本報實習記者 楊悅 記者 朱曉波

　　7月11日，必和必拓發布《電熔爐低碳冶煉技術》研yan究jiu報bao告gao，分fen析xi了le電dian熔rong爐lu的de運yun行xing原yuan理li及ji其qi在zai必bi和he必bi拓tuo最zui新xin發fa布bu的de脫tuo碳tan框kuang架jia中zhong可ke以yi發fa揮hui的de作zuo用yong。實shi際ji上shang，該gai報bao告gao建jian立li在zai必bi和he必bi拓tuo與yu全quan球qiu工gong程cheng公gong司si赫he氏shi（Hatch）於3月23riqianshudeyixiangxieyijichushang。genjuxieyi，shuangfangjianglianheshejiyizuodianrongluzhongshizhuangzhi，xingchengyitiaonenggoushiyongbihebituoxiaotiekuangshishengchangangtie
，bingyouxiaojianshaoeryanghuatanpaifangdejishuluxian，tongshigaizhongshizhuangzhikeweidianrongluliantiegongyiyouhuatishengdengtigongzhuli。

　　報bao告gao指zhi出chu，目mu前qian全quan球qiu鋼gang鐵tie行xing業ye正zheng在zai共gong同tong應ying對dui氣qi候hou變bian化hua帶dai來lai的de挑tiao戰zhan，且qie仍reng有you多duo種zhong待dai探tan索suo的de路lu徑jing及ji可ke采cai取qu的de措cuo施shi能neng夠gou幫bang助zhu鋼gang鐵tie行xing業ye最zui終zhong進jin入ru綠lv色se發fa展zhan階jie段duan。在zai此ci背bei景jing下xia，必bi和he必bi拓tuo有you義yi務wu助zhu力li保bao障zhang供gong應ying鏈lian的de韌ren性xing，以yi便bian在zai全quan行xing業ye綠lv色se轉zhuan型xing過guo程cheng中zhong始shi終zhong滿man足zu其qi全quan球qiu客ke戶hu的de鋼gang鐵tie需xu求qiu。在zai此ci過guo程cheng中zhong
，主zhu要yao供gong應ying鏈lian不bu僅jin要yao保bao持chi可ke靠kao性xing和he靈ling活huo性xing，還hai要yao能neng以yi經jing濟ji有you效xiao的de方fang式shi實shi現xian溫wen室shi氣qi體ti的de深shen度du減jian排pai。

　　如何實現？必和必拓基於在鋼鐵冶煉工藝方麵的廣泛研究和專業知識，從4條最有望實現綠色轉型發展的礦基鋼鐵冶煉工藝（指采用鐵礦石冶煉鋼鐵，產生的溫室氣體較多）中選出了最有潛力的幾條脫碳路徑
，包括：配備碳捕集、利用與封存（CCUS）技術的“革新高爐”，直接還原鐵+電熔爐工藝，直接還原鐵+電弧爐工藝
，電解電化學還原工藝。

　　報告強調，應用上述任何一條脫碳路徑都需要大量的技術研發投入、jiaogaodecaozuoyunxingnenglihechongzudepeitaojichusheshi。gangtiexingyexuyaorenshidao，bushisuoyoudefazhanmoshidouyouxiao。jibianshiduiyuyouxiaodefazhanmoshi，gangtieqiyezai“何時采用”“在何地采用”“如何采用”“能在多大程度上采用這些技術”等方麵
，也必須因地製宜。因此，報告認為，對於鋼鐵企業來說
，最謹慎的做法就是將上述幾條路徑都納入考慮範圍。

　　部署“革新高爐”且達到可觀產量

　　報告認為
，鋼鐵行業要想在本世紀30年代大幅降低礦基鋼鐵冶煉工藝的溫室氣體排放強度，減少高爐流程的碳排放是必不可少的一環。

　　高爐流程具有高效
、可靠、規模化應用的優勢
，對鐵礦石品位要求較為靈活，目前為全球範圍內主要的鋼鐵冶煉流程（高爐流程在中國的使用比例較高，占比高達90%左右）。能夠直接集成或應用到現有高爐的低碳技術，為鋼鐵行業近10年乃至未來10年的加速減排提供了重要契機。這些低碳技術能夠充分利用鋼鐵行業已有的龐大資本存量
，並避免低周轉率。

　　報告認為

，由於高爐流程是現有鋼鐵冶煉領域的“主角”
，應用此類低碳技術就相當於“直接解決了主要矛盾問題”。鋼鐵行業要想在本世紀30年代，即在絕大部分高爐資產使用壽命期限內，大幅降低礦基鋼鐵冶煉工藝的溫室氣體排放強度，需重點開發和廣泛部署配備碳捕集
、利用與封存技術的“革新高爐”，以減少排放。雖然其他流程也很重要

，但是高爐流程的“綠色改造”需要花費更長的時間才能達到較為可觀的產量及應用規模。

　　目前，必和必拓已與全球領先的鋼鐵企業開展技術合作
，積極推動高爐減排技術的發展，包括爐頂煤氣循環、富(fu)氫(qing)噴(pen)吹(chui)和(he)利(li)用(yong)生(sheng)物(wu)碳(tan)替(ti)代(dai)化(hua)石(shi)碳(tan)等(deng)。必(bi)和(he)必(bi)拓(tuo)表(biao)示(shi)，雖(sui)然(ran)並(bing)非(fei)所(suo)有(you)技(ji)術(shu)在(zai)所(suo)有(you)地(di)區(qu)都(dou)具(ju)備(bei)商(shang)業(ye)可(ke)行(xing)性(xing)，但(dan)是(shi)其(qi)相(xiang)信(xin)會(hui)有(you)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)高(gao)效(xiao)碳(tan)減(jian)排(pai)技(ji)術(shu)成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)於(yu)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)。此(ci)外(wai)
，原(yuan)燃(ran)料(liao)優(you)化(hua)對(dui)上(shang)述(shu)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用(yong)也(ye)有(you)著(zhe)重(zhong)要(yao)的(de)助(zhu)力(li)作(zuo)用(yong)。為(wei)此(ci)，必(bi)和(he)必(bi)拓(tuo)目(mu)前(qian)正(zheng)針(zhen)對(dui)低(di)灰(hui)煉(lian)焦(jiao)煤(mei)應(ying)用(yong)
、強化塊礦利用、西澳鐵礦粉用於球團礦生產等展開研發。

　　直接還原鐵+電爐

　　直接還原鐵是指在低於鐵礦石熔點的溫度下，通過固態還原將鐵礦石還原成金屬鐵的形態。報告指出，采用直接還原鐵+電爐工藝非常有益於鋼鐵行業大量減少溫室氣體排放。

　　報bao告gao認ren為wei，與yu高gao爐lu不bu同tong，直zhi接jie還hai原yuan鐵tie的de生sheng產chan不bu需xu要yao使shi用yong含han碳tan焦jiao炭tan，而er是shi利li用yong含han氫qing氣qi體ti將jiang鐵tie礦kuang石shi還hai原yuan為wei金jin屬shu鐵tie，由you此ci降jiang低di二er氧yang化hua碳tan排pai放fang強qiang度du。直zhi接jie還hai原yuan鐵tie過guo程cheng不bu發fa生sheng熔rong化hua，而er是shi在zai電dian爐lu采cai用yong電dian力li進jin行xing，因yin而er在zai經jing濟ji可ke行xing的de情qing況kuang下xia
，采cai用yong可ke再zai生sheng電dian力li電dian解jie生sheng產chan的de“綠氫”和進行電爐冶煉，可實現煉鋼過程的“近零排放”
，可ke鋼gang鐵tie行xing業ye仍reng需xu對dui此ci持chi謹jin慎shen態tai度du。這zhe是shi因yin為wei鋼gang鐵tie行xing業ye還hai需xu要yao克ke服fu重zhong大da的de技ji術shu障zhang礙ai，而er且qie鋼gang作zuo為wei一yi種zhong鐵tie碳tan合he金jin，必bi須xu在zai特te定ding環huan節jie加jia入ru碳tan。

　　此外
，報告指出
，無論是電弧爐還是電熔爐，直接還原鐵+電爐工藝都需要巨大的可再生電力供給量做支撐。據必和必拓估算，一座年產量為200wandundezhijiehaiyuantiegongchangxuyaoxiangdangyuyizuoxiaoxinghedianzhandangliangdekezaishengnengyuangongyingcainenghuodesuoxudeqingqi，zaijiashangdianluyeliansuoxudedianli，yizuozhijiehaiyuantiegongchangsuoxudekezaishengdianlizongliangjiejinyigechangguizhongxinghedianzhandefadianliang（1兆瓦）。

　　電熔爐較電弧爐更具原料優勢

　　必和必拓認為，電弧爐可主要用直接還原鐵作原料，可是其適用運行範圍較窄。作為一種“替代品”
，必bi和he必bi拓tuo正zheng在zai研yan究jiu應ying用yong電dian熔rong爐lu。其qi認ren為wei電dian熔rong爐lu比bi電dian弧hu爐lu的de性xing能neng更geng優you且qie原yuan料liao靈ling活huo性xing更geng高gao。必bi和he必bi拓tuo早zao期qi相xiang關guan研yan究jiu已yi證zheng實shi電dian熔rong爐lu技ji術shu的de可ke行xing性xing

，並bing建jian議yi其qi客ke戶hu認ren真zhen考kao慮lv。近jin期qi

，塔ta塔ta鋼gang鐵tie歐ou洲zhou公gong司si、蒂森克虜伯、奧鋼聯
、博思格、浦項製鐵等企業紛紛加入到了必和必拓的電熔爐開發及應用隊伍。

　　鐵礦石主要由鐵氧化物和其他雜質組成，要將鐵礦石冶煉成鋼鐵，需經曆還原、熔化、精jing煉lian。在zai高gao爐lu流liu程cheng中zhong
，還hai原yuan和he熔rong化hua過guo程cheng均jun在zai高gao爐lu內nei完wan成cheng
，而er精jing煉lian則ze是shi在zai轉zhuan爐lu中zhong和he精jing煉lian爐lu內nei進jin行xing。無wu論lun是shi電dian弧hu爐lu還hai是shi電dian熔rong爐lu，在zai直zhi接jie還hai原yuan過guo程cheng中zhong都dou隻zhi進jin行xing還hai原yuan而er不bu熔rong化hua，因yin而er雜za質zhi仍reng保bao留liu在zai還hai原yuan鐵tie中zhong，必bi須xu經jing過guo後hou續xu的de熔rong化hua和he精jing煉lian，才cai能neng去qu除chu這zhe些xie雜za質zhi。

　　報bao告gao指zhi出chu，目mu前qian主zhu流liu的de電dian弧hu爐lu設she計ji以yi廢fei鋼gang為wei主zhu要yao原yuan料liao。電dian弧hu爐lu針zhen對dui以yi電dian弧hu作zuo為wei熱re源yuan快kuai速su熔rong化hua廢fei鋼gang而er設she計ji和he優you化hua，對dui原yuan料liao的de質zhi量liang要yao求qiu較jiao高gao。電dian弧hu爐lu煉lian鋼gang不bu適shi用yong於yu鐵tie礦kuang石shi還hai原yuan
，無wu法fa將jiang鐵tie礦kuang石shi轉zhuan換huan成cheng鐵tie，因yin而er鐵tie礦kuang石shi在zai進jin入ru電dian弧hu爐lu之zhi前qian，必bi須xu首shou先xian將jiang其qi“還原”（或者說“金屬化”）成(cheng)金(jin)屬(shu)形(xing)態(tai)。來(lai)自(zi)高(gao)爐(lu)的(de)鐵(tie)水(shui)和(he)直(zhi)接(jie)還(hai)原(yuan)的(de)海(hai)綿(mian)鐵(tie)均(jun)屬(shu)於(yu)金(jin)屬(shu)形(xing)態(tai)

，可(ke)作(zuo)為(wei)重(zhong)要(yao)原(yuan)料(liao)送(song)入(ru)電(dian)弧(hu)爐(lu)
，以(yi)稀(xi)釋(shi)廢(fei)鋼(gang)中(zhong)難(nan)以(yi)脫(tuo)除(chu)的(de)殘(can)餘(yu)雜(za)質(zhi)
，如(ru)銅(tong)、xideng。suizheweilaifeiganggongyingliangdezengjia
，xingyeduinengxishifeigangzazhidekuangjijinshuhualuliaodexuqiuyejiangzengjia。ciwai，dianhuluyongzhijiehaiyuantiedetiekuangshiyuanliaopinweitongchanggaoyu67%，脈石含量低於2.5%並含有少量的磷（其餘主要是氧
，即還原需要去除的部分）。為了降低電弧爐中的鐵損，企業要盡可能提高直接還原鐵的金屬化率，且一般要與至少50%的廢鋼一起冶煉。

　　據能源谘詢公司伍德麥肯茲（Wood Mackenzie）估計
，目前全球隻有大約3%的海運鐵礦石符合上述高品位鐵礦石的要求。必和必拓認為
，開發新的礦山以滿足鋼鐵行業綠色轉型所需要的直接還原品位鐵礦石（經過加工後的鐵礦石）
，並不切合實際。鋼鐵行業亟待開發出“近零排放”的技術路徑
，不僅需要適應不同品位的鐵礦石，而且需滿足全球的鋼鐵產量需求。

　　據ju報bao告gao介jie紹shao，必bi和he必bi拓tuo正zheng在zai進jin行xing一yi項xiang選xuan礦kuang技ji術shu研yan發fa以yi提ti高gao鐵tie礦kuang石shi品pin位wei和he回hui收shou率lv，目mu前qian其qi正zheng評ping估gu在zai西xi澳ao大da利li亞ya皮pi爾er巴ba拉la地di區qu金jin布bu巴ba礦kuang區qu建jian設she一yi座zuo選xuan礦kuang廠chang的de可ke行xing性xing。必bi和he必bi拓tuo認ren為wei，對dui於yu金jin布bu巴ba礦kuang區qu和he絕jue大da部bu分fen皮pi爾er巴ba拉la地di區qu的de礦kuang山shan而er言yan，在zai可ke預yu見jian的de未wei來lai實shi現xian所suo有you出chu產chan的de鐵tie礦kuang石shi達da到dao現xian有you直zhi接jie還hai原yuan等deng級ji並bing不bu現xian實shi。此ci外wai
，必bi和he必bi拓tuo表biao示shi，其qi通tong過guo與yu擁yong有you球qiu團tuan礦kuang廠chang的de中zhong國guo客ke戶hu合he作zuo研yan發fa，已yi經jing證zheng明ming必bi和he必bi拓tuo的de西xi澳ao鐵tie礦kuang石shi能neng夠gou與yu多duo種zhong類lei型xing的de鐵tie礦kuang石shi混hun合he生sheng產chan球qiu團tuan礦kuang，其qi質zhi量liang與yu其qi他ta商shang業ye海hai運yun球qiu團tuan礦kuang相xiang當dang。

　　電熔爐或許可成為解鎖直接還原用

　　報告指出
，與電弧爐不同，電熔爐設計專門冶煉直接還原鐵，並可使用不同品位和形狀的原料（如球團礦、粉礦
、塊礦
、團礦），擴大了鐵礦石原料的適用範圍，包括必和必拓西澳鐵礦的中等品位鐵礦石（包含塊礦、粉礦，以及球團礦
、壓塊等）。

　　報告強調
，采用直接還原鐵+電(dian)熔(rong)爐(lu)工(gong)藝(yi)可(ke)以(yi)生(sheng)產(chan)出(chu)高(gao)爐(lu)流(liu)程(cheng)可(ke)生(sheng)產(chan)的(de)所(suo)有(you)高(gao)質(zhi)量(liang)產(chan)品(pin)。過(guo)去(qu)，由(you)於(yu)主(zhu)流(liu)的(de)高(gao)爐(lu)流(liu)程(cheng)具(ju)有(you)強(qiang)大(da)的(de)競(jing)爭(zheng)力(li)，所(suo)以(yi)電(dian)熔(rong)爐(lu)技(ji)術(shu)不(bu)太(tai)具(ju)備(bei)商(shang)業(ye)化(hua)的(de)條(tiao)件(jian)。如(ru)今(jin)，由(you)於(yu)鋼(gang)鐵(tie)企(qi)業(ye)可(ke)利(li)用(yong)電(dian)熔(rong)爐(lu)生(sheng)產(chan)“近零排放”的鋼鐵，所以扭轉了電熔爐的市場前景。

　　電(dian)熔(rong)爐(lu)究(jiu)竟(jing)有(you)什(shen)麼(me)特(te)別(bie)之(zhi)處(chu)
？報(bao)告(gao)指(zhi)出(chu)，與(yu)電(dian)弧(hu)爐(lu)一(yi)樣(yang)，電(dian)熔(rong)爐(lu)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)也(ye)是(shi)通(tong)過(guo)電(dian)極(ji)通(tong)電(dian)從(cong)而(er)加(jia)熱(re)含(han)鐵(tie)爐(lu)料(liao)，可(ke)是(shi)其(qi)內(nei)部(bu)過(guo)程(cheng)與(yu)電(dian)弧(hu)爐(lu)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)。電(dian)熔(rong)爐(lu)是(shi)連(lian)續(xu)運(yun)行(xing)，通(tong)過(guo)在(zai)爐(lu)內(nei)添(tian)加(jia)少(shao)量(liang)碳(tan)來(lai)形(xing)成(cheng)“維持還原氣氛”，並密封爐頂以避免空氣進入，同時可以通過對電極的不同操作來改變電極周圍的電弧、gonglvdeng。zhijiehaiyuantiebeibuduansongrudianronglu，zaidianjizhouweibaoyouyicengzhujianhaiyuanheronghuadegutaiyuanliao，bingpiaofuzairongrongjinshuherongzhashang。dianronglulutangdegongzuohuanjing、熔渣化學反應的控製方式雖與高爐類似


，但明顯不同於電弧爐，其在確保爐膛正常運行的情況下，可以通過出鐵孔定期排出鐵水。

　　必bi和he必bi拓tuo表biao示shi，上shang述shu差cha異yi有you望wang開kai辟pi出chu一yi條tiao不bu僅jin用yong料liao靈ling活huo還hai能neng降jiang低di成cheng本ben及ji溫wen室shi氣qi體ti排pai放fang強qiang度du的de全quan新xin鋼gang鐵tie冶ye煉lian工gong藝yi路lu線xian，或huo許xu也ye可ke以yi成cheng為wei解jie鎖suo直zhi接jie還hai原yuan用yong鐵tie礦kuang石shi品pin位wei靈ling活huo性xing的de關guan鍵jian。

　　深入行業碳減排

　　報告指出，如果直接還原鐵+電熔爐工藝成功實現在行業內的規模化應用，那麼直接還原鐵+電熔爐工藝可逐步取代鋼廠內溫室氣體排放密集的前端生產設施（包括高爐
、燒結廠、煉焦爐等），且qie不bu會hui影ying響xiang下xia遊you的de精jing煉lian和he加jia工gong等deng工gong序xu。這zhe些xie都dou是shi鋼gang鐵tie企qi業ye製zhi造zao並bing向xiang最zui終zhong用yong戶hu交jiao付fu大da量liang成cheng品pin鋼gang的de必bi備bei條tiao件jian。因yin此ci，為wei了le進jin一yi步bu推tui進jin全quan行xing業ye的de碳tan減jian排pai
，推tui廣guang應ying用yong直zhi接jie還hai原yuan鐵tie+電熔爐工藝，還需要進一步加強上下遊的協同合作。

　　報告認為，在不放棄下遊基礎設施優勢的前提下

，鋼鐵企業也可以選擇在更具經濟效益的區域（如綠氫更便宜的區域）建造獨立的直接還原鐵廠或者直接還原鐵+電熔爐綜合性工廠。如此一來，直接還原鐵和由電熔爐將含鐵料熔化產生的鐵水澆鑄成的生鐵均可再運輸到企業現有的鋼廠（上述生鐵被送到鋼廠後需重新熔化造成額外的能源消耗，鋼企如果選擇將綜合性工廠建在鋼廠附近，則可以避免這些消耗)。

　　必和必拓表示，電熔爐產生的鐵水、rongzhayugaoluleisi
，suoyitongguofangkuanzhiqianshiyongyudianhuludezhijiehaiyuantiezhiliangyaoqiu，youzhuyuzaishangyouxingchengxietongxiaoying，bujinnengjiangdirongzhatiesun，hainengzaixiayoujinglianguochengzhongchulin。youyushengchanzhijiehaiyuantiexuyaodadao90%以上的金屬化率，所以其麵臨的最大技術障礙之一是物性（特別是黏結）改變。然而，如果是直接還原鐵與電熔爐工藝組合
，其金屬化率可能隻需達到80%~85%。

　　此ci外wai，必bi和he必bi拓tuo強qiang調tiao，電dian熔rong爐lu產chan生sheng的de熔rong渣zha與yu高gao爐lu的de熔rong渣zha相xiang似si，所suo以yi可ke以yi作zuo為wei水shui泥ni的de替ti代dai品pin
，不bu僅jin不bu需xu要yao進jin行xing處chu理li，而er且qie水shui泥ni生sheng產chan本ben身shen就jiu屬shu於yu溫wen室shi氣qi體ti排pai放fang密mi集ji型xing活huo動dong，用yong爐lu渣zha替ti代dai水shui泥ni後hou，每mei生sheng產chan1噸鐵水，便可額外減少150千克~200千克的二氧化碳排放量。

　　必和必拓表示，雖然電熔爐的相關技術在其他冶金領域（如鐵合金、鈦、鎳生產）yishuyuchengshujishu，danshiruheliyongdianronglujishujianshaoyongbihebituopierbalakuangqutiekuangshizailiangangguochengzhongdewenshiqitipaifang，ruheguidingcaozuoyaoqiu，muqianshangweidedaochongfenlunzheng
，haixuyaoshangxiayoujiaqiangxietonghezuo。bihebituoyuheshilianheshejidedianrongluzhongshizhuangzhijiangtigongyigelianghaodeshiyanpingtai
，shuangfangjianghezuokaizhanxitongxingyanjiu，jiangdifengxian，youhuapierbalakuangqutiekuangshichuligongyi。

　　《中國冶金報》（2023年07月21日 02版二版）