我国钢铁冶金领域主要技术发展方向

钢铁工业作为最主要的原材料工业，最根本任务就是以最低的资源能源消耗，以最低的环境生态负荷，以最高的效率和劳动生产率向社会提供足够数量且质量优良的高性能钢铁产品，满足社会发展、国家安全、人民生活的需求。要完成这样一个任务，我认为，钢铁工业在钢铁冶金领域应当把握以下几个主要技术发展方向：

1、低碳炼铁技术

在全球努力减少温室气体排放的大背景下，国际钢铁业界正积极开发减少炼铁过程CO2排放的技术，其中一个方向是沿着高炉低碳炼铁技术展开，主要集中于研究高炉使用碳铁复合炉料等新型炉料、高炉炉顶煤气的循环利用、含氢物质（富氢、天然气、COG）喷吹、高富氧（富氧率≥30%或全氧）喷吹、极限量喷煤等方面。其中含氢物质喷吹（富氢喷吹）具有明显减少碳排放的效果，增大氢气的喷吹含量是高炉技术的发展趋势，尤其应予重视。此外，高球团比炉料结构优化、入炉料粒度配比及分布优化的配矿优化、高效高炉冶炼技术也在执行中。

2、低碳、减排的非高炉炼铁技术

炼铁技术的另一个重要研究方向是非高炉炼铁技术。与高炉炼铁技术相比，非高炉炼铁技术有利于摆脱焦煤资源短缺的困扰，改变能源结构，节省能源，大幅减少焦化、烧结中的SOx与NOx排放，保护环境，是钢铁工业实现节能减排重要方向和手段。非高炉炼铁技术采用氢还原，可以大幅度减少CO2排放。

1）熔融还原技术

非高炉炼铁的熔融还原技术有Hismelt、Hisarna、COREX、FINEX、闪速炼铁等。韩国浦项开发的FINEX熔融还原技术，已经实现工业化并开始出口。同时，浦项将FINEX与其他技术组合，形成了新的非高炉炼铁技术，例如POIST工艺，混合氢还原工艺，核氢还原工艺等。美国钢铁协会目前正致力于降低钢铁工业CO2排放的非高炉炼铁项目，包括用氢闪速熔炼生产生铁（用氢做燃料）、熔融氧化物电解研究、新型悬浮炼铁技术、二氧化碳地质储存研究等。我国宝钢曾引进COREX熔融还原技术，考虑到经济因素，目前搬迁至新疆继续开展工作。张文海院士等在进行闪速炼铁技术的开发，正在河北建设中试试验装置。

上述熔融还原技术多数未能摆脱以粉煤为原料的基本条件，因此，在碳排放方面的效果有限。我们应针对其优点和问题，采用以氢为主的还原剂，开发出具有我国特色的低成本、高效率、低碳排放的熔融还原炼铁技术。

2）直接还原技术

直接还原有多种方式，例如隧道窑直接还原、回转窑直接还原、竖炉直接还原等。燃料可以是煤基或气基。但目前最为成功的是气基竖炉直接还原，已经有年产250-300万吨使用天然气的气基竖炉直接还原装置在工业化运行。在天然气丰富、价格低的地区发展迅速，是目前DRI的主要生产方式。针对我国情况，利用精选的铁精矿和非焦煤制气，接续采用连续热装电炉冶炼，可能以比高炉更低的成本生产优质纯净钢，是一些小钢厂可以采用的有竞争力的生产方式，值得结合我国国情，特别是针对我国特有资源如：高铬型钒钛矿、含硼矿等开展研究与应用，走出我国自己的道路。

气基竖炉直接还原除了使用煤制气作为还原剂外，还可以以天然气、氢等做为还原剂，以一定的比例调配使用。在重视减少碳排放的今天，不断增加氢的比例，已经成为气基竖炉直接还原的发展方向。所以，从气基竖炉直接还原过渡到以氢气为主还原剂，从而实现大幅度减排二氧化碳，应当是今后一段时间的主要努力方向。

3）氢气直接还原

奥钢联制定了长达20年的长期计划，推进氢还原技术的开发，CO2减排目标定位50%。第一阶段，在奥地利的传统高炉-转炉长流程钢铁厂增量使用气基竖炉直接还原铁热压块HBI，同时将美国德州的DRI工厂的天然气气基竖炉，改成氢气竖炉（已经比使用煤炭、焦炭减排40%）。第二阶段再花10-15年，增加氢气在高炉上的使用量，实现氢气作为主还原剂，但不是全部取代煤粉、焦炭喷吹。从源头上减少CO2的排放量，而非依靠捕集、固定技术减少CO2排放。目前正在进行制氢中试，2030年前后以氢还原为主的生产过程将大规模实用化。随着CO2减排压力的增大，氢还原技术将会越来越受到钢铁行业的重视，迎来蓬勃发展的机会。

开展氢还原技术的研究，例如，生物质还原技术、核氢还原工艺等，应是主要发展方向。因此，低成本氢的来源成为了重要问题。与核能行业合作，开展核氢还原工艺研究，应是重要方向。

4）基于氢冶金的熔融还原直接炼钢

东北大学2011钢铁协同创新中心钢铁冶金方向的首席教授们提出基于氢冶金的熔融还原直接炼钢设计方案。该方案以冷态除杂的超纯铁精矿为原料，实现源头减排。通过1200℃的飞速氢还原和1600℃的高能量密度铁浴熔融还原，得到超纯净的钢水。再经过连铸连轧得到高品质、高洁净度的钢铁材料。这一过程完全取消了炼铁，实现连续装料、连续炼钢、连铸连轧的全连续、一体化的生产方式，工艺简化，生产效率提高。

5）二氧化碳分离、收集、储存、利用技术

期望通过本项研究，以二氧化碳回收、储存的方式，大幅度减少炼铁过程中的碳排放，走出低碳排放的道路。

3、炼钢技术

1）高效脱硫铁水预处理技术

开发强力搅拌、喷吹的高效铁水预处理方式，短时间内将硫含量降低到极低水平。

2）钢包底喷粉高效精炼新工艺

开发炉外精炼过程中钢包底喷粉技术。底喷粉过程无铁损，搅拌动力学条件优于顶喷粉，配套技术成熟，易实现。改造投资低，不改变原工艺。可以建立超低硫洁净钢生产平台，取得良好的除硫效果。

3）氧化物冶金技术制造大线能量焊接用钢

利用氧化物冶金技术，可以开发大线能量焊接用的碳锰钢、HSLA、高强钢等。这一技术与传统的“纯净化”、“洁净化”思路相反，利用炼钢过程中对夹杂物的属性（分布、成分和尺寸等）的有效控制，在后续的凝固、轧制、冷却、使用过程中改善钢材的组织，从而获得需要的组织和新的性能，例如大线能量焊接用钢等。

4）厚规格结构钢的微观组织均匀细化控制

将氧化物冶金技术实施的冶炼过程控制，与后续轧制过程中的轧制与冷却控制相结合，在冶炼过程控制的基础上，实施一定的终轧温度控制、冷却速率控制，可以获得全断面（均匀）细晶化组织的厚规格钢材，兼有高强韧性与可大线能量焊接性能，可以应用于厚板、重型H型钢、厚壁无缝钢管等钢材生产。

4、高品质特殊钢高效率、低成本特种冶金新流程

1）三次精炼技术

在常规的电炉或转炉流程后面，增加三次精炼，例如真空自耗炉或电渣重熔冶炼，可以获得高洁净度的特种钢材，用于高效和低成本制备航空航天等应用的特殊钢材料和其他高性能金属材料。

2）新一代特钢洁净化、均质化精炼技术

研发对钢水无污染的、加热和脱氧为特征的新一代特钢钢包洁净精炼技术、高端不锈钢加压增氮冶金新技术、基于导电结晶器的电渣重熔技术等，用于生产高端合金钢材。