问题描述
当前，我国钢铁工业已进入减量阶段、重组阶段、绿色阶段三期叠加的关键时期，钢铁企业既迎来减量化和高质量转型发展的重要机遇，又面临愈发严苛的环境约束和低碳发展的巨大挑战。传统炼铁工艺大量使用碳素作为热源和还原剂，是排放温室气体（CO2）的重点工序之一。除了碳排放之外，前置工序（烧结、球团、炼焦等矿煤造块工序）因碳引起的系列污染问题，也给炼铁流程的生存和可持续发展带来危机，实现炼铁过程节能减排是从根本上解决生存问题的关键。
问题背景
在十四五规划的元年，“双碳”目标、环保问题、科技创新将在各行各业逐步落地并由政策付诸于实际行动。钢铁行业作为高能耗、高排放的重工业，仍然是蓝天保卫战的主战场。在碳达峰与碳中和的背景下，我国钢铁行业碳减排压力巨大，碳税政策倒逼钢铁产业研发应用碳中和技术。现如今资源紧张，环境污染日益严重，工艺技术创新进展艰难，钢铁产业发展面临着重要变革，各类问题将倒逼钢铁企业发展低碳技术。未来钢铁工业可以通过潜在的低碳等多种工艺技术来降低CO2排放或者解决当前发展存在的问题。在全球“脱碳”以及工艺技术创新大潮的背景下，以降低碳排放和致力工艺创新为中心的传统钢铁冶金工艺技术变革，已成为钢铁行业绿色发展的新趋势。
最新进展（截止问题发布年度）
中国在低碳炼铁方面开展了大量的研究和试验工作，2019年3月，河钢集团与中国工程院战略咨询中心、中国钢研、东北大学联合组建了“氢能技术与产业创新中心”，共同推进氢能技术创新与产业高质量发展，围绕焦炉煤气制氢、储氢运氢材料、燃料电池汽车、富氢冶金技术等领域加快技术研发与储备。山东墨龙建成了中国第一座HIsmelt熔融还原炼铁厂并实现长期生产。中晋冶金科技有限公司于2020年12月20日宣布其氢基还原铁项目点火试车，这一典型的氢基直接还原铁项目（CSDRI）工艺正式进入工业应用阶段。河钢集团与特诺恩于2020年11月23日签订了合同，建设高科技的氢能源开发和利用工程，包括一座年产60万吨的ENERGIRON直接还原厂，这将是全球首座使用富氢气体的直接还原铁工业化生产厂。
此外，基于传统高炉改造的富氢碳循环高炉炼铁工艺是我国钢铁工业减碳降耗的重要路径。当前中国宝武已打通400m3、2500m3高炉的全氧冶炼、煤气自循环工艺。富氢碳循环高炉工艺经历35%高富氧试验、50%超高富氧-煤气喷吹实验、全氧冶炼-煤气加热循环喷吹试验及利用系数提升试验等阶段，逐步打通全氧富氢工艺流程。当前实现焦比≤290kg/tHM，煤比≥100kg/tHM，炉缸风口喷吹煤气量700～750m3/tHM，减少碳排放20%以上，最高利用系数达到5.0 t/m3/d，验证了全氧富氢高炉炼铁工艺的技术经济可行性。基于400m3级全氧富氢高炉的工程实践和试验成果，中国宝武正在将其推广至2500m3高炉，在2023年10月26日实现全氧冶炼、煤气自循环工艺全线贯通，是世界首座富氢碳循环氧气高炉商业示范项目，预期实现高炉利用系数提高40%，固体燃料比降低30%，铁水碳排放强度整体下降21%以上。为了尽早实现低碳炼铁，推动中国钢铁工业实现“碳中和”，未来面临的关键难点与挑战主要有：低成本氢气制备及储存技术、煤气CO2低成本脱除技术和CO2的储存与资源化利用技术。重要意义
1.随着世界工业化迅速发展，人们对环境污染问题越来越注重，尤为重视CO2排放造成的环境污染。钢铁行业是我国国民经济平稳运行的“稳定器”和“压舱石”。我国钢铁产量占全球总产量的半壁江山，而目前我国钢铁行业仍以碳排放强度高的长流程为主。控制高炉炼铁的CO2排放量可以有效缓解整个钢铁行业的CO2染问题，大大降低环境污染程度。
2.非高炉炼铁技术包括直接还原和熔融还原两大工艺，摆脱了焦煤资源短缺对钢铁工业发展的羁绊，取消了烧结及焦化工艺环节，适应了日益严格的环境保护要求，并且能有效降低钢铁流程的产品综合能耗，解决废钢短缺及质量不断恶化的问题，为生产洁净钢、优质钢等高端产品提供纯净的铁源材料，还可实现资源的综合利用。3.将氢能应用于钢铁生产是钢铁产业低碳绿色化转型升级的有效途径，全球研发热点方向主要为富氢还原高炉和氢基竖炉。高炉喷吹含氢介质富氢还原冶炼可经济性地实现碳减排10%~20%。推进氢冶金核心关键技术的成熟和产业化应用，将有助于我国钢铁产业低碳绿色的创新发展。
