中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
記者 徐可可 報道
特約通訊員 藍義高 攝影
“鋼鐵工業實現低碳綠色生產，要做好三件事：能源要轉型，原料要提質，工藝流程要創新。”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實現低碳生產的技術途徑。
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；研發出紅土鎳礦制備鎳鐵的高溫熔煉新渣型和固態還原—磁選新工藝；研發出新型復合黏結劑，發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。
利用焦爐煤氣生產直接還原鐵是現階段我國最現實、可行的氫冶金路徑
“圍繞國家和行業‘雙碳’目標，現在鋼鐵業內已基本達成了一個共識，就是必須實現能源的轉型升級，因為從根源上來講，我們的鋼鐵生產基本上是以碳質燃料為能源的。”姜濤表示，“現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，綠氫的大規模低成本制備、以及氫的儲存和運輸等問題尚未很好解決。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氫冶金。”
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階段大量使用天然氣發展氫冶金。對我國來說，目前最現實、最可靠的技術路徑就是利用焦爐煤氣來生產直接還原鐵。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還原鐵，這是一個目前我們國家發展氫冶金最現實的途徑。我國每年的焦炭產量大概在4.7億噸左右，其中約3.3億噸是用來鋼鐵冶煉生產的，每年會產生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1億噸以上直接還原鐵的潛能。
“利用焦爐煤氣發展氫冶金也可以通過富氫高爐的途徑實現，但是基于焦炭為能源發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。”姜濤指出。
此外，姜濤表示，其團隊也曾調查過利用煉油廠產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，用煉油廠產生的富氫氣體也可以用來生產直接還原鐵，但煉油廠自身沒有經驗也沒有技術去建氫冶金裝備，而把煉油廠生產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，鋼鐵綠色低碳生產還需要對資源進行轉型升級。
姜濤認為，目前我國鋼鐵生產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。從現實條件看，我國經過改革開放40年的發展，廢鋼的積蓄量已經達到一定的規模。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。”之后，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%。因此我國鋼鐵生產使用的鐵礦石平均品位在62%左右。
“這個品位跟發達國家，特別是跟歐美國家的鋼鐵生產原料相比，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，這樣就為實現綠色低碳生產奠定了基礎。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。”姜濤分析道。
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，鋼鐵企業要算“綜合賬”。
“在現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，還要算產生的效益，高品位鐵礦石在節能、增產、降碳方面能為企業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。”姜濤說。
“總體來講，全面提升鐵礦石品質是大勢所趨。品質主要表現在兩個方面：一是鐵品位高，二是其他雜質含量低。”姜濤認為，“我們發展氫冶金，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。”
姜濤特別指出，由于現階段所有的鐵礦粉、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越、清潔綠色的冶煉爐料，也是未來促進鋼鐵行業節能降碳的一個重要領域。
“目前，一些鋼鐵企業在發展氫冶金的過程中已經發現，其還原爐對球團礦的品質要求不同于傳統的高爐冶煉。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。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。”姜濤最后說道。
