碳中和目標(biāo)下的冶煉技術(shù)探索

文章來源:中國冶金報劉獻(xiàn)東2021-02-19 10:37

  自20世紀(jì)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(shù)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(shù)路線和59個熔融還原工藝路線上的不同技術(shù),但是只有少數(shù)可以達(dá)到工業(yè)試驗或工業(yè)應(yīng)用階段。
 
  從熱化學(xué)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(jìn)化。在這兩種維度內(nèi)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(shù)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(dá)到10%。采用COREX®、FINEX®等還原工藝時,氫氣含量最高可達(dá)30%。
 
  直接還原技術(shù)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(shù)有基于豎爐的ENERGIRON®技術(shù)(氫氣含量可小于85%)和MIDREX®技術(shù)(氫氣含量可小于65%),以及基于流化床的FIOR/FINMET®技術(shù)和CIRCORED®技術(shù)(氫氣含量可高達(dá)100%)。但是,由于流化床工藝技術(shù)成本過高,當(dāng)豎爐工藝商業(yè)化成熟后或?qū)⒈惶蕴?/div>
 
  將綠色氫基的直接還原技術(shù)作為氫冶金的主流技術(shù)路線已成為當(dāng)前業(yè)內(nèi)共識?;?a href='http://m.gqdnzm.cn/tanzhonghe/' target='_blank'>碳中和的總體目標(biāo),與采用傳統(tǒng)高爐轉(zhuǎn)爐技術(shù)的噸鋼1.76噸碳排放量相比,采用綠色氫基直接還原技術(shù)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(shù):電解冶金技術(shù)(Electrowinning)、熔融氧化物電解技術(shù)(MOE)、氫等離子體熔融還原技術(shù)(HPSR)。
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