科创中国

行业领域

新材料产业,先进钢铁材料

需求背景

中国钢铁已连续多年占据世界钢铁产量的50%以上，正从毫无争议的钢铁大国迈向钢铁强国。我们不但有这个雄心壮志，更有这个实力。钢铁作为工业骨骼为中国经济的飞速发展做出了不可磨灭的贡献，但同时钢铁的碳排放量也占到所有工业排放总量的18%，是制造业31个门类中碳排放量最大行业。其中依靠传统长流程（高炉-转炉-连铸-连轧）工艺路线生产的钢铁占总量的80%以上，处于绝对主流方式。在“两碳”经济大背景格局下，中国钢铁如何谋得传统长流程的“双超一高”是眼下及未来相当长时期内，所有冶金工作者必须面临并急需解答的共性问题。所谓“双超一高”是指超低碳排放、超低能源消耗、合金及高合金钢生产技术。

目前，源头来自欧美的“电炉短流程”似乎是个解决办法，在国内也有一定的声音。但一个极其简单的事实是，中国的长流程大行其道，全面碾压。而电炉只在水电、核电、新能源发电较为廉价的少数几个国家才发展起来。究其原因，无论是热效率还是产能规模，当今世界找不到比经过两千年不断完善优化的高炉更优秀的反应器。另外，我国的废钢保有量及循环量均较少，在未来可预见时期内，主要钢铁还必须依靠从铁矿石中获得。对于我国钢铁年产10亿吨级的体量来说，新能源发电杯水车薪，而且把技术、成本、装备已占据绝对优势的长流程强行改造成短流程，其高昂的代价是无法承受的，其危险的结果也是无法估量的。

因此，传统长流程在顺应时代背景下，必须自我革命，建立低消耗、绿色化、多功能钢铁冶金理论及综合技术体系，研制适用于中国国情、全新装备及工艺，为中国钢铁由追随向引领转变奠定里程碑地位。

需解决的主要技术难题

每冶炼1吨再生钢铁原料，可节约1.7吨精矿粉，350千克标准煤，减少1.2吨二氧化碳排放、3吨固体废弃物排放，同时可极大降低硫化物、氮氧化物等污染物的排放。在煤电条件下，使用电力熔化再生钢铁原料比直接利用煤炭加热的碳排放量要高，因此，如何规模化、大批量、低排放地使用再生钢铁原料既是经济问题，也是社会问题，急需解决的关键技术难题有：

1 不依靠电力，如何只使用煤或煤气，更快速、更高效、更低成本地加热、甚至熔化再生钢铁原料技术及装备；

2 新预热或熔化再生钢铁原料技术及装备，如何与传统长流程(高炉-转炉)在生产节奏、安全、组织、信息、物流等实现无缝对接，完全融合；

3 在更高比例使用再生钢铁原料同时，如何在冶炼领域有效控制钢质的有效成分及纯净度，满足更高质量控制要求；

4 如何解决长流程有限热量前提下的高合金加入方式及高合金钢质量控制，即在冶炼、连铸、轧制等长流程普钢装备工艺条件下实现特钢生产功能；

5 新工艺解决长流程最关切问题同时，如何自身利用“三余”(余压、余热、余气)实现更低排放，如何实现“三废”(废液、废固、废气)无害化再利用。

期望实现的主要技术目标

a. 再生钢铁原料使用量：≥500kg/t（每生产一吨钢消耗多少再生钢铁原料）；

b. 长流程能生产钢种中合金总量：≥30%（有效合金成分占总量的百分比）；

c. 吨钢CO₂排放：≤1.3t/t（每生产一吨钢排放的CO₂量）；

d. 转炉全热再生钢铁原料入炉；

e. “三余”利用率100%，“三废”零排放。

处理进度