HIsmelt技术，恰似几年前的锂电相对于燃油车-韭研公社

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HIsmelt技术，恰似几年前的锂电相对于燃油车

锦晞的爸爸

中线波段

2021-05-17 11:05:48

观点：

中国铁矿石大量依赖进口，且目前只要是高炉炼钢的模式，采用高品位矿，且高炉的污染严重，要达到碳减排，依靠电炉钢或者氢冶钢，产能投放极其缓慢，只能采取压缩产量的做法，而今年恰恰处在工信部表态不增加粗钢产量，以及钢材行业碳中和政策即将出台（钢材是工业品中碳排放最大的品种，占比18%，仅次于电力）这也是为什么近期钢价暴涨的原因。

HIsmelt技术（熔融还原技术）、氧气高炉技术、氢气冶金技术等应运而生，恰似当年燃油车变革时期，电动车、生物柴油车、氢燃料电池车群雄并起的时候

事实上以HIsmelt技术为代表的新型冶炼技术错过了行业发展的最佳时期，因为高炉炼钢已经成为全世界的潮流。但是在碳中和的背景下，高品矿，高污染的模式必须得到转变，这相当于为HIsmelt等技术撕开一个口子。

详细请看正文：

一、高炉时代的困局

为了方便理解，我们将钢材冶炼技术与汽车行业做类比。目前全球最盛行的冶炼方式是高炉炼钢。自工业革命以后，人类改造了原始的竖炉炼钢法，高炉炼钢法被发明出来，由于此方法工艺相对简单，产量大，但由于高炉炼钢对铁矿石的需求量大，钢铁产量的快速增加打破了上游供应链的平衡，引起了铁矿石和焦炭的短缺，同时高炉炼钢炉对于一些特殊矿产如钒钛铁矿、砂铁、钛铁矿等较难处理。

高炉流程：

高炉技术正式兴起至今发展了200多年，由于冶炼过程中需要足够的反应接触面积，粉矿必须造块/造球，同时煤必须焦化来为高炉炉膛内部提供结构支撑，高炉工艺在钢铁冶炼领域有绝对的统治地位。大工业化时代基础建设已经达到鼎盛，高炉工艺在环保，资源供给上出现了不可调和的难题：

（1）严格的环保限产制约高炉炼铁工艺

新环保形势下，环境管理长效体系正在形成。从目前来看，长期被冠以“高污染”的高炉炼铁以及上游焦化企业，将是下一步国家雾霾治理的重点。且绿色，低碳，环保已经成为产品进入国际市场的一道壁垒。对高炉炼铁行业来说，环保不是“多花点钱”、“不碰红线底线”的问题，而是攸关生存发展的大问题。

国内的大多数高炉传统的炉料结构就是70-80%的烧结，20-30%的球团，5-15%的块矿结构，烧结一向是高炉炉料结构中的重要组成部分，不可或缺。但是每吨烧结矿排出高温废气量达6000m3以上，烧结烟粉尘（包括PM10、PM2.5)、SO2、NOx,排放量占钢铁联合企业排放总量的>60%以上；焦炉出焦、熄焦过程产生大量烟粉尘，其排放量占钢铁联合企业排放总量的30%上；焦化厂的SO2、氨、苯等对人体、生物有毒害的有机废物排放量占企业排放总量的80%。烧结焦化工序是钢铁生产流程中最大的污染源。降低焦比及烧结矿比例、提高球团比，是传统钢铁长流程节能减排的有效途径，但减排空间有限。然而面对日益污染的大气环境，又不得不严控高污染的烧结生产。高炉炼铁企业一直在矛盾且纠结中前进。

（2）高品质矿石资源的稀缺形成铁矿石-钢铁产业链困局

中澳关系，不需要我进一步强调，这正是高品位铁矿石面临的压力之一。且不说资源受制于人的问题，单单高品位矿石稀缺性也很大。

中国高炉炉料结构以高比例烧结矿配加少量酸性球团矿或天然块矿为主，烧结矿平均配比在75%左右。很多钢铁企业对外矿石依存度达到甚至超过80%，大部分进口矿石以粉状料为主，通过配加石灰石或白云石等熔剂进行烧结造块。高品位天然块矿可以直接入炉使用，因天然块矿的热爆性能差，还原性能不足，造成配加比例较低，国内高炉块矿平均配比在10%左右。

近几年进口矿石也呈现出质量和矿石品位下降的现象，导致块矿资源冶炼经济性降低。球团矿配加比例主要受矿粉资源和精矿粉价格的限制，球团成本偏高行业平均配比在15%左右。中国矿石虽然储量巨大，但平均品位较低（35%左右）需要经过选矿富集。东北、华北地区的变质-沉积磁铁矿储量超过200亿t，这类富选铁精粉粒度细，很适合于造球。但选矿成本高，受低价进口铁矿石冲击，开采规模逐渐减少。

海斯梅特工艺与高炉生产铁水成分对比

根据几家大型矿山公司2018年年报，品位>60%的矿石储量总计剩下约160亿吨，其中澳洲约77亿吨，南美约83亿吨，西非几内亚品位高，但开发进度缓慢。若没有大发现，按照目前的开采速度，20年内高品位优质矿石就会开采完毕。若全球维持当前的发展速度，优质铁矿石将一直是稀缺资源。中国在铁矿石定价、贸易、期货市场上做了很多努力，但是贸易金融的操作只能够治标，要从根本上解开铁矿石的困局，还得从下游技术和上游资源上着手。

二、短流程冶炼技术是历史的必然

公元前3000年前人类开始提炼铜，20世纪50年代以前鼓风炉（原理和高炉一样，英文中也翻译成Blast furnace）炼铜几乎是铜冶炼的唯一方法，由于需要考虑料层透气性，铜精矿也需要烧结造块、造球或者加水混捏成团，加上焦炭和熔剂从炉顶部入炉，通过从炉子下部往上鼓风还原。这种方法污染大、流程长、占地面积广、铜矿中硫化物含量多，SO2排放量惊人。对原料的品位、原料的偏析、原料的固结性能、固结后的强度和冶金性能等都有要求，同样也需要综合考虑能耗及排放，优质矿石的来源也较为单一。

20世纪70年代，闪速熔炼和熔池熔炼为代表的强化熔炼技术开始流行，彻底取消烧结和混捏等造块工艺；直接将预先干燥的铜精矿粉和熔剂粉，喷入炉膛中熔炼，回收烟气中的SO2制硫酸，鼓风炉熔炼技术被迅速取代。到80年代，闪速熔炼全部取代了鼓风炉，直接通过往炉中喷入粉末成了主流的铜冶炼技术，之后又出现了顶吹、侧吹、底吹、矿粉直接喷吹等各种创新技术。下游冶炼技术的多样化，也促成了原料供给的多样化，低品位、高杂质的矿石也能够成功冶炼。熔池熔炼技术由于取消了预热环节，直接喷精矿粉，缩短了冶炼流程。90年代兴起的湿法炼铜，进一步扩大了铜矿原料的供给面，低品位、超低品位的铜矿也能炼铜了，而且成本更低。铜冶炼技术更加多样化。

HIsmelt工艺是从上世纪80年代开始研发的短流程钢铁冶炼技术，该工艺最大的特点就是去掉烧结/球团工艺，去掉焦化工艺，直接喷矿粉和煤粉炼铁（与铜冶炼技术的历史发展规律如出一辙）。该技术开发的初衷就是利用西澳大量的高磷铁矿石，扩大铁矿石供给面，提升资产价值。

2017年HIsmelt技术落地中国后，山东墨龙通过各种调试和改进，实现了HIsmet技术的长时间稳定顺行，针对多种铁矿石进行了实验。实践证明：对于常用的赤铁矿和磁铁矿，HIsmelt技术已经成熟，完全能够稳定的生产，可以作为任何一家钢铁公司建设的可选方案之一；对于非传统矿石，如钒钛磁铁矿，墨龙HIsmelt做了工业化实验，目前配矿中比例达到70-80%，工艺依然稳定，进一步实验会增加到100%. 墨龙HIsmelt在投入成本、运行成本、设备扩大、设备模块化等方面做了大量优化以及艰苦卓绝的研发，已经完成从示范性工厂转变为工业化生产工厂的进化。

HIsmelt技术的成功可以为铁矿石-钢铁行业产业链从资源供给面提供更多的原料选择，为下游冶炼企业提供更多的技术方案路线。从造块\造球工艺转变为直接喷粉的冶炼工艺后，由HIsmelt将会衍生出来各种各样的炉型和二次开发技术，就和闪速炼铜，熔池熔炼成功后一样。由于HIsmelt高质量的超低磷铁水，产品在生产高质量高纯度钢材中能够发挥巨大作用，因此也为下游炼钢技术提供了更加丰富的可选原料。目前HIsmelt的铁水冶炼出的钢材产品在核电和新能源行业受到了很大的欢迎。

三、 HIsmelt的技术优势，以及对高炉的替代和补充

HISMELT(high intensity smeltingi)技术是德国Klockner和CRA公司联合开发的。该流程可直接使用粉矿和煤粉治炼。可向铁浴炉熔池中喷人煤粉。在其顶部吹入1200摄氏度富氧热风，使炉内产生的煤气进行二次燃烧。产生热量满足熔池反应儒要,终还原炉产生的还原性气体作为还原剂进人预还原系统。

HISMELT直接熔融还原工艺的核心技术是熔融还原炉(SRV),根据其冶金原理的功能，熔融还原炉又可定义为上部和下部两个概念区域。在熔融还原炉下部的高温铁水熔池中，发生两个重要的冶金反应。在熔融还原炉上部，喷入的1200C热风与自身煤气进行CO和H;的氧化燃烧放热反应。铁水熔池中反应产生的CO、煤中挥发分裂解产生的氢气和喷吹物料载体的氮气形成混合煤气,强烈逸出的上升煤气又使高温液态渣、铁形成了混合“涌泉”。熔融还原炉上部氧化放热反应所产生的热能，通过传导和辐射提高了渣、铁混合“涌泉”的温度，被加热后的渣、铁混合“涌泉”回落到铁水熔池下部提供反应对热能的需求,连续喷人铁水熔池中的矿粉、煤和熔剂维持了反应连续

（1）解决铁矿石多样性的问题

原料去除烧结工艺后，不用再考虑矿粉粒度的分布，不用考虑烧结后成品的强度，不用考虑铁酸钙的形成，不用考虑同化温度的高低…… 没有了矿石烧结性能要求的制约，没有了原料含磷要求的限制，技术上矿石的配矿将会主要考虑全铁含量和熔炼后的渣粘度，上游铁矿石的差异性会回归对铁含量和熔炼后渣含量的控制。

市场需求中常提出“长尾效应“，非主流且不受重视的，小规模的市场需求。在铁矿石领域，也有很多非主流、小规模、不受重视的铁矿石品种，可以反向理解为供给面的“长尾效应”。例如被市场遗落的海砂矿和钒钛磁铁矿，由于在配矿中加入会影响烧结矿的产量、强度、渣粘度等指数，业界长期得不到全面发挥，高炉工艺中只能小心翼翼的少批量掺入。HIsmelt恰好能够利用这部分矿石

（2）从资源利用角度：很多高炉不能大规模利用的矿石如钒钛磁铁矿，海砂矿，高磷铁矿，高铝高硅铁矿等，HIsmelt技术都可以往里面喷入，这是对高炉技术资源的补充。

从资源循环利用的角度：轧钢的钢皮，钢厂的废料，各种炼钢炉渣，炉尘，细粒粉末等含铁和碳量达到一定水平，就能够利用回收。这就减轻了烧结配矿的压力，提高高炉的利用系数，降低吨铁能耗。

从工厂建设的角度：HIsmelt工艺还可以与高炉共用设备，当前钢铁的制氧厂、热风炉、锅炉、发电厂、煤气系统和原料车间都可以与高炉共用。高炉的大型热风炉和锅炉等能够让HIsmelt生产更加稳定。钢厂高炉旁边配一座HIsmelt工厂，形成“犄角之势”，高炉打在打主场，HIsmelt在外围灵活应用，相互配合。

HIsmelt的工厂的灵活性，产品的可控性能够随着需求的变化迅速改变生产方式。HIsmelt拥有自己独立的控制系统、操作系统和硬件设备；去掉烧结和焦化的大量参数后，HIsmelt的短流程工艺更容易在炼铁中采用深度学习实现人工智能，工厂在部分区域和全球范围内的进一步推广和扩散，最终结合云计算会实现网络工厂的互联互通，工厂与工厂之间的信息互通会从宏观市场上增进原料和终端市场需求的透明度，增加市场的信噪比，共同抵御系统波动。

墨龙HIsmelt的技术推广和实施，有助于实现上游矿产资源供给的多样化，为矿业公司的投资提供了更多的投资标的；新的技术与大型高炉的配合运行，有助于实现钢铁行业资源的循环利用，促进钢铁行业的可持续发展。

四、墨龙HIsmelt技术的发展前景

通过墨龙海斯梅特寿光工厂经过近五年的生产实践，充分验证了该技术的工艺可行性、技术稳定性和环保先进性，并证明了其在高磷矿、钒钛矿等特殊矿的冶炼方面具有广阔的应用前景。墨龙集团在海斯梅特技术国产化过程中，对原有工艺进行了大量的系统性技术创新，目前生产稳定连续运行已达157天，日产量可达1949 t/天，SRV炉耐材寿命大幅延长（渣区可达5年寿命，铁浴区可达20年寿命），并在工艺稳定性、设备耐用性、操作灵活性以及资源能源综合利用方面取得了长足进步。

2019年4月，国家发展改革委会公布了《产业结构调整指导目录（2019年本）》，其中：非高炉炼铁技术列入钢铁鼓励类第3条；铸造用高纯生铁、铸造用超高纯生铁生产工艺与装备、冶金固体废弃物综合利用先进工艺技术等均为鼓励类装备及技术列入钢铁鼓励类第15条；1200m3以下炼钢用生铁高炉等列入限制类目录。随着《钢铁企业超低排放改造工作方案》的实施，对于环保技术不达标企业及落后的高炉装备将逐步关闭或淘汰。

国家有发展非高炉炼铁技术的鼓励政策，钢铁企业有转型发展的需求。低碳绿色发展是钢铁工业实现转型升级战略发展核心内容和关键，也是实现钢铁强国的战略目标。发展非高炉冶金技术有利于节约宝贵的炼焦煤资源，实现钢铁工业的结构性调整；有利于减少环境污染和减少 CO2的排放量；有利于开发储量丰富的复合铁矿、难选铁矿；有利于处理钢铁厂粉尘和有色冶金含铁渣等含铁废弃物。海斯梅特工厂占地面积比高炉大幅减少，符合国家循环经济的大政方针。直到海斯梅特（HIsmelt）技术在中国成功实施并产权中国化之前，中国也只是在高炉数量和产量上面具有优势，技术方面一直没有获得突破，而产品质量、行业话语权更是落后西方国家甚多。凭借墨龙海斯梅特技术在中国的成功以及技术与知识产权全部归中国所有的实际条件，则有望彻底扭转这种局面，为中国逐步引领世界冶金行业的未来发展增加助力！为实现我国两个百年目标贡献出中国青年的力量！为中华民族早日实现伟大复兴的中国梦添砖加瓦！

作者在2021-05-17 11:10:35修改文章

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