科技日報實習(xí)記者 陳汝健  通訊員 王志勇

“目前已經(jīng)完成試驗高爐解剖前的準(zhǔn)備工作，解剖后就能獲取爐內(nèi)爐料結(jié)構(gòu)和性狀變化的試驗數(shù)據(jù)。”河北省昌黎縣興國精密機件有限公司總經(jīng)理周國成在高爐噴吹純氫冶煉技術(shù)開發(fā)試驗現(xiàn)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(jìn)行深入研究，找到背后的科學(xué)規(guī)律，為構(gòu)建完整的高爐富氫冶金技術(shù)理論和工藝奠定基礎(chǔ)，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(shù)開發(fā)試驗是由上海大學(xué)與昌黎縣興國精密機件有限公司聯(lián)合完成，為國內(nèi)首次開發(fā)試驗。在試驗中系統(tǒng)運行正常，相關(guān)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。通過此次試驗，實現(xiàn)了降低焦比10%以上，減少二氧化碳排放量10%以上和鐵產(chǎn)量增加13%以上，同時也獲得鋼鐵生產(chǎn)中大規(guī)模安全使用氫氣的寶貴經(jīng)驗。

據(jù)了解，這套試驗系統(tǒng)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(huán)噴吹和二氧化碳捕集分離等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)監(jiān)測、評估功能，這是我國首臺套富氫低碳高爐煉鐵領(lǐng)域?qū)I(yè)化、半工業(yè)規(guī)模的科學(xué)實驗系統(tǒng)。

“氫與傳統(tǒng)煉鐵過程的耦合是此次項目試驗中的關(guān)鍵難題之一。”上海大學(xué)材料學(xué)院教授張玉文介紹說，氫氣和鐵礦石發(fā)生氧化還原反應(yīng)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(shù)難點。為此，技術(shù)團(tuán)隊在試驗中采用富氧噴氫、裝料調(diào)控等手段解決了高爐富氫與傳統(tǒng)煉鐵過程的耦合協(xié)調(diào)問題。

張玉文教授告訴記者，這次試驗還突破了大規(guī)模氫氣供應(yīng)和氫氣安全使用難題，要進(jìn)行半工業(yè)化或工業(yè)化規(guī)模的純氫冶金試驗，大規(guī)模的氫源是基礎(chǔ)，但大規(guī)模使用氫，存在生產(chǎn)安全隱患。為此，科研人員充分借鑒氫能汽車領(lǐng)域的發(fā)展基礎(chǔ)，提出在試驗場地旁建設(shè)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(yè)氫能使用經(jīng)驗和操作規(guī)范，結(jié)合冶金行業(yè)應(yīng)用環(huán)境特點，經(jīng)過多次調(diào)整、優(yōu)化設(shè)計，研制出滿足冶金行業(yè)大規(guī)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(guī)模用氫的安全。

張玉文教授說，氫冶金低碳技術(shù)就是用氫氣替代煤炭和焦炭，氫氣參與冶金過程的產(chǎn)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(guān)鍵革新性技術(shù)。此次富氫冶煉試驗純氫氣的噴吹量達(dá)到每小時1800立方米，噸鐵250立方米，系統(tǒng)研究了氫氣噴吹量變化對高爐冶煉過程的影響行為。

在當(dāng)下“雙碳”的戰(zhàn)略下，將氫氣用于鋼鐵生產(chǎn)的氫冶金變革性技術(shù)，以減少高爐煉鐵過程中碳消耗和碳排放，這是鋼鐵產(chǎn)業(yè)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和工藝流程、實現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。

據(jù)了解，為完成“以氫代碳”技術(shù)開發(fā)試驗，2019年，上海大學(xué)與興國公司達(dá)成“產(chǎn)學(xué)研用”戰(zhàn)略合作協(xié)議，共建“高端特殊（球墨）鑄鋼產(chǎn)品研發(fā)中心”和“低碳技術(shù)研發(fā)中心”，打造河北興國綠色鑄造與智能制造產(chǎn)業(yè)園。

受訪者供圖

關(guān)鍵詞： 冶煉技術(shù)