中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 徐可可 報道
特約通訊員 藍義高 攝影
“鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)低碳綠色生產(chǎn)，要做好三件事：能源要轉型，原料要提質，工藝流程要創(chuàng)新。”10月25日，在第十四屆中國鋼鐵年會召開期間，中國工程院院士、中南大學教授姜濤在接受《中國冶金報》記者專訪時，重點闡述了鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)低碳生產(chǎn)的技術途徑。
圖為姜濤接受《中國冶金報》記者專訪
資料顯示，姜濤及其團隊開發(fā)出多種難處理鐵礦均熱高料層燒結、球團制備關鍵技術和復合造塊新工藝；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)出新型復合黏結劑，發(fā)明了一步高溫還原制備直接還原鐵新方法；構建了釩鈦磁鐵礦和鐵鋁復合資源綜合利用新流程。這些成果在全國大部分鋼鐵企業(yè)獲得應用并推廣至巴西、印尼、伊朗等國，推動了我國煉鐵精料、鎳鐵和直接還原鐵生產(chǎn)技術的升級換代，擴大了可利用的資源范圍。
結合團隊的研究方向，姜濤談及鋼鐵工業(yè)綠色低碳轉型時，從能源、資源轉型升級的角度給出了中肯的建議，提出了新的思路。
利用焦爐煤氣生產(chǎn)直接還原鐵是現(xiàn)階段我國最現(xiàn)實、可行的氫冶金路徑
“圍繞國家和行業(yè)‘雙碳’目標，現(xiàn)在鋼鐵業(yè)內已基本達成了一個共識，就是必須實現(xiàn)能源的轉型升級，因為從根源上來講，我們的鋼鐵生產(chǎn)基本上是以碳質燃料為能源的。”姜濤表示，“現(xiàn)在大家都在研究利用氫能。當然，氫能的應用還存在一些問題，比如從世界范圍來講，綠氫的大規(guī)模低成本制備、以及氫的儲存和運輸?shù)葐栴}尚未很好解決。不過，在低成本高效制氫的問題沒解決之前，并不影響我們部署開發(fā)氫冶金?！?/div>
姜濤進一步解釋道，我國天然氣嚴重缺乏，不能像歐美國家一樣現(xiàn)階段大量使用天然氣發(fā)展氫冶金。對我國來說，目前最現(xiàn)實、最可靠的技術路徑就是利用焦爐煤氣來生產(chǎn)直接還原鐵。焦爐煤氣的含氫量一般都比較高，可以達到60%以上。把里面的碳、氮、硫和水等成分脫出，把它富集以后拿來去生產(chǎn)還原鐵，這是一個目前我們國家發(fā)展氫冶金最現(xiàn)實的途徑。我國每年的焦炭產(chǎn)量大概在4.7億噸左右，其中約3.3億噸是用來鋼鐵冶煉生產(chǎn)的，每年會產(chǎn)生1800億立方米左右的焦爐煤氣。即使去掉鋼鐵廠內煉焦加熱、燒結點火、球團焙燒和軋鋼加熱所需的焦爐煤氣，仍然還有大概1100多億立方米的焦爐煤氣，具有生產(chǎn)1億噸以上直接還原鐵的潛能。
“利用焦爐煤氣發(fā)展氫冶金也可以通過富氫高爐的途徑實現(xiàn)，但是基于焦炭為能源發(fā)展起來的煉鐵高爐還不能擺脫對焦炭的依賴。目前在長、短流程煉鋼工藝共存的情況下，特別是在我們在近幾十年還不能脫離長流程煉鋼的情況下，利用長流程里面的焦爐煤氣來生產(chǎn)還原鐵是一個非常可行的途徑。我們要對已有的氫高爐和氫豎爐工藝進行總結、完善，然后進一步去推廣?！苯獫赋?。
此外，姜濤表示，其團隊也曾調查過利用煉油廠產(chǎn)生的富氫氣體和用煤制氫的技術路線，但都面臨比較復雜的問題。“從原理上講，用煉油廠產(chǎn)生的富氫氣體也可以用來生產(chǎn)直接還原鐵，但煉油廠自身沒有經(jīng)驗也沒有技術去建氫冶金裝備，而把煉油廠生產(chǎn)的富氫氣體輸送到鋼鐵廠還面臨長距離輸送等問題，這又推升了它的成本。煤制氫的技術現(xiàn)在也有很多人在研究，但目前的問題也是成本較高，而且煤制氫過程本身也會產(chǎn)生二氧化碳，這些問題都需要進一步研究解決。”姜濤解釋說。
全面提升鐵礦石品質是大勢所趨
除了能源外，鋼鐵綠色低碳生產(chǎn)還需要對資源進行轉型升級。
姜濤認為，目前我國鋼鐵生產(chǎn)的原料以鐵礦石為主，廢鋼少，電爐鋼的比例不到10%。去年我國使用廢鋼2.3億噸，而消耗的鐵礦石達14億噸左右。同時，我們使用的鐵礦石質量差，鐵品位低，雜質含量高，冶煉難度大。因此，資源轉型升級的大趨勢是增加廢鋼的用量。從現(xiàn)實條件看，我國經(jīng)過改革開放40年的發(fā)展，廢鋼的積蓄量已經(jīng)達到一定的規(guī)模。相關研究顯示，未來幾十年我國每年增加1000萬噸~1500萬噸的廢鋼，這為提高廢鋼資源的利用比例提供了基礎。
“由于長流程煉鋼工藝將在相當長一段時間存在，在近二、三十年內在我國可能仍占主導地位，我們必須重視和思考鐵礦石的質量問題?！敝?，姜濤重點談到了鐵礦石的提鐵降雜問題。
姜濤表示，目前我國使用的進口礦主要來自澳大利亞和巴西。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口礦總量的近70%。同時，我國每年產(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%。因此我國鋼鐵生產(chǎn)使用的鐵礦石平均品位在62%左右。
“這個品位跟發(fā)達國家，特別是跟歐美國家的鋼鐵生產(chǎn)原料相比，要低3~5個百分點以上。所以，我們要全面提升鐵礦石的質量，把鐵的品位平均提高3~5個百分點以上，并進一步降低鐵礦中的雜質含量，這樣就為實現(xiàn)綠色低碳生產(chǎn)奠定了基礎。這個道理很簡單，因為礦石含鐵越低，冶煉耗能就越高，碳排放量也就越大?！苯獫治龅?。
但是，提高鐵礦石品位意味著更高的選礦成本。對此，姜濤表示，鋼鐵企業(yè)要算“綜合賬”。
“在現(xiàn)有基礎上將鐵礦石品位提高3~5個百分點，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)帶來更大的綜合效益。所以，面向鋼鐵‘雙碳’目標和日益加劇的國際競爭，我國含鐵原料轉型升級勢在必行，對于現(xiàn)有技術可以進一步分選富集的鐵礦原料，不論是進口礦還是國內礦，建議都要根據(jù)礦石的性質和特點考慮采用磨選、再選或再磨再選方案進一步提升鐵礦品質?！苯獫f。
“總體來講，全面提升鐵礦石品質是大勢所趨。品質主要表現(xiàn)在兩個方面：一是鐵品位高，二是其他雜質含量低?！苯獫J為，“我們發(fā)展氫冶金，其中，豎爐氫還原工藝對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，我們對高品質鐵礦石的需求量會大幅度增加?！?/div>
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，必須先制成燒結礦和球團礦，所以如何制備性能優(yōu)越、清潔綠色的冶煉爐料，也是未來促進鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳的一個重要領域。
“目前，一些鋼鐵企業(yè)在發(fā)展氫冶金的過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其還原爐對球團礦的品質要求不同于傳統(tǒng)的高爐冶煉。氫還原速度快，會造成球團膨脹、粉化，從而導致窯內粉末多、鐵回收率低，甚至在窯內結塊而影響正常生產(chǎn)。新工藝對爐料提出了新要求，是我們未來需要共同研究解決的一個新課題?！苯獫詈笳f道。
來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)
編輯：張雨恬
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