2026年春，在山东寿光鲁丽钢铁HIsmelt熔融还原炼铁车间内熊熊炉火映照下，智能化控制系统屏幕上的各项数据持续优化：日产量稳定在2360吨，综合煤耗降至710公斤/吨，吨铁碳排放量仅0.759吨，较传统高炉降低33%。这座被誉为“熔炉中的创新突破”的示范基地，背后凝结着山冶设计20余年的技术坚守与创新智慧。
从澳大利亚奎那那厂的半途而废，到中国大地的稳定运行；从1.0时代的国产化破冰，到2.0时代的指标飞跃、再到3.0时代的低碳布局，山冶设计以全链条技术赋能，让HIsmelt这一曾经的“全球技术构想”蜕变为引领行业变革的“中国方案”，在熔融还原炼铁领域，掀起了一场深刻的技术革命。
寿光羊口HIsmelt熔融还原炼铁工厂
国外技术原型：
局限与国产化契机（2012年前）
1981年，澳大利亚CRA公司和德国克劳克纳（Klockner）公司合作，在德国马克斯冶金工厂（Maxhutte）的60吨OBM转炉上开展试验，该转炉以焦炭或煤作为能源，以部分废钢作为原料，这次为期2年的二次燃烧试验，研究了底吹率、煤种、二次燃烧气体性质和流体动力学特性对二次燃烧率及其传热效率的影响。试验结果显示，在最佳条件下，配用适量氧气时二次燃烧率为40%，二次燃烧传热效率可达90%；使用1200℃热空气时，二次燃烧率可达60%。该试验明确了二次燃烧的作用与可控性，证明了利用OBM转炉进行熔融还原的可行性，并在此基础上完成了熔融还原的概念设计。在此之后，该技术先后历经10余年不同规模、不同炉型结构的半工业试验研究，为HIsmelt技术走向成熟打下了坚实的基础。
在数十年的开发过程中，技术开发人员怀揣梦想，从基础研究和概念构建开始，在反复试验中摸索最佳工艺条件和流程，潜心研究，终将概念付诸实践。为开发利用奎那那地区丰富的高磷铁矿石资源，提高澳大利亚铁矿石的利用率，由澳大利亚力拓集团等公司主导建设了世界首家HIsmelt工业化工厂，该工厂于2003年1月动工建设，2005年4月开始热调试，2005年11月投产并持续运行3年，截至2008年已累计生产生铁块388273吨。受世界金融危机影响，市场低迷，奎那那HIsmelt示范厂于2008年年底停炉检修。奎那那HIsmelt的成功运行，证明了HIsmelt技术的工艺可行性。但由于部分工艺设计、设备选型不合理，流程设计过于理想化，不同工序间相互依赖、相互影响严重，导致整体工艺故障率偏高，生产作业率低。
奎那那HIsmelt工厂图
国内 1.0 时代：
国产化破冰与稳定运行突破（2012年-2022 年）
我国钢铁行业面临“焦煤紧缺、优质铁矿依赖进口、环保压力凸显”的三重困境，HIsmelt技术的“脱焦、短流程”特性与国内资源禀赋高度契合。2012年，山东墨龙引进HIsmelt熔融还原炼铁技术及部分设备，启动国产化落地工程，山冶设计作为核心技术支撑单位，参与山东墨龙HIsmelt熔融还原炼铁技术引进、消化、吸收、再创新的全过程工作。
在该项目方案设计及建设过程中，山冶设计组建了强有力的技术服务团队，全程参与项目技术方案优化改进以及建设全流程，深入掌握HIsmelt工厂建设过程中的重点难点，以及核心设备设计、安装的技术要领；同时，参与项目调试、试运行工作，为HIsmelt熔融还原工厂的顺利投产、达产提供全过程、全方位的技术支持。
新建HIsmelt项目在原工艺流程的基础上完成优化升级，于2016年6月建成投产，先后历经20余次停开炉探索实践，不断调试摸索。HIsmelt工艺无论从作业率、操作稳定性以及能耗指标方面都有了质的提高，截至2022年6月停产前累计生产出超过200万吨高纯铁水，日最高产量达到2026吨、月产量达到55214吨，设备不间断作业已达到157天，其各项生产指标均超过澳大利亚奎那那的HIsmelt工厂。
ML-HIsmelt技术自投产以来的典型操作参数见表1。
通过两次生产指标的对比可以看出，引进后的技术指标均超过原澳大利亚工厂生产指标，ML-HIsmelt工艺的优越性得到充分体现，无论是原燃料选取的灵活性适应性、较低的冶炼成本、操作简单灵活、环境友好，还是铁水质量的稳定和优质等优点均得到了很好验证。
山冶设计通过全过程参与全球唯一的商业化HIsmelt工厂的引进实施，技术团队对HIsmelt技术有了全面、深刻的认识，多年来始终不断地研究创新，通过分析总结HIsmelt熔融还原炼铁技术存在的问题和不足，开展大量技术研究和探索，例如汽化烟道、煤气处理等技术的设计优化，形成流程更加完善、工艺更加合理可靠的技术方案，为新的HIsmelt项目顺利建设及稳定运行创造条件。
迭代升级：
优化升级与指标飞跃（2024年－至今）
因市场等原因，ML-HIsmelt于2022年停产，2024年6月鲁丽钢铁全资收购HIsmelt工厂及相关知识产权，并斥资5亿元实施以“HIsmelt工业2.0”为标志的全方位技术升级与装备改造。山冶设计能成为鲁丽钢铁羊口HIsmelt熔融还原工厂升级改造的工程设计单位，得益于山冶设计长期以来对HIsmelt技术从未间断地深入研究与经验积累。
结合对前期HIsmelt工厂出现的问题进行分类总结分析原工厂问题，主要表现在：利旧设备故障率高，问题主要集中在喷煤制备及喷吹系统、铸铁机系统；新设备故障问题，设计初期虽完成了HIsmelt工艺的流程优化，但由于对优化后部分工序缺乏准确设计资料，且对优化工艺本身不够熟悉，导致设备结构设计、材料选型等方面存在不合理性，进而引发设备故障。典型问题包括开炉初期汽化冷却烟道漏水、回转窑耐材脱落等现象；主要工序指标不达标，这是当前产能不达标的核心原因，问题最突出体现在热风温度和回转窑预热预还原两个关键环节；基础设计资料不完善，导致部分系统工艺流程及设备选型不合理。
山冶设计专业设计团队在以上经验积累的基础上，结合数值模拟软件分析，与鲁丽钢铁相关技术专家开展了多方面、多层次的讨论交流，围绕以下几方面对原HIsmelt工厂进行升级改造。
工艺流程优化：煤气降温、净化系统的优化，煤气降温净化系统主要包括气化烟道、高温旋风除尘、余热锅炉以及煤气净化系统；气化烟道改造的主要目的是解决气化烟道换热效率低、烟道磨损及积灰严重，以及余热锅炉入口温度高导致的板结堵塞等问题，通过增加烟道换热面积、降低烟道内煤气流速，确保高温煤气能够以最理想的流场状态通过，最大化传热与反应效率，改造后烟道出口煤气温度由800℃降至650℃；余热锅炉在原备用锅炉基础上新增低参数段，既提高了煤气显热的回收率，也降低煤气出口温度；煤气净化系统在原有湿法洗涤的基础上增加干法布袋除尘，布袋除尘的使用彻底解决湿法洗涤导致的煤气含水量大、影响下游工序使用的问题，同时也提高煤气显热利用率，降低了湿法洗涤污泥处理系统带来的环境污染和额外运行成本，也避免了1.0版本中因污泥压滤、斜板沉淀等设施的故障对生产连续性的影响。
核心装备的升级：气化烟道角度、直径的改进，通过数值模拟手段对炉口不同倾斜角度、直径条件下气化烟道的温度场、速度场进行模拟分析，结合现场实际条件，在尽可能改善运行条件的前提下，兼顾降低改造难度、提升改造可实施性，最终确定气化烟道的结构参数，改造后高温煤气的显热回收率提升20%，经实践检验，烟道积灰问题、磨损问题基本解决，烟道寿命得到大幅延长；高温旋风除尘结构优化，高温旋风除尘处于高温、高尘的操作环境，位于气化烟道与余热锅炉之间，其使用效果对后端余热锅炉的运行起决定性作用，因此在旋风除尘的选型设计中，通过对旋风除尘的结构参数、中心导出管结构材质、旋风除尘锥斗开展系统性仿真模拟，调整设计参数优化流场布置，最终取得最优化设计参数，使得旋风除尘效率在80%以上；高温煤气输卸灰系统改进，对原有高温灰直接落地方案进行优化改进，提升了高温灰的再利用率、改善了环保条件，同时减少了因排灰不畅对煤气系统生产的影响。
气化烟道优化设计仿真模拟计算示意图
高温旋风优化设计仿真模拟计算示意图
二次能源利用效率提升：二次能源包含自产煤气显热、煤气燃烧热量，通过对煤气系统的改进，自产煤气显热回收比例提升20%，全厂煤气作为燃料替代的利用率达到100%，实现无放散煤气，同时减少了外部燃料的供给；外供煤气显热的提升，助力下游用户指标优化，热风炉操作温度提升10%~15%，对提升SRV炉冶炼强度，降低煤粉输入量起到关键作用。
资源、能源利用效率提升：增加不同物料接收、配料以及输送喷吹系统，提升不同含铁物料回收再利用的可行性，既可以实现系统内部产生的含碳、含铁物料的回收再利用，也拓展了外部含铁、碳及其他可用物料的利用途径，可消纳长流程细颗粒熟料、钢渣回收铁料以及钢铁厂含铁粉尘等。
完成迭代升级后的HIsmelt2.0于2025年7月正式投运，连续稳定运行至今，创造了多项行业纪录：日产量从1800吨突破至2360吨，利用系数达4.5吨/立方米·天；综合煤耗从850公斤/吨降至710公斤/吨，工序能耗降至约423.5公斤标准煤/吨，较高炉工艺降低15%；吨铁成本较同地区1200立方米高炉低约100元~150元，考虑烧结、焦化工序后投资成本降低20%以上；环保指标更是远优于国家超低排放标准，吨铁SO2排放量0.059公斤、NOX排放量0.111公斤、颗粒物排放量0.016公斤，且无二英产生，固废全部回用，废水零排放。
流程重构：
“HIsmelt+电炉”双短流程标杆示范
山冶设计作为HIsmelt熔融还原炼铁技术授权的工程技术服务公司，在行业内对HIsmelt熔融还原炼铁技术进行了广泛推广，使得HIsmelt技术凭借原燃料适应性、环保、节能以及生产高质量产品等优势得到了业界专业人士的高度认可。2019年5月，山冶设计与河北邢台钢铁签订HIsmelt熔融还原炼铁技术可行性研究报告相关合同，2023年1月30日签订施工图设计合同。自此，山冶设计在墨龙项目之后，又签订了提供全流程、技术支持的HIsmelt熔融还原项目。
山冶设计与邢钢举行转型升级搬迁改造项目工程设计合同签约仪式
在邢钢熔融还原炼铁项目的工厂设计中，依托自身在钢铁冶金设计领域先进的设计理念与深厚技术积淀，山冶设计完成了大量技术改进与创新，除对工艺流程、核心设备进行优化升级外，还针对设备检修、炉前操作环境、资源循环利用以及智能控制等方面完成了多项优化，累计应用自有专利技术10余项。这些新技术的应用，为邢钢HIsmelt熔融还原技术实现稳定、高效、低碳、低成本运行奠定了坚实基础。
在流程方面，山冶设计推动HIsmelt铁水在炼钢生产中的应用，采用“HIsmelt+电炉”工艺流程，解决了废钢资源不足和有害元素残留较多的问题，是目前电炉炼钢的有力支持和保障。为适应氢冶金的发展趋势，山冶设计开展氢气、生物质等清洁能源在SRV应用的可行性研究，基于HIsmelt熔池冶炼的特点，相较于高炉其炉料适配更加灵活，不需要考虑炉料顺行的因素，在氢冶金开发方面更具有优势。
HIsmelt+电炉新型短流程工艺既可以打破长流程发展的瓶颈，也可以促进我国电炉钢的发展，是适合我国国情的新型短流程钢铁工艺，有望在未来一定时间内成为我国低碳冶金的工艺路线之一。
引领：
标准输出，构建全产业链生态格局
在技术创新与项目落地的同时，山冶设计始终致力于推动 HIsmelt 技术的标准化与产业化推广，构建自主可控的全产业链生态。
作为HIsmelt技术的行业引领者，山冶设计积极参与行业标准的制定，作为主要参编单位编制了《HIsmelt 熔融还原炼铁工艺技术规范》《HIsmelt 熔融还原主要设备技术参数要求》等多项标准，明确了原料适配、工艺参数、设备选型、环保要求等核心内容，为技术复制推广提供了“教科书”。目前，这些标准已应用于国内新建项目，正在积极推动 HIsmelt2.0技术标准成为国际标准，提升我国在冶金行业的国际话语权。
技术输出与产业辐射成效显著。山冶设计依托鲁丽钢铁项目经验，为邢台钢铁等提供HIsmelt技术解决方案，其施工图设计接近尾声，建成后将成为国内低碳冶炼示范工程。通过联合攻关，山冶设计带动10余家配套企业技术升级，核心装备国产化率从60%提升至100%，形成完整国产化产业链及生态圈。
在国际市场，山冶设计组建欧非、中东、东南亚等海外营销区域，以“一带一路”为核心推动HIsmelt技术走出去。目前，山冶设计已与阿尔及利亚、摩洛哥、印度、伊朗等国企业达成合作意向，计划建设绿色炼铁基地。相比传统高炉，HIsmelt项目投资成本降低20%、建设周期缩短1/3，更具竞争力，成为中国冶金技术出海新名片。
摩洛哥、鲁丽钢铁、山冶设计三方合作协议签订仪式
展望：
低碳智能，布局3.0时代的未来赛道
面对“双碳”目标要求与行业高质量发展需求，山冶设计已提前布局HIsmelt 3.0技术研发，聚焦“氢基还原、智能化、多资源深度利用”三大方向，引领行业迈向近零碳冶炼新时代。
邢钢HIsmelt熔融还原项目三维模型示意图
在氢基熔融还原技术方面，山冶设计联合鲁丽钢铁、东北大学等单位，建立“中试－工业示范－规模化推广”研发体系，目前推进的氢基流态化预热预还原中试装置建设、高富氧仿真模拟研究，以及SRV炉喷吹生物炭、氢基熔融还原技术的研发工作，都为HIsmelt3.0的实现奠定了坚实基础。
在智能化升级方面，在正在推进的邢钢HIsmelt熔融还原炼铁项目中，山冶设计开展炼铁全流程三维设计，为后期建设数字孪生工厂奠定了基础。同时，针对HIsmelt熔融还原冶炼特性，山冶设计开发了多类智能控制模型，包括SRV炉冷却壁水温差、热流强度在线监测预警模型、SRV炉炉底炉缸侵蚀在线监测预警模型、泡沫渣控制预警模型、核心设备使用寿命预警模型等。此外，山冶设计与东北大学合作开发的能质流转模型已成功应用于新项目工厂设计中。
在资源利用深度化方面，山冶设计将重点攻克高磷矿、含镍矿、有色冶炼含铁渣、高铁赤泥等复杂矿种冶炼技术难关，提高冶金固废入炉比例，拓展城市固废、工业固废协同处置能力，打造“钢铁固废+城市固废”处置平台。
从技术引进到自主创新，从国内示范到全球引领，山冶设计用20余年的坚守与创新，让HIsmelt这一曾经的“海外弃子”成长为“中国骄傲”。在这场波澜壮阔的熔融还原炼铁革命中，山冶设计以全链条技术赋能，不仅破解了资源约束与环保压力下的行业难题，更构建了具有中国特色的冶金技术创新体系，为全球钢铁工业绿色低碳转型提供了可复制、可推广的中国方案。
熔炉熊熊，初心如磐；技术革新，步履不停。山冶设计正以HIsmelt技术为核心，书写着中国冶金产业高质量发展的新篇章，为实现“双碳”目标、推动全球冶金行业变革贡献着源源不断的中国智慧与中国力量。（贾利军 高峰）
