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中國鋼鐵業(yè)“以氫代碳”新進(jìn)展：首次試驗(yàn)高爐純氫冶煉技術(shù)

來源：澎湃新聞時(shí)間：2022-03-30 19:40:38

在碳達(dá)峰與碳中和的背景下，中國鋼鐵行業(yè)碳減排壓力巨大。氫冶金是清潔的革命性鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)，利用氫代替碳作為冶金過程燃料和還原劑，反應(yīng)產(chǎn)物是水。與傳統(tǒng)的碳冶金相比，可以從根本上減少碳排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)目標(biāo)。

澎湃新聞記者獲悉，近日，全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟成員單位上海大學(xué)與位于河北省昌黎縣循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園的民營企業(yè)昌黎縣興國精密機(jī)件有限公司（下稱“興國公司”），聯(lián)合完成了我國首次以純氫為噴吹氣源的高爐富氫冶煉技術(shù)開發(fā)試驗(yàn)。

據(jù)悉，試驗(yàn)中系統(tǒng)運(yùn)行正常，相關(guān)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。通過此次試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了降低焦比10%以上、減少二氧化碳排放量10%以上和鐵產(chǎn)量增加13%以上。同時(shí)，獲得了鋼鐵生產(chǎn)中大規(guī)模安全使用氫氣的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

從全球范圍來看，據(jù)公開報(bào)道，此前的2019年11月11日，蒂森克虜伯鋼廠杜伊斯堡9號高爐正式啟動純氫氣注入試驗(yàn)，這是全球首次高爐注入氫氣試驗(yàn)。蒂森克虜伯用氫氣代替煤粉作為還原劑，從而減少鋼鐵生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放。

“氫與傳統(tǒng)煉鐵過程的耦合是此次項(xiàng)目試驗(yàn)中的關(guān)鍵難題之一?！鄙虾４髮W(xué)材料學(xué)院教授張玉文介紹說，氫氣和鐵礦石發(fā)生氧化還原反應(yīng)吸熱，會造成高爐溫度下降。怎樣最大程度使用氫氣，還保障爐溫是技術(shù)難點(diǎn)。為此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)在試驗(yàn)中采用富氧噴氫、裝料調(diào)控等手段解決了高爐富氫與傳統(tǒng)煉鐵過程的耦合協(xié)調(diào)問題。

另外需要注意的是，要進(jìn)行半工業(yè)化或工業(yè)化規(guī)模的純氫冶金試驗(yàn)，大規(guī)模的氫源是基礎(chǔ)，但大規(guī)模使用氫，存在生產(chǎn)安全隱患。張玉文提到，這次試驗(yàn)也突破了大規(guī)模氫氣供應(yīng)和氫氣安全使用難題。

他表示，此次富氫冶煉試驗(yàn)純氫氣的噴吹量達(dá)到每小時(shí)1800立方米，噸鐵250立方米，系統(tǒng)研究了氫氣噴吹量變化對高爐冶煉過程的影響行為。

據(jù)興國公司總經(jīng)理周國成對媒體介紹，目前已經(jīng)完成試驗(yàn)高爐解剖前的準(zhǔn)備工作，解剖后就能獲取爐內(nèi)爐料結(jié)構(gòu)和性狀變化的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

值得關(guān)注的是，從上世紀(jì)90年代起，上海大學(xué)省部共建高品質(zhì)特殊鋼冶金與制備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在徐匡迪院士的領(lǐng)導(dǎo)下率先并持續(xù)開展了基于氫冶金的低碳煉鐵新技術(shù)研究，圍繞氫冶金、富氫煤氣重整改質(zhì)和還原鐵礦石、經(jīng)濟(jì)規(guī)模制氫、CO2捕捉分離和利用等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)理論和工藝的長期研究已形成了雄厚的積累和知名的行業(yè)影響力。早在1999年北京香山科學(xué)會議上，徐匡迪即提出了鐵礦石氫還原工藝設(shè)想，并在2002年國家自然基金科學(xué)會議（上海）上再次提出氫冶金的技術(shù)思想。

據(jù)上海大學(xué)官網(wǎng)介紹，從全球氫冶金研發(fā)開展情況看，目前主要有兩條技術(shù)路線，一條是基于高爐煉鐵開展高爐噴吹富氫（或純氫）技術(shù)，另一條是基于非高爐的富氫（或純氫）氣基還原工藝技術(shù)。

而高爐煉鐵工藝技術(shù)成熟、生產(chǎn)能力大、效率高，未來幾十年高爐仍將是支撐中國對鋼鐵材料龐大需求的主流煉鐵裝備。目前，以碳冶金和礦石為基礎(chǔ)的高爐—轉(zhuǎn)爐流程產(chǎn)鋼量約占90%，其中高爐煉鐵CO2排放量最大的工序，約占整個鋼鐵生產(chǎn)CO2排放總量的70%-90%。這也意味著，高爐低碳冶煉是規(guī)?；瘜?shí)現(xiàn)中國鋼鐵工業(yè)低碳的首要路徑。

此前的2020年10月，上海大學(xué)省部共建高品質(zhì)特殊鋼冶金與制備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專門成立了“氫冶金技術(shù)研究與成果轉(zhuǎn)化中心”。

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關(guān)鍵詞：上海大學(xué) 高爐煉鐵冶煉技術(shù)

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