本報(bào)記者 楊悅
“浦項(xiàng)制鐵計(jì)劃到2050年實(shí)現(xiàn)煉鋼業(yè)務(wù)的碳中和，基于流化床反應(yīng)器的HyREX工藝就是我們實(shí)現(xiàn)自身碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵?！?月5日上午，在河北崇禮召開(kāi)的2023年氫冶金國(guó)際研討會(huì)上，浦項(xiàng)制鐵低碳排放鋼制造研發(fā)中心負(fù)責(zé)人、高級(jí)副總裁申明鈞向與會(huì)專家、學(xué)者闡述了浦項(xiàng)制鐵的碳中和目標(biāo)，并重點(diǎn)介紹了該公司目前圍繞氫冶金開(kāi)發(fā)的HyREX工藝。
申明鈞介紹，浦項(xiàng)制鐵計(jì)劃逐步對(duì)高爐—轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程進(jìn)行改造，到2030年初進(jìn)一步加快綠色轉(zhuǎn)型步伐，提升電弧爐產(chǎn)能，并將HyREX工藝應(yīng)用到鋼廠，從而替代部分高爐產(chǎn)能。到2050年，HyREX工藝和電弧爐相結(jié)合的生產(chǎn)方式將全面替代浦項(xiàng)制鐵現(xiàn)有的高爐—轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)方式，同時(shí)還將配備CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）工藝?！拔覀儗⒏鶕?jù)未來(lái)發(fā)展實(shí)際情況，適時(shí)對(duì)包括氫氣儲(chǔ)運(yùn)等在內(nèi)的具體規(guī)劃做出調(diào)整。因此，有一些高爐或許會(huì)被保留下來(lái)。”他說(shuō)。
HyREX工藝究竟有何優(yōu)勢(shì)？“HyREX工藝于2018年開(kāi)始研發(fā)，是一種基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵工藝。該工藝以氫氣為還原劑，將鐵礦粉直接還原為海綿鐵，然后用電熔爐將其熔化為熔融金屬?！鄙昝麾x介紹，HyREX工藝是在浦項(xiàng)制鐵目前正在運(yùn)行的FINEX技術(shù)基礎(chǔ)之上進(jìn)一步創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的。在HyREX工藝中，浦項(xiàng)制鐵采用電熔爐來(lái)熔化高金屬化率的直接還原鐵并生產(chǎn)鋼水。目前，浦項(xiàng)制鐵進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模測(cè)試，并計(jì)劃建設(shè)中型試驗(yàn)設(shè)施，以進(jìn)一步改善電熔爐的性能。此外，該工藝不需要經(jīng)過(guò)燒結(jié)和焦化過(guò)程，可以直接將鐵礦石和非焦煤以粉末形式使用，具有較大的成本優(yōu)勢(shì)。
“在韓國(guó)，我們所用的高品位鐵礦石長(zhǎng)期依賴海外進(jìn)口，原料成本比較高。采用HyREX工藝，我們就可以直接使用低品位原料，降低了對(duì)于進(jìn)口高品位鐵礦石的依賴程度，成本也由此降低。此外，我們將此前FINEX技術(shù)中采用的熔融氣化爐更改為電爐，并使用純綠氫作為還原劑。在日后可再生能源電力與綠氫供應(yīng)穩(wěn)定的前提下，HyREX工藝擁有較大的商業(yè)化潛力。”申明鈞向《中國(guó)冶金報(bào)》記者講道，“基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵工藝或許將成為日后氫冶金領(lǐng)域的主流技術(shù)方向之一。”
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據(jù)《中國(guó)冶金報(bào)》記者在研討會(huì)上獲悉，高爐富氫冶煉是海外企業(yè)研究氫冶金的主要方向之一。目前，國(guó)際上比較典型的3項(xiàng)技術(shù)如下：
一是日本制鐵開(kāi)發(fā)的COURSE50低碳煉鐵技術(shù)。該技術(shù)用氫置換部分煤粉和焦炭以減少高爐二氧化碳排放，并使用化學(xué)吸收法和物理吸附法對(duì)高爐中的二氧化碳進(jìn)行分離和回收。今年2月份，日本制鐵決定啟動(dòng)該技術(shù)在高爐中的試驗(yàn)，并在12立方米試驗(yàn)高爐中研究開(kāi)發(fā)加強(qiáng)版的Super-COURSE50技術(shù)。據(jù)了解，待Super-COURSE50技術(shù)開(kāi)發(fā)到一定程度之后，日本制鐵計(jì)劃放棄使用高爐設(shè)備，轉(zhuǎn)為使用其他生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行氫還原鐵的技術(shù)開(kāi)發(fā)。
二是由瑞典LKAB公司于2007年試驗(yàn)完成的高爐爐頂煤氣循環(huán)技術(shù)。該技術(shù)也是氫基高爐工藝領(lǐng)域的重要組成部分。該工藝采用氧氣鼓風(fēng)，并應(yīng)用VSPA技術(shù)將高爐爐頂煤氣脫除二氧化碳后返回高爐利用。該工藝于2007年在瑞典LKAB公司的試驗(yàn)高爐中完成了連續(xù)7周的試驗(yàn)。結(jié)果表明，在噴煤比為170千克／噸鐵的條件下，焦比由400千克／噸鐵～405千克／噸鐵降至260千克／噸鐵～265千克／噸鐵，碳耗降低了24%，爐頂煤氣循環(huán)率達(dá)到90%以上，氫氣循環(huán)率達(dá)到98%。
三是蒂森克虜伯（下稱蒂森）的tkH2Steel技術(shù)。該技術(shù)將氫氣替代煤粉進(jìn)行高爐噴吹。蒂森于2019年成功將氫氣通過(guò)一個(gè)風(fēng)口注入到了杜伊斯堡鋼廠的9號(hào)高爐內(nèi)，驗(yàn)證了噴吹純氫低碳冶煉技術(shù)的可行性。此后，蒂森計(jì)劃將氫氣的使用范圍擴(kuò)大至上述高爐的全部28個(gè)風(fēng)口，并計(jì)劃在其位于杜伊斯堡地區(qū)的3座高爐中全部使用氫氣，最終實(shí)現(xiàn)減少19%～20%二氧化碳排放的目標(biāo)。
《中國(guó)冶金報(bào)》（2023年09月15日 02版二版）
