氢气还原技术助力绿色钢铁生产
氢气还原技术助力绿色钢铁生产
随着全球对环保能源需求的增加，氢气还原氧化铁制备新型金属材料的研究取得了显著进展。这一技术不仅有助于减少温室气体排放，还能推动钢铁行业的可持续发展。研究表明，在500至900°C的温度范围内，使用氢气还原铁矿石的速度比传统方法更快，显示出巨大的应用前景。尽管目前还面临一些技术和基础设施挑战，但氢气作为主要还原剂的应用正逐渐成为钢铁行业的新趋势。
氢气还原技术：钢铁生产的绿色革命
氢气还原技术是钢铁行业实现低碳转型的重要方向。其基本原理是使用氢气代替传统的碳基还原剂（如焦炭和煤），与氧化铁发生还原反应，生成金属铁和水。这一过程可以显著减少二氧化碳排放，因为传统高炉炼铁过程中产生的大量二氧化碳被水所取代。
氢气还原技术主要有两种工艺路线：高炉富氢冶炼和气基直接还原。高炉富氢冶炼是通过向高炉中喷吹氢气，以替代部分碳基还原剂，从而减少碳排放。而气基直接还原则是使用氢气与一氧化碳混合气体作为还原剂，将铁矿石直接转化为直接还原铁（DRI），再投入电炉进行进一步冶炼。
中国氢气还原技术的突破与应用
近年来，中国在氢气还原技术领域取得了重要突破。2024年4月，中国钢研纯氢竖炉示范生产线完成第二次生产运行，氢还原海绵铁常态金属化率达到96%以上，已掌握纯氢竖炉常态高效还原生产调控技术，具备大规模工业化应用技术条件，氢冶金整体技术发展迈上新台阶。
作为全球首条纯氢冶金生产线，该中心纯氢竖炉示范工程是纯氢竖炉的首次工业化应用。经多次长周期连续稳定生产，纯氢冶金技术的安全性、可靠性以及可行性已得到充分验证，技术水平与海绵铁品质已达到全球领先水平。
此外，河钢集团在氢冶金领域也取得了重要进展。2022年12月，河钢全球首例120万吨氢冶金示范工程一期全线贯通，这是传统碳冶金向新型氢冶金转变的重要里程碑。在此基础上，河钢进一步延伸产业链条，建设了全球首条氢冶金绿色汽车板连铸生产线，该生产线距离氢冶金生产线仅4公里。在张宣科技旗下特钢公司副总经理吕艳伟的带领下，记者观摩了整个生产流程。从氢冶金生产线氢基竖炉中产出的直接还原铁，通过运输，与废钢一起被投入汽车板连铸生产线的近零碳排电炉中冶炼，再经过精炼、连铸等工序，变成一块块汽车板钢坯。该生产线年产量150万吨，产品主要用于生产汽车面板用钢、汽车大梁用钢等。
面临的挑战与未来展望
尽管氢气还原技术展现出巨大潜力，但其商业化应用仍面临一些挑战。首先是绿氢资源的供应问题。目前绿氢（通过可再生能源电解水制得的氢气）的生产成本较高，且供应量有限。其次是技术成熟度问题。虽然实验室和示范项目取得了成功，但大规模工业化应用仍需进一步验证。此外，氢气的储存和运输也是一个需要解决的问题。
为推动氢冶金技术的发展，需要政府、企业和科研机构的共同努力。政府可以通过制定相关政策，支持绿氢的生产和供应，同时鼓励钢铁企业进行技术改造。企业则需要加大研发投入，提高技术成熟度和经济性。科研机构则应继续开展基础研究，为技术进步提供理论支持。
预计到2050年，氢冶金将占粗钢产量的40-50%，年用氢量将达到2000万吨。为实现这一目标，需要在制氢技术、储运设施、工艺优化等方面持续创新。同时，还需要建立完善的碳交易市场和绿色金融体系，为氢冶金技术的发展提供经济激励。
氢气还原技术作为钢铁行业绿色转型的关键技术，其发展不仅关乎钢铁行业的可持续发展，更关系到全球应对气候变化的努力。随着技术的不断进步和成本的逐步降低，氢冶金有望成为未来钢铁生产的主要方式，为实现碳中和目标做出重要贡献。