在高爐中“造森林”！八鋼探索減碳新路徑

面臨氣候變化和能源危機雙重挑戰(zhàn)，全球鋼鐵冶煉行業(yè)開始在效率優(yōu)先與節(jié)能環(huán)保間尋求最優(yōu)解。如何將中國高爐冶煉為主的現(xiàn)實同發(fā)展低碳循環(huán)相結合？HyCROF（富氫碳循環(huán)氧氣高爐）進入中國冶金人的視野。

中國鋼鐵行業(yè)高爐比例高、基數(shù)大，約90%的產能規(guī)模是高爐—轉爐的傳統(tǒng)長流程生產工藝，這一比例在日本為73%，在韓國為69%，在印度為46%。如果為追求快速轉型，淘汰壽命尚長的傳統(tǒng)高爐，建設碳排放更低的短流程電爐工藝，數(shù)以萬億計的高爐資產將被擱置。

HyCROF除低碳、高效外，還具備與傳統(tǒng)長流程生產工藝匹配性好的特點，更加適合中國國情。

近日，記者跟隨“追風逐日看新疆”采訪團來到寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司（下稱“八鋼”），這里于去年10月全線貫通了世界上首座2500立方米HyCROF工業(yè)化商業(yè)示范項目。該項目也被寫入《2023年鋼鐵行業(yè)經濟運行報告》，并放在低碳冶金技術取得新突破的首位。

全球首個的“含金量”

八鋼的這個全球首個有多不易？“在此之前，世界上最大的氧氣實驗高爐還沒有超過50立方米的。”寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司黨委常委、新疆八一鋼鐵股份有限公司總經理劉文壯告訴《中國報道》記者，HyCROF作為一種低碳冶煉工藝，國內外相關研究有很多，但大部分都處于實驗室研究或中試階段，八鋼的探索是獨創(chuàng)性的，每一步都少有可遵循的工業(yè)化應用范本。

HyCROF的原理看似簡單，通過分離高爐煤氣中的二氧化碳，將高還原勢的一氧化碳循環(huán)使用，提高了煤氣的化學能使用效率，但在實踐中困難重重。例如分離出來一氧化碳需要加熱至1200攝氏度的高溫，這一工序，無論在實驗室，還是大型工業(yè)設施中，都非常危險。單單分離出來的一氧化碳進行安全高溫加熱，八鋼的技術人員花費兩年多時間才得以實現(xiàn)。

“普通高爐改為氧氣高爐不是那么容易的，需要攻克爐頂煤氣循環(huán)、煤氣脫二氧化碳、煤氣加熱等技術難關。”一位從事高爐煉鐵新技術研究的業(yè)內人士告訴《中國報道》記者。

經過3期工業(yè)試驗，八鋼一步步將HyCROF從實驗室、400立方米實驗高爐，移植到2500立方米的大中型高爐，一躍成為世界領先水平，吸引日本、印度、俄羅斯等多國鋼鐵企業(yè)專程來八鋼學習交流。

數(shù)據(jù)顯示，一座2500立方米HyCROF較原工藝預計每年可減少二氧化碳排放近60萬噸——相當于在新疆再造一個700平方公里的森林。

據(jù)寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司2500立方米HyCROF工藝主任工程師舒藝介紹，該項目目前的化石燃料消耗已降低24%，下一步將繼續(xù)攻關克難，爭取達到降低30%的目標。

此外，該項目從實施伊始便以可移植、易推廣為原則，在設計上大力控制成本，在原有傳統(tǒng)高爐上進行嵌入式改建。考慮到很多城市鋼廠的用地條件，項目布局時盡量緊湊，減少單位占地，以滿足更多不同類型鋼廠的改建需要。

“一家減碳不是減碳，全國鋼廠共同減碳才能真正實現(xiàn)減碳。”劉文壯說，下一步八鋼嘗試將技術推廣至全國的傳統(tǒng)長流程高爐冶煉。

據(jù)中國寶武工程科學家、低碳冶金中心副主任袁萬能此前介紹，富氫碳循環(huán)高爐技術運行高效，抗波動能力強，制造成本低，在減碳的同時能將運營成本控制在可承受的范圍內，因此也有了較高的商業(yè)化推廣價值。

世界鋼鐵協(xié)會預計，這一技術今后若在中國寶武集團內推廣實施，初步估算，每年將減少二氧化碳排放4000多萬噸。

大規(guī)模推廣尚需時間

長遠來看，低碳冶金大面積推廣仍有待觀察。鋼鐵行業(yè)的低碳轉型不僅渴望技術的集中突破，更需要來自政策和市場的多方面激勵。

“目前全球主流的低碳冶煉技術主要是三種：電爐、氣基豎爐以及富氫高爐。我們認為三種冶煉方式目前都不具備大規(guī)模推廣的基礎。”中金公司研究部基礎材料與工程行業(yè)首席分析師陳彥告訴《中國報道》記者，核心原因在于低碳冶煉方式成本較高爐冶煉更高，目前不具備經濟性。

根據(jù)陳彥的調研，氣基豎爐及富氫高爐由于還原性氣體的價格普遍較高，噸鋼成本較高爐煉鐵高800至1000元甚至以上；電爐受限于主要原料廢鋼資源國內供給不足，平均成本較高爐煉鐵高300至500元。

標普全球的研究顯示，目前亞洲鋼鐵行業(yè)大部分的減排路徑，仍是在保留高爐的基礎上進行。標普全球的分析文章也指出，出于經濟和市場的考慮，鋼廠脫碳擴張的步伐不能過于激進。

成本居高不下，鋼鐵行業(yè)探索低碳冶煉的動力何在？制度層面的引導，中國與歐盟已經開始行動。

2021年7月16日，全國碳市場正式啟動上線交易，截至2024年7月末，我國碳排放權交易市場碳排放配額累計成交量4.67億噸。

歐盟方面，2023年10月1日起，歐盟碳邊境調節(jié)機制（以下簡稱“CBAM”）正式邁入過渡期。CBAM旨在通過要求進口或出口的高碳產品繳納或退還相應的稅費或碳配額，鼓勵非歐盟國家減少排放，主要涉及鋼鐵、鋁、電力、水泥等六大貿易板塊。中鋼經濟研究院首席研究員胡麒牧認為，從某種程度上而言，CBAM將倒逼出口商降低碳排放量，從而實現(xiàn)轉型升級。

除碳交易市場、碳邊境稅等政府引導機制外，陳彥指出，成本和價格，是驅動鋼鐵行業(yè)低碳轉型的兩股重要力量。

成本方面需要時間。陳彥指出，技術的進步，將不斷縮小低碳冶金與高爐煉鐵之間的成本差距。例如電解水制氫氣的成本，有望伴隨技術進步持續(xù)下降。據(jù)了解，目前八鋼也在進行制氫的相關實驗。

“此外，也需要等待資源的寬裕，例如電爐煉鐵的主要原料是廢鋼，核心來源是回收廢鋼，而可回收廢鋼往往和國家鋼鐵積蓄量成正比，我們預期廢鋼資源的供需緊張將逐步緩解。”陳彥說。

價格方面，綠色低碳鋼鐵產品想要大面積推廣，需要一定的“綠色溢價”。陳彥告訴記者，目前國內鋼鐵企業(yè)，比如南鋼、寶鋼已經開始對低碳鋼鐵產品進行專門分類，并在定價上凸顯差異。“隨著下游客戶對于低碳鋼鐵產品的需求持續(xù)提升，未來綠色鋼材溢價會在提升鋼鐵企業(yè)向低碳冶煉轉型動力上越來越重要。”

責任編輯：張利娟