碳中和目標下的冶煉技術探索

　　自20世紀50年代以來，替代傳統(tǒng)煉鐵工藝的直接還原（DR）和熔融還原（SR）技術路線一直處于研發(fā)狀態(tài)，截至目前全球共探索出73個直接還原技術路線和59個熔融還原工藝路線上的不同技術，但是只有少數(shù)可以達到工業(yè)試驗或工業(yè)應用階段。

 

　　從熱化學和能源的角度上看，有“碳”“氫”“電能”3種不同維度的還原方式。

 

　　傳統(tǒng)的“碳基冶金”工藝（BF-BOF和SR）屬于“碳”維度的還原方式。伴隨著社會的發(fā)展，電能的使用程度不斷加深，冶金工藝也朝著“氫”和“電能”維度進化。在這兩種維度內包含直接還原工藝（DR），可將天然氣、氫氣，或者一氧化碳和氫氣的混合氣體等作為富氫還原性氣體，將金屬氧化物還原成金屬。

 

　　現(xiàn)代鋼鐵冶煉技術中，最常采用的是氫氣與一氧化碳的混合氣體。常規(guī)狀態(tài)下，采用焦炭作為還原劑，高爐爐氣中的氫氣含量可達到10%。采用COREX®、FINEX®等還原工藝時，氫氣含量最高可達30%。

 

　　直接還原技術以富氫氣體代替焦炭或煤等作為還原劑，可將高爐爐氣中的氫氣含量提高到60%~100%。目前主流的直接還原技術有基于豎爐的ENERGIRON®技術（氫氣含量可小于85%）和MIDREX®技術（氫氣含量可小于65%），以及基于流化床的FIOR/FINMET®技術和CIRCORED®技術（氫氣含量可高達100%）。但是，由于流化床工藝技術成本過高，當豎爐工藝商業(yè)化成熟后或將被淘汰。

 

　　將綠色氫基的直接還原技術作為氫冶金的主流技術路線已成為當前業(yè)內共識?；?a href='http://theclergymen.com/tanzhonghe/' target='_blank'>碳中和的總體目標，與采用傳統(tǒng)高爐轉爐技術的噸鋼1.76噸碳排放量相比，采用綠色氫基直接還原技術的噸鋼碳排放量僅為0.15噸，減少85%以上的二氧化碳排放。

 

　　目前，共有3項正處于實驗室開發(fā)階段的潛在技術：電解冶金技術（Electrowinning）、熔融氧化物電解技術（MOE）、氫等離子體熔融還原技術（HPSR）。