Mysteel：有效降低CO2排放的钢铁新工艺ULCOS

随着现代工业化进程的不断加速，全球能源大量消耗，二氧化碳排放量剧增，其对人类社会造成的危害是无法估量的。由于二氧化碳等气体带来的温室效应，致使冰川融化、海平面上升、自然灾害频发，直接威胁人类生存和社会发展。二氧化碳减排问题已经不容忽视，国内外一些大型钢铁企业已经把二氧化碳减排研究提上重要日程。

根据目前的技术条件，在铁矿石冶炼生产过程中进一步降低二氧化碳排放的技术已经接近极限，只有技术突破才能将排放量大幅度减少。欧洲钢铁业者在国际钢铁协会的协调下，由安赛乐米塔尔公司牵头对“超低二氧化碳排放(ULCOS)”项目进行研发。ULCOS作为一项研究与技术开发项目，旨在开发突破性的炼钢工艺，达到二氧化碳减排的目标。ULCOS的研究包括了从基础性工艺的评估到可行性的研究实验，最终实现商业化运作。从所有可能减排二氧化碳的潜在技术中进行分析，选择出最有前景的技术。以成本和技术可行性为基础进行选择，对其工业化示范性水平进行评估，最后实现大规模工业化应用。

这个项目集中了欧洲48个钢铁公司、研究院所的力量，预算4400万欧元，旨在通过突破性的技术发展，比如回收高炉煤气，利用氢气和生物质能，开发分离二氧化碳以及如何在适合的地理结构中贮存二氧化碳等技术，使钢铁工业的二氧化碳排放量进一步减小30%～70%。

这个项目分三个阶段实施。第一阶段是从2004年到2009年。这一阶段的主要任务是分别测试以煤炭、天然气、电以及生物质能为基础的钢铁生产路线，是否有潜力满足钢铁业未来减排二氧化碳的需求；第二阶段是从2009年到2015年，这一阶段则是在第一阶段测试成果的基础上，在现有工厂进行两个相当于工业化的试验，并且至少运行一年，检验工艺中可能出现的问题，以便进行修正，并且估算投资和运营费用；第三阶段的主要任务是在2015年以后，在对第二阶段工业化实验成果进行经济和技术分析的基础上，建设第一条工业生产线，这个阶段有别于一般意义上的研发，它将成为真正的工业实践，而且在该阶段，这个项目会受到欧盟在财政上的大力支持。

ULCOS项目引入了很多较为先进的理念，如高炉炉顶煤气循环技术，二氧化碳捕集和贮藏及氢能源的利用等等。现阶段ULCOS项目研究的重点课题就是新型无氮气高炉技术（TGRBF）——高炉炉顶煤气循环技术。

针对传统高炉，新技术突破需要针对以下几方面进行研究：

1、焦炭燃烧的利用率（不存在预燃烧和后燃烧）；

2、熔炼过程中减少焦炭的需求量；

3、大幅减少天然气的使用量；

4、脱碳氢的预减少和电解；

5、中性碳和可持续性生物能源的利用

新高炉技术将采用炉顶煤气循环技术。在采用该技术的过程中，为防止高温下由于直接还原发展导致碳消耗量增加的现象，铁矿的还原全部由上部交换装置的煤气来完成（温度低于900℃）。为了使铁矿石充分还原，要把大量的还原气体喷进炉体下部。脱碳后大量的一氧化碳和氢气聚积在炉顶，在加热到900℃后，喷进高炉炉体下部。循环的煤气量必须是一定的，风口用冷态的氧气和循环煤气代替空气，促进燃烧。高炉所需的热量可以通过煤的燃烧提供，也可以通过等离子加热器来加热；如果使用等离子，就不再需要额外的氧气或者煤了。

新高炉技术研究实验需要在安赛乐米塔尔工业高炉上进行，主要研究炉顶煤气循环工艺及闭环操作的可行性。

不过，新高炉技术的深入研究需要时间、资金，同样也存在风险。

目前，该技术面临以下技术难题：

1、氧气鼓风口的设计；

2、回收还原气体的再加热；

3；喷射口的两种不同温度和流量控制；

4、全流程的控制

新技术同样也存在着冶金技术上的挑战，包括：

1、如何优化鼓风口的焦煤喷入；

2、高炉炉膛内气体如何有效分布；

3、高炉内粘着区和内部的回收效果如何；

4、对铁水质量和生产效率有何影响

二氧化碳减排是全球性问题，ULCOS也同样是国际性的，需要共同研究可持续发展经济的项目。国际钢铁协会与国际几大钢铁集团共同参与到这个项目中来，将分散在日本、韩国、美国、加拿大、巴西、中国及澳大利亚的ULCOS研究技术结合起来。由于炼钢工艺突破性工艺非常复杂，充满挑战，在全球范围内，共享新兴技术经验等很重要，只有国际间通力合作才能促成这一项目的实现，这也是今后钢铁业发展的必然趋势。

我的钢铁研究中心（MRI） 沈璞编译