現階段，我國仍以高爐煉鐵為主，新一代低碳高爐、數字化智能化煉鐵、低碳煉鐵爐料等新技術(shù)是推動(dòng)煉鐵工序向低碳高質(zhì)量發(fā)展轉型的重要途徑；未來(lái)，主要依托氫冶金、碳捕集利用和綠色鐵源廢鋼高效循環(huán)實(shí)現碳快速減排。同時(shí)，低碳煉鐵將基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的全流程數字化、規?；G氫制備、產(chǎn)品高質(zhì)化和工藝綠色化等技術(shù)貫穿全程，實(shí)現鋼鐵碳中和這一偉大目標。
中國工程院院士王國棟以戰略科學(xué)家的擔當，對低碳鋼鐵技術(shù)研發(fā)進(jìn)行了精準前瞻和深度布局。東北大學(xué)教授儲滿(mǎn)生帶領(lǐng)東北大學(xué)“2011鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng )新中心”低碳煉鐵團隊（以下簡(jiǎn)稱(chēng)低碳煉鐵團隊），在王國棟的帶領(lǐng)和指導下，將科研方向聚焦氫冶金、低碳高爐、數字化煉鐵等低碳關(guān)鍵共性技術(shù)，幾十年如一日，深耕前沿基礎研究與關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。
由“高爐煉鐵”向“綠色煉鐵”迭代升級，從傳統“碳冶金”向新型“氫冶金”華麗轉身。在建設人與自然和諧共生的現代化實(shí)踐中，低碳煉鐵團隊把綠色低碳作為團隊最重要的價(jià)值創(chuàng )造源泉，以踐行雙碳戰略為牽引，充分發(fā)揮“綠色制造”和“制造綠色”雙重效能，打造更加豐富多元的低碳煉鐵應用場(chǎng)景，推動(dòng)煉鐵行業(yè)釋放更具引領(lǐng)性、更有競爭力的“綠動(dòng)能”，引領(lǐng)鋼鐵行業(yè)邁入“以氫代煤”綠色冶煉的時(shí)代。
以關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)跑
鋼鐵綠色低碳新賽道
目前，我國鋼鐵冶煉主要依賴(lài)煤基化石能源，產(chǎn)生了大量二氧化碳，其排放量占我國碳排放總量的15.7%左右。其中，煉鐵系統能耗、二氧化碳排放分別占整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程的83.3%、73.1%以上。研發(fā)和應用低碳煉鐵工藝與裝備技術(shù)，是煉鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切要求。
針對煉鐵低碳智能化轉型升級的國家重大需求，低碳煉鐵團隊在煉鐵領(lǐng)域深入研究和工程化應用的多年積累，為勇挑時(shí)代重擔、破解行業(yè)難題打下了良好的基礎。
在回首此間心路歷程時(shí)，儲滿(mǎn)生感慨頗多：“在低碳煉鐵的漫長(cháng)科研道路上，從剛開(kāi)始的信心十足、躊躇滿(mǎn)志，到遇見(jiàn)困難時(shí)的耕耘求知、愈挫愈勇，再到解決問(wèn)題時(shí)的重拾信心、豁然開(kāi)朗，不知經(jīng)歷了多少個(gè)日日夜夜?！?/div>
“總覺(jué)得科研問(wèn)題一直在前面牽著(zhù)我們，讓我們不得不去面對且最終戰勝它，也正是這種勇于面對的精神和不斷求知的思想碰撞，幫助我們團隊實(shí)現了低碳煉鐵領(lǐng)域一個(gè)又一個(gè)科研成果的重大突破?！痹搱F隊教師唐玨回憶道。
瞄準我國鋼鐵低碳發(fā)展前沿，該團隊聚焦氫冶金、低碳高爐、數字化煉鐵等低碳關(guān)鍵共性技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的潛心攻關(guān)，形成了完整的低碳智能化煉鐵工藝理論與技術(shù)體系，研究成果在企業(yè)得到廣泛應用。
——在新一代低碳高爐前沿技術(shù)上取得突破。該團隊優(yōu)化高爐煉鐵工藝，提高高爐煉鐵生命力和競爭力。該團隊研發(fā)熔劑性球團和復合鐵焦等低碳高爐爐料，將富氫介質(zhì)噴吹（焦爐煤氣、天然氣、氫氣等）、爐頂煤氣循環(huán)、高富氧冶煉等操作高效匹配和耦合集成，形成富氫噴吹、全氧冶煉、頂煤氣循環(huán)等新一代低碳高爐技術(shù)與理論，獲得煉鐵降碳30%以上的技術(shù)途徑。
該成果廣泛應用于國內鋼鐵企業(yè)，為撫順新鋼鐵、中國寶武、攀鋼集團、山鋼集團、河鋼集團等提供了明晰的高爐煉鐵降碳工藝途徑。新一代低碳高爐煉鐵技術(shù)可將化學(xué)能利用率提升至93.6%，噸鐵二氧化碳減排32.5%，該技術(shù)研發(fā)與應用有助于探索現階段高爐主流程的極致能效，從而促進(jìn)國內鋼鐵企業(yè)在實(shí)現碳中和過(guò)程中穩步前進(jìn)。同時(shí)，該團隊與黑龍江建龍鋼鐵有限公司、承德建龍特殊鋼有限公司、河鋼承鋼、四川德勝釩鈦、攀鋼集團等鋼企合作，研發(fā)釩鈦磁鐵礦高爐高效低碳冶煉技術(shù)，推廣應用效果顯著(zhù)。
——自主研發(fā)數字化煉鐵技術(shù)。針對高爐冶煉過(guò)程復雜，高爐數據難表征、狀態(tài)難描述、操作難調控等難題，該團隊將大數據、人工智能與冶煉機理、經(jīng)驗知識相結合，建立高效率、低成本、高保真的高爐冶煉先進(jìn)數字孿生模型，形成爐況智能預測評價(jià)與操作自主優(yōu)化決策的良好互動(dòng)，研發(fā)機理、數據、知識多維驅動(dòng)的國內首個(gè)鐵前—高爐信息物理系統，實(shí)現多維信息融合的鐵區一體化智能化煉鐵，建立以高爐為中心的鐵區一體化智能化閉環(huán)賦能體系。
該成果應用于撫順新鋼鐵、中國寶武、太鋼集團、河鋼集團、昆明鋼鐵控股有限公司、本鋼集團等鋼企，關(guān)鍵指標在線(xiàn)預測命中率高于90%，爐溫穩定率提升30%，高爐賦能降碳3%~6%。應用期間，撫順新鋼鐵高爐年創(chuàng )效8000余萬(wàn)元，并牽頭申報獲批國家重大低碳專(zhuān)題項目；太鋼集團高爐年創(chuàng )效1400余萬(wàn)元，河鋼唐鋼高爐年創(chuàng )效1200余萬(wàn)元。
該團隊與撫順新鋼鐵合作開(kāi)發(fā)的數據與機理雙驅動(dòng)的智能化煉鐵關(guān)鍵技術(shù)，依托遼寧雄厚的鋼鐵工業(yè)基礎，將豐富的鋼鐵冶煉場(chǎng)景資源轉化為振興優(yōu)勢，為遼寧省“圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng )新鏈、圍繞創(chuàng )新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈”乃至全國推進(jìn)“數據支撐極致能效、算法驅動(dòng)智慧運營(yíng)”樹(shù)立典范，推動(dòng)數字經(jīng)濟和實(shí)體經(jīng)濟深度融合，加快促進(jìn)我國鋼鐵行業(yè)的“數字蝶變”。
——在氫冶金前沿技術(shù)上取得重大突破。針對高爐—轉爐長(cháng)流程碳排放高、產(chǎn)品純凈度無(wú)法滿(mǎn)足高端裝備制造需求的現狀，該團隊立足發(fā)展氫冶金短流程，優(yōu)化鋼鐵工藝流程、能源結構和產(chǎn)品結構。
氫基豎爐直接還原，是目前國內外重點(diǎn)研發(fā)和應用的主流氫冶金新工藝。而我國氫氣豎爐直接還原技術(shù)研發(fā)和應用，總體上還處于起步階段，與國外先進(jìn)產(chǎn)鋼國差距顯著(zhù)，且由于國外技術(shù)知識產(chǎn)權保護，在氫冶金應用方面嚴重受制于人。
該團隊勇做“弄潮兒”，推動(dòng)能源結構變革，突破氫氣安全高效加熱、氫基豎爐直接還原技術(shù)與裝備等關(guān)鍵難題，力爭加快關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)、工程轉化和推廣應用，為未來(lái)實(shí)現氫冶金核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備、標準體系、研發(fā)平臺和人才隊伍的全面超越提供良好基礎。
該團隊系統研究了氫基豎爐—電爐短流程新工藝技術(shù)和重大裝備，設計了擁有自主知識產(chǎn)權的國內首臺套氫氣豎爐系統，并籌措資金3000多萬(wàn)元，正在遼寧省沈撫改革創(chuàng )新示范區東大工業(yè)技術(shù)研究院建設全國首個(gè)基于氫冶金、綠色電爐和高端鋼制品鑄鍛軋的萬(wàn)噸級新一代零碳鋼鐵冶金短流程中試基地，推動(dòng)遼寧省占據氫冶金前沿理論研究與工程轉化的制高點(diǎn)。
在突破氫基豎爐短流程技術(shù)和裝備的基礎上，該團隊進(jìn)一步研發(fā)釩鈦礦氫基直接還原—電爐熔分新工藝技術(shù)，實(shí)現鐵、釩、鉻、鈦等有價(jià)組元的高效回收，形成特色冶金資源低碳綠色利用共性技術(shù)。該團隊在氫冶金領(lǐng)域成果位居全球研究機構排名前列，相繼承擔河鋼集團、中國寶武、攀鋼集團等國內鋼企的大部分氫冶金項目，并與必和必拓公司、巴西淡水河谷公司等國際礦業(yè)公司合作。
面向世界科技前沿和國家重大需求
打造一流創(chuàng )新基地
技術(shù)創(chuàng )新是推動(dòng)鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的關(guān)鍵所在，而關(guān)鍵技術(shù)的突破和應用，離不開(kāi)科技創(chuàng )新平臺的支撐。該團隊深刻意識到科研平臺在科技創(chuàng )新中的引領(lǐng)作用，并牽頭組建了低碳鋼鐵前沿技術(shù)教育部工程研究中心。該中心圍繞鋼鐵產(chǎn)業(yè)碳中和重大需求，將新能源科學(xué)與工程、鋼鐵冶金、熱能工程、化學(xué)工程、控制科學(xué)與工程等學(xué)科交叉融合、協(xié)同創(chuàng )新，集合東北大學(xué)各學(xué)科的優(yōu)勢學(xué)術(shù)力量，在氫能制備與氫冶金、高性能鋼鐵材料綠色冶金、全流程數字冶金與加工、碳捕集利用等領(lǐng)域實(shí)現突破。
依托東北大學(xué)礦冶學(xué)科群的雄厚基礎，該團隊與撫順新鋼鐵等鋼鐵企業(yè)合作，共建高爐—轉爐長(cháng)流程以及氫基豎爐短流程的碳中和中試基地，開(kāi)展低碳鋼鐵前沿技術(shù)及工程化創(chuàng )新鏈研究，建成“基礎研究—小試突破—中試驗證—工業(yè)應用”一體化的“國內領(lǐng)先、國際一流”的碳中和共性技術(shù)研發(fā)平臺和成果轉化基地，成為東北大學(xué)服務(wù)鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和東北地區振興發(fā)展、推進(jìn)學(xué)科建設、加快科技成果轉化、培養聚集創(chuàng )新人才及開(kāi)展國際合作交流的重要基地。
針對我國氫氣豎爐氫冶金技術(shù)體系中亟待突破的核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備和工程示范等重大需求，該團隊通過(guò)政產(chǎn)學(xué)研用金深度融合和協(xié)同創(chuàng )新，研發(fā)氫氣豎爐短流程前沿技術(shù)與重大裝備，突破一系列具有自主知識產(chǎn)權的關(guān)鍵技術(shù)及裝備，推動(dòng)構建完整的氫冶金和零碳鋼鐵技術(shù)體系，完成產(chǎn)業(yè)化建設；與東北大學(xué)特鋼團隊合作建成了我國首個(gè)氫冶金短流程關(guān)鍵共性技術(shù)與裝備研發(fā)、成果轉化和工程應用的創(chuàng )新平臺，彌補了國內工程示范空白，實(shí)現了核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備、標準體系、研發(fā)平臺和人才隊伍的全面超越，為我國低碳乃至零碳鋼鐵冶煉提供全新途徑，推動(dòng)鋼鐵行業(yè)低碳、零碳化和高質(zhì)量創(chuàng )新發(fā)展。
人間萬(wàn)事出艱辛。在回憶起創(chuàng )新平臺及基地建設時(shí)，儲滿(mǎn)生感慨頗深：“平臺建設是個(gè)大工程，特別是對于萬(wàn)噸級氫氣豎爐示范線(xiàn)的建設，更是有諸多波折，投入如此大的人力、物力和財力，團隊老師其實(shí)猶豫了很久。對于建設可行性方案，我們常常討論到深夜，不斷去修改、驗證和完善，讓構想逐漸落地、變成現實(shí)。這個(gè)過(guò)程雖然艱辛，但是我們能深切感受到團隊在不斷收獲和成長(cháng)，同時(shí)也堅信我們能在低碳煉鐵領(lǐng)域走出自己的特色之路?！?/div>
先行一步，領(lǐng)跑變革。作為鋼鐵行業(yè)綠色轉型的探路者，儲滿(mǎn)生帶領(lǐng)團隊堅定地與國家戰略同向同行，深耕氫能、大數據與鋼鐵行業(yè)的融合創(chuàng )新、協(xié)同發(fā)展，超前跟蹤世界氫冶金和數字化鋼鐵技術(shù)的研發(fā)動(dòng)態(tài)，以正在建設的鋼鐵長(cháng)流程碳中和中試基地和氫冶金短流程中試基地為起點(diǎn)，把氫能利用、智能化與鋼鐵低碳發(fā)展協(xié)同作為重點(diǎn)發(fā)展方向，積極突破氫冶金和智能化冶金技術(shù)瓶頸，加快推進(jìn)低碳冶金技術(shù)的革命性創(chuàng )新與突破，為鋼鐵行業(yè)綠色低碳數字化發(fā)展提供更多更好的智慧和方案。
回首過(guò)往的科研歷程，儲滿(mǎn)生感慨道：“從碳能源到氫能源，從經(jīng)驗操作到智能冶煉，煉鐵猶如一次新生。目前團隊雖在低碳煉鐵前沿技術(shù)方面取得一定進(jìn)展，但未來(lái)仍要跳出舒適區，繼續以鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，深耕低碳高爐、數字化煉鐵、氫冶金等低碳鋼鐵前沿領(lǐng)域，走綠色發(fā)展之路，筑生態(tài)文明之基，不斷學(xué)習、創(chuàng )新和錘煉技術(shù)，開(kāi)展更高水平、更廣范圍、更深層次的研究，與各方攜手同心，將碳中和這條造福世界的路鋪得更寬更遠，用顛覆性技術(shù)引領(lǐng)煉鐵行業(yè)的發(fā)展?！保ㄍ踱暬郏?/div>
來(lái)源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)
編輯：張雨恬
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