山东墨龙HIsmelt绿色高效熔融还原炼铁共性技术与装备集成研究项目利用粉状含铁物料和煤粉进行熔融还原，具有完全喷吹、炉内涌泉、虹吸出铁三大典型技术特征。（1）由于溶解碳还原氧化亚铁的速度比固体碳还原氧化亚铁的速度高出1-2个数量级，HIsmelt熔融还原单体生产效率高；（2）向熔融反应器中浸入式喷煤不仅可以回收煤中的固定碳，而且可以使煤粉挥发分中的碳氢化合物裂解产生碳，使得铁浴中碳的回收率高；（3）由于在HIsmelt流程中煤粉很快被铁液所溶解，可最大限度地降低散入炉气中的碳量，避免碳和炉气中的氧或二氧化碳的反应，使得二次燃烧率较高；（4）鉴于HIsmelt熔融还原炉内特殊的氧化还原气氛，使得HIsmelt铁水质量较好，低磷，低“五害”元素，经过炉外脱硫后，已经达到特级高纯铸造生铁标准，且具备进一步开发稀有金属提炼的潜在优势。

2004年起，北京科技大学朱荣教授团队依托国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点及面上项目的持续支持，提出了“二氧化碳绿色洁净炼钢技术及应用”项目，从炼钢过程抑制烟尘、高效脱磷、稳定脱氮、强化控氧和底吹长寿等方面入手，以CO2利用、固废减量、钢质洁净、降本增效为目标，开发了二氧化碳利用于炼钢工艺的原创技术，发现并掌握了了CO2具有的反应冷却、气泡增殖、弱氧化、强冲击等独有特性，解决了炼钢烟尘和炉渣固废源头减量，钢水磷、氮、氧洁净控制的诸多炼钢工艺难题，先后发明了CO2-O2混合喷吹炼钢降尘技术、CO2控温高效脱磷技术、CO2吸附深度稳定脱氮技术、CO2稀释强化控氧技术和CO2强化底吹安全长寿成套技术，实现了CO2利用和炼钢生产工艺的完美结合，解决了炼钢脱磷、脱氮、控氧和底吹长寿等诸多炼钢工艺难题，开辟了炼钢过程CO2规模化消纳利用路径。

提高喷煤比是高炉炼铁节能减耗和改善操作指标的重要措施之一，但未燃煤粉对炉况和高炉冶炼过程的影响较大。多年的高炉炼铁生产实践表明，高炉上部压差变化不大，未燃煤粉主要集中在高炉下部，制约高炉配煤比的因素主要有：1）未燃煤粉在高炉下部的过量堆积，会使高炉透气性下降，气流分布异常，压差增大，严重时导致高炉操作不稳定；2）为了控制一定的燃料比，煤粉提高的同时必然需要焦比降低，有限的焦炭在高炉内由于气化溶损反应的作用，使得高炉软熔带及以下部位的焦炭强度变差，限制了焦炭在软熔带发展“焦窗”功能的作用。 由于以上两个原因的共同影响，限制了高炉煤比的进一步提高，且未燃煤粉的分布无法得到有效控制，焦炭强度在高炉内无法得到有效保护、高炉透气性难以改善以及炉身热效率难以进一步的提高。因此，上述两个原因是长期以来限制高炉冶炼提煤降焦的技术瓶颈之一。基于此，以东北大学为代表的研究团队自1996年起，针对该问题展开了详细深入的理论研究、技术开发、设备制造和工业化应用等方面的工作。历经20余年的不懈努力与研究，以改善未燃煤粉在高炉内的分布、避免局部过量堆积为出发点，以保护焦炭强度为重要应用效果，以改善高炉透气性、提煤降焦、强化高炉冶炼，提升高炉炉身热效率为最终目标展开一系列的技术攻关，最终本项目的研究成果成功地实现了工业化的稳定应用。 本项目主要得到如下创新性的研究成果： （1）基于未燃煤粉在高炉内的分布状态及其对高炉冶炼的影响，建立了“原始创新”的炉身喷吹与风口喷吹并行的“两段式煤粉喷吹理论”，揭示了炉身喷吹煤粉的走向及其影响因素，为控制未燃煤粉的分布、改善高炉料柱透气性和有效保护高炉操作环境下的焦炭强度等目标提供理论基础。 （2）开发了两段式煤粉喷吹工艺，即在传统风口喷吹的同时在炉身下部软熔带上方设置炉身喷吹口，该工艺具有保护焦炭强度、改善料柱透气性和提高高炉热效率等特点。采用该技术可实现喷吹煤粉在高炉内的高效利用，针对未燃煤粉特性，达到了“扬长避短”的使用效果。 （3）基于本项目提出的高炉两段式煤粉喷吹理论及工艺，设计了两段式煤粉喷吹技术的关键设备和操作系统，包括水平式特质喷枪及适合于炉身喷吹的硬件系统和自控控制系统以及二次补气技术和配套操作系统。这些关键设备和操作系统运行稳定可靠，实现了两段式煤粉喷吹工艺的长期稳定运行。

本标准第一版为“工艺设计规范”于2008年发布，修订后的第二版改为了“高炉炼铁工艺设计规范”于2015年发布。为建立本标准的理论基础和便于推广应用，专门编写了专著“高炉设计---炼铁工艺设计理论与实践”，随标准的发布也编写了两个版次，受到广大炼铁工作者的欢迎。2008年，全国生铁产量4.69亿吨，平均燃料比565kg/t；2015年，生铁产量6.96亿吨，平均燃料比533.5kg/t；2019年，生铁产量8.09亿吨，平均燃料比528.4kg/t。本标准作为高炉工程的设计规范促进了炼铁行业的可持续发展，对炼铁产量的提升和燃料比的降低发挥了重要的推动作用，为推动我国炼铁行业的可持续发展和节能减排，做出了巨大的贡献。 本标准规定了高炉工程设计的指导思想和技术方针，规定了包括原燃料的技术指标、总图运输、矿焦槽及上料系统、炉顶、炉体、风口平均及出铁场、热风炉、渣铁处理、煤粉制备及喷吹、高炉鼓风、高炉煤气净化及余压利用、电气及自动化、给排水、采暖通风、节能及介质管线、检化验、安全环保等高炉工程所涉及的全部工程范围的设计规范，从可持续发展、高效低耗、节能减排、循环经济、安全环保等角度，首次全面建立了高炉工程完整的设计规范，首次结合新理论体系和设计体系，为高炉工程提供了全方位规范设计和建设依据。

采用真空下、过量还原剂熔体中加入（喷入、拌入）被还原剂及造渣剂还原多数情况下还原剂活度高于上述常规还原过程，还原热力学条件多数情况下低于上述常规还原过程，动力学条件明显好于上述常规还原过程，一般还原过程为液-固还原或液-液还原，因而可以降低还原体系的还原温度、提高还原速度、提高还原率、生产成本明显降低，效果明显。

钢铁工业是CO2排放大户，2018年我国钢铁行业CO2排放量占国内工业CO2排放总量的16%，达18亿吨。寻求钢铁流程CO2减排或资源化利用，实现低排放和高洁净的炼钢生产，是钢铁工业实现“绿色质造”的必然选择。 2004年，研发团队依托“十二五”国家科技支撑计划及企业支持，开启了实现CO2资源化利用的应用研究。发明了具有自主知识产权的炼钢喷吹CO2降尘、高效脱磷、脱氮/控氧及长寿底吹等技术，完成了CO2资源化应用的工业示范及推广。

本项目应用于炼铁高炉长寿技术领域，是高炉长寿技术的集成和创新开发。针对高炉寿命短的现状，分析影响高炉长寿的因素，从高炉前期炉缸设计施工、高炉生产中设备维护及工艺操作和高炉炉役后期维护等方面开发创新一系列高炉长寿新技术、新工艺、新方法，延长高炉寿命，实现高炉长寿目标。 1、创新高炉炉缸设计长寿新技术，延长高炉寿命。通过优化高炉炉底、炉缸结构设计，加大死铁层深度，降低炉缸侧壁侵蚀速度。通过采用碳砖+陶瓷杯复合式炉底结构，减少铁水对炉底炭砖的侵蚀。通过选用优质抗铁水溶蚀和抗碱侵蚀、导热系数高等性能优良的耐材和泥浆，减少炉缸侵蚀速度。 2、创新高炉炉缸施工长寿新技术。创新铁口一体砌筑密封技术，开发和应用“一体式铁口框”，“铁口一体浇注技术”， “煤气导风管一体浇注技术”，防止铁口煤气喷溅。开发和应用热压小炭块与冷却壁的“顶砌技术”，降低陶瓷杯部位侵蚀的速度。开发和应用“热风导流烘炉技术” 延长耐材寿命。 3、创新高炉经济冶炼长寿生产操作新技术。稳定入炉料质量，分析小批量料种配矿难题，开发应用含铁矿粉预混匀技术，优化配矿降低ZnO和K2O有害元素循环富集；分析经济矿（高铝矿）冶炼难题，开发应用高铝矿高炉冶炼技术；优化装料制度，开发应用炉前新型喷吹装置，合理控制炉内气流分布。通过系列优化操作，稳定炉况，延缓炉缸侵蚀，进而确保高炉寿命有效延长。 4、创新炉役后期高炉长寿护炉新技术。针对炉役后期生产特点，建立炉缸侧壁残余厚度测算模型，掌握炉缸安全运行状态；开发应用堵风口局部强护炉技术，缩小进风面积，提高鼓风动能，保证炉缸均匀活跃；开发应用控制配吃钛化物护炉及休风凉炉技术。 5、创新高炉炉体冷却壁在线查漏、修复及更换技术。开发应用“高炉冷却壁定列查漏专利技术”，“冷却壁穿管修复专利技术”和“在线更换高炉铁口冷却壁专利技术”确保炉体的冷却强度，保证高炉的安全生产，提高高炉寿命。

HIsmelt是一种直接熔融还原的冶金工艺，是典型的一步法熔融还原工艺。该工艺可直接熔炼经预热处理的铁矿粉和其他适合的含铁原料，并喷吹煤粉作为系统的还原剂及热量来源。相对传统的高炉冶金工艺，HIsmelt熔融还原冶金工艺省去了烧结及焦化两个环节，在同样产能下节省了大量的投资及运行成本，且这种工艺在生产过程中产生的大量蒸汽及富余煤气均可以用于发电，使其生产系统的能源利用效率很高，应用前景广阔。HIsmelt工艺设施包括矿粉预热及喷吹系统、煤粉制备及喷吹系统、熔融还原炉（SRV炉）、余热余气综合利用系统、出铁场、渣处理及除尘等系统，除矿粉预热、热矿喷吹系统与SRV炉体部分同传统高炉不同外，其他部分类似于传统高炉，

该技术是简化高炉瓦斯灰利用工艺流程，避免瓦斯灰转运过程扬灰，消除瓦斯灰卸灰过程高炉煤气外泄，减少瓦斯灰转运过程能源消耗，从而有利于环保和节能，同时，可降低生产成本。

铁水脱磷预处理是铁水进入炼钢炉前预处理的新工艺，是炼钢分步精炼工艺的新发展，是适应对低磷钢种的需求、改进炼钢工艺技术和利用中高磷铁矿资源而发展的。 采用铁水脱磷预处理工艺后，转炉采用低磷铁水冶炼可以由大渣量操作改为少渣操作，冶炼主要任务也变为脱碳升温。从而大大缩短转炉冶炼周期，提高转炉的冶炼效率和钢水的洁净度，产生了许多经济效益：