氫在鋼鐵生產中的應用及趨勢

韓兵權

摘要：鋼鐵生產行業是我國社會建設的重要支柱行業，為汽車制造、機械加工等領域提供關鍵的原料。由于鋼鐵生產過程中原鐵礦石的生產利用會產生大量的廢渣等，不僅對環境造成嚴重的污染，同時也降低了原鐵礦石的利用效率。隨著對鋼鐵生產技術的研究發展，通過利用氫氣能夠增強鋼鐵生產效率，提高鋼鐵生產的經濟效益和社會效益。文章通過對氫在鋼鐵生產中的應用途徑進行分析，旨在能夠為鋼鐵生產模式的轉型發展提供有力支撐，促進我國可持續發展方針政策的落實。

關鍵詞：氫;鋼鐵生產;應用;趨勢

隨著國家節能減排和可持續發展戰略的提出，對于鋼鐵生產等傳統行業提出了轉型發展的要求。隨著原鐵礦石材料開采量的減少以及社會生產對鋼鐵產量的要求不斷提高，使得鋼鐵原料的價格一路攀升。鋼鐵生產企業在保證生產能力的同時，可以通過先進的技術革新方式提高生產的效率。通過使用氫氣技術對鋼鐵生產過程進行優化處理，能夠顯著提高原材料的利用水平，進而實現節能減排的發展目標。

一、氫在鋼鐵生產中的應用

（一）氫在鋼鐵生產煉焦環節的應用

焦炭是鋼鐵生產的必要材料，鋼鐵生產過程中的煉焦環節是通過將煤炭原料的煉化得到焦炭的過程。煉焦環節中由于煤炭會產生大量的焦爐氣體，這些焦爐氣體的主要成分是氫氣，對焦爐氣體的循環利用能夠降低氣體排放造成的空氣污染。目前，在鋼鐵生產中可以利用焦爐氣體較好的助燃特點，為鋼鐵以及其他工業領域所二次利用，如通過焦爐氣體的提純得到氫氣產品等，從而提高了鋼鐵生產的經濟性。

（二）氫在鋼鐵生產煉鐵環節的應用

1.氫在高爐煉鐵工藝中的應用

利用高爐煉鐵工藝進行鐵生產是一種較為簡單和普遍的方式，高爐煉鐵流程中需要通過對原鐵礦石、焦炭等材料進行配比使用，使得不同原材料在高爐的高溫蒸汽環境下發生化學反應，生成鐵、氫氣等物質，實現了煉鐵目的。而氫氣作為中間產物可以在有效的氣體導出和提純后，作為燃料被二次利用，不僅減少了對環境的污染，同時還能夠降低鋼鐵生產企業的燃料成本，對鋼鐵生產企業的優化轉型具有積極的作用。

2.氫在熔爐煉鐵工藝中的應用

目前的熔爐煉鐵工藝主要可以分為兩種形式，即含焦方式和非焦方式。含焦工藝方式主要是通過熔爐對煤炭、鐵礦等進行分解，通過利用煤炭產生的氫氣與鐵礦進行結合，得到還原后的生鐵[1]。這種含焦工藝方式的煉鐵量較大，但不足之處是需要使用大量的煤炭能源。非焦工藝方式與含焦工藝的區別較大。非焦工藝方式屬于一種新型技術，可以通過非焦煤炭和鐵礦粉在熔爐中的噴射進行鐵提純。非焦工藝中的熔爐含有大量的高溫鐵水，通過非焦煤中的碳元素進行化學反應，生成氫氣使熔爐能夠持續保持高溫發熱，從而維持煉鐵流程的循環往復。非焦工藝方式不僅使煉鐵過程實現優化，還能夠通過對氣體的高效利用顯著壓縮排放的氣體數量，是目前鋼鐵生產中的核心技術之一。

3.氫在直接冶煉工藝中的應用

鋼鐵生產過程中的直接冶煉工藝主要是利用物理反應實現對鐵礦石的提煉。直接冶煉工藝可以分為頂爐裂化方法和變壓吸附方法。頂爐裂化工藝方法主要是將天然氣與煤氣進行裂化，產生高濃度的氫氣和一氧化碳混合氣體，并利用混合氣體對豎爐中的鐵礦石進行提煉。但有天然氣等資源的開采越來越難，因此這種冶煉工藝已經不再適合鋼鐵生產[2]。變壓吸附工藝方法是通過變壓手段去除混合氣體中的二氧化碳，從而提高氫氣的純度，以便提高氫氣與鐵礦石的反應性效率。高純度的氫氣能夠在豎爐中與鐵礦發生氣還原，并在熱爐中將硫化物等殘渣轉化為固體形式，減低排放的污染情況。

（三）氫在鋼鐵生產煉鋼環節的應用

煉鋼環節中主要是通過電爐設備提煉純鋼。電爐主要是依靠電能加熱實現對原料的提煉。電爐煉鋼工藝是世界最為普及的鋼鐵生產技術，電爐具有制造還原氣體的功能，在鋼冶煉過程中實現脫氧、脫碳等需求，鋼冶煉可以分為三個主要階段，即熔化、氧化以及提純。熔化階段是將鋼原材料熔化為液體狀態;氧化階段是通過向電爐設備中輸送氧氣，使鋼原材料中的碳元素通過有氧反應轉變為氣體;提純階段是利用氫氣的混合氣體對鋼原材料進行還原和提出，從而得到鋼產品。在使用電爐進行煉鋼時，對于生產過程中出現的廢渣等物質可以進行二次提出，從而提高鋼產量并較少排放物。目前的鋼生產技術可以有效支持廢鋼作為原材料，從而極大地推動了廢鋼的回收再利用，實現了鋼鐵生產領域的可持續發展目標。

二、氫在鋼鐵生產中的發展趨勢

鋼鐵生產行業作為一個重要的傳統領域，在社會發展進程中必然會經歷不斷的變革。隨著國家對傳統生產領域的節能減排方針政策的提出，鋼鐵生產行業的結構轉型和技術創新成為必然趨勢。氫能源具有較強的催化作用，能夠幫助鋼鐵生產環節實現資源的循環利用，進而降低廢氣、廢渣等的排放數量。氫在鋼鐵生產領域的應用還處于初步階段，技術模式、工藝流程以及生產設備等的研發工作仍然具有較大的發展空間，這就需要相關企業和研發人員能夠重視對鋼鐵生產的創新優化，使氫能源能夠在鋼鐵生產中發揮更為積極的作用。氫能源與鋼鐵產業的結合，也給傳統鋼鐵領域的發展帶來了新的契機，通過積極發展氫能源領域，為鋼鐵生產提供充足的能源的同時，也實現了產業結構的優化，推動了社會的有序發展。

結束語：

鋼鐵生產行業一直以來都是重要的能源消耗以及環境污染因素，隨著國家環保力度的增大，鋼鐵生產行業也必須及時作出結構調整，通過充分利用氫能源，提高鋼鐵生產效率，減低污染物的排放。鋼鐵生產與氫能源的結合發展，可以有效降低鋼鐵生產的原料成本和環境治理成本，對我國建設成為可持續發展的國家做出貢獻。

參考文獻

[1]于蓬，鄭金鳳，王健，張亮修.氫在鋼鐵生產中的應用及趨勢[J].科學技術創新，2019（29）：152-154.

[2]王濤，王鐵民，陳素君，陳贊華.燃氣蒸汽聯合循環與低溫多效海水淡化耦合式生產在鋼鐵行業中的應用[J].節能與環保，2016（01）：68-70.