“鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳綠色生產(chǎn)，要做好三件事：能源要轉(zhuǎn)型，原料要提質(zhì)，工藝流程要?jiǎng)?chuàng)新。”10月25日，在第十四屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)召開(kāi)期間，中國(guó)工程院院士、中南大學(xué)教授姜濤在接受《中國(guó)冶金報(bào)》記者專(zhuān)訪時(shí)，重點(diǎn)闡述了鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)的技術(shù)途徑。

資料顯示，姜濤及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出多種難處理鐵礦均熱高料層燒結(jié)、球團(tuán)制備關(guān)鍵技術(shù)和復(fù)合造塊新工藝；研發(fā)出紅土鎳礦制備鎳鐵的高溫熔煉新渣型和固態(tài)還原—磁選新工藝；研發(fā)出新型復(fù)合黏結(jié)劑，發(fā)明了一步高溫還原制備直接還原鐵新方法；構(gòu)建了釩鈦磁鐵礦和鐵鋁復(fù)合資源綜合利用新流程。這些成果在全國(guó)大部分鋼鐵企業(yè)獲得應(yīng)用并推廣至巴西、印尼、伊朗等國(guó)，推動(dòng)了我國(guó)煉鐵精料、鎳鐵和直接還原鐵生產(chǎn)技術(shù)的升級(jí)換代，擴(kuò)大了可利用的資源范圍。

結(jié)合團(tuán)隊(duì)的研究方向，姜濤談及鋼鐵工業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型時(shí)，從能源、資源轉(zhuǎn)型升級(jí)的角度給出了中肯的建議，提出了新的思路。

利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵是現(xiàn)階段我國(guó)最現(xiàn)實(shí)、可行的氫冶金路徑

“圍繞國(guó)家和行業(yè)‘雙碳’目標(biāo)，現(xiàn)在鋼鐵業(yè)內(nèi)已基本達(dá)成了一個(gè)共識(shí)，就是必須實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)型升級(jí)，因?yàn)閺母�源上�?lái)講，我們的鋼鐵生產(chǎn)基本上是以碳質(zhì)燃料為能源的。”姜濤表示，“現(xiàn)在大家都在研究利用氫能。當(dāng)然，氫能的應(yīng)用還存在一些問(wèn)題，比如從世界范圍來(lái)講，綠氫的大規(guī)模低成本制備、以及氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題尚未很好解決。不過(guò)，在低成本高效制氫的問(wèn)題沒(méi)解決之前，并不影響我們部署開(kāi)發(fā)氫冶金。”

姜濤進(jìn)一步解釋道，我國(guó)天然氣嚴(yán)重缺乏，不能像歐美國(guó)家一樣現(xiàn)階段大量使用天然氣發(fā)展氫冶金。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，目前最現(xiàn)實(shí)、最可靠的技術(shù)路徑就是利用焦?fàn)t煤氣來(lái)生產(chǎn)直接還原鐵。焦?fàn)t煤氣的含氫量一般都比較高，可以達(dá)到60%以上。把里面的碳、氮、硫和水等成分脫出，把它富集以后拿來(lái)去生產(chǎn)還原鐵，這是一個(gè)目前我們國(guó)家發(fā)展氫冶金最現(xiàn)實(shí)的途徑。我國(guó)每年的焦炭產(chǎn)量大概在4.7億噸左右，其中約3.3億噸是用來(lái)鋼鐵冶煉生產(chǎn)的，每年會(huì)產(chǎn)生1800億立方米左右的焦?fàn)t煤氣。即使去掉鋼鐵廠內(nèi)煉焦加熱、燒結(jié)點(diǎn)火、球團(tuán)焙燒和軋鋼加熱所需的焦?fàn)t煤氣，仍然還有大概1100多億立方米的焦?fàn)t煤氣，具有生產(chǎn)1億噸以上直接還原鐵的潛能。

“利用焦?fàn)t煤氣發(fā)展氫冶金也可以通過(guò)富氫高爐的途徑實(shí)現(xiàn)，但是基于焦炭為能源發(fā)展起來(lái)的煉鐵高爐還不能擺脫對(duì)焦炭的依賴(lài)。目前在長(zhǎng)、短流程煉鋼工藝共存的情況下，特別是在我們?cè)诮鼛资�年還不能脫離長(zhǎng)流程煉鋼的情況下，利用長(zhǎng)流程里面的焦?fàn)t煤氣來(lái)生產(chǎn)還原鐵是一個(gè)非常可行的途徑。我們要對(duì)已有的氫高爐和氫豎爐工藝進(jìn)行總結(jié)、完善，然后進(jìn)一步去推廣。”姜濤指出。

此外，姜濤表示，其團(tuán)隊(duì)也曾調(diào)查過(guò)利用煉油廠產(chǎn)生的富氫氣體和用煤制氫的技術(shù)路線，但都面臨比較復(fù)雜的問(wèn)題。“從原理上講，用煉油廠產(chǎn)生的富氫氣體也可以用來(lái)生產(chǎn)直接還原鐵，但煉油廠自身沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)也沒(méi)有技術(shù)去建氫冶金裝備，而把煉油廠生產(chǎn)的富氫氣體輸送到鋼鐵廠還面臨長(zhǎng)距離輸送等問(wèn)題，這又推升了它的成本。煤制氫的技術(shù)現(xiàn)在也有很多人在研究，但目前的問(wèn)題也是成本較高，而且煤制氫過(guò)程本身也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，這些問(wèn)題都需要進(jìn)一步研究解決。”姜濤解釋說(shuō)。

全面提升鐵礦石品質(zhì)是大勢(shì)所趨

除了能源外，鋼鐵綠色低碳生產(chǎn)還需要對(duì)資源進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)。

姜濤認(rèn)為，目前我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的原料以鐵礦石為主，廢鋼少，電爐鋼的比例不到10%。去年我國(guó)使用廢鋼2.3億噸，而消耗的鐵礦石達(dá)14億噸左右。同時(shí)，我們使用的鐵礦石質(zhì)量差，鐵品位低，雜質(zhì)含量高，冶煉難度大。因此，資源轉(zhuǎn)型升級(jí)的大趨勢(shì)是增加廢鋼的用量。從現(xiàn)實(shí)條件看，我國(guó)經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放40年的發(fā)展，廢鋼的積蓄量已經(jīng)達(dá)到一定的規(guī)模。相關(guān)研究顯示，未來(lái)幾十年我國(guó)每年增加1000萬(wàn)噸~1500萬(wàn)噸的廢鋼，這為提高廢鋼資源的利用比例提供了基礎(chǔ)。

“由于長(zhǎng)流程煉鋼工藝將在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間存在，在近二、三十年內(nèi)在我國(guó)可能仍占主導(dǎo)地位，我們必須重視和思考鐵礦石的質(zhì)量問(wèn)題。”之后，姜濤重點(diǎn)談到了鐵礦石的提鐵降雜問(wèn)題。

姜濤表示，目前我國(guó)使用的進(jìn)口礦主要來(lái)自澳大利亞和巴西。澳大利亞礦的鐵礦石品位在61.5%左右，巴西礦在63%左右，但是澳大利亞礦占了進(jìn)口礦總量的近70%。同時(shí)，我國(guó)每年產(chǎn)鐵礦石或者鐵精礦3億多噸，平均鐵品位也是63%左右或低于63%。因此我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)使用的鐵礦石平均品位在62%左右。

“這個(gè)品位跟發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是跟歐美國(guó)家的鋼鐵生產(chǎn)原料相比，要低3~5個(gè)百分點(diǎn)以上。所以，我們要全面提升鐵礦石的質(zhì)量，把鐵的品位平均提高3~5個(gè)百分點(diǎn)以上，并進(jìn)一步降低鐵礦中的雜質(zhì)含量，這樣就為實(shí)現(xiàn)綠色低碳生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。這個(gè)道理很簡(jiǎn)單，因?yàn)榈V石含鐵越低，冶煉耗能就越高，碳排放量也就越大。”姜濤分析道。

但是，提高鐵礦石品位意味著更高的選礦成本。對(duì)此，姜濤表示，鋼鐵企業(yè)要算“綜合賬”。

“在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將鐵礦石品位提高3~5個(gè)百分點(diǎn)，大概每噸礦的成本要增加15至25元。但是，我們不能只算投入，還要算產(chǎn)生的效益，高品位鐵礦石在節(jié)能、增產(chǎn)、降碳方面能為企業(yè)帶來(lái)更大的綜合效益。所以，面向鋼鐵‘雙碳’目標(biāo)和日益加劇的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)含鐵原料轉(zhuǎn)型升級(jí)勢(shì)在必行，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可以進(jìn)一步分選富集的鐵礦原料，不論是進(jìn)口礦還是國(guó)內(nèi)礦，建議都要根據(jù)礦石的性質(zhì)和特點(diǎn)考慮采用磨選、再選或再磨再選方案進(jìn)一步提升鐵礦品質(zhì)。”姜濤說(shuō)。

“總體來(lái)講，全面提升鐵礦石品質(zhì)是大勢(shì)所趨。品質(zhì)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是鐵品位高，二是其他雜質(zhì)含量低。”姜濤認(rèn)為，“我們發(fā)展氫冶金，其中，豎爐氫還原工藝對(duì)鐵礦石的品位要求大于67%，高爐煉鐵工藝也要求鐵礦石的品位越高越好。未來(lái)，我們對(duì)高品質(zhì)鐵礦石的需求量會(huì)大幅度增加。”

姜濤特別指出，由于現(xiàn)階段所有的鐵礦粉、精礦不能夠直接入爐煉鐵，必須先制成燒結(jié)礦和球團(tuán)礦，所以如何制備性能優(yōu)越、清潔綠色的冶煉爐料，也是未來(lái)促進(jìn)鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳的一個(gè)重要領(lǐng)域。

“目前，一些鋼鐵企業(yè)在發(fā)展氫冶金的過(guò)程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其還原爐對(duì)球團(tuán)礦的品質(zhì)要求不同于傳統(tǒng)的高爐冶煉。氫還原速度快，會(huì)造成球團(tuán)膨脹、粉化，從而導(dǎo)致窯內(nèi)粉末多、鐵回收率低，甚至在窯內(nèi)結(jié)塊而影響正常生產(chǎn)。新工藝對(duì)爐料提出了新要求，是我們未來(lái)需要共同研究解決的一個(gè)新課題。”姜濤最后說(shuō)道。

(關(guān)鍵字：焦?fàn)t煤氣 直接還原鐵)