在全球低碳冶金創新論壇上的主旨演講
（2021年11月18日）
尊敬的各位來賓：
大家下午好！
我交流的題目是“中國寶武碳中和行動方案”。全球氣候變化已經給全人類的可持續發展帶來了嚴重的威脅和嚴峻的挑戰，減排溫室氣體已經成為世界共識。2020年9月22日，習近平主席代表中國向世界作出了“2030年碳達峰、2060年碳中和”的承諾。時隔僅僅一年，2021年9月22日，中國發布了《關于完整準確全面貫徹新發展理念，做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》，明確了時間表、路線圖、施工圖。2021年11月1日，習近平主席向《聯合國氣候變化框架公約》第二十六次締約方大會世界領導人峰會發表書面致辭中進一步呼吁：要維護多邊共識，增強互信，加強合作；要聚焦務實行動，加速綠色轉型，以科技創新為驅動，推進能源資源、產業結構、消費結構轉型升級，探索發展和保護相協同的新路徑。今天我們舉辦創新論壇的主題是“技術創新引領鋼鐵低碳發展”。在此，我借助論壇的平臺，從“我們的責任、我們的方向、我們的行動”三個部分，介紹中國寶武的綠色低碳創新發展行動方案。
第一部分：我們的責任
中國政府已多次在不同場合向國際社會作出了鄭重承諾，將加大自主貢獻力度，積極應對氣候變化。中國寶武作為全球最大鋼鐵企業，帶頭實現碳中和更是責無旁貸。
中國寶武產業布局是“一基五元”，“一基”指的就是鋼鐵主業，碳排放主要來自鋼鐵板塊，今天我們討論的話題點也是鋼鐵的減碳策略。2020年中國寶武的粗鋼產量達到1.15億噸，分布在17個鋼鐵基地。中國寶武的鋼鐵制造基本是以長流程為主，電爐鋼占比只有6.5%。由于各鋼鐵基地的能源結構、產品結構有較大差別，碳排放強度差別較大，對于中國寶武來說，不可能用一兩種方式來實現整個集團的鋼鐵轉型發展，因為各個基地的資源、環境條件差異很大，所以碳減排對中國寶武有著比同行更嚴峻的挑戰。
中國寶武已經向社會承諾，以2020年為基準，2035年降低碳排放30%至每噸鋼1.3噸，力爭2050年實現碳中和，這個目標不會變。年初，我們向黨中央報告了中國寶武關于推進碳達峰、碳中和工作及低碳冶金的有關情況，習近平總書記對中國寶武的“雙碳”工作方案作了批示，給予了充分肯定。
第二部分：我們的方向
中國寶武碳中和冶金技術主要包括:極致能效、富氫碳循環高爐、氫基豎爐、近終形制造、冶金資源循環利用和碳回收及利用等六方面的內容。
第一，關于極致能效。世界鋼協數據表明，過去50年鋼鐵行業噸鋼能耗降低61%，能源強度尚有15-20%的下降潛力。全流程能源效率提升是鋼鐵行業目前減碳的優先工作。瞄準余熱余能資源化、提升界面能效的創新與應用，挑戰極致能效，實現應收盡收。在既有能耗前提下，聚焦鋼鐵能源領域共性難題技術突破、中低溫余熱資源的深度回收利用、余壓資源潛力充分發揮和副產煤氣極限回收和資源化，挖掘余熱余能潛力，推進最佳可適用商業技術對標應用及二次開發，不斷去除鐵鋼、鋼鑄、鑄軋工序之間的“活套”，實現極致的能源效率。如果讓中國寶武今天再建一座全流程鋼廠，我們一定會想方設法讓高爐和轉爐建在同一廠房里，從而實現一罐到底。中國寶武最近主要有三個聚焦點，一是冶金爐渣顯熱充分利用。我是搞煉鐵出身，以前用沖水冷卻高爐渣是先進工藝，但是今天來看爐渣顯熱浪費太大；二是提高鐵鋼之間魚雷罐車周轉次數。過去我們的魚雷罐車像糖葫蘆似的一串串拉著運輸，最近寶鋼股份已實現單個魚雷罐車電動運輸，大大提高周轉次數，以前一天最多周轉3.5次，現在目標是一天周轉8次，這樣可以大幅度降低鐵鋼之間的鐵水溫降；三是實現鑄軋之間的熱裝熱送，最好是能夠實現直接軋制。這就是我們在能源效率方面的三項重點工作：高爐爐渣顯熱、鐵鋼界面、鑄軋界面。用簡單的話來總結中國寶武挑戰極致能效的目標，就是“消滅活套、應收盡收”這八個字。
第二，關于富氫碳循環高爐。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?；瘜W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。
第三，關于氫基豎爐。用氫氣還原氧化鐵時，其主要產物是金屬鐵和水蒸氣，還原后的尾氣對環境沒有任何不利的影響，可以明顯減輕對環境的負荷。使用清潔能源制取氫氣，開發氫基豎爐直接還原煉鐵工藝，有望實現近零碳排放的鋼鐵冶煉過程，是實現碳中和非常重要的路徑。這是歐美鋼鐵同行在探討的主流流程，中國寶武在這個方面當然也不會缺席。我們原來在湛鋼規劃在三高爐工程完工以后，要建設四高爐五高爐，但是去年及時叫停了高爐方案。中國寶武和廣東省商議后，按照習近平總書記的要求，加快低碳冶金技術的發展力度?，F在我們計劃在湛鋼利用高爐配套焦爐生產的焦爐煤氣，第一步先實施焦爐煤氣的氫基豎爐工藝建設，后面配套相應的廢鋼和大功率電爐，再加上薄板坯連鑄，形成一個非常緊湊的短流程低碳冶金路線。未來考慮利用南海的天然氣，乃至南海地區風電、光伏發電的綠氫來實現全氫的豎爐冶煉和極致的短流程工藝。
我們正在考慮建設綠氫全流程零碳工廠。在富氫碳循環高爐或氫基豎爐的基礎上，配套上光-電-氫、風-電-氫綠色能源，形成與鋼鐵冶金工藝相匹配的全循環、封閉的流程，建設綠氫全流程零碳工廠。
第四，關于近終形制造。近終形制造技術與傳統工藝相比，流程更短，生產過程更加高效，能耗及排放更低，被認為是近代鋼鐵工業發展中的一項重大工藝技術革新。近終形制造技術包括薄板坯連鑄連軋、薄帶連鑄連軋、棒線材連鑄連軋等技術，我們在沒有新建產線的情況下，最近正在推進棒線生產線的直接軋制，重慶鋼鐵一條棒線產線上已經實現了直軋。中國寶武已經開發出薄帶連鑄連軋技術，正在新疆籌劃建設一座全新的、極致短流程的薄帶連鑄零碳工廠。
第五，關于冶金資源循環利用。充分利用好含鐵含碳固廢、鋼鐵循環材料和有機生物質資源是實現鋼鐵綠色低碳發展的關鍵路徑。一是充分利用廠內含鐵含碳固廢中的鐵、碳等有價資源；二是最大限度地使用鋼鐵循環材料；三是有機生物質資源是碳中性物質，也是良好的煤炭替代品。比如說大比例使用鋼鐵循環材料，以廢鋼為代表的鋼鐵循環材料是一個非常好的載能、環保、低碳原料。在2019年開始，中國寶武大力推進轉爐流程的大比例廢鋼冶煉技術，最低的鄂城鋼鐵噸鋼鐵水消耗達到720公斤，最高的噸鋼廢鋼消耗可以達到300公斤。我20多年前擔任煉鋼廠廠長時曾經設想過，轉爐中的廢鋼和鐵水能不能1:1來冶煉，現在看來，只要我們能夠在電加熱、在廢鋼的預熱以及在其他的保溫技術、溫降控制技術這一方面做得好，我認為廢鋼和鐵水1:1在轉爐當中是可以實現的。還有就是有機生物質的利用，中國是個農業大國，有豐富的生物質資源，要充分利用農業秸稈、園林廢棄物等來提供碳中性的碳、氫資源，在減少環境及社會的危害的同時，能有效降低煉鐵對化石能源的依賴。
第六，關于CO?回收及利用。不管采用什么技術，我認為鋼鐵行業還是要消耗碳，因為如果碳跟氫能夠進行科學組合，無論是從熱力學看還是從動力學看，都會非常有利于冶金過程。如果完全避免碳，從技術工藝角度來說并不一定是最合適的。如果考慮碳可以循環，通過循環再加入相應的能量，實現碳、CO、CO?循環及產品化利用，這應該是冶金工業當中一條比較可行的碳中和路徑。寶武進行了CO?低成本高效捕獲的技術探索，去年在八一鋼鐵COREX生產線，投產了一套每小時7萬立方米的CO?分離機組，運行一年以來，效率非常高。把分離CO?后的高濃度還原煤氣再回噴到COREX爐的風口和富氫碳循環試驗高爐的風口，實現了降低焦比的目的，試驗非常成功。另一方面就是CO?分離出來以后怎么利用？目前的考慮是在西北地區用CO?來進行驅油，CO?來制化產品等。這是我們明后年CO?利用減碳技術的重點工作。
將前面六個方面的技術組合在一起，就形成了中國寶武碳中和冶金技術路線圖。第一張圖是碳中和技術路線匯總。其一是富氫碳循環高爐工藝，從微波燒結、新型爐料到碳循環高爐，高爐出來的煤氣進行CO和CO?的分離，富集的CO連同氫氣回到風口循環，CO?進行利用。其二是氫基豎爐工藝，通過可再生能源發電制氫，氫基豎爐還原鐵礦石再接電爐，形成氫冶金碳中和流程。這個流程當中，考慮到豎爐對球團礦的品位要求非常高，要65%以上，這對于未來鋼鐵爐料構成了比較大的挑戰。低品位爐料通過氫基豎爐直接還原后，直接進電爐或者其他的冶金熔爐里進行渣鐵分離的時候，渣量會非常大，一般的傳統的電爐難以承受。是否可以通過特殊的電爐進行渣鐵分離，形成鐵水跟轉爐進行連接，走傳統的轉爐、連鑄、軋鋼的流程。這兩條主要的工藝路線加上碳資源綜合利用以及電加熱等，形成了中國寶武的碳中和技術路線。
第二張圖是主要技術的減排潛力和部署時間表。要實現鋼鐵的碳中和，絕對不是靠一兩項技術就可以實現的，可能需要多項技術的有機組合才能夠達到。當然圖中的減排潛力目前只是我們的研究結果，希望在今后的實踐當中一步一步得到證實。富氫碳循環高爐的減碳能力我們考慮30-50%，但實際富氫碳循環高爐減碳的潛力應該比這還要高一點。這張圖跟前面的那張圖合在一起構成了中國寶武的碳中和冶金路線圖。
第三部分我們的行動
自從2015年開始，中國寶武就開始了低碳冶金的探索。最早從冶金煤化工耦合起步，試圖把冶金過程產生的煤氣制成化產品，來減少CO?的排放，后面到COREX的創新，再到目前的全面展開，基本上和巴黎協定是同步的。
中國寶武的綠色行動分成三個部分，第一是綠色制造，整個過程是綠色的，第二生產的產品是綠色，第三是發展綠色的產業。所以從綠色制造、綠色產品和綠色產業三方面來介紹寶武的行動。
一是綠色制造。綠色制造當中，首先是八一鋼鐵的富氫碳循環試驗高爐。到今年為止，富氫碳循環高爐實現了50%的富氧率?，F在是半氧，同時在風口試驗了用COREX分離的煤氣和焦爐煤氣在風口噴吹，從而實現降碳的目的。目前試驗高爐已經停下來了，正在進行進一步的設計和改造，目標是在明年重新投產后，爭取能夠實現430立方米高爐的全氧鼓風。通過全氧鼓風，同步配套爐頂煤氣的CO?分離和還原煤氣電加熱措施，在風口實現1100度到1200度的高溫煤氣噴吹，在爐身部位實現800度到900度的高溫煤氣噴吹。這樣通過風口一層、爐身一層，實現CO循環利用。噴吹的還原煤氣溫度越高，減碳效果越好?，F在還達不到取消氧氣，只要噴了氧，那么進到高爐的氧氣必然會和焦炭進行反應，產生焦炭的燃燒，導致耗碳，下一步的方向就是怎么來進一步提高噴吹的循環煤氣溫度?，F在采用電加熱的方式，未來是不是能夠采用等離子等其他先進的加熱手段？因為等離子加熱可以實現到2500度甚至3000度上的高溫，當然，還需要對風口的材料等各方面還要進行研究。在高爐煤氣循環以后，加上分離出來的CO?能夠進行資源化利用，富氫碳循環高爐就可以實現最大限度的減碳能力。
以上是我們在430立方米高爐本體上進行的試驗。除了現在已經規劃的全氧富氫煤氣循環之外，重點考慮在高爐前面進行光電氫的工廠建設，高爐后面進行CO?的化產品資源化利用產線建設，形成一個完整的430立方米級工業化的高爐碳中和示范產線。眾所周知，400立方米級的高爐已經達到工業級別，在此上獲得的工業性試驗結論，無論是在2000立方米級還是4000立方米級，方向應該是一致的。爭取在明后年重點實現430立方米級高爐閉環循環，實驗成功后，下一步準備在千立方米級的高爐進行拓展。
第二個綠色制造行動，是在湛江鋼鐵建設一個百萬噸級的氫基豎爐-電爐短流程零碳工廠，這里不展開了。我們希望超級電爐較常規的電爐能夠電耗降低20%以上，氫氣豎爐的金屬化球團加上廢鋼，和薄板坯連鑄形成200萬噸級的生產線，結合全產線超低碳技術應用，可以生產出零碳排、超低能耗綠色產品。
第三個行動是在新疆巴州的綠色鋼鐵短流程示范項目。建設一個十幾平方公里的光伏電廠，由光伏電廠發綠電，進行全廢鋼電爐冶煉和薄帶連鑄軋制。目前這個工廠已經完成了規劃，準備明年開工建設。那它的意義何在呢？綠色能源發電現在最大的問題是靠天吃飯負荷不穩定，光伏晚上就沒有了，如果源、網、儲電加上負荷能夠形成一個與鋼廠節奏匹配的封閉體系，那么未來冶金工程的零碳能源供給，就可以依靠自己的體系完成。未來鋼鐵廠對綠電的需求量將是巨大的，如果不能夠實現能源的穩定自生產，那對成本的競爭力將會帶來極大沖擊。
二是綠色產品。寶武未來生產的產品必須是綠色的，當然現在鋼鐵產品本身已經是綠色的，但是面向未來，我們更應該在綠色方面加大工作力度。開展綠色產品設計，制造工藝創新，鋼鐵完全可以為社會提供強度更高、壽命更長、效能更好的產品，一方面可以減少鋼鐵材料本身的使用量，另一方面可以代替高碳材料，從而支撐社會實現低碳轉型。寶武將來綠色產品的技術方向將會集中在高強度、高耐蝕和高效能三個方面。
一是更高的強度，在延伸韌性保障的前提之下，以高強度為突出特色的產品可以實現輕量化，進而實現材料減量化生產和使用，從而達到材料生產環節和使用環節雙重節能、減碳的效果，降低社會交通運輸能耗，以A3鋼、Q235鋼為代表的普碳鋼系列已經太low了。寶武近年來開展了建筑行業腳手架、高速公路的護欄、混凝土攪拌車、運輸渣土車的車廂板，包括集裝箱等等高強減薄輕量化工作，下游減碳效果明顯。
第二是高耐蝕，提高壽命。以高耐蝕為突出特色的產品可以提升鋼鐵制品的使用壽命，實現材料減量化使用和少維護或免維護，降低成本的同時，實現減碳。以前寶鋼就在推行復合軋制，把不銹鋼與碳鋼進行復合，以此提高碳鋼的耐腐蝕性能，提高壽命。還有免鍍鋅耐候鋼等產品，比如過去光伏的支架材料應用非常廣泛，但是都要涂鍍。我們最近開發的免涂鍍光伏支架材料，一方面可以輕量化減量20%，另一方面可以實現25年免維護，而且省了鍍鋅，減碳700公斤。
第三就是更高的效能。開發電磁性能更高、耐熱溫度更高產品，以高能效為突出特色的產品可以顯著提升能源轉換效率，助力社會能源結構轉型，實現節能降碳。這20年硅鋼的性能有了大幅度的提高，白鶴灘水電站也好，還是國內其他建設的大型水電站，用的都是寶武生產的高牌號硅鋼產品，為整個國家的減碳作出了巨大的貢獻。
三是綠色產業。首先要發展綠色能源產業。有自備電廠的傳統鋼廠都能夠在成本上具有強大的競爭力，未來在綠色能源應用前提下，是不是擁有自備的綠色電廠，對鋼廠來說也是至關重要？我們準備在西北地區依托西北的鋼鐵基地，跟地方政府進行合作，建設綠色自備電廠，從而提高這些鋼廠的競爭力。在東部沿海地區，像上海市有近海風電場的規劃，未來在沿海地區我們可以建設海上風電、光電乃至沿海核電，與寶武的鋼鐵基地進行配套。
另外是綠色金融產業。要利用金融手段、金融杠桿來推進綠色產業發展，寶武也要通過發展綠色金融產業，助力我們的碳中和事業發展。最近寶武成立了綠色低碳冶金創新基金，未來還要進一步加大；最近還組建了500億規模的碳中和基金，助力寶武本身以及鋼鐵行業的低碳冶金發展。我們還要發展其他的綠色產業，包括綠色資源產業、綠色新材料產業、綠色智慧服務業等，這些方面都進行了布局。
中國寶武貫徹新發展理念，加快技術創新，堅定不移走生態化優先、綠色低碳的高質量發展道路；以綠色制造、綠色產品和綠色產業作為核心路徑，率先進行低碳轉型，身體力行綠色發展，并承擔生態圈鏈主的責任，為上下游合作伙伴作出表率，引領并促進整個鋼鐵新生態綠色化，為人類的美好生活作出新的貢獻。