21世纪以来，中国高炉炼铁技术取得了极大的进步，生铁产量稳居世界首位，高炉向大型化、现代化、高效化趋势发展，炼铁技术创新和装备升级成就突出。在推动行业发展的同时，山东省冶金设计院股份有限公司（简称：山冶设计）的炼铁技术水平也实现了跨越式发展，先进低碳技术的开发应用，助力山冶设计炼铁工程业绩遍布国内外，高炉容积从200m³到5000m³，且拥有全球唯一商业化的HIsmel t熔融还原炼铁工厂工程设计业绩。骄人成绩的背后得益于山冶设计持续不断的创新突破，秉持理论与实践相结合的原则，践行以问题为导向的理念，在解决问题中积累经验、提高能力，研究开发更加绿色、智能、环保、高效的特色炼铁技术，在提升自身实力的同时，更好地服务客户，助推行业技术进步，为钢铁行业节能降耗作出了突出贡献。

1 HIsmelt工艺流程简介

HIsmelt熔融还原炼铁技术是已实现工业化生产的熔融还原炼铁技术之一，属于当今冶金领域前沿技术，是典型非焦熔融还原炼铁工艺，其工艺流程如图1所示。HIsmelt生产所需的铁矿粉、煤和熔剂等炉料在原料场堆存后，经原燃料输送系统分别输送到矿粉预热预还原系统、煤粉制备系统；在矿粉预热预还原系统内完成铁矿粉的预热预还原，被加热的铁矿粉经过热矿输送机进入热矿粉喷吹系统；原煤进入煤粉制备系统后，经过干燥破碎后进入煤粉喷吹系统；被加热的矿粉和破碎后的煤粉分别经过各自的输送管道、水冷喷枪喷吹到熔融还原炉（简称SRV炉）内，其中煤粉喷入融池中后，煤开始裂解，碳元素溶于铁水中，矿粉开始熔化并形成熔渣。铁水熔池中由于剧烈反应产生大量气体，在熔池中具有强烈的搅拌作用。由于熔池内的气体搅拌和顶部热风喷枪的射流，大量渣铁混合物被喷溅到熔池上部，形成过渡区，过渡区是发生还原反应及热传递的重要区域，对过渡区的控制是冶炼操作的核心部分。

生产的铁水经过前置炉排出，进入铁水罐，然后经铁水倒运装置依次经过铁水脱硫、铸铁机生产出合格生铁。冶炼产生的熔渣经专用渣口排出，进入水渣粒化系统。

SRV炉产生的大量高温煤气经煤气室导出，依次进入汽化冷却烟道、高温旋风除尘器，进行降温及初除尘，降温后的半净煤气再进入余热锅炉，进一步回收煤气显热，降温后的煤气温度约200℃，进入煤气净化系统，完成最终净化，进入管网，供下游用户使用。汽化烟道和余热锅炉产生的蒸汽用于发电。

山东墨龙石油机械有限公司（简称：山东墨龙）于2012年引进澳大利亚力拓集团HIsmelt熔融还原炼铁技术，并在原工艺流程的基础上经过优化、升级、创新等措施，国产化的HIsmelt项目于2016年6月建成投产，投产至今经过不断实践和完善，累积了操作经验，生产指标得到优化，山东墨龙HIsmelt工艺无论从作业率、操作稳定性以及能耗指标方面都实现了质的提高，最高日产量达到2026吨，月产量达到55214吨。

2 HImelt熔融还原炼铁技术的优势

2.1原料适应性广

传统高炉炼铁工艺为保证高炉生产稳定顺行，主要原料、燃料必须是经过烧结和焦化的造块工序形成的烧结矿和焦炭，且烧结和焦化过程中对原料的种类、质量均有不同程度的要求。而HIsmelt熔融还原炼铁技术属于喷射冶金工艺的一种，使用的原料、燃料均不需要进行造块预处理，可以直接使用原矿或者原煤，同时对铁矿粉及煤的种类要求较低，并且不需要经过精细化的配料过程。

另外，除常规铁矿石外，HIsmelt熔融还原炼铁技术对高磷矿、钒钛矿、含铁粉尘等物料的适应性要优于高炉；燃料方面，可以使用非焦煤、兰炭以及生物质燃料等。

2.2流程短，能效高

根据图2所示，与传统的高炉生产工艺路线相比，HIsmelt熔融还原炼铁技术取消了烧结、球团及焦化工序，原燃料在冶炼过程中物料物理特性经历由低温-高温、粉态-液态的变化过程，而传统高炉工艺中铁矿粉要经历烧结造块、降温冷却、高温熔融，粉态-块状-液态的复杂繁琐的物理特性变化，造块和降温冷却均不同程度地导致能量损失，不仅增加了工艺环节，而且大大降低了能量的利用率。

2.3环保效果显著

因HIsmelt工艺取消了烧结、焦化等传统工艺路线污染严重的环节，基本消除了二噁英、呋喃、焦油和酚等污染物排放，而且物料转运环节显著减少，颗粒物排放大大降低，约为传统工艺流程的三分之一。

2.4铁水质量好

HIsmelt熔融还原炼铁技术可以生产高纯净度铁水，低Si、低P，且Pb Sn As Sb Bi五害元素含量低。

由于HIsmelt熔融还原炼铁技术生产过程中熔渣层具有轻度氧化性，磷易于进入到渣和烟尘中，因此生产铁水中的磷含量相对较低，可以大大降低下游炼钢工序脱磷的生产成本及时间；同时，铁水中Si含量较高炉铁水低，可以降低炼钢产生的渣量，实现少渣炼钢，进而降低炼钢工序的生产成本，而且高纯度铁水有助于高端优质钢种的生产。

2.5建设成本低、占地少

与传统炼铁技术相比，由于HIsmelt熔融还原炼铁技术不需要焦炉和烧结厂或球团厂，而且HIsmelt熔融还原炼铁技术中的许多设备和设施如热风炉、喷煤系统和电厂等都是高炉炼铁工艺常用的设施，因此工厂建设相对简单，建设成本较低。此外，由于HIsmelt熔融还原炼铁技术所使用的原料灵活，因此无需大型原料配料场，极大降低了HIsmelt熔融还原炼铁技术工厂的占地面积。

3 山冶助力HIsmelt技术的创新与发展

多年来，山冶设计在非高炉炼铁技术领域做了大量的研究工作，并取得了丰硕的成果。就HIsmel t熔融还原工艺而言，大致可以分为以下三个阶段。

3.1基础研究阶段

2002年，山冶设计作为莱钢集团子公司开始研究HIsmelt熔融还原炼铁技术，为引进建设HIsmelt熔融还原炼铁工厂做技术储备，是国内最早跟踪HIsmelt熔融还原炼铁工艺的技术公司，曾于2005年为山钢集团莱芜分公司（前莱芜钢铁有限责任公司）引进HIsmelt熔融还原炼铁技术做了前期规划，并于2006年完成莱钢HIsmelt熔融还原项目可行性研究报告，同时指派专业团队赴澳大利亚奎纳纳HIsmelt工厂调研学习。山冶设计在HIsmelt熔融还原技术引进、优化方面积累了大量的经验，同时也培养了相关专业人员，为后期参与HIsmelt熔融还原技术在国内的落地建设创造了条件。

3.2实施阶段

2012年，山冶设计作为全球唯一商业化的HIsmelt熔融还原炼铁工厂的规划咨询、设计单位，参与山东墨龙HIsmelt熔融还原炼铁技术引进、消化、吸收、再创新全过程工作。

在项目方案设计阶段，山冶设计与项目建设相关参与方，在充分吸收澳大利亚HIsmelt工厂的生产经验及教训的基础上，对山东墨龙HIsmelt工厂的设计方案进行了充分的讨论、优化、再创新，其中包括 SRV炉煤气系统的改进、SRV炉渣铁系统的布置，以及对煤粉制备系统、矿粉预热系统、电动鼓风系统、燃气发电系统等工序进行了优化升级，为山东墨龙HIsmelt工厂的顺利投产、稳定运行提供了技术保障。

在项目建设过程中，山冶设计派遣专门的技术服务团队，全程参与项目建设过程，在协助处理工程建设中相关问题的同时，深入了解山东墨龙HIsmelt工厂建设过程中的重点难点以及核心设备安装中的技术要领等；同时参与项目调试、试运行工作，为HIsmelt熔融还原工厂的顺利投产提供全过程、全方位的技术支持。

山东墨龙HIsmelt工厂投产后，山冶设计对产线生产进行了持续跟踪，公司专业技术人员始终与现场操作人员保持良好的沟通交流，定期去生产现场交流学习，随时掌握生产过程中出现的问题并协助解决，还会对出现的各种问题进行总结分析，进而优化技术方案，为新的HIsmelt项目落地实施做更充分的技术储备。

通过全过程参与全球唯一的商业化HIsmelt工厂的引进实施，山冶设计技术团队对HIsmelt技术有了全面、深刻的认识，多年来始终不断地研究创新，通过分析总结HIsmelt熔融还原炼铁技术存在的问题和不足，开展大量技术研究和探索，例如汽化烟道、煤气处理等技术的设计优化，形成流程更加完善、工艺更加合理可靠的技术解决方案，为新的HIsmelt项目顺利建设及稳定运行创造条件。

3.3技术推广阶段

自HIsmelt熔融还原炼铁工厂在国内建成以来，因其属于真正的非焦冶炼的炼铁工艺，受到国内外同行的高度关注。2018年3月29日，山冶设计与山东墨龙就HIsmel t熔融还原技术及市场开发签署战略合作协议（见图3）。山冶设计作为HIsmelt熔融还原炼铁技术授权的工程技术服务公司以及山东墨龙的战略合作方，在行业内对HIsmelt熔融还原炼铁技术进行了广泛的推广，使得HIsmelt技术因原燃料适应性、环保、节能以及生产高质量产品等优势得到了业界专业人士的高度认可。同时，近几年在钢铁行业“双碳”战略的大背景下，山冶设计已为部分企业提供项目前期规划咨询工作，重点企业包括：陕钢汉钢、山钢集团、印尼富海、新兴铸管、泰国伟成发等。

截至目前，已有邢台钢铁有限责任公司（简称：邢钢）、老挝第一钢铁有限公司确定采用HIsmelt熔融还原炼铁技术，且已与山冶设计完成工程设计合同的签署，邢钢已完成初步设计工作，正在进行核心设备订货阶段。2023年1月30日，邢钢与山冶设计就转型升级搬迁改造项目工程设计合同举行签约仪式，见图4。

表1对以上三个阶段进行了总结和归纳。

4 结论

HIsmelt熔融还原技术作为山冶设计孕育推广的新型炼铁技术，是已实现工业化生产的熔融还原炼铁技术之一，是典型非焦熔融还原炼铁工艺，经实践证明了其工艺可行性。HIsmelt工艺不仅具有流程短、操作简便灵活、快速响应、产品质量好、低碳环保节能降耗等优势，而且有利于节约宝贵的冶金焦煤资源，减少环境污染和降低CO₂排放，同时具有复合难选铁矿、钢铁厂粉尘和有色冶金含铁渣等含铁废弃物的综合利用等优势。

邢钢搬迁项目经过多方论证，最后选择HIsmelt熔融还原炼铁技术也是对HIsmelt技术优越性认可的体现，同时也是HIsmelt熔融还原炼铁技术正式进入联合钢铁企业的典型案例，是联合钢铁企业开启“HIsmelt 电炉”的新型短流程工艺应用的典范，是适合我国国情的低碳冶金技术路径。相信在山冶设计及多方参与者的共同努力下，HIsmelt熔融还原炼铁技术将在邢钢转型升级搬迁改造项目中得到更大的进步与突破，为企业发展注入新的活力。HIsmelt熔融还原炼铁技术的不断推广，将为钢铁企业低碳发展开创新模式，助力企业加快实现碳达峰碳中和目标。（贾利军 魏淑超）

山冶设计是HIsmelt技术工程服务授权的工程技术公司之一，也是目前为全球唯一一座HIsmelt熔融还原炼铁技术商业化工厂提供咨询、规划设计、实施全流程参与的工程技术公司，在HIsmelt熔融还原炼铁技术的引进吸收、技术优化方面积累了宝贵的经验，并形成了完整的、成熟的技术服务团队，具备为国内外钢铁企业提供全流程咨询、设计、实施等的技术服务能力。同时，山冶设计与HIsmelt技术所有方山东墨龙签订了《HIsmelt熔融还原技术及市场开发战略合作协议》，双方建立了良好的合作基础，形成设计与生产实践紧密结合的联络机制，为未来HIsmelt工程技术优化、提升、再创新创造了条件。