田晨陽(yáng)
氫基直接還原鐵技術(shù)是一種使用氫氣代替化石燃料生產(chǎn)鐵的創(chuàng )新技術(shù)，可以顯著(zhù)減少煉鐵過(guò)程中的二氧化碳排放量。目前，100%使用氫氣生產(chǎn)直接還原鐵的工藝尚未在全球范圍內實(shí)現商業(yè)化。近日，浦項制鐵發(fā)布了一份低碳煉鐵工藝深度分析報告，其中介紹的無(wú)碳氫基直接還原煉鐵工藝——HyREX工藝引起了業(yè)界廣泛關(guān)注。
根據該報告，HyREX工藝是在浦項制鐵自主研發(fā)的FINEX煉鐵工藝基礎上，利用氫氣和鐵礦粉生產(chǎn)鋼鐵。該工藝旨在用熔融氣化爐取代現有的使用煤炭的高爐，且無(wú)需燒結、焦化工序。
HyREX工藝采用的流化床反應器與傳統氣基豎爐有以下區別：
一是原材料不同。傳統氣基豎爐采用球團礦，鐵礦石經(jīng)破碎篩分后加工成一定尺寸的圓球，而流化床反應器采用的是鐵礦粉，無(wú)需加工。
二是原材料與還原氣體的接觸方式不同。在傳統氣基豎爐中，氫氣從下至上穿過(guò)鐵礦石之間的空隙，發(fā)生還原反應。豎爐的透氣性對于氫氣能否順利穿過(guò)鐵礦石之間的空隙很重要，因此鐵礦石需要被加工成一定尺寸的球團礦，以便生產(chǎn)。在流化床反應器中，高溫還原氣體通過(guò)反應器底部的孔狀網(wǎng)格均勻分布，使鐵礦粉流化后像混合液體一樣發(fā)生還原反應，還原后的鐵礦粉經(jīng)過(guò)多級反應器后成為直接還原鐵。
三是碳排放強度的差異。一般來(lái)說(shuō)，豎爐生產(chǎn)1噸直接還原鐵會(huì )排放50千克~150千克的二氧化碳。這就意味著(zhù)該工藝要實(shí)現二氧化碳凈零排放，必須使用風(fēng)能或太陽(yáng)能等綠色能源來(lái)制造球團礦，而使用鐵礦粉的流化床反應器則不會(huì )存在這樣的問(wèn)題。
此外，HyREX工藝還具有其他兩個(gè)方面的優(yōu)勢：
一是在材料供應方面，鐵礦粉比球團礦更容易確保供應穩定，且鐵礦粉不需要再加工，經(jīng)濟效益相對較高。相關(guān)數據顯示，2020年全球鐵礦石產(chǎn)量為18億噸，球團礦的供應量為4.2億噸。根據國際鋼鐵與金屬協(xié)會(huì ) (IIMA) 預測，到2030年，如果不對材料生產(chǎn)和綠色冶煉技術(shù)等加大投資，全球將面臨直接還原鐵用球團礦供應短缺的問(wèn)題。
二是在溫度控制方面，流化床反應器比傳統氣基豎爐更具優(yōu)勢。還原爐的溫度控制在氫基直接還原鐵中至關(guān)重要，如果還原爐內部溫度過(guò)低，則會(huì )導致鐵水質(zhì)量缺陷。使用煤炭或天然氣等化石燃料的還原反應是一種放熱反應，而采用氫氣的還原反應是一種吸熱反應，需要從外部連續向還原爐內輸送熱量并對其進(jìn)行合理控制，以防止產(chǎn)生缺陷。流化床反應器由多個(gè)不同的反應器組成，反應器呈階梯狀排列，可從外壁和底部注入額外的氧氣控制爐內溫度。然而，傳統的氣基豎爐由單級還原爐組成，整個(gè)還原爐的溫度僅能通過(guò)從底部注入氧氣來(lái)控制，致使還原爐頂部的溫度極易變低。
據了解，目前浦項制鐵正計劃與韓國政府一起，以FINEX工藝和流化反應器為基礎，推動(dòng)HyREX工藝深入開(kāi)發(fā)，到2028年在浦項鋼鐵廠(chǎng)建成年產(chǎn)100萬(wàn)噸直接還原鐵的設施，以檢驗HyREX工藝實(shí)現商業(yè)化的可能性。此外，浦項制鐵還將開(kāi)發(fā)一種新型電爐煉鋼技術(shù)。
浦項制鐵自1992年開(kāi)始研發(fā)FINEX工藝，并于2007年實(shí)現商業(yè)化，截至目前已經(jīng)成功生產(chǎn)了3400萬(wàn)噸的熔融金屬。浦項制鐵計劃從2025年開(kāi)始在沒(méi)有試點(diǎn)試驗的情況下直接進(jìn)入到HyREX工藝的示范生產(chǎn)階段。此外，浦項制鐵計劃到2050年分階段將浦項鋼鐵廠(chǎng)和光陽(yáng)鋼鐵廠(chǎng)的現有生產(chǎn)工藝全部改成氫基直接還原鐵工藝，并實(shí)現企業(yè)運營(yíng)碳中和。
《中國冶金報》（2022年08月12日 02版二版）
