山東省冶金設計院股份有限公司（簡稱山冶設計），作為國內唯一擁有商業化HIsmelt熔rong融rong還hai原yuan煉lian鐵tie工gong廠chang工gong程cheng設she計ji業ye績ji的de工gong程cheng技ji術shu公gong司si，伴ban隨sui著zhe中zhong國guo高gao爐lu煉lian鐵tie技ji術shu新xin世shi紀ji極ji大da進jin步bu
，在zai國guo內nei生sheng鐵tie產chan量liang穩wen居ju世shi界jie首shou位wei及ji高gao爐lu向xiang大da型xing化hua、現代化、高gao效xiao化hua發fa展zhan趨qu勢shi以yi及ji煉lian鐵tie技ji術shu創chuang新xin和he裝zhuang備bei升sheng級ji成cheng就jiu突tu出chu的de背bei景jing下xia，山shan冶ye設she計ji的de煉lian鐵tie技ji術shu水shui平ping也ye實shi現xian了le飛fei躍yue式shi發fa展zhan，先xian進jin低di碳tan技ji術shu的de開kai發fa應ying用yong
，助zhu力li山shan冶ye設she計ji煉lian鐵tie工gong程cheng業ye績ji遍bian布bu國guo內nei外wai
，高gao爐lu容rong積ji從cong200立方米到5000立li方fang米mi。驕jiao人ren成cheng績ji的de背bei後hou，得de益yi於yu山shan冶ye設she計ji持chi續xu不bu斷duan的de創chuang新xin突tu破po
，秉bing持chi理li論lun與yu實shi踐jian相xiang結jie合he的de原yuan則ze，踐jian行xing以yi問wen題ti為wei導dao向xiang的de理li念nian，在zai解jie決jue問wen題ti中zhong積ji累lei經jing驗yan、提高能力，研究開發更加綠色
、智能
、環保
、高效的特色煉鐵技術
，在提升自身實力的同時，更好地服務客戶，助推行業技術進步

，為鋼鐵行業節能降耗做出了突出貢獻。

　　山冶設計是國內較早具備高爐煉鐵大型化、高端化、現代化的國際技術公司，對煉鐵技術更綠色
、更智能
、更低碳的研究從來沒有停止過腳步。煉鐵工序作為鋼鐵生產過程中資源、能源和成本控製的關鍵環節，其CO2排放量約占鋼鐵生產全流程總排放量的70%
，是鋼鐵領域節能減排和轉型升級的關鍵環節。現有主流鋼鐵冶煉工藝流程有“高爐+轉爐”長流程和電爐短流程，隨著非高爐冶煉技術的發展
，“HIsmelt煉鐵+電爐或轉爐”以及“豎爐+電爐”流(liu)程(cheng)也(ye)得(de)到(dao)應(ying)用(yong)。高(gao)爐(lu)工(gong)藝(yi)經(jing)過(guo)百(bai)餘(yu)年(nian)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)實(shi)踐(jian)，技(ji)術(shu)日(ri)臻(zhen)成(cheng)熟(shu)
，由(you)於(yu)焦(jiao)炭(tan)特(te)殊(shu)的(de)骨(gu)架(jia)作(zuo)用(yong)難(nan)以(yi)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)焦(jiao)炭(tan)的(de)消(xiao)耗(hao)，通(tong)過(guo)設(she)備(bei)升(sheng)級(ji)和(he)操(cao)作(zuo)優(you)化(hua)可(ke)以(yi)少(shao)量(liang)降(jiang)低(di)冶(ye)煉(lian)過(guo)程(cheng)能(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)；HIsmelt工藝過程不使用焦炭，產品純淨度高
，生產的鐵水可以直接用於現有轉爐或電爐煉鋼過程，目前在山東、河北、山西等地逐漸得到企業認可並開始實踐應用，且隨著氫冶金和預還原技術的進步減排潛力巨大
；豎爐工藝目前在河北、廣東等地逐步應用，產品海綿鐵用於電爐冶煉，不使用煤粉和焦炭，但受製於現階段還原氣源的供應來自焦爐煤氣
、減排效果還不夠顯著，隨著未來綠電和大規模製氫技術的發展，相信會有更多的應用和減排潛力。

　　我wo國guo在zai鐵tie礦kuang石shi方fang麵mian對dui外wai依yi存cun度du高gao
，高gao價jia鐵tie礦kuang石shi大da幅fu侵qin蝕shi了le我wo國guo鋼gang鐵tie行xing業ye的de利li潤run。國guo內nei應ying積ji極ji尋xun求qiu其qi他ta鐵tie礦kuang石shi和he廢fei鋼gang等deng資zi源yuan的de替ti代dai，提ti升sheng國guo內nei礦kuang山shan企qi業ye競jing爭zheng力li
，大da幅fu降jiang低di對dui國guo外wai進jin口kou鐵tie精jing礦kuang的de依yi賴lai

，才cai能neng保bao障zhang我wo國guo鋼gang鐵tie工gong業ye長chang期qi發fa展zhan的de原yuan料liao供gong應ying。傳chuan統tong高gao爐lu煉lian鐵tie以yi焦jiao炭tan作zuo為wei主zhu要yao燃ran料liao及ji還hai原yuan劑ji

，使shi用yong燒shao結jie礦kuang、球團
、塊礦等作為主要原料
，工藝流程長、原燃料要求高，正麵臨環保、能(neng)源(yuan)以(yi)及(ji)原(yuan)料(liao)資(zi)源(yuan)製(zhi)約(yue)等(deng)方(fang)麵(mian)壓(ya)力(li)，是(shi)製(zhi)約(yue)我(wo)國(guo)鋼(gang)鐵(tie)工(gong)業(ye)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)的(de)瓶(ping)頸(jing)。為(wei)減(jian)輕(qing)高(gao)爐(lu)工(gong)藝(yi)對(dui)焦(jiao)煤(mei)資(zi)源(yuan)的(de)依(yi)賴(lai)以(yi)及(ji)長(chang)流(liu)程(cheng)帶(dai)來(lai)的(de)環(huan)保(bao)和(he)排(pai)放(fang)壓(ya)力(li)，20世紀60年代以來
，世界多國進行了廣泛的非高爐煉鐵新工藝的研究開發工作，相繼開發了Corex、Finex和HIsmelt等deng多duo種zhong非fei高gao爐lu煉lian鐵tie工gong藝yi。直zhi接jie還hai原yuan與yu熔rong融rong還hai原yuan是shi非fei高gao爐lu冶ye煉lian的de兩liang大da課ke題ti
，其qi中zhong直zhi接jie還hai原yuan在zai低di於yu熔rong化hua溫wen度du下xia還hai原yuan生sheng產chan海hai綿mian鐵tie，其qi含han碳tan量liang較jiao低di（<2%）且含脈石雜質較多

，作為廢鋼代用品用於電爐煉鋼；熔融還原是使用非焦煤為主要能源

、利用鐵礦粉生產高溫鐵水的煉鐵工藝，產品可以替代高爐煉鐵用於轉爐及電爐煉鋼，以其非焦冶煉、環境友好等優勢成為研究的熱點。

HIsmelt熔融還原技術流程匹配圖

　　熔融還原技術主要以HIsmelt、Corex、Finex等為代表，具有工藝流程短、原料適用性強的特點，其中HIsmlet工藝擺脫對焦煤資源的依賴，全部使用煤粉作為燃料來源
，原料適用範圍廣，目前已在山東、內蒙古等地投產應用。山東HIsmelt工廠自2017年投產以來，通過不斷優化和升級，已累計生產超過230萬噸鐵水，連續作業天數達到185天，月最高產量達到5.7萬噸，工藝可行性和設備穩定性已得到檢驗。

典型HIsmelt工藝流程

　　氣基豎爐工藝利用氫氣
、焦爐煤氣或天然氣等作為熱源和還原劑，利用鐵精粉等高品位礦粉作為原料，生產海綿鐵用於電爐煉鋼。該工藝在中東、歐美等天然氣資源豐富的區域發展較快，我國受製於天然氣、高品位鐵礦粉資源不足影響，氣基豎爐工藝發展一直處於停滯狀態，但是近兩年來在“雙碳”背景下行業內提出利用氫基豎爐工藝達到減排目的，在河北、廣州、山西等地陸續得到應用。目前，我國豎爐還是以焦爐煤氣、天然氣改質為主，受製於氣源影響應用範圍有限；如未來能夠突破大規模綠色製氫技術的壁壘，實現低成本氫氣的生產

、儲存和運輸
，氫氣豎爐才會得到規模化應用。

　　HIsmeltrongronghaiyuangongyizuoweiyishixiangongyehuashengchandefeigaoluliantiejishuzhiyi
，shidangjinyejinlingyuqianyanjishu
，shuyudianxingfeijiaorongronghaiyuanliantiegongyi。qizhuyaoshengchanguochengshi：冶煉所需的鐵礦粉、煤和熔劑等爐料在原料場堆存後
，以皮帶運輸方式經原燃料輸送係統輸送到礦粉預處理係統、煤粉製備係統，鐵礦粉在預處理係統（回轉窯或流化床）完成鐵礦粉的預熱或預還原，被加熱的鐵礦粉經過熱礦輸送機進入熱礦噴吹係統；原煤進入煤粉製備係統，經過幹燥破碎後進入煤粉噴吹係統
，被加熱的熱礦粉（粒度<8毫米）和破碎後的煤粉（粒度<3毫米）分別經過各自的噴吹、輸送管線
、水冷噴槍進入到熔融還原爐（SRV）內(nei)
，其(qi)中(zhong)煤(mei)粉(fen)噴(pen)入(ru)熔(rong)池(chi)中(zhong)後(hou)
，煤(mei)開(kai)始(shi)裂(lie)解(jie)，碳(tan)元(yuan)素(su)溶(rong)於(yu)鐵(tie)水(shui)中(zhong)，煤(mei)粉(fen)中(zhong)脈(mai)石(shi)開(kai)始(shi)熔(rong)化(hua)並(bing)形(xing)成(cheng)熔(rong)渣(zha)。鐵(tie)氧(yang)化(hua)物(wu)進(jin)入(ru)熔(rong)池(chi)中(zhong)與(yu)碳(tan)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)鐵(tie)單(dan)質(zhi)。

煤粉過程行為

鐵礦粉過程行為

　　SRV生產的鐵水經過前置爐排出，進入鐵水罐，後經鐵水倒運裝置依次經過鐵水脫硫、鑄鐵機生產高純生鐵或進入煉鋼工序。冶煉產生的熔渣經渣口排出，進入水渣粒化係統。SRV生產的大量高溫煤氣經煤氣室排出，依次進入高溫汽化冷卻煙道、高溫旋風除塵器
，進行降溫及初除塵
，降溫後的半淨煤氣再進入餘熱鍋爐
，進一步回收煤氣顯熱，降溫後的煤氣溫度約200℃
，進入煤氣淨化係統。煤氣淨化後並入管網供下遊用戶使用，煙道和餘熱鍋爐產生的蒸汽用於發電。

　　煤粉在載氣N2作用下通過物料噴槍進入SRV中

，煤粉中的碳在高溫下熔解進入鐵水中
，煤粉中揮發分裂解隨上升的氣流進入上部空間。礦粉、熔劑等固態爐料隨著高速載氣噴吹進入熔池內部，爐料中的金屬氧化物被碳還原生成金屬單質和CO(g)。相比於固態碳，溶解碳還原鐵氧化物的效率高出1～2個數量級。礦粉的直接還原速度不受反應區工作狀態和熔渣中FeO含量影響，故SRV單體生產效率比其他熔融還原方法高。

　　鐵水熔池中反應產生的CO(g)、煤中揮發分裂解產生的H2和噴吹N2形成混合氣，與上部讓熱風噴槍送來的富氧熱風（約1200℃，40%O2）相遇產生劇烈燃燒反應（即二次燃燒過程）
，還原性CO、H2等deng與yu爐lu內nei的de氧yang氣qi反fan應ying，產chan生sheng二er氧yang化hua碳tan和he水shui蒸zheng氣qi，同tong時shi放fang出chu大da量liang的de熱re量liang。這zhe些xie熱re量liang被bei傳chuan遞di給gei爐lu內nei的de還hai原yuan反fan應ying，維wei持chi熔rong融rong還hai原yuan爐lu的de高gao溫wen狀zhuang態tai。

　　混合氣在浮力作用下帶動周邊鐵水和熔渣從中間向上運動形成“湧泉”。由於熔池內的氣體攪拌和頂部熱風噴槍的射流
，SRV中二次燃燒所產生的熱能


，通過熱傳導和熱輻射方式傳給“湧泉”中的鐵水和熔渣，隨著被加熱的渣鐵回落到鐵水熔池
，為冶煉提供所需的熱能。

　　流程優勢。HIsmelt熔融還原流程，相比傳統高爐流程省去了焦化、燒結
、球團工藝
，極大地縮短了工藝流程；相比豎爐工藝，HIsmelt過程不受高品位礦粉和還原氣短缺影響
，適用性更強

，且SRV能源轉換功能可以為其他工序提供煤氣保障。

　　yuanranliaoyoushi。zaiyuanranliaoshiyingxingfangmian，jikeyizhijieshiyongputongfenkuanghefenmeiyongyushengchantieshui，youkeyichongdangfeigangyeliandexishiji
，weigaopinzhigangtieshengchantigongbaozhang；另外，HIsmelt+電爐流程工藝匹配性好,可以靈活調整煉鋼過程鐵水比例，又可以發揮SRV能源轉換功能為下遊提供電力及煤氣供應
，在推動資源綜合利用方麵將會取得新的突破。

　　產品質量優勢。HIsmelt工藝生產的鐵水純淨度高
、鐵水可用於高純生鐵的生產，有害元素含量極低；HIsmelt生產的鐵水P含量低、有害元素含量極低
，是煉鋼生產高品質純淨鋼的優質原料
；同時，也可以避免因全廢鋼電爐原料帶入的有害元素對產品質量的影響。

HIsmelt壽光工廠

　　HIsmelt技術工業化應用以來，以其技術優勢吸引著世界各國廣泛關注。2005年，HIsmelt技術首座試驗工廠在澳大利亞奎那那地區建成。該工廠運行了3年多的時間，生產出約38萬噸的產品，證明了HIsmelt技術的工藝可行性
，但同時也暴露出爐缸耐材侵蝕較快、流化床故障率高、工廠作業率低等工藝和設備問題。2012年，山東墨龍簽訂技術許可協議引進該技術，並於2013年開始了HIsmelt壽光工廠的設計工作。因工廠借鑒吸收HIsmelt奎那那工廠的經驗，對工藝流程
、生產設備、操作技術等進行了優化升級，將“流化床+SRV”流程改為“回轉窯+SRV”流程
，工廠於2016年底建成投產，在設備穩定性和連續作業率方麵得到顯著提升。2017年，山東墨龍收購了力拓集團HIsmelt技術在全球範圍內的商標、專利、技術秘密等相關知識產權，成為HIsmelt熔融還原技術在全球範圍內的唯一擁有方。截至目前
，壽光工廠已生產超過230萬噸高純鐵水
，主要應用於高鐵、核電
、風電
、石油裝備、機床等高端裝備製造領域。

　　HIsmelt壽光工廠作為實現商業化應用的非高爐煉鐵企業

，在煉鐵發展曆史中具有重要的意義。該工廠經曆10多次的開停爐探索，隨著技術人員對工藝流程和技術操作的逐步優化
，以及對故障設備的檢修更換
、操作規程的進一步修改完善

，從作業率
、操作穩定性以及能耗指標方麵都有很大的提高，當前日最高產量超過2045噸，連續生產天數185天，月最高產量達到5.7萬噸。

　　為了提高工廠作業率
，HIsmelt壽光工廠在工藝流程、核心裝備
、操作技術和生產工藝等方麵進行了大量優化。其主要包括：工藝流程方麵
，采用回轉窯預處理工藝替代原有多級流化床工藝

，改進後技術成熟穩定、設備故障率低，提高了HIsmelt工藝整體作業率水平；hexinzhuangbeifangmian，qianghuaqihualengqueyandaodelengquenengli，jiangdigaowenxuanfengchuchenjiyureguolusheshiderefuhe，dafujiangdilegaowenmeiqidehanchenlianghetigaoqitiduiliuhuanrexishu，tishenggaowenmeiqidexianrehuishouxiaolv；操作技術方麵
，采用柔性、連續兩種出鐵製度的操作模式，提高了對下遊工序銜接的適應性和靈活性
；生產工藝方麵
，對噴吹係統的整體壓力、流量及控製係統等進行優化
，增強物料輸送能力
，減少外圍設備對工藝生產的影響。

　　作為HIsmeltjishushouquangongchengshejidanwei
，shanyeshejichixugenjingongchangdeyunxingqingkuangbingjinxingxiliedeyouhuashengji
，yituoshejiyuanzaigangtieyejinshejilingyuxianjindeshejilinianhexionghoudejishuchendian
，buduanjiangxianjindejishuzhuangbeizhiruHIsmelt工廠的設計中。在工藝方麵，山冶設計開發新一代流化床預還原技術裝備，充分利用SRV過程產生的高溫煤氣資源，實現能源的循環利用和產量的提升
，破解循環流程床作業率低和回轉窯預還原困難的難題；在流程方麵，山冶設計推動HIsmelt鐵水在煉鋼生產中的應用，采用“HIsmelt+電爐”工藝流程
，解決了廢鋼資源不足和有害元素殘留較多問題，是目前階段電爐煉鋼的有力支持和保障；在裝備方麵，為適應氫冶金的發展趨勢，探索氫氣
、生物質等清潔能源在SRV應用的可行性，山冶設計開發氫冶金技術裝備，基於HIsmelt熔池冶煉的特點
，相較於高爐內爐料結構更加靈活，不需要考慮爐料順行的因素，在氫冶金開發方麵更具有優勢。

高爐與HIsmelt對比圖

　　山冶設計作為全球唯一商業化的HIsmelt熔融還原煉鐵工廠的規劃谘詢、設計單位，2012年，參與山東墨龍HIsmelt熔融還原煉鐵技術引進、消化、吸收、再創新全過程工作。在項目方案設計階段/建設過程中，山冶設計組建強有力的技術服務團隊
，全程參與項目技術方案優化改進以及建設全過程

，深入了解HIsmelt工廠建設過程中的重點難點以及核心設備安裝中的技術要領等

；同時參與項目調試、試運行工作，為HIsmelt熔融還原工廠的順利投產提供全過程、全方位的技術支持。

　　自國內HIsmelt熔融還原煉鐵工廠建成以來，因其屬於真正的非焦煉鐵工藝

，受到國內外同行的高度關注，山冶設計作為HIsmelt工藝授權的工程技術服務公司
，通過既有的市場推廣途徑
，進行了廣泛的行業推廣
，通過參加學術交流會等方式
，使得HIsmelt技術因原燃料適應性、環保、節能以及生產高質量產品的優勢得到了業內專業人士的高度認可。

　　截至目前，山冶設計已為國內外鋼鐵企業開展了關於HIsmeltrongronghaiyuangongchengjishufuwu。qizhong
，yijingluodishishixiangmuyouhebeixinggangkejiyouxiangongsi，zhengzaikaizhanxiangmuqianqizhunbeigongzuodeqiyeyoushanxixuanshishiyejituan
，tongshibaokuoguowaieerjiliyagangtiegongsidegaolinkuangyelianxiangmudeng。

　　根據河北省工信廳公示產能置換公告（2021年12月），邢台鋼鐵有限責任公司於威縣城東工業區新建55萬噸/年HIsmelt熔融還原爐5座，建設產能165萬噸/年，享受非高爐等量置換比例。該項目規劃分兩期建設
，一期完成2座SRV爐建設，二期完成第3座SRV爐建設。該項目於2023年12月份正式開始土建施工
，目前1號SRV爐本體殼體已建成。

　　日前，晉城工信局發布山西泫氏製鐵有限公司產能置換公告：山西泫氏實業集團退出318立方米高爐1座、228立方米高爐1座，合計退出年產能59.16萬噸，由山西泫氏製鐵在高平市經濟技術開發區建設1座產能58萬噸/年的HIsmelt熔融還原爐。目前
，山冶設計已完成該項目可行性研究報告的編製，正在開展環評/能評等項目前期報批手續，預計2027年初投產。

　　HIsmeltrongronghaiyuanjishuzuoweishanyeshejiyunyutuiguangdexinxingliantiejishu，shiyishixiangongyehuashengchanderongronghaiyuanliantiejishuzhiyi，shidianxingfeijiaorongronghaiyuanliantiegongyi
，jingshijianzhengmingleqigongyikexingxing。HIsmelt工藝不僅具有流程短、操作簡便靈活、快速響應
、產品質量好

、環保低耗等優勢，而且有利於節約寶貴的冶金焦煤資源，減少環境汙染和降低CO2排放，同時具有複合難選鐵礦
、鋼鐵廠粉塵和有色冶金含鐵渣等含鐵廢棄物的綜合利用等優勢。

　　河北邢鋼科技與山西泫氏鑄造經過多方論證，最後選擇HIsmelt熔融還原煉鐵技術，是對HIsmelt技術優越性認可的體現，同時也是HIsmelt熔融還原煉鐵技術正式進入聯合鋼鐵企業與鑄造生鐵生產企業的典型案例。這兩個項目是山冶設計聯合鋼鐵企業開啟“HIsmelt+電爐”的(de)新(xin)型(xing)短(duan)流(liu)程(cheng)工(gong)藝(yi)應(ying)用(yong)的(de)典(dian)範(fan)

，也(ye)是(shi)適(shi)合(he)我(wo)國(guo)國(guo)情(qing)的(de)低(di)碳(tan)冶(ye)金(jin)技(ji)術(shu)路(lu)徑(jing)

，更(geng)是(shi)實(shi)現(xian)小(xiao)高(gao)爐(lu)鑄(zhu)造(zao)企(qi)業(ye)高(gao)質(zhi)量(liang)轉(zhuan)型(xing)及(ji)生(sheng)產(chan)高(gao)品(pin)質(zhi)鑄(zhu)造(zao)產(chan)品(pin)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)。相(xiang)信(xin)在(zai)山(shan)冶(ye)設(she)計(ji)及(ji)多(duo)方(fang)參(can)與(yu)者(zhe)的(de)共(gong)同(tong)努(nu)力(li)下(xia)，HIsmelt熔融還原煉鐵技術將在邢鋼轉型升級搬遷改造項目以及山西泫氏鑄造項目中得到更大的進步與突破，為企業發展注入新的活力。HIsmelt熔融還原煉鐵技術的不斷推廣
，也將為鋼鐵企業低碳發展開創新模式

，助力鋼鐵企業加快實現碳中和、碳達峰目標。（賈利軍 高峰）

（圖片均由山冶設計提供）