高爐是極高效率的反應器,能為煉鋼提供最潔凈的原料,其效率和地位都是其它工藝不能完全替代的,把高爐工藝放棄實在太可惜。四十年前,我在北京鋼鐵學院上學,當時就有教授提出要“打倒高爐”。但是四十年過去了,我從二十歲到六十歲,坐在今天的位置上,就要為“保衛高爐”而戰,為煉鐵的榮譽而戰。
今天來看,如果高爐能實現碳減排碳中和,是完全能在未來鋼鐵生產中發揮巨大作用的,中國寶武這幾年在新疆八一鋼鐵廠探索的富氫碳循環高爐技術,有望繼續延續高爐的輝煌。實驗表明,以富氫碳循環為主要技術手段,最大程度利用碳的化學能,以降低高爐還原劑比為方向,加上綠色電加熱和原料綠色化技術措施,是有可能實現高爐流程的大幅減碳的。富氫碳循環高爐技術特點的關鍵是全氧,傳統高爐是空氣鼓風,COREX煉鐵工藝是全氧鼓風。
近幾十年來,隨著制氧技術的發展和制氧成本的大幅度降低,完全有可能將COREX全氧冶煉技術移植到高爐上進行嘗試。如果高爐實現全氧鼓風,那么高爐爐頂煤氣中的大量氮氣就不會出現,高爐煤氣就可以很容易實現CO和CO?的分離,CO?回收利用后,剩下的高濃度CO再通過管道輸送到風口和爐身,實現CO和H?重新富集成高還原勢的煤氣,重新回用至高爐,用于還原鐵礦石,這就是我們說的碳循環。通過這樣的碳循環,實現碳化學能的完全利用。有了煤氣循環,大量使用富氫物質就不會浪費氫的化學能了,氫也可以在高爐循環,從而降低高爐流程對化石能源的消耗。
這項技術中國寶武已經做了多年試驗,這是寶武當前進行碳循環的工作重點。我們很大的壓力是因為占寶武近94%的流程都是高爐長流程,總資產以數千億計。如果高爐流程不能延續了,那中國寶武數千億計的長流程資產將歸零,這對整個資產的保值將會帶來巨大壓力。所以延續高爐長流程,實現長流程的碳中和是中國寶武現在工作的重點。
除了高爐本身之外,我們圍繞高爐碳循環考慮采用以下幾方面技術:
一是綠色電加熱。過去冶金工廠將高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣循環使用,傳統觀念認為將這些煤氣用來加熱、發電是高效化利用,隨著低碳冶金的推進,把煤氣這種化學能作為加熱能源來源是一種非常奢侈的行為。化學能在冶金工廠中只能用于還原,只能用于化學過程,而所有加熱過程,應該想盡一切辦法用綠電來實現電加熱。比如目前高爐的典型配套設施是4個熱風爐,熱風爐通過高爐煤氣的燃燒加熱蓄熱室,進而加熱鼓風。但是未來就要考慮用電加熱煤氣來進行循環。
二是微波燒結預還原技術。就是通過微波來實現燒結造塊礦,而不是過去的焦粉煤粉加熱燒結。微波燒結成燒結礦后還有高溫余熱,我們設想通過氫跟氧化鐵的還原吸熱效應,既起到冷卻的效果,又實現了燒結礦的預還原,從而提高燒結礦的金屬化率,降低燒結礦進入高爐以后對高爐還原劑的消耗,實現減碳的目的。
三是我們在轉爐的鋼包、中間包,軋鋼的鋼坯加熱全流程推行電加熱,將煤氣加熱爐窯變成綠色電加熱爐窯。
四是新型爐料技術,包括預還原爐料和碳鐵復合爐料,將這些新型爐料與常規爐料一同加入高爐,可以利用金屬鐵的催化作用,一方面減輕高爐還原負擔,另一方面改善高爐內還原動力學條件,提升爐身效率,從而來改善我們高爐的爐料條件,達到減少燃料消耗、降低CO?排放的效果。這是我們圍繞著富氫碳循環高爐所做的一系列工藝創新。