2月20日，鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心（以下簡稱：中心）新一輪建設(shè)正式啟動。中心將依托工藝與裝備研發(fā)和高端產(chǎn)品開發(fā)兩大平臺，堅(jiān)持“四個面向”，圍繞鋼鐵行業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)和前沿引領(lǐng)技術(shù)，通過“四維協(xié)同”機(jī)制，產(chǎn)出一批重大原創(chuàng)科技成果，培養(yǎng)一批創(chuàng)新人才，推動一批科技成果實(shí)施轉(zhuǎn)化，為將我國鋼鐵行業(yè)建設(shè)成為國際領(lǐng)先的工業(yè)集群貢獻(xiàn)力量。針對工藝與裝備研發(fā)平臺九大研發(fā)方向的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容、研發(fā)思路以及實(shí)施方案，本報特組織相關(guān)報道，以饗讀者！
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研究背景
鋼鐵工業(yè)是我國碳中和重點(diǎn)領(lǐng)域，涵蓋燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐工序的煉鐵產(chǎn)業(yè)低碳化是鋼鐵工業(yè)碳中和的關(guān)鍵。研發(fā)和應(yīng)用低碳煉鐵工藝與裝備技術(shù)是煉鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。目前氫冶金理論和技術(shù)體系尚待完善，我國自主知識產(chǎn)權(quán)的核心裝備尚未中試，基于氫冶金的釩鈦礦等戰(zhàn)略資源高效利用技術(shù)尚未明晰和中試。
基于上述背景，針對煉鐵產(chǎn)業(yè)低碳智能化轉(zhuǎn)型升級重大需求，東北大學(xué)儲滿生教授及其團(tuán)隊(duì)圍繞新一代低碳煉鐵工藝與裝備技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)新一代低碳高爐、鐵區(qū)一體化智能化煉鐵、氫冶金關(guān)鍵技術(shù)與裝備等關(guān)鍵共性技術(shù)（見圖1）；開展重點(diǎn)技術(shù)中試和示范，形成低碳煉鐵關(guān)鍵共性技術(shù)并推廣應(yīng)用，為煉鐵產(chǎn)業(yè)低碳創(chuàng)新發(fā)展提供支撐。
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關(guān)鍵共性技術(shù)內(nèi)容
2.1 新一代低碳高爐煉鐵理論與技術(shù)
為滿足鋼鐵工業(yè)低碳綠色可持續(xù)發(fā)展的要求，未來高爐煉鐵工藝必將在高效低耗、節(jié)能減排、清潔環(huán)保等方面取得顯著突破。以低碳綠色發(fā)展為目標(biāo)，優(yōu)化高爐煉鐵工藝，提高高爐煉鐵生命力和競爭力。研發(fā)熔劑性球團(tuán)和復(fù)合鐵焦等低碳高爐爐料，將富氫介質(zhì)噴吹（焦?fàn)t煤氣、天然氣、氫氣等）、爐頂煤氣循環(huán)、高富氧冶煉等操作高效匹配和耦合集成，形成新一代低碳高爐。在此基礎(chǔ)上，闡明富氫-碳循環(huán)-氧氣高爐降碳極限化、反應(yīng)體系重構(gòu)、多元多相耦合作用等核心理論，形成富氫-碳循環(huán)-氧氣高爐低碳冶煉關(guān)鍵技術(shù)與理論，獲得煉鐵降碳30%-50%的技術(shù)途徑。
2.2 鐵區(qū)一體化智能化煉鐵理論與技術(shù)
針對高爐煉鐵生產(chǎn)過程復(fù)雜，全流程“黑箱”、存在嚴(yán)重的不確定性，工序之間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)性差，數(shù)據(jù)利用水平低，操作制度依賴專家經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化手段不夠全面等問題，構(gòu)建多重驅(qū)動的煉鐵信息物理系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)和AI的智能化煉鐵技術(shù)，研發(fā)機(jī)理、數(shù)據(jù)、知識多維驅(qū)動的鐵前-高爐信息物理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多維信息融合的鐵區(qū)一體化智能化煉鐵，建立以高爐為中心的鐵區(qū)一體化智能化閉環(huán)賦能體系。
2.3 氫冶金關(guān)鍵技術(shù)與裝備
高爐-轉(zhuǎn)爐長流程存在碳排放高、產(chǎn)品純凈度無法滿足高端裝備制造需求等問題。鋼鐵工業(yè)亟需在工藝流程、能源結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化升級，而發(fā)展氫冶金是我國鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳綠色轉(zhuǎn)型升級的根本途徑。研發(fā)豎爐爐料性能協(xié)同優(yōu)化、富氫氣體/氫氣加熱過程反應(yīng)行為、氫基直接還原等核心理論，設(shè)計(jì)氫基豎爐核心裝備，建設(shè)氫冶金中試基地；研發(fā)氫基豎爐核心裝備，并完成萬噸級工程示范（見圖2）。研發(fā)釩鈦礦氫基直接還原-電爐熔分新工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鐵、釩、鉻、鈦的高效回收，形成特色冶金資源低碳綠色利用共性技術(shù)。
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研究技術(shù)路線與實(shí)施方案
3.1 新一代低碳高爐煉鐵理論與技術(shù)
基于新一代低碳高爐煉鐵爐料，研發(fā)基于冶金性能協(xié)同優(yōu)化的高品質(zhì)熔劑性球團(tuán)制備技術(shù)，形成高爐高球團(tuán)比冶煉條件下的高爐布料、煤氣流合理分布以及強(qiáng)化冶煉技術(shù)；研發(fā)低品位鐵礦/鋼渣/粉塵復(fù)合鐵焦新爐料制備技術(shù)，強(qiáng)化高爐原料適應(yīng)性，研發(fā)國內(nèi)首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合鐵焦新爐料中試裝置；揭示富氫噴吹對風(fēng)口回旋區(qū)特性、爐內(nèi)多場多相耦合作用、爐料冶金性能的影響，構(gòu)建高爐噴吹富氫介質(zhì)綠色協(xié)調(diào)性評價模型，研發(fā)富氫介質(zhì)噴吹系統(tǒng)，開展中試，形成高爐噴吹富氫介質(zhì)工藝和裝備技術(shù)；研發(fā)循環(huán)煤氣噴吹方式、上下部調(diào)劑對高爐爐況、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響，獲得合理的碳循環(huán)-氧氣高爐工藝配置，提出碳循環(huán)-氧氣高爐工業(yè)試驗(yàn)方案，合作開展工業(yè)化試驗(yàn)，形成碳循環(huán)-氧氣高爐工藝系統(tǒng)和裝備技術(shù)。
3.2 鐵區(qū)一體化智能化煉鐵理論與技術(shù)
建立鐵前原燃料數(shù)據(jù)庫，開發(fā)燒結(jié)/球團(tuán)生產(chǎn)綜合運(yùn)行狀態(tài)數(shù)字化評價、燒結(jié)/球團(tuán)生產(chǎn)過程關(guān)鍵變量數(shù)字化預(yù)測與反饋、燒結(jié)/球團(tuán)-高爐煉鐵一體化智能配礦技術(shù)，形成機(jī)理與數(shù)據(jù)融合的智能化造塊技術(shù)，廣泛推廣應(yīng)用；基于數(shù)字孿生思路，研發(fā)高爐多元異構(gòu)數(shù)據(jù)智能解析、高爐關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)字化預(yù)測與反饋、高爐綜合運(yùn)行狀態(tài)動態(tài)評價與科學(xué)溯因、高爐操作多目標(biāo)優(yōu)化與智能自愈技術(shù)；基于工業(yè)大數(shù)據(jù)和人工智能的智能化煉鐵技術(shù)，首創(chuàng)國內(nèi)數(shù)據(jù)-機(jī)理-經(jīng)驗(yàn)多重驅(qū)動的高爐煉鐵信息物理系統(tǒng)，提出煉鐵系統(tǒng)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)全維度、多層次深度治理方法，形成機(jī)理、數(shù)據(jù)、知識融合的煉鐵復(fù)雜工況信息感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多維信息融合的高爐操作多目標(biāo)智能優(yōu)化決策，形成以高爐為中心的“鐵前-高爐”鐵區(qū)一體化閉環(huán)賦能體系及數(shù)字化高爐煉鐵示范。
3.3 氫冶金關(guān)鍵技術(shù)與裝備
形成爐料性能協(xié)同優(yōu)化、氫氣加熱、氫基豎爐內(nèi)氫碳交互作用、短流程多目標(biāo)優(yōu)化等理論技術(shù)，構(gòu)建完整的氫基豎爐直接還原理論和技術(shù)，建立氫基豎爐短流程系統(tǒng)碳足跡及綠色協(xié)調(diào)性評價體系，研發(fā)設(shè)計(jì)氫基豎爐核心裝備，建設(shè)國內(nèi)首座具有自主知識產(chǎn)權(quán)的氫基豎爐短流程示范工程；將氫基豎爐直接還原-電爐熔分工藝應(yīng)用于釩鈦磁鐵礦高效清潔利用，構(gòu)建基于氫冶金的釩鈦磁鐵礦高效低碳利用理論體系，實(shí)現(xiàn)鐵、釩、鉻、鈦的高效分離，形成釩鈦磁鐵礦礦綜合利用新工藝。
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研究計(jì)劃
在上述原有相關(guān)技術(shù)研究與開發(fā)基礎(chǔ)上，計(jì)劃用5年時間完成低碳煉鐵工藝與裝備技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，具體計(jì)劃包括：
◆ 2023年，研究循環(huán)煤氣噴吹方式和上下部調(diào)劑、富氫-碳循環(huán)-氧氣高爐工藝制度與爐況等低碳高爐煉鐵關(guān)鍵理論，鐵前-高爐多元異構(gòu)數(shù)據(jù)智能解析、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)測與反饋模型等智能化煉鐵關(guān)鍵技術(shù)，研究豎爐爐料性能協(xié)同優(yōu)化、釩鈦礦氫基直接還原-電爐熔分等氫冶金核心內(nèi)容，設(shè)計(jì)氫基豎爐系統(tǒng)裝置，低碳智能化煉鐵關(guān)鍵技術(shù)推廣應(yīng)用產(chǎn)線1-2條。
◆ 2024年，研究富氫-碳循環(huán)-氧氣高爐爐型、富氫-循環(huán)煤氣加熱處理技術(shù)等低碳高爐煉鐵關(guān)鍵理論；開發(fā)數(shù)據(jù)、機(jī)理與經(jīng)驗(yàn)融合的鐵前-高爐動態(tài)數(shù)字孿生系統(tǒng)；研究富氫氣體/氫氣加熱過程反應(yīng)行為、氫基直接還原、釩鈦礦氫基直接還原-電爐熔分等氫冶金核心內(nèi)容；建設(shè)氫基豎爐中試裝置，開展氫基豎爐工程示范。
◆ 2025年，形成富氫-碳循環(huán)-氧氣高爐工業(yè)試驗(yàn)方案，構(gòu)建機(jī)理、數(shù)據(jù)、知識多維驅(qū)動的煉鐵信息物理系統(tǒng)，完成萬噸級氫基豎爐系統(tǒng)的工程示范，低碳智能化煉鐵關(guān)鍵技術(shù)推廣應(yīng)用產(chǎn)線2-3條。
◆ 2026年，分別形成低碳高爐煉鐵和智能化煉鐵的高水平研發(fā)隊(duì)伍，構(gòu)建完整的新一代低碳高爐技術(shù)及智能化煉鐵技術(shù)體系，并達(dá)到國際先進(jìn)水平，關(guān)鍵技術(shù)推廣應(yīng)用于2-3條產(chǎn)線。
◆ 2027年，形成一支高水平的氫冶金技術(shù)與裝備研發(fā)隊(duì)伍，氫冶金工藝技術(shù)總體達(dá)國際先進(jìn)水平，關(guān)鍵技術(shù)推廣應(yīng)用于1-2條產(chǎn)線。
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預(yù)期效果
本項(xiàng)目圍繞低碳煉鐵三個子方向，研發(fā)具有能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能量密度強(qiáng)化、化學(xué)能利用高效化特征的新一代富氫-碳循環(huán)-氧氣高爐低碳煉鐵技術(shù)；基于大數(shù)據(jù)和AI的數(shù)字化造塊和數(shù)字化高爐技術(shù)，形成以高爐為中心的“鐵前-高爐”鐵區(qū)一體化閉環(huán)賦能體系；研發(fā)氫基豎爐短流程新工藝及其裝備技術(shù)、基于氫冶金的釩鈦礦等特色冶金資源高效低碳利用技術(shù)。預(yù)期將形成3-5項(xiàng)低碳煉鐵關(guān)鍵共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵技術(shù)產(chǎn)線應(yīng)用5-10條；設(shè)計(jì)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的氫基豎爐系統(tǒng)核心裝備；建成氫冶金短流程、鋼鐵冶金長流程碳中和中試基地、低碳鋼鐵前沿技術(shù)教育部工程研究中心等研發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用。
