华北理工大学冶金与能源学院 曹凯琪 陈龙 陈子波 唐山 063200
摘要：本文从我国日益严格的环保政策以及双碳战略的提出角度出发，介绍了HIsmelt工艺相对于传统高炉炼铁的优势，分析了该工艺的现实性以及经济性。HIsmelt工艺发展历程以及工艺流程，分析了HIsmelt工艺特点，以及该工艺未来研究方向及发展方向。
关键词：HIsmelt 熔融还原 前景展望
随着我国钢铁行业的快速发展，2020年我国粗钢产量已超过10亿吨，但是由于铁矿石以及焦炭价格的增长，高炉炼铁成本也越来越高，另外，随着我国双碳战略的提出，炼铁行业面临着资源、能源，尤其是环保方面前所未有的压力。传统高炉炼铁工艺虽然已经发展成熟，具有高效率、低成本等优势，但是由于其工艺特点，无法摆脱产生大量的环境污染的焦化厂、烧结厂和球团厂的依赖，已不能满足钢铁工业未来的发展要求[1]。因此，无需建设焦化、烧结、球团、高炉工序，在理论上可以实现无焦炼铁的HIsmelt工艺受到科研工作者的关注[2]。一方面，HIsmelt熔融还原技术可以使用高磷铁矿石，与传统高炉冶炼技术可以形成互补，降低生产成本。另外，基于HIsmelt技术自身的优势，能够降低高炉生成过程中产生的环境污染，满足日益严格的环保政策以及我们国家提出的双碳战略，是非常有前景的非高炉炼铁工艺之一。
1. HIsmelt 工艺发展历程
HIsmelt熔融还原炼铁工艺最早由德国Klockner公司以及澳大利亚CRA公司在20世纪80年代提出，目的是结合顶底复吹工艺，直接使用铁矿石和煤粉冶炼高质量铁水，在半工业试验中获得验证。1989年CRA公司与Midrex公司合资开发HIsmelt工艺，1997年，试验中发现向熔池侧吹物料能产生与底部喷料相似的“涌泉”现象，卧式炉变为立式炉，并付诸工业化。2003年1月开始在西澳大利亚的奎那那工业区建设一座熔融还原炉炉缸内径为6m、年产80万t的HIsmelt设备，2004年下半年开始对设备进行调试。HIsmelt工艺铁水热调试工作于2005年第二季度开始，2006年6月生产出第一批4万t生铁产品。2008年由于经济危机冲击以及效益较低，暂停运营。后山东墨龙引进澳大利亚力拓的HIsmelt工艺技术，历时９年，经过９次开炉过程，首次实现了HIsmelt连续工业化生产。山东墨龙HIsmelt工艺取得了一系列的技术进步，实现了炼铁领域的重大突破，相比传统炼铁工艺具有明显优势[3]。
2. HIsmelt工艺流程
HIsmelt工艺采用两级回转窑预热工艺进行矿粉预热，搭配熔融还原炉（SRV）、煤粉喷吹系统，渣铁、煤气以及烟气等处理系统组成[4]。矿粉和熔剂由料场以一定配比输送入矿石干燥器中，采用换热器将矿粉和熔剂加热至800℃。矿粉、熔剂和非焦煤粉被直接喷入SRV内，利用碳作为还原剂还原氧化铁，并利用铁浴蓄积的热量、加热至1200℃的富氧热风带入物理热和CO燃烧产生的化学热，供给矿粉熔化、还原和造渣过程所需热量，进而冶炼出液态铁水[4-5]。
3. HIsmelt工艺特点
HIsmelt工艺对原料要求较为宽松，一方面，从脱磷反应动力学来看，SRV炉内强氧化性气氛具有超强的脱磷能力，可以使用高磷铁矿进行冶炼，同时可以使用小粒度粉矿、粉煤等以及多种类型煤，与高炉结合使用，将会大大降低钢铁企业生产成本[6-8]，相对于传统的高炉炼铁生产工艺，HIsmelt工艺不需使用烧结矿、球团矿、焦炭等原料，能够大幅度降低对环境的污染，符合钢铁工业向绿色化发展要求[9]。设备占地面积小、操作灵活、反应过程启闭简便，设备投资较小，也是HIsmelt工艺的优势所在。当然HIsmelt工艺也存在较多亟待解决的难题，例如低压操作带来的热能难以回收利用，二次传热效率较低，吨铁能耗高等问题，这说明可能HIsmelt渣层对于传热有一定的阻碍作用，进而导致传热效率低下，消耗煤量过高，如何解决热值回收再利用问题是目前一大难题[9-11]。另外，由于粉矿预还原度低，导致渣中FeO含量高，导致部分还原的Fe可能出渣时流失或被二次氧化，进而导致Fe的回收率低以及炉衬腐蚀较快的问题。
4. 结语
随着我国环保政策的严格，以及我国提出的双碳战略，钢铁行业面临越来越紧张的环保压力，HIsmelt工艺凭借其原料广泛、投资小、超强的脱磷能力、污染小等优点受到钢铁行业的关注。HIsmelt工艺生产出来的铁水虽然硫含量较高，但是搭配目前的铁水预处理工艺，可以使得HIsmelt工艺经过预处理的铁水满足高质量钢材冶炼的要求，企业可以高炉与HIsmelt非高炉炼铁工艺共同生产，达到最大化的经济效益。目前看来，HIsmelt工艺也存在较多问题，可以从更改SRV炉除尘系统、研发采用吹氧冶炼、提高传热效率等方面深入研究，提高其生产效率，进行更大规模生产。
参考文献
[1]宋赞. 非高炉炼铁工艺发展现状[J]. 中国钢铁业,2020(10):44-46. DOI:10.3969/j.issn.1672-5115.2020.10.014.
[2]张晓华,师学峰,赵凯,等. 非高炉炼铁工艺流程发展现状及前景展望[J]. 矿产综合利用,2020(2):8-15. DOI:10.3969/j.issn.1000-6532.2020.02.002
[3]张建良,李克江,张冠琪,等. 山东墨龙HIsmelt工艺的技术创新及最新生产指标[J]. 炼铁,2018,37(2):56-60.
[4]唐恩,臧中海,喻道明,等. HIsmelt熔融还原炼铁技术的新进展[J]. 炼铁,2010,29(2):60-62. DOI:10.3969/j.issn.1001-1471.2010.02.018.
[5]王东彦. 超低碳炼钢项目中的突破型炼铁技术[J]. 世界钢铁,2011,11(2):7-12. DOI:10.3969/j.issn.1672-9587.2011.02.002.
[6]胡俊鸽,高战敏. Corex、Finex和HIsmelt技术的发展近况[J]. 钢铁研究,2007,35(4):55-58. DOI:10.3969/j.issn.1001-1447.2007.04.015.
[7]胡俊鸽,周文涛,郭艳玲,等. 先进非高炉炼铁工艺技术经济分析[J]. 鞍钢技术,2012(3):7-13. DOI:10.3969/j.issn.1006-4613.2012.03.002.
[8]孟玉杰,曹朝真,梅丛华,等. HIsmelt工艺的内衬寿命与煤气利用问题探析[J]. 炼铁,2018,37(3):59-62.
[9]张寿荣. 进入21世纪我国钢铁工业面临的机遇与挑战——兼论中国需要产多少钢[C]. //2003中国钢铁年会论文集.北京:冶金工业出版社, 2003:144-150.
[10]王敏,任荣霞,董洪旺,等. 熔融还原炼铁最新技术及工艺路线选择探讨[J]. 钢铁,2020,55(8):145-150. DOI:10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190550.
[11]庄俊鹏. 熔融还原炼铁技术的应用[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2013(9).