巍巍天山可以作证：七十多年前，在天山脚下头屯河畔的茫茫戈壁上，建设者们刨冰化雪、人拉肩扛，自力更生建设了新疆第一座钢厂，极大地促进了边疆的经济建设，巩固了国防。七十年后，在同一片热血的土地上，通过革命性、颠覆性创新技术研发，宝武人独立自主走出了一条低碳冶金可持续发展之路，唱响了钢铁的绿色赞歌。10月26日，八钢2500立方米富氢碳循环氧气高炉（HyCROF）实现全氧冶炼、煤气自循环工艺全线贯通。这个世界上首座HyCROF商业示范项目，为全球高炉低碳冶炼指明了方向。熊熊燃烧的炉火，不仅映照着钢铁工业辉煌的历史，更照亮了未来。在国家碳达峰、碳中和总体目标和发展战略的指引下，宝武立足传统长流程钢铁生产工艺实际，为全球钢铁行业绿色低碳转型提供的“中国方案”，在世界钢铁科技发展上镌刻下“宝武印记”。宝武党委书记、董事长胡望明强调，宝武将始终牢记席大大总书记殷殷嘱托，坚定不移走绿色低碳发展之路，勇攀科技高峰，加快转型升级，大力推动“老大”变“强大”，铸就钢铁强国。而富氢碳循环氧气高炉（HyCROF）正是宝武以科技创新打通钢铁行业低碳发展路径，打造工业绿色低碳原创技术策源地的发力点之一。钢铁被称为“工业粮食”，是应用最为广泛的工业基础原材料，是国家工业安全的基石。钢铁工业在国民经济中发挥着举足轻重的作用，是我国经济发展的“压舱石”和“稳定器”。但不可否认的是，作为能源消耗高密集型行业，钢铁行业是制造业31个门类中碳排放量的大户，碳排放总量控制压力十分巨大。首当其冲的，就是长流程钢铁企业的高炉炼铁系统。由于大量使用碳作为热源和还原剂，高炉成为了钢铁企业碳排放最主要的工序，约70%的能源消耗在高炉工序。自19世纪中期开始不断发展成熟至今的现代高炉炼铁技术，在长达1个多世纪的时间里，已成为全球长流程钢铁企业生产流程中必要工序、不二之选，为世界各地社会经济发展作出了不可替代的贡献，支撑了人类文明进步发展。我国是世界最大的钢铁生产以及消费国，约90%的产能规模是高炉——转炉的传统长流程生产工艺，固定资产数以万亿计。如果高炉由于未能顺利实现绿色低碳转型而被摒弃，大量的固定资产将变成沉没资产，损失巨大。在双碳背景下，传统高炉何去何从成为冶金人乃至整个社会不可回避的问题。现有传统钢铁工艺流程的吨铁燃料消耗已接近理论极限，不做重大变化，降低燃料消耗、减少二氧化碳排放的空间十分有限。开展前瞻性、颠覆性、突破性创新技术研究，走出一条符合我国国情的长流程钢铁工艺绿色低碳发展之路，成为我国钢铁行业迫切需要解决的难题。“高炉长流程工艺的减碳能力一直以来都没有被充分论证和实践。”八钢公司总经理助理、碳中和首席代表、碳中和办公室主任许晓兵说。现在大高炉的一氧化碳利用率只有50%出头，小高炉则更低。也就是说，一半的一氧化碳通过炉顶煤气散发了。目前通常的做法是余压回收一氧化碳用于发电、烧热风炉等。因此，传统高炉在减碳方面拥有巨大潜力。如果利用高炉依然能够实现碳达峰、碳中和，那么这一古老的反应器将在未来人类社会发展中继续发挥巨大作用，延续曾经的辉煌！传统长流程高炉冶金工艺简单来说就是用碳将铁矿石内的氧化铁还原成为金属铁。选择煤炭、焦炭作为还原剂和发热剂，通过燃烧生成一氧化碳、二氧化碳发热，使渣和铁成为液态，实现分离后成为铁水。传统高炉，大量煤气都作为燃料使用。如果能够通过分离高炉煤气中的一氧化碳和二氧化碳，将分离出的一氧化碳通过高炉风口重新吹入、循环使用，大幅提高一氧化碳利用率，充分发挥煤气化学能的潜力，就能实现高炉的大幅减碳。许晓兵说，这个道理对于学冶金的人来说都能理解，目前在这个领域的研究也很多，但大都处于实验室研究或半工业化中试阶段，尚未实现真正意义上的工业化应用。对于宝武来说，推进绿色低碳转型从来不是一时兴起的行动，早年前就有过不同程度的探索和研究。而这些目标一致、方法路径各有不同的实践，为HyCROF技术的最终问世做了充分的准备。早在2005年，当时的宝钢建成了设计年产能150万吨、当时全世界最大COREX炉。由于国内外原燃料结构的差异，COREX炉的运行和经济性受到了前所未有的挑战。2011年，COREX炉搬迁至新疆八钢后（后更名为欧冶炉），走出一条适合国情、高性价比之路。2015年，提出冶金煤化工的概念并在八钢进行探索，摸索煤气高效利用的路径和方法。2016年，宝武与北科大建立了内容积达2.2立方米的风口回旋区热态试验装置，得到了关键技术参数。2017至2019年，在全氧冶炼的八钢欧冶炉上对实现煤气循环的关键问题进行了研究。在理论研究和欧冶炉实证试验的基础上，形成了富氢碳循环高炉的技术方案。2019年，宝武在宝钢股份大型高炉上开展了高炉富氢冶炼工业试验，摸清了富氢之后的变化规律。“欧冶炉实现了全氧冶炼、炉顶煤气一氧化碳和二氧化碳分离、一氧化碳循环喷吹。”八钢公司首席绿色低碳专家田宝山说，从八钢引入欧冶炉开始，我们就逐步学着“跨界”，改变传统高炉操作、管理的习惯性思维，融入化工的相关标准。这也为我们探索富氢碳循环全氧高炉在认识、习惯、能力上做了准备。2020年7月15日，宝武低碳冶金试验平台建立，利用八钢公司原有的2号430立方米高炉开展工业试验。HyCROF技术虽然在原理上没有问题，但真正付诸实践时，无数需要解决和突破的技术难题就横梗在眼前。“刚开始时特别迷茫，又没有经验可以借鉴，还有很多质疑的声音，压力非常大。”田宝山说。比如说煤气加热，这对冶金界来说，过去是想都不敢想的事情，都非常担心安全的问题。宝武花了两年时间来探讨研究如何实现对还原煤气进行安全高温加热并输送到HyCROF。开发了蓄热式、电加热式两种煤气加热工艺，来确保煤气加热过程的安全。全新的工艺对装备等都提出了新的要求。“原创性创新不是单独一个公司一个单位就能完成的。”许晓兵说，“HyCROF项目推进过程中，宝武一基五元的兄弟单位都协同支撑，甚至外部科研院所、相关公司都无条件配合”。2020年7月，全球首个400立方米工业级别的HyCROF在新疆八钢正式点火投运。经过不断地试验探索与实践，HyCROF逐步完成了100%全氧冶炼工况条件下的喷吹脱碳煤气和富氢冶炼的工业化生产试验探索，开展了煤气自循环等关键技术难题，打通了富氢碳循环全氧高炉工艺全流程。“我们干的是一项伟大的事业，对未来钢铁对子孙后代有重大影响的项目，意义非凡。”2500立方米HyCROF商业示范项目工程组副组长田庄说，“我一定要找机会带着孩子、爱人围着炉子转一圈，让他们亲眼看一看我们努力的成果。”HyCROF能否真正商业化运行、推广，经济性是绕不开的话题，尤其在当前钢铁行业进入周期性调整，市场形势极为严峻的情况下。HyCROF是否会提高整个生产过程的成本，从而削弱产品的成本竞争力，这是大家普遍的担心。HyCROF的试验结果却带来意外的惊喜。据宝武工程科学家、低碳冶金中心副主任袁万能在2500立方米HyCROF商业示范项目点火开炉仪式上披露的数据显示：HyCROF技术具有安全、稳定、顺行、高效，抗波动能力强、制造成本低，与传统制造流程匹配性好等特点。事实证明，HyCROF技术在减碳的同时更能提升效能，降低成本！2022年11月，基于400立方米级HyCROF取得的研发成果，宝武决定将该工艺技术移植在八钢2500立方米大中型高炉上，进一步开展HyCROF大型化关键技术研究。“这是公司在这个规模的项目中，决策最快的一次。”许晓兵说，“一方面是绿色低碳转型的迫切需求，另一方面八钢也有增强成本竞争力应对严峻市场形势的内在动力”。按照八钢公司总体规划，分步实施的原则，下一步，HyCROF技术还将结合光伏发电、冶金电气化、钢化联产、二氧化碳驱油与封存等 CCUS 项目，在新疆八钢打造出世界首条钢铁全产业链的碳中和示范生产线。2500立方米HyCROF商业示范项目从实施伊始便以可移植、易推广为原则。田庄介绍说，在项目设计上大力控制成本，在原有设施基础上插入式改建，坚持以最少的投入达到要求的使用效果。此外，考虑到很多城市钢厂的用地条件，因此项目布局时尽量紧凑，减少单位占地，以满足更多不同类型钢厂的改建需要。茨威格在《人类的群星闪耀时》一书中写道：“充满戏剧性和命运攸关的时刻在个人的一生中和历史的进程中都是难得的，这种时刻往往只发生在某一天、某一小时甚至某一分钟，但它们的决定性影响却超越时间……它们宛若星辰一般永远散射着光辉，普照着暂时的黑夜。”在漫漫历史长河中，钢铁行业的绿色低碳转型或许是白驹过隙、忽然而已。而生逢其时的宝武人以自身的奋斗与努力、毅力与坚定，在这历史的瞬间深深烙下了属于我们的印记！(源于：中国宝武）
2023-10-31
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