田晨阳
氢基直接还原铁技术是一种使用氢气代替化石燃料生产铁的创新技术，可以显著减少炼铁过程中的二氧化碳排放量。目前，100%使用氢气生产直接还原铁的工艺尚未在全球范围内实现商业化。近日，浦项制铁发布了一份低碳炼铁工艺深度分析报告，其中介绍的无碳氢基直接还原炼铁工艺——HyREX工艺引起了业界广泛关注。
根据该报告，HyREX工艺是在浦项制铁自主研发的FINEX炼铁工艺基础上，利用氢气和铁矿粉生产钢铁。该工艺旨在用熔融气化炉取代现有的使用煤炭的高炉，且无需烧结、焦化工序。
HyREX工艺采用的流化床反应器与传统气基竖炉有以下区别：
一是原材料不同。传统气基竖炉采用球团矿，铁矿石经破碎筛分后加工成一定尺寸的圆球，而流化床反应器采用的是铁矿粉，无需加工。
二是原材料与还原气体的接触方式不同。在传统气基竖炉中，氢气从下至上穿过铁矿石之间的空隙，发生还原反应。竖炉的透气性对于氢气能否顺利穿过铁矿石之间的空隙很重要，因此铁矿石需要被加工成一定尺寸的球团矿，以便生产。在流化床反应器中，高温还原气体通过反应器底部的孔状网格均匀分布，使铁矿粉流化后像混合液体一样发生还原反应，还原后的铁矿粉经过多级反应器后成为直接还原铁。
三是碳排放强度的差异。一般来说，竖炉生产1吨直接还原铁会排放50千克~150千克的二氧化碳。这就意味着该工艺要实现二氧化碳净零排放，必须使用风能或太阳能等绿色能源来制造球团矿，而使用铁矿粉的流化床反应器则不会存在这样的问题。
此外，HyREX工艺还具有其他两个方面的优势：
一是在材料供应方面，铁矿粉比球团矿更容易确保供应稳定，且铁矿粉不需要再加工，经济效益相对较高。相关数据显示，2020年全球铁矿石产量为18亿吨，球团矿的供应量为4.2亿吨。根据国际钢铁与金属协会(IIMA)预测，到2030年，如果不对材料生产和绿色冶炼技术等加大投资，全球将面临直接还原铁用球团矿供应短缺的问题。
二是在温度控制方面，流化床反应器比传统气基竖炉更具优势。还原炉的温度控制在氢基直接还原铁中至关重要，如果还原炉内部温度过低，则会导致铁水质量缺陷。使用煤炭或天然气等化石燃料的还原反应是一种放热反应，而采用氢气的还原反应是一种吸热反应，需要从外部连续向还原炉内输送热量并对其进行合理控制，以防止产生缺陷。流化床反应器由多个不同的反应器组成，反应器呈阶梯状排列，可从外壁和底部注入额外的氧气控制炉内温度。然而，传统的气基竖炉由单级还原炉组成，整个还原炉的温度仅能通过从底部注入氧气来控制，致使还原炉顶部的温度极易变低。
据了解，目前浦项制铁正计划与韩国政府一起，以FINEX工艺和流化反应器为基础，推动HyREX工艺深入开发，到2028年在浦项钢铁厂建成年产100万吨直接还原铁的设施，以检验HyREX工艺实现商业化的可能性。此外，浦项制铁还将开发一种新型电炉炼钢技术。
浦项制铁自1992年开始研发FINEX工艺，并于2007年实现商业化，截至目前已经成功生产了3400万吨的熔融金属。浦项制铁计划从2025年开始在没有试点试验的情况下直接进入到HyREX工艺的示范生产阶段。此外，浦项制铁计划到2050年分阶段将浦项钢铁厂和光阳钢铁厂的现有生产工艺全部改成氢基直接还原铁工艺，并实现企业运营碳中和。
《中国冶金报》（2022年08月12日02版二版）
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