8月11日，中共中央、国务院印发《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》，《意见》指出，推动经济社会发展绿色化、低碳化，是新时代党治国理政新理念新实践的重要标志，是实现高质量发展的关键环节，是解决我国资源环境生态问题的基础之策，是建设人与自然和谐共生现代化的内在要求。这是中央层面首次对加快经济社会发展全面绿色转型进行系统部署。
作为引领钢铁工业绿色低碳发展的工程技术领军企业，中冶赛迪认真贯彻落实党中央决策部署，服务国家战略，坚持以自主创新推动产业绿色低碳转型。在全国生态日到来之际，让我们跟随记者脚步，见证中冶赛迪潜心研究、创新工艺路线，针对大型高炉低碳冶炼的世界性难题，成功研发高效还原3R碳氢高炉技术，助推钢铁行业稳定经济减碳，为钢铁行业实现“双碳”目标持续创造价值的生动实践。
日前，由中冶赛迪设计、施工、建设的河北纵横集团丰南钢铁有限公司两座2300m³高效还原3R碳氢高炉经过一年的连续稳定运行，取得了显著的经济和社会生态效益：相较于同等规模的传统高炉，固体燃料消耗下降约20~30 kg/tHM，碳氢混合煤气置换比达0.50~0.57 kg/Nm³，实现高炉减碳5%~10%，冶炼成本降低10~30元/tHM。
纵横集团丰南钢铁一期3R碳氢高炉工程
得益于该技术实施的良好效果，今年7月，纵横集团另外两座2000m³级高炉开始建设，远在一千公里以外的华东某千万吨级钢铁企业，三座2000m³级大型碳氢高炉也已破土动工。
我国钢铁行业90%为高炉-转炉长流程，降低高炉碳素消耗一直是困扰钢铁行业的世界性难题。针对这一实际，中冶赛迪成功打造了适合我国国情且兼具减碳与经济性的碳氢高炉技术路线，为规模化大型高炉实现经济稳定减碳提供了新路径和新动能。
2023年底，中冶赛迪与纵横集团共同打造的全球首例大型碳氢高炉示范项目成功投运，标志着大型高炉大幅减碳的低碳冶炼新工艺正式迈入工业化应用阶段，获评“2023年世界钢铁工业十大技术要闻”。
3R碳氢高炉技术原理图
中冶赛迪在低碳炼铁领域长期探索，掌握了H₂与CO在高炉内的协同行为，形成碳氢耦合增强还原理论。相较于CO，H₂具有更强的扩散能力，以使H₂能够促进铁矿石还原后期或难还原矿石的还原，同时富H₂煤气进入高炉后促使炉内煤气流的还原势大幅提高，有助于发展间接还原、降低直接还原，从而减少固体碳素消耗。但氢还原过程为吸热反应，大量H₂还原铁矿石过程将导致矿石周围反应温度急剧降低，进而改变炉内温度分布状态。高炉内合理的H₂浓度对于高炉稳定顺行至关重要。
中冶赛迪攻关团队从炼铁基础理论、气固两相流出发，在铁氧化物高效还原、低碳高炉操作等方面开展了大量理论分析、仿真计算和实验研究，获得了高炉冶炼过程中炉内最佳H₂浓度，进而得到富H₂煤气与富CO煤气的最佳配比，并提出将富H₂、富CO煤气按特定比例混合后经喷吹系统喷入高炉的碳氢高炉技术。
高炉喷吹碳氢混合煤气效果，其中（a）为燃料比消耗（kg/tHM），（b）为置换比（kg/Nm³）
期间，中冶赛迪联合纵横集团在钢厂分别投运了焦炉煤气喷吹和碳氢混合煤气喷吹两种低碳冶炼模式，实践表明，混合煤气置换固体燃料的能力较焦炉煤气更强，体现出碳氢耦合增强还原特性。
中冶赛迪3R碳氢高炉技术除依托碳氢耦合增强还原理论外，还搭载了煤气加压与深度脱碳、煤气与煤粉协同喷吹、炉况智能调控等多项新技术，保障了碳氢高炉稳定顺行。
中冶赛迪攻关团队基于煤气脱除CO₂的理论分析、性能评估及经济测算，提出了满足高炉生产冶炼的高效低成本煤气脱碳系统，煤气经脱碳处理后满足高炉循环喷吹的冶炼要求，并成功攻克了碳循环造成的煤气处理与炉况调节相互干扰从而影响高炉长期稳定顺行的世界性难题。
团队还通过大量实验与仿真模拟研究，揭示了煤气与煤粉的协同燃烧机制，针对煤气喷吹工况设计了全新喷吹系统和煤气喷枪，不仅有效提升了煤粉燃烧效率，还降低了煤气与煤粉协同燃烧时的相互干扰，保障了高炉炉况稳定、送风系统与喷吹系统的安全可靠。新煤气喷枪可安全、稳定地连续生产超4个月。
碳氢高炉在（a）不同时期和（b）焦炭灰分波动状态下的产量情况（STDEV值越大，表明产量波动越大）
针对高炉冶炼、煤气处理、煤气喷吹等工艺设备产生的大量操作参数，团队搭建了低碳高炉大数据中心，实现对所有操作数据的管控，并研发了基于AI智能控制的多介质喷出模型，实现对富氢低碳冶炼的稳定操作。在这些技术的加持下，3R碳氢较同时期具有相同炉料结构的常规高炉，具有更强的抗原燃料波动的能力，高炉炉况更稳定。
在我国钢铁工业结构中，高炉-转炉长流程钢铁产量约占全国总产量的90%，高炉工序作为长流程钢厂的能耗与碳排放中心，其碳排放约占国民经济碳排放总量的10%，因此，高炉减碳是我国钢铁工业低碳转型的关键。
从高炉-转炉冶炼流程来看，在生产钢铁产品的同时将产生大量副产煤气。在当前冶炼模式下，这些副产煤气主要被用于燃烧加热和燃烧发电。煤气燃烧存在两个主要问题：一是用于燃烧的煤气仅利用了煤气的热值，未利用煤气的化学还原功能；二是煤气用于发电的能量转化效率较低，当前最先进的煤气发电机组能量转化效率也仅有40%左右。
中冶赛迪经对钢铁企业厂内煤气平衡计算与系统分析，提出应逐渐减少副产煤气作为发热剂用于燃烧，而是尽量将煤气用作还原剂，以替代部分高炉冶炼消耗的固体碳素，从源头降低钢铁冶炼全流程的碳素消耗。基于此，中冶赛迪从冶金流程工程学及“五项流”理论入手，在行业内首次提出高炉-焦炉-转炉进行联合碳氢循环的新工艺流程，实现从高炉工序碳循环向流程碳循环的转变，为长流程低碳冶炼提供新模式。
3R碳氢高炉技术是一次钢铁长流程稳定、经济减碳的有益探索，其工业应用表明了传统钢铁工业具备深度减碳的能力。中冶赛迪将继续践行“双碳”目标，聚焦高炉绿色低碳冶炼，基于3R碳氢高炉技术进一步开发高、焦、转副产煤气的高效利用技术和核心装备，打造Super3R超低碳高炉，从源头实现高炉大幅度减碳和超低碳排放冶炼，为钢铁工业以高质量发展推进中国式现代化贡献力量。
