在碳達(dá)峰與碳中和的背景下，中國(guó)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?dòng)浾攉@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(yíng)企業(yè)昌黎縣興國(guó)精密機(jī)件有限公司（下稱“興國(guó)公司”），聯(lián)合完成了我國(guó)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(lái)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(hào)高爐正式啟動(dòng)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。”上海大學(xué)材料學(xué)院教授張玉文介紹說(shuō)，氫氣和鐵礦石發(fā)生氧化還原反應(yīng)吸熱，會(huì)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(duì)高爐冶煉過程的影響行為。

據(jù)興國(guó)公司總經(jīng)理周國(guó)成對(duì)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(guó)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(zhǎng)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(huì)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(guó)家自然基金科學(xué)會(huì)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(lái)幾十年高爐仍將是支撐中國(guó)對(duì)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(gè)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)模化實(shí)現(xiàn)中國(guó)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(guó)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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