罗 晔

宝钢中央研究院武钢有限技术中心

0 前言

一直以来，综合钢铁厂利用煤炭等化石原料，将其作为铁矿石还原剂和能源资源。与此同时，全球都在致力于减少CO2等温室气体排放，2015巴黎气候变化大会达成了新的全球气候协议——《巴黎协定》，而韩国也确定了最新的减排目标，力争到2030年将温室气体排放量较2017年减少24.4%[1]。因此，整个产业界需要减少温室气体排放，而钢铁工业也在试图改变现状。

亚洲地区的钢铁生产主要采用高炉长流程工艺，占全球钢铁产量的70%左右，这种生产方式以日本钢铁工业的“临海综合钢铁厂”模式最为成功，主要从澳大利亚及巴西大量进口原燃料，并在能源管理方面进行了优化[2]。不过，为了实现2030年温室气体减排目标，达成现有高炉工艺温室气体的减排要求，还需要探索全新的技术手段，转变传统的工艺模式。

1 高炉还原反应及炼铁工艺特点

铁矿石由铁、氧和脉石组成，通过与煤炭燃烧产物CO发生还原反应，从而去除氧。煤炭与空气中的O2燃烧发生还原反应，持续提供CO，同时产生熔炼所需的热量，维持一定温度。尽管煤炭易于利用，且价格低廉，但燃烧时会排放大量CO2，而硫和氮等成分的不完全燃烧也会产生硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx）等污染物。另一方面，煤基高炉工艺经过长时间的优化改进，现已成为钢铁工业的关键工艺。近年来随着高炉设备趋于大型化，年产规模扩大到500万t，实现了生产效率和能效的优化。设备大型化是钢铁工业竞争力的根基，通过采用大型高炉，可以提高能效，进而实现经济性和环保性。……