三类钢铁制造流程降碳路线综述

根据对钢铁行业低碳发展的分析和设想,未来钢铁生产制造流程将在减量化发展进程中,逐渐演变为高炉-转炉长流程、全废钢电弧炉短流程和氢冶金-电弧炉流程三大类。影响三类钢铁生产制造流程碳排放水平的关键因素包括流程结构、原料结构、能源结构、产品结构、装备水平、管理水平、技术水平等。采用中国钢研构建的双碳分析模型(CISRI-CPCN),绘制了三类流程的降碳路线图。研究结果表明,三类流程碳排放量逐年降低。从2020―2060年,长流程的CO_(2)排放量从2.0 t/t(钢)降低到0.87 t/t(钢),可通过碳汇、碳交易等手段实现碳中和。2050年短流程从0.45 t/t(钢)降低到接近0,有望实现“近零碳”冶炼。2060年氢冶金电弧炉流程(50%废钢+50%HDRI原料结构)从1.31 t/t(钢)降低到接近0,基本实现碳中和。综合考虑国民经济的发展需求,建议未来钢铁行业在减量化发展过程中,对三类流程的产品结构进行逐步调整。长流程的产品结构应逐步过渡到以生产平材产品为主,特别是高端板材,主要布局在沿海深水港地区。短流程应以建筑用长材为切入口,逐步替代中小高炉-转炉流程,部分生产合结钢等优特钢或不锈钢等单一品种,主要布局在废钢资源丰富的城市周边。目前氢冶金-电弧炉流程尚处于探索和开发阶段,需要克服其在绿氢、经济性、技术可靠性以及工程化等方面的诸多困难。

“双碳”背景下低碳排炼钢流程选择及关键技术

“碳达峰”、“碳中和”是一个总体的宏观概念,为中国未来经济与环境发展提供了笼统的理论框架与基本理念.基于“双碳”目标的深度解析,中国钢铁行业处于“碳锁定”状态,只有同时进行技术和制度变革才能实现“碳解锁”.结合当前钢铁工业生产结构、冶炼原材料供应、冶炼能源、节能减排水平以及CO_(2)排放现状,给出了合理的碳达峰时间及峰值.未来二三十年中国钢铁生产主要流程依然是长流程和短流程并存,氢冶金技术还难以进行工业生产,提升全废钢短流程炼钢的比例是降低碳排放的主要措施.从长远来看,长流程中炼铁工艺由碳还原逐渐向氢还原是大势所趋,炼铁工序的产品将由原来的高碳铁水转变为低碳铁水或直接还原铁(DRI),具有较高脱碳的转炉炼钢就没有明显优势,发展电弧炉炼钢流程是必然选择.但实现“碳中和”还要依靠氢冶金,碳捕集、利用与封存技术的发展和应用,以及制度的变革.基于近年在全废钢电弧炉相关方面的理论研究、装备开发与实践的深入研究,针对全废钢电弧炉冶炼工艺存在的问题,开发了一系列关键技术,实现在全废钢条件下满足当前连铸生产工艺节奏以及钢液质量的控制,为全废钢电弧炉的发展提供理论支持.