由湛江钢铁氢基竖炉最新进展聊聊氢冶金技术
由湛江钢铁氢基竖炉最新进展聊聊氢冶金技术
钢铁工业作为碳排放的重要来源之一，其低碳转型显得尤为重要。随着全球对环境保护意识的增强，碳达峰、碳中和已成为全球产业发展的主旋律。中国作为碳排放大国，提出了到2030年前实现二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的目标。
湛江钢铁官方发布了一则新闻——《国内首套百万吨级氢基竖炉顺利通过周达产功能考核》，随后世界金属导报、中国冶金报社等国内主流冶金媒体纷纷转载，共同见证了中国钢铁工业向绿色低碳转型道路上迈出的坚实步伐。此项目承载着我国钢铁产业绿色升级与技术创新的重要使命，重要性可想而知。
从报道来看，笔者摘取几个关键要素：
1、可同时使用焦炉煤气、天然气、氢气作为原料气，比例可灵活调整，具备从富氢、高氢至全氢还原的试验条件。
2、目前实现连续168小时DRI总产量达21620吨、金属化率达94%以上。
3、成功验证了高氢（70%氢气含量）冶炼条件。
什么是氢基竖炉？今天来初步聊聊！
氢冶金的诞生背景
随着全球对环境保护意识的增强，碳达峰、碳中和已成为全球产业发展的主旋律。中国作为碳排放大国，提出了到2030年前实现二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的目标。钢铁行业作为碳排放的重要来源之一，其低碳转型显得尤为重要。
钢铁生产过程中，常用焦炭作为还原剂，在高炉中和铁矿石发生还原反应，生产铁水。
Fe2O3 +3C→2Fe+3CO
2CO+O2 →2CO2
千百年以来，人们一直按照这个方程式的原理进行炼钢，并无不妥之处，只是过程中产生二氧化碳排放到了现在被认为是温室气体，是全球变暖的“罪魁祸首”。而且，整个钢铁行业每年排放的二氧化碳总量占全球温室气体排放总量为7%左右。
于是，钢铁行业就背上了减碳的压力。怎么办？
有过初中化学背景知识的读者，肯定会想到，换还原剂呗！把碳换成氢气！
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
生成无色无味的水！一切问题迎刃而解！
将理论转换成实践，尽管原理的理解是基础且至关重要的，但往往最大的难度并不在于原理本身，而在于实践过程中所面临的种种挑战和复杂性。
氢冶金的三种主要反应器
正如传统炼铁主要在高炉这个反应器里面进行，氢冶金也需要一个反应器，冶金专家学者通过探索，目前主流的反应器有三种：竖炉法、熔融还原法和流化床法。
1.竖炉法
用氢气作为还原剂，在竖炉中直接还原铁矿石或含铁物料以生产直接还原铁（DRI）或热压块铁（HBI）的技术。
湛江钢铁报道的这个技术就是竖炉法，竖炉法再细分的话，目前有Midrex技术、HYL-III技术、ENERGIRON ZR (零重整)技术等几大流派。
氢基竖炉是目前钢铁行业主流的、成熟度相对较高的技术，简单理解就是，目前全世界有很多的竖炉，只不过基本用的是天然气，现在双碳背景下，需要从天然气向氢气进行改变。
湛江钢铁已经实现了70%氢气含量的冶炼条件，未来会100%氢气吗？笔者不是这方面专家，这里直接引用专家的观点——难度很大：
不过，这也没有难住冶金工作者，今年上半年，我国纯氢冶金取得突破！中国钢研在山东临沂市的全球首条纯氢冶金生产线上，实现了纯氢冶金竖炉常态金属化率达96%以上。当然，这只是一条中试线，未来的商业化道路，还有很长的路要走。
2.熔融还原法
这是一种将铁矿石、煤或其他含碳物质与氢气混合后，在高温下熔融还原生成铁水的技术。
国内，2021年的时候，建龙集团内蒙古赛思普运用氢基熔融还原新工艺，投产了年产30万吨的氢基熔融还原项目，但目前没有最新公开报道。
另外，笔者曾经科普过的HIsmelt技术，也属于熔融还原法。
聊一聊邢钢引进的非高炉炼铁技术（HIsmelt）
3.流化床法
这是一种利用流化床反应器进行铁矿石还原的技术。在流化床中，氢气与铁矿石颗粒充分接触并发生还原反应，生成金属铁。该技术具有反应速度快、还原效率高、易于控制等优点。
应该说，这是一项非常“激进”的方法了。竖炉法有个最大的缺点，就是对铁矿石的品位要求非常高，其要求铁精粉的品位达到68%以上，且脉石含量低于4%，同时还需要球团工序，变成球团矿之后才能在竖炉中进行反应。但是，流化床法要求就没那么高了，使用粉矿是流态化床直接还原的特点之一，可省去烧结及烧结工序，节省能耗、消除环境污染，降低生产成本。
目前，国际上，韩国浦项HYREX技术就是基于流化床的氢还原技术。
据了解，2023年6月，浦项在位于庆尚北道的浦项厂动工建设一座年产30万吨氢基直接还原中试工厂，计划于2026年投产。根据浦项的规划，2031年，POSCO将在浦项厂建成氢基直接还原厂。到2032年，在光阳厂开工建设氢基直接还原厂。
国内，鞍钢2022年9月在鲅鱼圈基地开工建设绿氢零碳流化床高效炼铁新技术示范项目，计划形成万吨级流化床氢气炼铁工程示范。按照当时的报道，该项目预计2023年投入运行。不过，目前尚无最新的报道。
综上所述，氢冶金竖炉法、熔融还原法和流化床法作为氢冶金技术的三种主要反应器类型，在全球和国内均取得了一定的研究进展。然而，由于技术复杂性和成本等因素的限制，这些技术仍需进一步的研究和示范验证以实现大规模工业化应用。