HIsmelt工藝作為一種礦粉直接熔融還原的短流程冶金工藝，一直吸引著世界各國冶金企業(yè)和科研院所的廣泛關注，2012年經(jīng)山東墨龍升級改造并率先在全球實現(xiàn)連續(xù)商業(yè)化運行。該工藝開發(fā)的初衷是實現(xiàn)鐵礦開采中占比日益增多的粉礦資源和儲量豐富的高磷礦資源的綜合開發(fā)利用，經(jīng)過三十多年的理論研究和半工業(yè)化中試試驗，工藝技術逐步成熟，其獨特的工藝條件不僅適用于普通鐵礦的直接冶煉，對于傳統(tǒng)高爐工藝過程難以有效利用的高磷礦、釩鈦磁鐵礦以及冶金固廢綜合利用具有優(yōu)異的工藝條件，是解決現(xiàn)有冶金過程中環(huán)境污染大、優(yōu)質礦石資源和焦煤資源短缺等問題的冶金前沿技術。
一 、山東墨龍HIsmelt概述
HIsmelt熔融還原煉鐵工藝直接使用普通鐵礦粉和其他含鐵物料，噴吹煤粉作為系統(tǒng)的還原劑及熱量來源，與傳統(tǒng)高爐工藝相比省去燒結廠、球團和焦化等污染嚴重的鐵前工序，在同等產(chǎn)能條件下節(jié)省了大量的投資及運行成本，極大降低了污染物的排放，充分利用生產(chǎn)中的余熱和煤氣資源，提高能源利用效率。
1.1 生產(chǎn)環(huán)保，污染物排放少
海斯梅特（HIsmelt）技術徹底摒棄了傳統(tǒng)高爐工藝流程中的焦化、燒結和球團工序作為全新的短流程冶金新技術，相比于傳統(tǒng)高爐工藝，海斯梅特（HIsmelt）技術工藝流程中顆粒物排放低于超低排放標準70%、SO2排放低于超低排放標準50%、NOx排放低于超低排放標準90%，有效遏制二惡英、焦油和酚等污染物的產(chǎn)生，體現(xiàn)了清潔生產(chǎn)的節(jié)能環(huán)保理念。
1.2 工藝流程短，占地少、投資低
海斯梅特（HIsmelt）技術縮短了鋼鐵生產(chǎn)流程，山東墨龍海斯梅特（HIsmelt）工廠僅占地260畝；自動化程度高，山東墨龍海斯梅特（HIsmelt）工廠工作人員定編280人；不需要焦化廠、燒結廠或球團廠，降低總投資成本，80萬噸HIsmelt項目總投資為8億元，占可比1080m3高爐總投資73%。
二、山東墨龍HIsmelt技術特征
HIsmelt工藝是典型的“一步法”熔融還原工藝，直接利用粉狀含鐵物料和煤粉進行鐵浴熔融還原冶金，具有完全噴吹、爐內涌泉及虹吸出鐵三大典型技術特征。
2.1 完全噴吹
HIsmelt工藝使用高速噴槍將粉狀物料直接噴入鐵水熔池內，可以通過調控物料噴吹的工藝參數(shù)，從而靈活、快速且精準地控制熔煉過程。粉狀物料的比表面積大，加快了物料還原反應的傳質和傳熱過程，提高了熔池對物料捕集率。同傳統(tǒng)高爐相比，HIsmelt工藝物料質量要求低，可以使用高爐很難使用甚至不能使用的低品位劣質物料。
2.2 爐內涌泉
煤粉、鐵礦粉和熔劑通過噴槍直接噴入SRV爐鐵水熔池內，在熔池發(fā)生還原反應，反應產(chǎn)生的CO、H2和載氣N2形成混合煤氣，逸出的混合煤氣上升并帶動高溫液態(tài)渣鐵運動，對熔池進行強烈攪拌，在熔池中心凸起形成“涌泉”，強化爐內上部燃燒區(qū)與下部熔池的傳熱，為熔池還原反應提供熱量。
2.3 虹吸出鐵
SRV爐鐵水熔池底部設計有出鐵通道，連通至前置爐，從而形成U型出鐵連通器。在冶煉過程中，前置爐始終敞開，可實現(xiàn)無渣出鐵操作，根據(jù)生產(chǎn)情況選擇連續(xù)式出鐵或間斷式出鐵。通過控制爐內壓力加壓出鐵，工藝靈活，可以實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定地出鐵，并使SRV爐熔池液面受控，保證熔池液面和水冷噴槍留有合適的安全距離。
三 、HIsmelt技術優(yōu)勢
HIsmelt技術作為一種全新的環(huán)境污染小、資源適用性強、產(chǎn)品質量高的冶金新技術，與傳統(tǒng)高爐工藝相比，HIsmelt具有顯著的技術優(yōu)勢。
3.1 原燃料柔性化
海斯梅特（HIsmelt）技術的原料來源廣泛，能夠使用多種的含鐵爐料，普通鐵礦、高磷礦、海砂礦、釩鈦礦、冶金固廢和循環(huán)料均可使用；擺脫對冶金焦炭的依賴，普通無煙煤或部分煙煤均可,對燃料煤要求較寬松，；無需配料廠，可使用單一料種。
3.2 產(chǎn)品質量好，純凈度高
HIsmelt憑借其獨特的氧化還原氛圍，渣中含有3%-5%的FeO，相當于高爐渣的10倍，渣中O2-濃度高，與O2-反應的有害元素大量氧化進入爐渣中，產(chǎn)出鐵水完成脫硫工序后，即可達到鑄造用高純生鐵特級標準。
海斯梅特（HIsmelt）技術生產(chǎn)的常規(guī)高純生鐵產(chǎn)品，對鐵水中13種微量元素進行極限值控制，完全符合高純生鐵行業(yè)標準JB/T 11994-2014、T/CFA 0202050201-2018要求，五害元素極低，具有高純凈度、高穩(wěn)定性、高選擇性、高實用性等特點，主要應用于高鐵、核電、風電鑄鍛件等領域，抗壓、抗拉強度、延伸率和耐低溫沖擊等性能優(yōu)異。
3.3 自動化程度高，設備適用性強
墨龍海斯梅特（HIsmelt）裝備擁有完善的操作系統(tǒng)，采用橫河CENTUM系統(tǒng)用于跟蹤和控制工廠設備，提供實時信息和短期趨勢；通過壓力、溫度、流量傳感器及其他形式的變送信號，將工藝變量從現(xiàn)場發(fā)送到分配控制系統(tǒng)，根據(jù)工藝變量參數(shù)對最終的控制參數(shù)進行調整；擁有HCM、HFS等工藝模擬軟件，為SRV爐況調整及生產(chǎn)成本測算提供技術支撐，消除憑經(jīng)驗操作帶來的的負面影響；HIsmelt短流程工藝自動化程度高，更容易在冶煉中采用深度學習實現(xiàn)人工智能；HIsmelt工藝可以與高爐共用輔助設備，高爐系統(tǒng)的制氧廠、熱風爐、鍋爐、發(fā)電廠、煤氣系統(tǒng)和原料車間都可以共用。
四、山東墨龍HIsmelt生產(chǎn)概述
山東墨龍在HIsmelt國產(chǎn)化過程中對原有工藝進行多方面技術創(chuàng)新，其中技術創(chuàng)新150余項，在設備改造、生產(chǎn)工藝、流程改進等環(huán)節(jié)，相比于澳大利亞HIsmelt工廠實現(xiàn)了一系列的突破，SRV爐壽命大幅度延長，在工藝穩(wěn)定性、設備耐用性、操作靈活性以及資源能源綜合利用方面取得長足進步。設計渣區(qū)冷卻裝置，增加渣線附近區(qū)域冷卻強度及耐沖刷性，開發(fā)并應用全新的耐材耐材壽命延長至五年以上。
自2017年9月份調試改造完成，截至2020年6月份，山東墨龍HIsmelt工廠已累計生產(chǎn)超過150萬噸高純生鐵（水），當前日最高產(chǎn)量達到2026噸、月平均產(chǎn)量達到5.5萬噸，具體生產(chǎn)指標如下表所示：
HIsmelt工藝噸鐵煤耗主要技術經(jīng)濟指標及生產(chǎn)成本主要受產(chǎn)量影響，單位產(chǎn)量越高，噸鐵消耗的煤粉越少，當前生產(chǎn)產(chǎn)量約為每小時80噸，單位煤耗為0.85t/tHM左右；當小時產(chǎn)量達到設計產(chǎn)能時，噸鐵煤耗可以降低到0.7到0.8t/tHM之間。對標國內部分企業(yè)高爐生產(chǎn)情況，HIsmelt目前平均生產(chǎn)成本已經(jīng)低于國內部分高爐生產(chǎn)成本。
五、HIsmelt技術的應用前景
5.1 HIsmelt工藝的三代發(fā)展規(guī)劃
目前山東墨龍HIsmelt工廠使用的第一代的6m熔融還原爐+預熱器工藝，設計產(chǎn)能80萬噸。第二代設計兩個發(fā)展方向：（1）在6mSRV爐基礎上增加預還原環(huán)節(jié)，利用回轉窯或循環(huán)流化床的預還原功能，使HIsmelt工藝達到160萬噸產(chǎn)能；（2）開發(fā)8m熔融還原爐，初始設計產(chǎn)能160萬噸產(chǎn)能，增加預熱預還原系統(tǒng)后可達400萬噸。（3）第三代發(fā)展規(guī)劃增加二氧化碳物理封存技術，應對未來世界范圍內的低碳排放標準，HIsmelt工藝實現(xiàn)接近零的碳排放。
5.2 HIsmelt技術的應用開發(fā)領域
HIsmelt工藝具有原燃料適應性強、產(chǎn)品質量高、不使用焦煤等優(yōu)點，對于高爐難以利用的高磷礦、釩鈦礦等劣質礦及鋼鐵塵泥等冶金固廢具有廣泛適用性。
(1) 高磷礦冶煉：我國的高磷鐵礦石儲量占鐵礦石總儲量的14.86％，達74.5億噸。HIsmelt工藝憑借其獨特的氧化還原氛圍，渣中氧勢高，脫磷效率可達90%-95%，在高磷礦的冶煉方面具有廣闊前景。
(2) 釩鈦礦冶煉：高爐冶煉過程中有鈦的低價化合物和 Ti(C,N)生成，導致泡沫渣嚴重、爐渣粘稠、渣鐵分離不理想等諸多問題；而HIsmelt技術爐內氧勢高，有效抑制TiC、TiN生成，改善爐渣粘度，在釩鈦礦的冶煉方面具有良好的技術優(yōu)勢。
(3) 社會廢棄物處理：HIsmelt工藝可處理鋼鐵廠循環(huán)廢料，還可處理高Zn、高Pb 的含鐵粉料等。將其與礦粉混合噴入，鐵的回收率可以達到97%，并且可充分利用粉塵中所含的鋅、鉛、銦等有價金屬資源。
(4) 冶煉稀有金屬：HIsmelt工藝高氧勢特點有利于冶煉富集鈮、鎳，使之進入渣中富集，以便進一步提煉。
HIsmelt熔融還原工藝作為當今冶金領域唯一不用焦炭及鐵礦粉造塊的冶金前沿技術，符合煉鐵技術長遠發(fā)展的需要。HIsmelt熔融還原冶金技術經(jīng)過山東墨龍多年連續(xù)化商業(yè)運行的實踐檢驗，該工藝技術的可行性毋容置疑，HIsmelt熔融還原工藝必將成為我國鋼鐵冶金技術的重要發(fā)展方向。
