“钢铁工业实现低碳绿色生产，要做好三件事：能源要转型，原料要提质，工艺流程要创新。”10月25日，在第十四届中国钢铁年会召开期间，中国工程院院士、中南大学教授姜涛在接受《中国冶金报》记者专访时，重点阐述了钢铁工业实现低碳生产的技术途径。
资料显示，姜涛及其团队开发出多种难处理铁矿均热高料层烧结、球团制备关键技术和复合造块新工艺；研发出红土镍矿制备镍铁的高温熔炼新渣型和固态还原—磁选新工艺；研发出新型复合黏结剂，发明了一步高温还原制备直接还原铁新方法；构建了钒钛磁铁矿和铁铝复合资源综合利用新流程。这些成果在全国大部分钢铁企业获得应用并推广至巴西、印尼、伊朗等国，推动了我国炼铁精料、镍铁和直接还原铁生产技术的升级换代，扩大了可利用的资源范围。
结合团队的研究方向，姜涛谈及钢铁工业绿色低碳转型时，从能源、资源转型升级的角度给出了中肯的建议，提出了新的思路。
利用焦炉煤气生产直接还原铁是现阶段我国最现实、可行的氢冶金路径
“围绕国家和行业‘双碳’目标，现在钢铁业内已基本达成了一个共识，就是必须实现能源的转型升级，因为从根源上来讲，我们的钢铁生产基本上是以碳质燃料为能源的。”姜涛表示，“现在大家都在研究利用氢能。当然，氢能的应用还存在一些问题，比如从世界范围来讲，绿氢的大规模低成本制备、以及氢的储存和运输等问题尚未很好解决。不过，在低成本高效制氢的问题没解决之前，并不影响我们部署开发氢冶金。”
姜涛进一步解释道，我国天然气严重缺乏，不能像欧美国家一样现阶段大量使用天然气发展氢冶金。对我国来说，目前最现实、最可靠的技术路径就是利用焦炉煤气来生产直接还原铁。焦炉煤气的含氢量一般都比较高，可以达到60%以上。把里面的碳、氮、硫和水等成分脱出，把它富集以后拿来去生产还原铁，这是一个目前我们国家发展氢冶金最现实的途径。我国每年的焦炭产量大概在4.7亿吨左右，其中约3.3亿吨是用来钢铁冶炼生产的，每年会产生1800亿立方米左右的焦炉煤气。即使去掉钢铁厂内炼焦加热、烧结点火、球团焙烧和轧钢加热所需的焦炉煤气，仍然还有大概1100多亿立方米的焦炉煤气，具有生产1亿吨以上直接还原铁的潜能。
“利用焦炉煤气发展氢冶金也可以通过富氢高炉的途径实现，但是基于焦炭为能源发展起来的炼铁高炉还不能摆脱对焦炭的依赖。目前在长、短流程炼钢工艺共存的情况下，特别是在我们在近几十年还不能脱离长流程炼钢的情况下，利用长流程里面的焦炉煤气来生产还原铁是一个非常可行的途径。我们要对已有的氢高炉和氢竖炉工艺进行总结、完善，然后进一步去推广。”姜涛指出。
此外，姜涛表示，其团队也曾调查过利用炼油厂产生的富氢气体和用煤制氢的技术路线，但都面临比较复杂的问题。“从原理上讲，用炼油厂产生的富氢气体也可以用来生产直接还原铁，但炼油厂自身没有经验也没有技术去建氢冶金装备，而把炼油厂生产的富氢气体输送到钢铁厂还面临长距离输送等问题，这又推升了它的成本。煤制氢的技术现在也有很多人在研究，但目前的问题也是成本较高，而且煤制氢过程本身也会产生二氧化碳，这些问题都需要进一步研究解决。”姜涛解释说。
全面提升铁矿石品质是大势所趋
除了能源外，钢铁绿色低碳生产还需要对资源进行转型升级。
姜涛认为，目前我国钢铁生产的原料以铁矿石为主，废钢少，电炉钢的比例不到10%。去年我国使用废钢2.3亿吨，而消耗的铁矿石达14亿吨左右。同时，我们使用的铁矿石质量差，铁品位低，杂质含量高，冶炼难度大。因此，资源转型升级的大趋势是增加废钢的用量。从现实条件看，我国经过改革开放40年的发展，废钢的积蓄量已经达到一定的规模。相关研究显示，未来几十年我国每年增加1000万吨~1500万吨的废钢，这为提高废钢资源的利用比例提供了基础。
“由于长流程炼钢工艺将在相当长一段时间存在，在近二、三十年内在我国可能仍占主导地位，我们必须重视和思考铁矿石的质量问题。”之后，姜涛重点谈到了铁矿石的提铁降杂问题。
姜涛表示，目前我国使用的进口矿主要来自澳大利亚和巴西。澳大利亚矿的铁矿石品位在61.5%左右，巴西矿在63%左右，但是澳大利亚矿占了进口矿总量的近70%。同时，我国每年产铁矿石或者铁精矿3亿多吨，平均铁品位也是63%左右或低于63%。因此我国钢铁生产使用的铁矿石平均品位在62%左右。
“这个品位跟发达国家，特别是跟欧美国家的钢铁生产原料相比，要低3~5个百分点以上。所以，我们要全面提升铁矿石的质量，把铁的品位平均提高3~5个百分点以上，并进一步降低铁矿中的杂质含量，这样就为实现绿色低碳生产奠定了基础。这个道理很简单，因为矿石含铁越低，冶炼耗能就越高，碳排放量也就越大。”姜涛分析道。
但是，提高铁矿石品位意味着更高的选矿成本。对此，姜涛表示，钢铁企业要算“综合账”。
“在现有基础上将铁矿石品位提高3~5个百分点，大概每吨矿的成本要增加15至25元。但是，我们不能只算投入，还要算产生的效益，高品位铁矿石在节能、增产、降碳方面能为企业带来更大的综合效益。所以，面向钢铁‘双碳’目标和日益加剧的国际竞争，我国含铁原料转型升级势在必行，对于现有技术可以进一步分选富集的铁矿原料，不论是进口矿还是国内矿，建议都要根据矿石的性质和特点考虑采用磨选、再选或再磨再选方案进一步提升铁矿品质。”姜涛说。
“总体来讲，全面提升铁矿石品质是大势所趋。品质主要表现在两个方面：一是铁品位高，二是其他杂质含量低。”姜涛认为，“我们发展氢冶金，其中，竖炉氢还原工艺对铁矿石的品位要求大于67%，高炉炼铁工艺也要求铁矿石的品位越高越好。未来，我们对高品质铁矿石的需求量会大幅度增加。”
姜涛特别指出，由于现阶段所有的铁矿粉、精矿不能够直接入炉炼铁，必须先制成烧结矿和球团矿，所以如何制备性能优越、清洁绿色的冶炼炉料，也是未来促进钢铁行业节能降碳的一个重要领域。
“目前，一些钢铁企业在发展氢冶金的过程中已经发现，其还原炉对球团矿的品质要求不同于传统的高炉冶炼。氢还原速度快，会造成球团膨胀、粉化，从而导致窑内粉末多、铁回收率低，甚至在窑内结块而影响正常生产。新工艺对炉料提出了新要求，是我们未来需要共同研究解决的一个新课题。”姜涛最后说道。
(关键字：焦炉煤气 直接还原铁)
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