超低碳排放钢铁流程再造

推进绿色低碳转型，是钢铁工业高质量发展的必然选择。在绿色低碳钢铁冶金基础理论突破、核心工艺创新与关键装备研制基础上开展研究，构建基于碳-氢-电耦合驱动的钢铁冶金新能源体系，打造超低碳排放钢铁冶金制造流程，结合“钢+X”跨产业耦合降碳，实现基于我国资源能源禀赋的绿色低碳钢铁流程再造。

（1）钢铁冶金全过程碳-氢-电耦合能源协同

钢铁生产过程是一个高温物理化学反应及能源集成耦合优化的过程，能源的多能互补创新是极为重要的能源合理利用方法。掌握钢铁制造全流程碳-氢-电多态能源转化机制与能质适配性科学原理，分析不同工序不同能源的使用形式和转化利用效率，利用能效评价方法综合分析碳-氢-电多元耦合供能体系能源效率与碳排放，实现不同种类能源和燃料的相互补充与综合利用。发展基于碳-氢-电多能互补的分布式能源系统，有机结合多层次不同品位化学过程与动力循环，实现清洁能源的综合梯级利用。开发适应钢铁冶金间歇性、波动性生产的工业大规模储能系统，构建碳-氢-电多能互补与储能系统相结合的能源体系，实现清洁能源储放与钢铁冶金用能的协同，提升能源利用效率，实现基于碳-氢-电耦合驱动的钢铁冶金能源重构。

（2）超低碳排钢铁冶金流程再造

研发生物质能源炼铁技术，掌握可再生生物质碳源在烧结、炼焦、喷吹和铁矿石还原等炼铁工序中的反应性以及气化、微观结构转变规律；重点围绕“以氢代碳”，探明碳氢热质耦合、协同强化低碳冶金机制，开发转炉高冷料比冶炼新工艺，实现富氢碳循环高炉-转炉长流程低碳再造。以再生钢铁原料绿色清洁使用、快速高效熔炼和产品洁净升级为目标，在全废钢电弧炉高效深度洁净冶炼基础上，突破基于再生钢铁原料的全流程高质化调控理论，揭示残余合金元素对材料性能调控的耦合作用机理，开发残余元素无害化处理的关键技术，打造“再生钢铁原料-电弧炉-近终形”低碳钢铁制造流程。在氢基直接还原和熔融电化学炼铁基础上，布局打造“富氢竖炉-电炉-近终形”低碳钢铁制造流程和“绿电-储电-电冶金”颠覆性近零碳排放钢铁制造流程。

（3）“钢+X”跨产业耦合降碳

密切联系上下游，开展“钢+X”跨产业耦合协同降碳技术的研发和推广，与化工、电力、建材等互为供给、互为补充，共同提升全生命周期环境价值和经济价值。研发钢铁工业尾气生物发酵法制乙醇等基于钢铁工业尾气资源高效利用的“钢-化”联产技术，研发固废基胶凝材料制备等基于钢铁冶金固废资源化利用的“钢厂-建材”联产技术，构建以钢铁生产为核心的工业生态链，有序统筹钢铁与化工、建材等多产业链协同互为资源化的高效循环利用，利用工业窑炉处理社会废弃物，实现冶金炉渣建材化、城市固废资源化、环境治理生态化。