧结、高炉生产有大量的返矿，带来巨大的二次能源消耗。墨龙HIsmel t熔融还原工艺取消了高能耗的烧结与炼焦工艺，直接采用低成本的烟煤和无烟煤代替优质炼焦煤，用低品质含铁物料代替烧结矿、球团矿，因此无需大型原料混匀场、焦化厂、烧结厂，极大地降低了HIsmel t工厂的占地面积和建造成本。同时工厂布置简单、操作简单、原料价格便宜、人力成本低，因此显著降低了企业运营成本。以墨龙的HIsmel t工厂为例，总投资项目成本低，占地面积小，铁水成本较高炉铁水成本具有明显优势。。
3.5生产效率高、操作简便、工艺生产灵活
在墨龙HIsmel t熔融还原工艺中，煤与含铁物料、熔剂等通过多组喷枪直接喷入铁浴区深处，使煤粉中的碳能够迅速溶解并直接与固态或液态的FeO发生反应，熔融还原反应产生大量上浮气体（H2、CO），使熔池上下翻滚、剧烈沸腾，形成涌泉，传热传质条件极佳，溶解碳还原铁氧化物的速度比固体碳还原速度显著提高，而且铁浴中FeO还原速度不受限于反应区的工作状态和铁浴中FeO含量。同时，在液相中很难产生较大的温度梯度（±30℃），可以看作等温熔融反应，这种喷泉式沸腾也改善了上部空间燃烧产生的热与铁液之间的传递效率。因此墨龙HIsmel t工艺从根本上消除了高炉还原铁矿石工艺的局限性。
高炉生产具有连续、不间断的特点。高炉开炉之后，除了计划检修和特殊事故暂时休风外，一般需要夜以继日地进行生产。墨龙HIsmel t工艺技术操作简便、灵活，具有快速响应特性，能够对工厂生产变化以及经济形势变化进行积极调整。
4小结
墨龙经过数年的技术研发，形成了具有中国特色的墨龙HIsmel t工艺，带来了冶金流程的技术革新，使未来钢铁生产能够消耗社会废弃物，更加环境友好。同时墨龙HIsmel t工艺生产的生铁产品洁净度较传统高炉明显提升，必将显著提高后续产品的质量。考虑我国劣质铁矿多的特点、优质焦煤储量不足的现状和日益严峻的环保政策，HIsmel t熔融还原技术的发展有望成为我国未来产业突破的方向之一。 （张建良 张冠琪 刘征建王振华 李克江 张协兵）
