科技日報實習記者 陳汝健 通訊員 王志勇
“目前已經完成試驗高爐解剖前的準備工作，解剖后就能獲取爐內爐料結構和性狀變化的試驗數據。”河北省昌黎縣興國精密機件有限公司總經理周國成在高爐噴吹純氫冶煉技術開發試驗現場對科技日報記者介紹說，通過采用解剖試驗爐、打開黑箱的思路對高爐富氫冶煉進行深入研究，找到背后的科學規律，為構建完整的高爐富氫冶金技術理論和工藝奠定基礎，是此次試驗的一大亮點。
周國成表示，以純氫為噴吹氣源的高爐富氫冶煉技術開發試驗是由上海大學與昌黎縣興國精密機件有限公司聯合完成，為國內首次開發試驗。在試驗中系統運行正常，相關數據達到預期標準。通過此次試驗，實現了降低焦比10%以上，減少二氧化碳排放量10%以上和鐵產量增加13%以上，同時也獲得鋼鐵生產中大規模安全使用氫氣的寶貴經驗。
據了解，這套試驗系統以“可解剖打開式40立方米試驗爐”為核心，具備了供氫、富氫冶煉、爐頂煤氣循環噴吹和二氧化碳捕集分離等環節的數據監測、評估功能，這是我國首臺套富氫低碳高爐煉鐵領域專業化、半工業規模的科學實驗系統。
“氫與傳統煉鐵過程的耦合是此次項目試驗中的關鍵難題之一。”上海大學材料學院教授張玉文介紹說，氫氣和鐵礦石發生氧化還原反應吸熱，會造成高爐溫度下降。怎樣最大程度使用氫氣，還保障爐溫是技術難點。為此，技術團隊在試驗中采用富氧噴氫、裝料調控等手段解決了高爐富氫與傳統煉鐵過程的耦合協調問題。
張玉文教授告訴記者，這次試驗還突破了大規模氫氣供應和氫氣安全使用難題，要進行半工業化或工業化規模的純氫冶金試驗，大規模的氫源是基礎，但大規模使用氫，存在生產安全隱患。為此，科研人員充分借鑒氫能汽車領域的發展基礎，提出在試驗場地旁建設氫站用于儲存氫氣，利用高壓長管束車輸運，解決了氫源供給問題。同時參考交通運輸行業氫能使用經驗和操作規范，結合冶金行業應用環境特點，經過多次調整、優化設計，研制出滿足冶金行業大規模安全使用氫氣的工藝裝備，從工藝、硬件和智能自動化操作等多層面保障了規模用氫的安全。
張玉文教授說，氫冶金低碳技術就是用氫氣替代煤炭和焦炭，氫氣參與冶金過程的產物是綠色、無污染的水，能大幅降低碳排放，這是冶金過程中的關鍵革新性技術。此次富氫冶煉試驗純氫氣的噴吹量達到每小時1800立方米，噸鐵250立方米，系統研究了氫氣噴吹量變化對高爐冶煉過程的影響行為。
在當下“雙碳”的戰略下，將氫氣用于鋼鐵生產的氫冶金變革性技術，以減少高爐煉鐵過程中碳消耗和碳排放，這是鋼鐵產業優化能源結構和工藝流程、實現綠色低碳可持續發展的有效途徑之一。
據了解，為完成“以氫代碳”技術開發試驗，2019年，上海大學與興國公司達成“產學研用”戰略合作協議，共建“高端特殊（球墨）鑄鋼產品研發中心”和“低碳技術研發中心”，打造河北興國綠色鑄造與智能制造產業園。
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關鍵詞： 冶煉技術
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