碳中和目标下的冶炼技术探索

　　自20世纪50年代以来，替代传统炼铁工艺的直接还原（DR）和熔融还原（SR）技术路线一直处于研发状态，截至目前全球共探索出73个直接还原技术路线和59个熔融还原工艺路线上的不同技术，但是只有少数可以达到工业试验或工业应用阶段。

 

　　从热化学和能源的角度上看，有“碳”“氢”“电能”3种不同维度的还原方式。

 

　　传统的“碳基冶金”工艺（BF-BOF和SR）属于“碳”维度的还原方式。伴随着社会的发展，电能的使用程度不断加深，冶金工艺也朝着“氢”和“电能”维度进化。在这两种维度内包含直接还原工艺（DR），可将天然气、氢气，或者一氧化碳和氢气的混合气体等作为富氢还原性气体，将金属氧化物还原成金属。

 

　　现代钢铁冶炼技术中，最常采用的是氢气与一氧化碳的混合气体。常规状态下，采用焦炭作为还原剂，高炉炉气中的氢气含量可达到10%。采用COREX®、FINEX®等还原工艺时，氢气含量最高可达30%。

 

　　直接还原技术以富氢气体代替焦炭或煤等作为还原剂，可将高炉炉气中的氢气含量提高到60%~100%。目前主流的直接还原技术有基于竖炉的ENERGIRON®技术（氢气含量可小于85%）和MIDREX®技术（氢气含量可小于65%），以及基于流化床的FIOR/FINMET®技术和CIRCORED®技术（氢气含量可高达100%）。但是，由于流化床工艺技术成本过高，当竖炉工艺商业化成熟后或将被淘汰。

 

　　将绿色氢基的直接还原技术作为氢冶金的主流技术路线已成为当前业内共识。基于碳中和的总体目标，与采用传统高炉转炉技术的吨钢1.76吨碳排放量相比，采用绿色氢基直接还原技术的吨钢碳排放量仅为0.15吨，减少85%以上的二氧化碳排放。

 

　　目前，共有3项正处于实验室开发阶段的潜在技术：电解冶金技术（Electrowinning）、熔融氧化物电解技术（MOE）、氢等离子体熔融还原技术（HPSR）。