传统碳热钢铁冶金流程低碳技术创新与装备

我国钢铁工业主要以“高炉-转炉”流程生产工艺路线为主，能源消费结构中煤炭消费占主导，能源结构高碳化是钢铁工业CO₂排放高的主要原因。鉴于“高炉-转炉”流程工艺技术成熟、生产能力大、热效率高，未来相当一段时间该工艺仍将是中国钢铁生产过程中的主要流程。加快推动传统碳热钢铁冶金流程的节能减碳技术创新，是钢铁工业优化存量资产、实现低碳转型升级的主要路径。

（1）富氧/全氧炼铁技术及装备

在传统钢铁生产流程各工序中，约70%的能源消耗及碳排放来源于高炉炼铁系统，传统碳热钢铁冶金流程节能减碳的重点在高炉工序。随着低成本制氧、CO₂脱除技术不断进步，富氧/全氧炼铁成为低碳炼铁的关键技术，由于富氧/全氧操作，降低了CO₂分离成本，有利于实现炉顶煤气循环，从而降低炼铁的燃料比及碳排放。实验室重点攻关氧气高炉、全氧熔融还原等富氧/全氧炼铁新技术，研发炉顶煤气循环氧气高炉、欧冶炉、富氧燃烧器等关键装备系统，掌握富氧/全氧炼铁过程反应器内热化学反应与能质传递协同强化理论，明确全炉热状态综合调控技术，为高效节能减碳的富氧/全氧炼铁工程示范与推广提供理论与技术支持。

（2）富氢冶炼技术及装备

降低高炉系统碳耗的一条重要途径是寻求新的无碳还原剂或碳中性还原剂替代化石碳的还原作用。氢作为还原剂其还原产物无污染，是碳的理想替代物。焦炉煤气和天然气是现阶段氢的主要来源。针对高炉喷吹天然气、焦炉煤气、欧冶炉脱碳煤气、富氢生物质及其气化气、氢气等富氢冶炼工艺，掌握富氢高炉多相流动-传递-反应平衡匹配关系，开发氢气喷吹热补偿技术、原燃料适配性技术、综合炉况调控技术等，获得流程关键工艺参数的调控机制，实现富氢高炉高效稳定顺行；在此基础上，重点攻关全氧富氢耦合炼铁工艺，开展全氧富氢耦合炼铁系统的工艺参数优化及流程评价，为我国现存高炉-转炉长流程低碳再造提供理论基础。

（3）近终形成型节能技术

近终形制造技术是钢铁工业最重要的变革性技术之一，是未来钢铁生产绿色低碳转型的前沿技术。以薄板坯连铸连轧、薄带连铸等典型工艺为研究对象，针对结晶器、二冷等核心冶金环节开展多场-多相-多介质冶金行为的基础研究，定制化设计能够实现超高拉速的钢液凝固冷却装置，实现高品质钢的高效连铸和智能控制。结合“废钢+电炉+薄板坯连铸连轧”的工艺特色，构建物质流-能量流-信息流的网络化模型，降低流程吨钢综合能耗和环境影响指数；攻克钢结构高性能与高效能应用关键技术，提出高效能钢结构构件及节点标准化关键技术与高性能钢结构体系及一体化设计关键技术，减少加工工序，提高标准化程度，提升产业整体效能，促进近终形制造产品在钢结构中的高效能与高性能应用，实现钢铁全生命周期的低碳优化与绿色提升。