田晨陽
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)，可以顯著減少煉鐵過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(nèi)實現(xiàn)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，其中介紹的無碳?xì)浠苯舆€原煉鐵工藝——HyREX工藝引起了業(yè)界廣泛關(guān)注。
根據(jù)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(chǔ)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(xiàn)有的使用煤炭的高爐，且無需燒結(jié)、焦化工序。
HyREX工藝采用的流化床反應(yīng)器與傳統(tǒng)氣基豎爐有以下區(qū)別：
一是原材料不同。傳統(tǒng)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(yīng)器采用的是鐵礦粉，無需加工。
二是原材料與還原氣體的接觸方式不同。在傳統(tǒng)氣基豎爐中，氫氣從下至上穿過鐵礦石之間的空隙，發(fā)生還原反應(yīng)。豎爐的透氣性對于氫氣能否順利穿過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(yīng)器中，高溫還原氣體通過反應(yīng)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(yīng)，還原后的鐵礦粉經(jīng)過多級反應(yīng)器后成為直接還原鐵。
三是碳排放強度的差異。一般來說，豎爐生產(chǎn)1噸直接還原鐵會排放50千克~150千克的二氧化碳。這就意味著該工藝要實現(xiàn)二氧化碳凈零排放，必須使用風(fēng)能或太陽能等綠色能源來制造球團礦，而使用鐵礦粉的流化床反應(yīng)器則不會存在這樣的問題。
此外，HyREX工藝還具有其他兩個方面的優(yōu)勢：
一是在材料供應(yīng)方面，鐵礦粉比球團礦更容易確保供應(yīng)穩(wěn)定，且鐵礦粉不需要再加工，經(jīng)濟效益相對較高。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年全球鐵礦石產(chǎn)量為18億噸，球團礦的供應(yīng)量為4.2億噸。根據(jù)國際鋼鐵與金屬協(xié)會 (IIMA) 預(yù)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?qū)⒚媾R直接還原鐵用球團礦供應(yīng)短缺的問題。
二是在溫度控制方面，流化床反應(yīng)器比傳統(tǒng)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(nèi)部溫度過低，則會導(dǎo)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(yīng)是一種放熱反應(yīng)，而采用氫氣的還原反應(yīng)是一種吸熱反應(yīng)，需要從外部連續(xù)向還原爐內(nèi)輸送熱量并對其進行合理控制，以防止產(chǎn)生缺陷。流化床反應(yīng)器由多個不同的反應(yīng)器組成，反應(yīng)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(nèi)溫度。然而，傳統(tǒng)的氣基豎爐由單級還原爐組成，整個還原爐的溫度僅能通過從底部注入氧氣來控制，致使還原爐頂部的溫度極易變低。
據(jù)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(yīng)器為基礎(chǔ)，推動HyREX工藝深入開發(fā)，到2028年在浦項鋼鐵廠建成年產(chǎn)100萬噸直接還原鐵的設(shè)施，以檢驗HyREX工藝實現(xiàn)商業(yè)化的可能性。此外，浦項制鐵還將開發(fā)一種新型電爐煉鋼技術(shù)。
浦項制鐵自1992年開始研發(fā)FINEX工藝，并于2007年實現(xiàn)商業(yè)化，截至目前已經(jīng)成功生產(chǎn)了3400萬噸的熔融金屬。浦項制鐵計劃從2025年開始在沒有試點試驗的情況下直接進入到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和光陽鋼鐵廠的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝全部改成氫基直接還原鐵工藝，并實現(xiàn)企業(yè)運營碳中和。
《中國冶金報》（2022年08月12日 02版二版）
