湛江鋼鐵官方發(fā)布了一則新聞——《國內(nèi)首套百萬噸級氫基豎爐順利通過周達產(chǎn)功能考核》，隨后世界金屬導(dǎo)報、中國冶金報社等國內(nèi)主流冶金媒體紛紛轉(zhuǎn)載，共同見證了中國鋼鐵工業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型道路上邁出的堅實步伐。此項目承載著我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)綠色升級與技術(shù)創(chuàng)新的重要使命，重要性可想而知。

從報道來看，筆者摘取幾個關(guān)鍵要素：

1、可同時使用焦爐煤氣、天然氣、氫氣作為原料氣，比例可靈活調(diào)整，具備從富氫、高氫至全氫還原的試驗條件。

2、目前實現(xiàn)連續(xù)168小時DRI總產(chǎn)量達21620噸、金屬化率達94%以上。

3、成功驗證了高氫（70%氫氣含量）冶煉條件。

什么是氫基豎爐？今天來初步聊聊！

氫冶金的誕生背景

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護意識的增強，碳達峰、碳中和已成為全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主旋律。中國作為碳排放大國，提出了到2030年前實現(xiàn)二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的目標。鋼鐵行業(yè)作為碳排放的重要來源之一，其低碳轉(zhuǎn)型顯得尤為重要。

鋼鐵生產(chǎn)過程中，常用焦炭作為還原劑，在高爐中和鐵礦石發(fā)生還原反應(yīng)，生產(chǎn)鐵水。

Fe2O3?+3C→2Fe+3CO

2CO+O2?→2CO2

千百年以來，人們一直按照這個方程式的原理進行煉鋼，并無不妥之處，只是過程中產(chǎn)生二氧化碳排放到了現(xiàn)在被認為是溫室氣體，是全球變暖的“罪魁禍首”。而且，整個鋼鐵行業(yè)每年排放的二氧化碳總量占全球溫室氣體排放總量為7%左右。

于是，鋼鐵行業(yè)就背上了減碳的壓力。怎么辦？

有過初中化學背景知識的讀者，肯定會想到，換還原劑唄！把碳換成氫氣！

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

生成無色無味的水！一切問題迎刃而解！

將理論轉(zhuǎn)換成實踐，盡管原理的理解是基礎(chǔ)且至關(guān)重要的，但往往最大的難度并不在于原理本身，而在于實踐過程中所面臨的種種挑戰(zhàn)和復(fù)雜性。

氫冶金的三種主要反應(yīng)器

正如傳統(tǒng)煉鐵主要在高爐這個反應(yīng)器里面進行，氫冶金也需要一個反應(yīng)器，冶金專家學者通過探索，目前主流的反應(yīng)器有三種：豎爐法、熔融還原法和流化床法。

1.豎爐法

用氫氣作為還原劑，在豎爐中直接還原鐵礦石或含鐵物料以生產(chǎn)直接還原鐵（DRI）或熱壓塊鐵（HBI）的技術(shù)。

湛江鋼鐵報道的這個技術(shù)就是豎爐法，豎爐法再細分的話，目前有Midrex技術(shù)、HYL-III技術(shù)、ENERGIRON ZR (零重整)技術(shù)等幾大流派。

氫基豎爐是目前鋼鐵行業(yè)主流的、成熟度相對較高的技術(shù)，簡單理解就是，目前全世界有很多的豎爐，只不過基本用的是天然氣，現(xiàn)在雙碳背景下，需要從天然氣向氫氣進行改變。

湛江鋼鐵已經(jīng)實現(xiàn)了70%氫氣含量的冶煉條件，未來會100%氫氣嗎？筆者不是這方面專家，這里直接引用專家的觀點——難度很大：

不過，這也沒有難住冶金工作者，今年上半年，我國純氫冶金取得突破！中國鋼研在山東臨沂市的全球首條純氫冶金生產(chǎn)線上，實現(xiàn)了純氫冶金豎爐常態(tài)金屬化率達96%以上。當然，這只是一條中試線，未來的商業(yè)化道路，還有很長的路要走。

2.熔融還原法

這是一種將鐵礦石、煤或其他含碳物質(zhì)與氫氣混合后，在高溫下熔融還原生成鐵水的技術(shù)。

國內(nèi)，2021年的時候，建龍集團內(nèi)蒙古賽思普運用氫基熔融還原新工藝，投產(chǎn)了年產(chǎn)30萬噸的氫基熔融還原項目，但目前沒有最新公開報道。

另外，筆者曾經(jīng)科普過的HIsmelt技術(shù)，也屬于熔融還原法。

聊一聊邢鋼引進的非高爐煉鐵技術(shù)（HIsmelt）

3.流化床法

這是一種利用流化床反應(yīng)器進行鐵礦石還原的技術(shù)。在流化床中，氫氣與鐵礦石顆粒充分接觸并發(fā)生還原反應(yīng)，生成金屬鐵。該技術(shù)具有反應(yīng)速度快、還原效率高、易于控制等優(yōu)點。

應(yīng)該說，這是一項非常“激進”的方法了。豎爐法有個最大的缺點，就是對鐵礦石的品位要求非常高，其要求鐵精粉的品位達到68%以上，且脈石含量低于4%，同時還需要球團工序，變成球團礦之后才能在豎爐中進行反應(yīng)。但是，流化床法要求就沒那么高了，使用粉礦是流態(tài)化床直接還原的特點之一，可省去燒結(jié)及燒結(jié)工序，節(jié)省能耗、消除環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本。

目前，國際上，韓國浦項HYREX技術(shù)就是基于流化床的氫還原技術(shù)。

據(jù)了解，2023年6月，浦項在位于慶尚北道的浦項廠動工建設(shè)一座年產(chǎn)30萬噸氫基直接還原中試工廠，計劃于2026年投產(chǎn)。根據(jù)浦項的規(guī)劃，2031年，POSCO將在浦項廠建成氫基直接還原廠。到2032年，在光陽廠開工建設(shè)氫基直接還原廠。

國內(nèi)，鞍鋼2022年9月在鲅魚圈基地開工建設(shè)綠氫零碳流化床高效煉鐵新技術(shù)示范項目，計劃形成萬噸級流化床氫氣煉鐵工程示范。按照當時的報道，該項目預(yù)計2023年投入運行。不過，目前尚無最新的報道。

綜上所述，氫冶金豎爐法、熔融還原法和流化床法作為氫冶金技術(shù)的三種主要反應(yīng)器類型，在全球和國內(nèi)均取得了一定的研究進展。然而，由于技術(shù)復(fù)雜性和成本等因素的限制，這些技術(shù)仍需進一步的研究和示范驗證以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。