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绿色转型新路径：本钢熔融还原炼铁工艺可行性研究

一、引言：双碳目标下钢铁工业的转型刚需

（一）传统高炉炼铁的瓶颈与挑战

在钢铁工业的漫长发展历程中，传统高炉炼铁工艺长期占据着主导地位，成为钢铁生产的核心方式。这种工艺依赖焦煤作为关键原料，通过一系列复杂的物理化学反应，将铁矿石转化为铁水，进而为后续的钢铁制造提供基础材料。高炉炼铁的原理是利用焦炭在高炉内燃烧产生高温和还原剂一氧化碳，在高温和一氧化碳的作用下，铁矿石中的铁氧化物被还原成金属铁。这一过程中，焦炭不仅提供了还原所需的热量，还作为骨架支撑炉料，保证高炉内的透气性和炉料的顺利下降。

然而，随着时代的发展和环境要求的日益严格，传统高炉炼铁工艺逐渐暴露出诸多瓶颈与挑战，使其可持续发展面临严峻考验。

从资源角度来看，焦煤作为一种不可再生的稀缺资源，其储量有限且分布不均。全球范围内，焦煤的主要产地集中在少数国家和地区，如澳大利亚、美国、中国等。随着钢铁工业的持续扩张，对焦煤的需求与日俱增，导致焦煤资源日益紧张。以中国为例，虽然是煤炭资源大国，但优质焦煤储量相对不足，每年需要大量进口焦煤来满足钢铁生产的需求。据相关数据统计，2023年中国进口焦煤量达到[X]亿吨，对外依存度较高。焦煤资源的紧张不仅增加了钢铁企业的采购成本，还使得企业面临着原材料供应不稳定的风险，一旦国际市场出现波动，可能会对钢铁生产造成严重影响。

在能耗方面，传统高炉炼铁工艺的能耗表现不尽人意。高炉炼铁工序能耗约占钢铁生产全流程总能耗的70%左右，其中吨铁能耗约2.5GJ。这一能耗水平相对较高，主要原因在于高炉炼铁过程中涉及多个高能耗环节，如炼焦、烧结、高炉冶炼等。炼焦过程需要将煤炭在高温下干馏，去除挥发分，制成焦炭，这一过程消耗大量的能源；烧结工序则是将铁矿石粉、燃料和熔剂等混合，通过高温烧结制成块状烧结矿，同样需要消耗大量的热量；在高炉冶炼过程中，为了维持高温和还原反应的进行，需要不断地投入焦炭和喷吹煤粉，进一步增加了能耗。高能耗不仅增加了钢铁企业的生产成本，还对能源供应和环境造成了巨大压力，与当前倡导的节能减排和可持续发展理念背道而驰。

环保问题是传统高炉炼铁工艺面临的又一重大挑战。在生产过程中，高炉炼铁会产生大量的污染物，对环境造成严重破坏。废气方面，主要污染物包括二氧化硫（SO?）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（粉尘）等。这些污染物排放到大气中，会导致酸雨、雾霾等环境问题，对空气质量和人体健康造成严重危害。据统计，高炉炼铁废气排放中的SO?占钢铁行业总排放量的30%以上，NOx占20%左右。废水方面，高炉炼铁产生的废水含有大量的重金属离子、悬浮物和有机物等，若未经有效处理直接排放，会对水体造成污染，破坏生态平衡。固体废物方面，高炉炼铁产生的炉渣、粉尘等固体废物若处置不当，不仅会占用大量土地资源，还可能对土壤和地下水造成污染。据估算，高炉炼铁过程中产生的固体废物占钢铁行业总固体废物产生量的40%以上。在“双碳”目标的大背景下，钢铁行业面临着巨大的减排压力，传统高炉炼铁工艺的高污染排放已成为其可持续发展的瓶颈之一。

本钢作为东北钢铁行业的骨干企业，在钢铁生产领域具有重要地位。然而，本钢现有的高炉工艺同样面临着诸多问题。在烧结、焦化等高污染工序方面，本钢的生产过程中会产生大量的污染物，对周边环境造成一定影响。以2024年为例，本钢吨铁粉尘排放达到0.8kg，而行业先进水平仅为0.5kg，这表明本钢在粉尘减排方面还有很大的提升空间。随着环保政策的日益严格，本钢面临着巨大的减排压力，需要积极寻求技术创新和工艺改进，以降低污染物排放，实现绿色发展。

（二）熔融还原炼铁的技术定位与战略价值

在传统高炉炼铁工艺面临重重困境的背景下，熔融还原炼铁技术应运而生，成为钢铁工业实现可持续发展的重要希望。熔融还原炼铁技术作为非高炉炼铁的核心技术之一，具有独特的技术原理和显著的优势，在钢铁工业的转型发展中具有重要的技术定位和战略价值。

熔融还原炼铁技术的核心在于通过“氢冶金+煤基气化”的创新组合，实现铁矿石的高效还原和铁水的生产。在这一技术体系中，氢冶金是利用氢气作为还原剂，将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。氢气在还原过程中与铁氧化物发生反应，生成水和金属铁，相较于传统的碳还原方式，氢冶金过程中不产生二氧化碳排放，具有显著的环保优势。煤基气化则是将煤炭在特定条件下转化为合成气，主要成分包括一氧化碳和氢气。这些合成气不仅可以作为燃料提供热量，还可以作为还原剂参与铁矿石的还原反应，从而实现煤炭的高效利用。

通过“氢冶金+煤基气化”的组合，熔融还原炼铁技术实现了对传统高炉炼铁工艺的重大突破。该技术可取消烧结、焦化环节，从源头上减少了污染物的产生。传统高炉炼铁中的烧结和焦化工