澳大利亚力拓矿业集团开发的HIsmelt熔融还原炼铁工艺，采用铁矿粉、钢厂废料和非焦煤直接熔融的还原技术，生产出高质量的铁产品，可直接用于炼钢或铸造生铁。热能也可以回收利用，达到降低成本和减少污染的目的。考虑到高炉炼铁的不断优化和非高炉炼铁新工艺的开发，对实现炼铁生产的节能减排和保护环境能起到积极的作用。HIsmelt熔融还原炼铁工艺作为适应钢铁工业发展需要而开发的熔融还原炼铁工艺，可为炼铁生产提供新的选择。钢铁生产过程包括传统的高炉& mdash氧气顶吹转炉长流程和电弧炉短流程。近年来，由于环保等因素的影响，短流程技术越来越受到重视。自1996年以来，世界范围内大量短流程高质量扁平产品工厂投产。这些短流程钢厂只承担较低的折旧成本，还可以利用废钢削减生产成本。因此，短流程钢厂的热轧生产成本低于钢铁联合企业。这种趋势发展的主要原因是:高炉生产对原料的规格要求严格，原料的预处理(炼焦、球团、烧结厂)使高炉生产成为环境污染的主要来源，新建或改建高炉的投资巨大，世界各地的焦炉都处于老化状态，这也需要大量的投资。一般情况下，为了获得规模经济，钢铁联合企业大规模兴建，因此温室气体排放和环境污染问题严重。电弧炉炼钢厂的情况就不一样了。与钢铁联合企业相比，电弧炉炼钢厂相对具有竞争力。对于电弧炉炼钢厂来说，优质稳定的铁供应可以明显提高电弧炉炼钢生产率，降低生产成本。因此，在炉料中掺入铁水具有很高的利用价值。在这种条件下，开发具有能源利用率高、原料和炉料适应性强、投资成本低、操作灵活等特点的炼铁技术成为钢铁联合企业关注的课题之一。

首先，HIsmelt工艺以金属熔池为基本反应介质，炉料直接喷入金属中，熔炼过程主要通过熔化碳来进行。而其他熔融还原炼铁工艺一般采用顶装矿石和煤，渣层用碳化物(和少量金属)冶炼的工艺。与炉渣中的碳相比，金属中的熔融碳作为还原剂的反应效率更高，主要是因为炉渣中的碳需要转化为一氧化碳作为气相还原介质。也就是说，HIsmelt工艺通过使用更多的活性炭(溶解碳)来获得更快的熔化速度。其次，HIsmelt工艺中熔体的混合程度不同于其他工艺。在HIsmelt工艺中，炉料被直接注入金属中，产生大量的& ldquo深度& rdquo气体，会形成强大的上升气流，导致熔体快速翻转。计算表明，周转流量达到每秒几吨的水平。在这种条件下，在液相中形成实质性温度梯度(大于20 ~ 30℃)的可能性很小，体系实质上是以等温熔体的形式运行。此外，熔体的快速周转促进了热量从炉顶空向熔池的传递，同时防止了单个熔滴的明显过热。这对保护渣区炉用耐火材料具有重要意义，因为良好的熔体混合可以使耐火砖只暴露在FeO含量低、温度低的介质中。

在冶炼方面，HIsmelt工艺的适用性已通过使用各种各样的煤、矿石和典型的钢铁厂废料(回收材料)得到充分证明。试验用煤的范围很广，因此可以量化其对工艺性能的影响。高挥发分煤(高达38%)由于蒸发和热解造成的热量损失而对HIsmelt炼铁过程产生负面影响。煤中的氧、水分和灰分含量也对生产有潜在的影响。试验表明，该工艺中间试验所用的各种煤种均可用于实际生产，煤种的选择只需经济性考虑。评估各种矿石配料减少水平的生产率，包括赤铁矿、赤铁矿/针铁矿、针铁矿和直接还原铁。进行了矿粉/直接还原铁混合物预还原的中试研究。此外，热风富氧(最高氧含量达到30%)成功提高了炉子的工作效率。回收材料包括来自高炉和氧气转炉的粉尘、污泥和氧化皮。因为回收材料中的碳被充分利用，所以总煤耗可以大大降低。此外，由于炉料中铁的高预还原水平，生产效率得到提高。与铁矿石冶炼相比，回收材料不需要额外的处理和加工。表1显示了高炉和HIsmelt炼铁系统投资比较的研究结果。从表1可以看出，HIsmelt工艺的吨钢生产成本为180 ~ 310美元，而钢铁联合企业的典型吨钢生产成本为320 ~ 450美元。此外，HIsmelt工艺还有以下特点:原料预处理量很小，冶炼前不需要选矿；灵活性高，可根据钢厂生产情况大幅调整；能生产高质量、稳定的铁水；炉料反应时间以毫秒计算，温度控制优于高炉。具有高度集成的在线过程控制系统，设备运行操作简单，整体设备维护量小；具有明显的环保优势。与高炉炼铁工艺相比，配备矿石加热系统的HIsmelt炼铁厂预计每吨铁水的二氧化碳排放量将减少20%左右，并能有效控制二恶英的产生。因为在HIsmelt工艺中可以省去焦化和烧结过程，所以更加环保。此外，大规模利用钢厂废物的潜力可以进一步巩固HIsmelt工艺的环境优势。表1典型Hismelt和高炉工艺的投资和生产成本

表2不同工艺生产的铁水化学成分比较

除了生产成本，3 Hlsmelt工艺的铁水质量还比较了不同工艺生产的铁水的化学成分。表2列出了高炉法、HIsmelt法和Corex法生产的铁水的化学成分。各种铁水的化学成分有三个主要区别。(1)硅含量。炼钢厂可以利用HIsmelt生产的铁水不含硅的特点来操作低硅铁水，这样可以减少造渣量和造渣剂的消耗。实际上，为了提高氧气转炉的产能，下一步钢厂通常需要对高炉产出的铁水进行脱硅处理。(2)磷(P)含量。在HIsmelt工艺中，高磷铁矿粉(磷含量0.12%)可用于生产。铁矿石中的大部分磷被氧化成渣，使得铁水中的磷含量低于0.04%。与之形成鲜明对比的是，在高炉和Corex工艺中，铁矿石中的磷含量完全进入铁水中，给后续炼钢生产带来不必要的麻烦。所以高磷矿一般不适合高炉和Corex工艺。(3)硫含量。HIsmelt法生产的铁水含硫量高于高炉法和Corex法。然而，现有的铁水脱硫技术可以有效地处理HIsmelt工艺产生的铁水，并且不会产生额外的成本。4 HL冶炼工艺意义1)对短流程钢厂的意义。电炉炼钢厂使用的炉料中可加入30% ~ 50%的铁水。HIsmelt工艺生产的铁水可作为生铁、直接还原铁和高级废钢的优质替代品，在炉料中具有很高的使用价值。其优点主要包括:提高生产率，缩短炼钢周期，降低吨钢能耗；降低成品钢中残留夹杂物含量，使产品质量更加稳定；有效降低吨钢造渣剂和耐火材料的消耗。另外，HIsmelt工艺的开炉、停炉、停产等操作都非常简单易行，这对电炉炼钢厂来说非常重要。HIsmelt工艺可以有效地将炼铁和炼钢工艺结合起来，不需要额外建设昂贵且利用率低的配套设施用于多余铁水的保存和处理。(2)对于钢铁联合企业的意义。对于钢铁联合企业来说，HIsmelt工艺的主要价值在于不需要焦化厂和烧结厂带来的流程缩短。HIsmelt工艺可以使用低品位铁矿粉，无需预处理，大大增加了钢厂原料供应的灵活性，使钢铁产品成本更具竞争力。此外，与使用优质炼焦煤相比，使用气煤还可以大大降低生产成本。Hismelt炼铁厂的设备与高炉的设备大部分相同，因此HIsmelt工艺的设备可以很容易地整合到钢铁联合企业的总体布局中。HIsmelt工艺可以随时调整操作参数(如热风率、富氧水平)和原料选择，能够高效适应后续炼钢工艺变化带来的柔性要求。此外，HIsmelt工艺可以轻松启动、停止或停止生产，为钢铁联合企业的生产运营提供了极大的选择空空间。即使低容量的HIsmelt设备也能产生经济效益，因此焦刚联合企业可以使用多台HIsmelt炉。这样可以大大减少停工、检修或生产调整带来的负面影响。此外，HIsmelt工艺生产的铁水可直接与高炉铁水混合，为氧气转炉提供硅含量准确的铁水。在日本，& ldquo无渣炼钢& rdquo这项技术被广泛应用。高炉铁水进入氧气转炉前必须进行脱硅、脱磷和脱硫，而Hismelt法生产的铁水可以不脱硅，有效降低了处理成本。Hismelt工艺还具有以下特点:减少复吹，降低造渣剂和耐火材料的消耗；降低铁合金消耗，提高铁水产量；减少了吹炼时间，提高了生产率，并且可以生产高质量的高等级(低磷)钢种，以及超洁净钢。

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★1982 ~ 1984年期间:(1)HIsmelt工艺可追溯到德国Klockner Werke公司在Maxhü首次生产；tte厂开发的底吹氧气转炉工艺(OBM)和不断开发的顶底复吹工艺。(2)1981年，CRA(现力拓)意识到Kl & oumlCkner转炉技术可用于冶炼铁矿石，而不仅仅是废钢。因此，CRA和Kl & oumlCkner Werke公司成立了合资公司，共同开发炼钢和熔融还原技术。60吨OBM转炉试验证明了熔融还原工艺基本原理的合理性和可行性。

★1984 ~ 1990年期间:(1)熔融还原工艺概念试验成功后，在Kl & oumlnerwerke公司的Maxh & uumlTte钢铁厂建立了一个小型试验工厂(SSPP)。该厂设计能力为12000吨/年，采用卧式旋转还原炉(SRV)形式。煤、溶剂和铁矿石都通过底部喷枪喷入炉内。(2)2)SSPP工厂的试生产从1984年持续到1990年，在此期间证明了该技术的技术可行性。但是生产规模的问题一直没有解决。(3)在此期间，合作投资者发生了变化。1987年，Kl & oumlCkner公司退出该项目，两年后CRA公司和Midrex公司以50:50的比例组建了一家合资公司，继续联合开发该技术。(4)中试工厂成功后，双方都认为有必要在更大的生产规模上测试该工艺。(5)经协商，双方决定在西澳大利亚的Quinana建立工厂设施(HRDF ),用于HIsmelt工艺研发。

★1991年期间:(1)年产10万吨的希斯麦特R&D工厂在奎纳纳建成。(2)建设HRDF R&D工厂设施的目的是为了进一步证明规模扩大后工艺的可行性，同时为最终的商业化生产提供操作数据。(3)奎纳纳厂还原炉最早的设计是直接扩展SSPP小型实验厂的炉型，即按可旋转90度的卧式炉型建造。

★ 1993 ~ 1996年:(1)1993年10月至1996年8月Quinana厂卧式炉生产。(2)虽然工艺规模的扩大已成功验证，但卧式炉设计复杂，难以进一步商业化。为了克服卧式炉的不足，合资公司开发了水冷管式立式炉。(3)1996年完成了立式熔融还原炉的工程设计。主要改进包括固定立式炉体，上部设置装料喷枪，简易热风喷枪，连续出钢的外出钢炉，克服耐火材料耐腐蚀性的水冷管结构。(4)1994年，Midrex公司退出合资企业，CRA公司进入独立发展阶段。

★1997年至1999年:(1)HRDF竖炉于1997年上半年投产，后续生产持续至1999年5月。与卧式炉相比，立式炉在材料损耗、可靠性、作业率、产量和设计简化等方面都有很大的提高。(2)2)HRDF竖炉的生产指标成功地证明了熔融还原炼铁技术的可行性、工程理念的合理性和工厂工艺的简化。(3)立式炉的生产证明，该工艺可进一步扩大，建成工业化化工厂。

★2002年期间:(1)2002年由力拓集团(60%)、Newco公司(25%)、三菱公司(10%)、首钢集团(5%)共同投资成立非法人合资公司& mdash& mdash其目的是建造和测试年产80万吨的HIsmelt工厂。工厂位于西澳大利亚的奎纳纳工业区。生产生铁的设备是内径为6米的熔融还原炉。

★2003年至2004年:(1)1)his melt工厂建设于2003年1月开工，2004年下半年开始调试。

★2005年-2006年:(1)铁水热调试1)HIsmelt Quinana厂于2005年第二季度开工。(HIsmelt Quinana合资工厂生产的第一船生铁产品(约4万吨)于2006年6月运出。(3)HIsmelt公司继续优化该技术，以便为市场提供更大容量、更大灵活性和更高生产效率的HIsmelt工艺技术。