現(xiàn)階段，我國仍以高爐煉鐵為主，新一代低碳高爐、數(shù)字化智能化煉鐵、低碳煉鐵爐料等新技術是推動煉鐵工序向低碳高質量發(fā)展轉型的重要途徑；未來，主要依托氫冶金、碳捕集利用和綠色鐵源廢鋼高效循環(huán)實現(xiàn)碳快速減排。同時，低碳煉鐵將基于工業(yè)互聯(lián)網的全流程數(shù)字化、規(guī)模化綠氫制備、產品高質化和工藝綠色化等技術貫穿全程，實現(xiàn)鋼鐵碳中和這一偉大目標。
中國工程院院士王國棟以戰(zhàn)略科學家的擔當，對低碳鋼鐵技術研發(fā)進行了精準前瞻和深度布局。東北大學教授儲滿生帶領東北大學“2011鋼鐵共性技術協(xié)同創(chuàng)新中心”低碳煉鐵團隊（以下簡稱低碳煉鐵團隊），在王國棟的帶領和指導下，將科研方向聚焦氫冶金、低碳高爐、數(shù)字化煉鐵等低碳關鍵共性技術，幾十年如一日，深耕前沿基礎研究與關鍵技術開發(fā)工作。
由“高爐煉鐵”向“綠色煉鐵”迭代升級，從傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”華麗轉身。在建設人與自然和諧共生的現(xiàn)代化實踐中，低碳煉鐵團隊把綠色低碳作為團隊最重要的價值創(chuàng)造源泉，以踐行雙碳戰(zhàn)略為牽引，充分發(fā)揮“綠色制造”和“制造綠色”雙重效能，打造更加豐富多元的低碳煉鐵應用場景，推動煉鐵行業(yè)釋放更具引領性、更有競爭力的“綠動能”，引領鋼鐵行業(yè)邁入“以氫代煤”綠色冶煉的時代。
以關鍵技術領跑
鋼鐵綠色低碳新賽道
目前，我國鋼鐵冶煉主要依賴煤基化石能源，產生了大量二氧化碳，其排放量占我國碳排放總量的15.7%左右。其中，煉鐵系統(tǒng)能耗、二氧化碳排放分別占整個鋼鐵生產流程的83.3%、73.1%以上。研發(fā)和應用低碳煉鐵工藝與裝備技術，是煉鐵產業(yè)發(fā)展的迫切要求。
針對煉鐵低碳智能化轉型升級的國家重大需求，低碳煉鐵團隊在煉鐵領域深入研究和工程化應用的多年積累，為勇挑時代重擔、破解行業(yè)難題打下了良好的基礎。
在回首此間心路歷程時，儲滿生感慨頗多：“在低碳煉鐵的漫長科研道路上，從剛開始的信心十足、躊躇滿志，到遇見困難時的耕耘求知、愈挫愈勇，再到解決問題時的重拾信心、豁然開朗，不知經歷了多少個日日夜夜。”
“總覺得科研問題一直在前面牽著我們，讓我們不得不去面對且最終戰(zhàn)勝它，也正是這種勇于面對的精神和不斷求知的思想碰撞，幫助我們團隊實現(xiàn)了低碳煉鐵領域一個又一個科研成果的重大突破?！痹搱F隊教師唐玨回憶道。
瞄準我國鋼鐵低碳發(fā)展前沿，該團隊聚焦氫冶金、低碳高爐、數(shù)字化煉鐵等低碳關鍵共性技術，經過多年的潛心攻關，形成了完整的低碳智能化煉鐵工藝理論與技術體系，研究成果在企業(yè)得到廣泛應用。
——在新一代低碳高爐前沿技術上取得突破。該團隊優(yōu)化高爐煉鐵工藝，提高高爐煉鐵生命力和競爭力。該團隊研發(fā)熔劑性球團和復合鐵焦等低碳高爐爐料，將富氫介質噴吹（焦爐煤氣、天然氣、氫氣等）、爐頂煤氣循環(huán)、高富氧冶煉等操作高效匹配和耦合集成，形成富氫噴吹、全氧冶煉、頂煤氣循環(huán)等新一代低碳高爐技術與理論，獲得煉鐵降碳30%以上的技術途徑。
該成果廣泛應用于國內鋼鐵企業(yè)，為撫順新鋼鐵、中國寶武、攀鋼集團、山鋼集團、河鋼集團等提供了明晰的高爐煉鐵降碳工藝途徑。新一代低碳高爐煉鐵技術可將化學能利用率提升至93.6%，噸鐵二氧化碳減排32.5%，該技術研發(fā)與應用有助于探索現(xiàn)階段高爐主流程的極致能效，從而促進國內鋼鐵企業(yè)在實現(xiàn)碳中和過程中穩(wěn)步前進。同時，該團隊與黑龍江建龍鋼鐵有限公司、承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰?、河鋼承鋼、四川德勝釩鈦、攀鋼集團等鋼企合作，研發(fā)釩鈦磁鐵礦高爐高效低碳冶煉技術，推廣應用效果顯著。
——自主研發(fā)數(shù)字化煉鐵技術。針對高爐冶煉過程復雜，高爐數(shù)據難表征、狀態(tài)難描述、操作難調控等難題，該團隊將大數(shù)據、人工智能與冶煉機理、經驗知識相結合，建立高效率、低成本、高保真的高爐冶煉先進數(shù)字孿生模型，形成爐況智能預測評價與操作自主優(yōu)化決策的良好互動，研發(fā)機理、數(shù)據、知識多維驅動的國內首個鐵前—高爐信息物理系統(tǒng)，實現(xiàn)多維信息融合的鐵區(qū)一體化智能化煉鐵，建立以高爐為中心的鐵區(qū)一體化智能化閉環(huán)賦能體系。
該成果應用于撫順新鋼鐵、中國寶武、太鋼集團、河鋼集團、昆明鋼鐵控股有限公司、本鋼集團等鋼企，關鍵指標在線預測命中率高于90%，爐溫穩(wěn)定率提升30%，高爐賦能降碳3%~6%。應用期間，撫順新鋼鐵高爐年創(chuàng)效8000余萬元，并牽頭申報獲批國家重大低碳專題項目；太鋼集團高爐年創(chuàng)效1400余萬元，河鋼唐鋼高爐年創(chuàng)效1200余萬元。
該團隊與撫順新鋼鐵合作開發(fā)的數(shù)據與機理雙驅動的智能化煉鐵關鍵技術，依托遼寧雄厚的鋼鐵工業(yè)基礎，將豐富的鋼鐵冶煉場景資源轉化為振興優(yōu)勢，為遼寧省“圍繞產業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈、圍繞創(chuàng)新鏈布局產業(yè)鏈”乃至全國推進“數(shù)據支撐極致能效、算法驅動智慧運營”樹立典范，推動數(shù)字經濟和實體經濟深度融合，加快促進我國鋼鐵行業(yè)的“數(shù)字蝶變”。
——在氫冶金前沿技術上取得重大突破。針對高爐—轉爐長流程碳排放高、產品純凈度無法滿足高端裝備制造需求的現(xiàn)狀，該團隊立足發(fā)展氫冶金短流程，優(yōu)化鋼鐵工藝流程、能源結構和產品結構。
氫基豎爐直接還原，是目前國內外重點研發(fā)和應用的主流氫冶金新工藝。而我國氫氣豎爐直接還原技術研發(fā)和應用，總體上還處于起步階段，與國外先進產鋼國差距顯著，且由于國外技術知識產權保護，在氫冶金應用方面嚴重受制于人。
該團隊勇做“弄潮兒”，推動能源結構變革，突破氫氣安全高效加熱、氫基豎爐直接還原技術與裝備等關鍵難題，力爭加快關鍵共性技術研發(fā)、工程轉化和推廣應用，為未來實現(xiàn)氫冶金核心技術、關鍵裝備、標準體系、研發(fā)平臺和人才隊伍的全面超越提供良好基礎。
該團隊系統(tǒng)研究了氫基豎爐—電爐短流程新工藝技術和重大裝備，設計了擁有自主知識產權的國內首臺套氫氣豎爐系統(tǒng)，并籌措資金3000多萬元，正在遼寧省沈撫改革創(chuàng)新示范區(qū)東大工業(yè)技術研究院建設全國首個基于氫冶金、綠色電爐和高端鋼制品鑄鍛軋的萬噸級新一代零碳鋼鐵冶金短流程中試基地，推動遼寧省占據氫冶金前沿理論研究與工程轉化的制高點。
在突破氫基豎爐短流程技術和裝備的基礎上，該團隊進一步研發(fā)釩鈦礦氫基直接還原—電爐熔分新工藝技術，實現(xiàn)鐵、釩、鉻、鈦等有價組元的高效回收，形成特色冶金資源低碳綠色利用共性技術。該團隊在氫冶金領域成果位居全球研究機構排名前列，相繼承擔河鋼集團、中國寶武、攀鋼集團等國內鋼企的大部分氫冶金項目，并與必和必拓公司、巴西淡水河谷公司等國際礦業(yè)公司合作。
面向世界科技前沿和國家重大需求
打造一流創(chuàng)新基地
技術創(chuàng)新是推動鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的關鍵所在，而關鍵技術的突破和應用，離不開科技創(chuàng)新平臺的支撐。該團隊深刻意識到科研平臺在科技創(chuàng)新中的引領作用，并牽頭組建了低碳鋼鐵前沿技術教育部工程研究中心。該中心圍繞鋼鐵產業(yè)碳中和重大需求，將新能源科學與工程、鋼鐵冶金、熱能工程、化學工程、控制科學與工程等學科交叉融合、協(xié)同創(chuàng)新，集合東北大學各學科的優(yōu)勢學術力量，在氫能制備與氫冶金、高性能鋼鐵材料綠色冶金、全流程數(shù)字冶金與加工、碳捕集利用等領域實現(xiàn)突破。
依托東北大學礦冶學科群的雄厚基礎，該團隊與撫順新鋼鐵等鋼鐵企業(yè)合作，共建高爐—轉爐長流程以及氫基豎爐短流程的碳中和中試基地，開展低碳鋼鐵前沿技術及工程化創(chuàng)新鏈研究，建成“基礎研究—小試突破—中試驗證—工業(yè)應用”一體化的“國內領先、國際一流”的碳中和共性技術研發(fā)平臺和成果轉化基地，成為東北大學服務鋼鐵行業(yè)高質量發(fā)展和東北地區(qū)振興發(fā)展、推進學科建設、加快科技成果轉化、培養(yǎng)聚集創(chuàng)新人才及開展國際合作交流的重要基地。
針對我國氫氣豎爐氫冶金技術體系中亟待突破的核心技術、關鍵裝備和工程示范等重大需求，該團隊通過政產學研用金深度融合和協(xié)同創(chuàng)新，研發(fā)氫氣豎爐短流程前沿技術與重大裝備，突破一系列具有自主知識產權的關鍵技術及裝備，推動構建完整的氫冶金和零碳鋼鐵技術體系，完成產業(yè)化建設；與東北大學特鋼團隊合作建成了我國首個氫冶金短流程關鍵共性技術與裝備研發(fā)、成果轉化和工程應用的創(chuàng)新平臺，彌補了國內工程示范空白，實現(xiàn)了核心技術、關鍵裝備、標準體系、研發(fā)平臺和人才隊伍的全面超越，為我國低碳乃至零碳鋼鐵冶煉提供全新途徑，推動鋼鐵行業(yè)低碳、零碳化和高質量創(chuàng)新發(fā)展。
人間萬事出艱辛。在回憶起創(chuàng)新平臺及基地建設時，儲滿生感慨頗深：“平臺建設是個大工程，特別是對于萬噸級氫氣豎爐示范線的建設，更是有諸多波折，投入如此大的人力、物力和財力，團隊老師其實猶豫了很久。對于建設可行性方案，我們常常討論到深夜，不斷去修改、驗證和完善，讓構想逐漸落地、變成現(xiàn)實。這個過程雖然艱辛，但是我們能深切感受到團隊在不斷收獲和成長，同時也堅信我們能在低碳煉鐵領域走出自己的特色之路?！?/div>
先行一步，領跑變革。作為鋼鐵行業(yè)綠色轉型的探路者，儲滿生帶領團隊堅定地與國家戰(zhàn)略同向同行，深耕氫能、大數(shù)據與鋼鐵行業(yè)的融合創(chuàng)新、協(xié)同發(fā)展，超前跟蹤世界氫冶金和數(shù)字化鋼鐵技術的研發(fā)動態(tài)，以正在建設的鋼鐵長流程碳中和中試基地和氫冶金短流程中試基地為起點，把氫能利用、智能化與鋼鐵低碳發(fā)展協(xié)同作為重點發(fā)展方向，積極突破氫冶金和智能化冶金技術瓶頸，加快推進低碳冶金技術的革命性創(chuàng)新與突破，為鋼鐵行業(yè)綠色低碳數(shù)字化發(fā)展提供更多更好的智慧和方案。
回首過往的科研歷程，儲滿生感慨道：“從碳能源到氫能源，從經驗操作到智能冶煉，煉鐵猶如一次新生。目前團隊雖在低碳煉鐵前沿技術方面取得一定進展，但未來仍要跳出舒適區(qū)，繼續(xù)以鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展為出發(fā)點，深耕低碳高爐、數(shù)字化煉鐵、氫冶金等低碳鋼鐵前沿領域，走綠色發(fā)展之路，筑生態(tài)文明之基，不斷學習、創(chuàng)新和錘煉技術，開展更高水平、更廣范圍、更深層次的研究，與各方攜手同心，將碳中和這條造福世界的路鋪得更寬更遠，用顛覆性技術引領煉鐵行業(yè)的發(fā)展?！保ㄍ踱暬郏?/div>
來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網
編輯：張雨恬
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