低碳綠色煉鐵技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)及展望
劉然，張智峰，劉小杰，李欣，李宏揚(yáng)，呂慶
(華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院， 河北 唐山 063210)
摘要： 當(dāng)前，為積極應(yīng)對(duì)氣候變化等一系列問(wèn)題，世界各國(guó)紛紛提出了綠色減排計(jì)劃。與此同時(shí)，中國(guó)相應(yīng)提出了“碳達(dá)峰、碳中和”節(jié)能減排目標(biāo)，并以“1+N”等政策體系作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、積極應(yīng)對(duì)氣候變化、履行大國(guó)義務(wù)的核心支持。鋼鐵工業(yè)作為31個(gè)制造業(yè)門(mén)類(lèi)中碳排放量最大的行業(yè)，自然而然成為節(jié)能減排戰(zhàn)役中的“排頭兵”。目前，復(fù)雜的高爐生產(chǎn)工藝仍然以煤、焦等化石資源作為主要燃料，使得其成為鋼鐵流程中的碳耗大戶(hù)、碳排放大戶(hù)、污染排放大戶(hù)，因此高爐煉鐵工藝的綠色低碳轉(zhuǎn)型升級(jí)已迫在眉睫。從背景介紹、發(fā)展動(dòng)態(tài)以及未來(lái)發(fā)展展望這3大部分對(duì)低碳綠色煉鐵技術(shù)進(jìn)行論述，其中對(duì)綠色低碳煉鐵技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)部分進(jìn)行了詳細(xì)闡述。首先就優(yōu)化節(jié)能低碳操作和構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)保圈兩個(gè)層面，從精細(xì)爐料操作、提升生產(chǎn)技術(shù)等多個(gè)角度討論了如何實(shí)現(xiàn)高爐工藝低碳綠色煉鐵；其次從非高爐領(lǐng)域入手，對(duì)直接還原工藝和熔融還原工藝的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并進(jìn)行了相應(yīng)的比較與分類(lèi)匯總；之后從創(chuàng)新型煉鐵工藝(氫冶金、智能化煉鐵)角度探討了此類(lèi)技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。最后，綜合當(dāng)前綠色低碳煉鐵技術(shù)發(fā)展最新動(dòng)態(tài)進(jìn)行了5個(gè)方面的展望，明確了“綠色低碳為方向，節(jié)能減排是目標(biāo)”的任務(wù)方向。
關(guān)鍵詞： 煉鐵技術(shù)；氫冶金；溫室效應(yīng)；綠色低碳；節(jié)能減排
現(xiàn)今，“碳達(dá)峰”、“碳中和”已經(jīng)成為焦點(diǎn)話(huà)題，兩者更是2021年的兩會(huì)熱詞?！疤歼_(dá)峰”要求中國(guó)在2030年前實(shí)現(xiàn)煤炭、石油、天然氣等化石能源燃燒活動(dòng)以及工業(yè)生產(chǎn)等方面產(chǎn)生的CO2不再增長(zhǎng)；“碳中和”則為通過(guò)節(jié)能減排、種植綠植等手段抵消某段時(shí)間產(chǎn)生的CO2排放量或溫室氣體總量，實(shí)現(xiàn)零排放。究其由來(lái)，主要是由于氣候變化、資源枯竭等問(wèn)題已嚴(yán)重威脅人類(lèi)生命系統(tǒng)，世界各國(guó)紛紛出臺(tái)綠色經(jīng)濟(jì)計(jì)劃來(lái)進(jìn)行節(jié)能降碳，在此背景下中國(guó)遂提出“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)。該目標(biāo)是由國(guó)家主席習(xí)近平于2020年在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上首次提出，其既是實(shí)現(xiàn)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展、加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)、實(shí)現(xiàn)美麗新中國(guó)目標(biāo)的重要抓手，又是面對(duì)嚴(yán)峻氣候變化，中國(guó)履行大國(guó)責(zé)任、推動(dòng)構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》明確提出，通過(guò)綠色能源低碳轉(zhuǎn)型行動(dòng)、節(jié)能降碳增效行動(dòng)、工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰行動(dòng)等10個(gè)行動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳減排。根據(jù)IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)公布的《2006年國(guó)家溫室氣體排放清單指南》(圖1)可明顯看出，鋼鐵行業(yè)作為化石能源消耗大戶(hù)、碳排放大戶(hù)必然成為碳減排的主要目標(biāo)，同時(shí)，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳減排既是積極應(yīng)對(duì)氣候變化的重要舉措，又是可持續(xù)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。由于中國(guó)粗鋼產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的1/2以上，加上生產(chǎn)工藝主要以“高爐-轉(zhuǎn)爐”為主，從而導(dǎo)致中國(guó)鋼鐵行業(yè)碳排放量占全球鋼鐵碳排放總量的60%以上，占全國(guó)碳排放總量的15%左右，是31個(gè)制造業(yè)門(mén)類(lèi)中碳排放量最大的行業(yè)。燃料燃燒對(duì)CO2排放量的貢獻(xiàn)量和鋼鐵工業(yè)各工序CO2排放占比如圖2和圖3所示，通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，鋼鐵長(zhǎng)流程工藝體系中煉鐵工藝CO2排放量占80%左右，以煤、焦炭等長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位的高爐部分CO2的排放量占比高達(dá)73.6%，遠(yuǎn)超燒結(jié)、煉鋼等工藝。所以發(fā)展綠色低碳的煉鐵技術(shù)對(duì)降低鋼鐵行業(yè)碳排量、發(fā)展低碳鋼鐵新格局尤為重要。
2 低碳綠色煉鐵發(fā)展動(dòng)態(tài)
傳統(tǒng)的煉鐵工序?yàn)椤盁捊埂鸁Y(jié)→高爐”。在這一流程中，各個(gè)環(huán)節(jié)都有可能成為碳排放和大氣污染的關(guān)鍵源，具體而言：原燃料等裝卸運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粉塵污染；焦化過(guò)程會(huì)造成二英等污染物的排放；燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生的燒結(jié)廢氣、粉塵、硫化物以及氮化物等易造成大氣污染；而高爐作為消耗焦煤的主要場(chǎng)所，其產(chǎn)物除鐵水外還伴有爐渣、SOx、CO、CO2等固廢和氣體的產(chǎn)生，極易成為溫室氣體排放源和大氣污染源。綜上所述，除原燃料運(yùn)輸外均會(huì)產(chǎn)生能耗(表1)，因此，煉鐵技術(shù)低碳綠色化程度直接影響整個(gè)鋼鐵流程節(jié)能減排效果。
2.1優(yōu)化節(jié)能低碳操作
隨著能源消耗，鋼鐵企業(yè)開(kāi)始面臨富礦減少、品位下降、選礦難的局面，加上成本問(wèn)題導(dǎo)致低成本礦石濫行，出現(xiàn)“劣礦驅(qū)逐優(yōu)礦”的惡態(tài)，導(dǎo)致高爐燃料比上升，極易造成能耗增加、污染更加嚴(yán)重的局面。所以，實(shí)現(xiàn)煉鐵工藝節(jié)能減碳首先應(yīng)從燃料比這一角度出發(fā)，尋求降低高爐燃料比的技術(shù)措施，通過(guò)降低燃料比達(dá)到低碳冶煉的效果，探索符合新時(shí)代的綠色低碳煉鐵技術(shù)。做好精料工作是降低燃料比、實(shí)現(xiàn)低碳冶煉的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)高爐爐料主要通過(guò)燒結(jié)礦與球團(tuán)礦各占一定比例來(lái)保證生產(chǎn)，其中燒結(jié)礦占比較大。然而研究表明，燒結(jié)過(guò)程耗能與污染物排放量均高于造球過(guò)程。鑒于這種情況，燒結(jié)工序要想實(shí)現(xiàn)低碳綠色化，有兩個(gè)方面的改進(jìn)措施可以選擇：一方面，發(fā)展先進(jìn)的燒結(jié)工藝，在一定程度上降低污染物的排放；另一方面，增加高爐球團(tuán)礦比例以代替燒結(jié)礦。如首鋼京唐對(duì)550 m2燒結(jié)機(jī)采用燒結(jié)料面噴吹蒸汽技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，不僅改善了燒結(jié)料層的傳熱制度，而且實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)過(guò)程二英、NOx、CO的協(xié)同減排；河鋼通過(guò)在高爐中使用高比例球團(tuán)的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，其具有提升經(jīng)濟(jì)效益、降低焦比和燃料比的積極效果。除此之外，還可效仿日本新日鐵將碳與含鐵原料混合制粒后，采用含碳球團(tuán)礦來(lái)精化爐料，降低高爐熱儲(chǔ)備溫度，提升高爐料的還原效率，達(dá)到節(jié)能減排的效果。提高風(fēng)溫也是降低燃料比的重要措施之一。綜合國(guó)內(nèi)外技術(shù)指標(biāo)，日本、芬蘭等地的先進(jìn)高爐平均風(fēng)溫達(dá)到1 300 ℃左右，而中國(guó)僅為1 150 ℃左右。熱風(fēng)爐作為煉鐵工序中最重要的送風(fēng)設(shè)備，卻由于高爐煤氣低熱值的特點(diǎn)限制了熱風(fēng)爐溫度。所以，實(shí)現(xiàn)低熱值高爐煤氣全燃燒是直接提高高爐風(fēng)溫的一項(xiàng)突破性技術(shù)。首鋼京唐等對(duì)5 000 m3巨型高爐采用頂燃式熱風(fēng)爐與高溫空氣預(yù)熱耦合工藝，通過(guò)調(diào)控拱頂溫度，不僅能實(shí)現(xiàn)低熱值煤氣全部燃燒，而且在保證NOx排放量的前提下使風(fēng)溫能達(dá)到1 250 ℃以上。當(dāng)然，目前出現(xiàn)的節(jié)能減排措施并不僅局限于上述所提到的，還可通過(guò)噴吹技術(shù)、提高頂壓等技術(shù)手段降低高爐燃料比。近年來(lái)，高爐噴吹生物質(zhì)成為一個(gè)熱門(mén)話(huà)題，為避免傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝燃燒化石能源造成大量CO2排放到空氣中，有不少學(xué)者開(kāi)始將生物質(zhì)運(yùn)用于高爐噴吹，并就其可行性、研究現(xiàn)狀等進(jìn)行了分析。而噴吹塑料、噴吹焦?fàn)t煤氣等手段則已經(jīng)開(kāi)始工業(yè)化應(yīng)用，如德國(guó)、日本和奧地利已使用風(fēng)口噴吹塑料技術(shù)的高爐，噴吹率高達(dá)60~80 kg/t；國(guó)內(nèi)的鞍鋼、濟(jì)鋼、萊鋼等通過(guò)高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)、提高頂壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)了碳減排，降低了燃料比。2.2構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)保圈
當(dāng)前，由于中國(guó)鋼鐵產(chǎn)能過(guò)剩及產(chǎn)能削減政策的出臺(tái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)大量的廢鋼。利用廢鋼作為部分高爐原料不僅可以提升高爐透氣性、降低燃料比、提高鐵產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)低碳綠色化煉鐵，還能為電爐和轉(zhuǎn)爐分擔(dān)部分壓力。國(guó)外廢鋼入高爐工藝使用已久，北美鋼鐵企業(yè)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用范圍最廣，其25座高爐中已有23座使用廢鋼等金屬材料作為高爐爐料，廢料使用率高達(dá)213 kg/t。研究表明，廢料入爐率的增加使得高爐爐溫明顯升高，進(jìn)而達(dá)到降低燃料比的效果。此外，中國(guó)韶鋼、安鋼、柳鋼等高爐通過(guò)配加廢鋼工藝，在提升經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，改善了高爐透氣性，降低了燃料比，大大降低了冶煉用焦量和溫室氣體的排放量。因此，通過(guò)提高資源利用率的同時(shí)減少煉鐵工序的能耗也是一種低碳綠色煉鐵的方式。高爐煤氣作為高爐冶煉的主要副產(chǎn)品，其中以硫化物及酸性氣體形式存在的氫、氯、氟等易造成污染。積極響應(yīng)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》等號(hào)召，秉承可持續(xù)發(fā)展、降低能耗、節(jié)約資源等理念，提高對(duì)高爐煤氣有效利用，完善煤氣回收利用技術(shù)，是未來(lái)企業(yè)煉鐵工藝實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的必要手段。現(xiàn)階段高爐煤氣利用方式主要有直接作為熱風(fēng)爐、煉焦?fàn)t等工序燃料；回收高爐煤氣余壓余熱進(jìn)行發(fā)電；生產(chǎn)化工產(chǎn)品等。實(shí)踐表明，寶鋼采用TRT透平發(fā)電機(jī)組利用煤氣壓力能和熱能發(fā)電，使高爐工序能耗回收率高達(dá)65%，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。此外，通過(guò)對(duì)高爐煤氣中的CO2、CO分別進(jìn)行提質(zhì)利用，不僅可起到節(jié)能減排的效果，而且還能生產(chǎn)制備工業(yè)所需化工產(chǎn)品，契合了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外煉鐵技術(shù)綠色低碳化的發(fā)展方向。然而，高爐煉鐵工藝中除上述所提到的以外，高爐水渣、熱風(fēng)爐余熱、燒結(jié)煙氣等也可成為回收再利用目標(biāo)。近年來(lái)，鋼鐵行業(yè)開(kāi)始推廣碳捕獲利用與封存技術(shù)，從排放源頭入手直接切斷碳排放源，從而提高資源利用率、減少碳排放。如日本COURSE50計(jì)劃利用碳捕獲技術(shù)對(duì)高爐煤氣CO2分離；韓國(guó) POSCO所研究的碳捕獲技術(shù)目前對(duì)體積分?jǐn)?shù)大于95%的CO2的有效捕獲率可達(dá)90%以上，CO2的日常捕獲能力達(dá)到10 t左右。但由于成本、能耗等問(wèn)題的限制使得該技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用還處于探索階段。雖然碳捕獲相關(guān)技術(shù)支持所花費(fèi)成本較多，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看卻保證了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。2.3非高爐煉鐵技術(shù)
焦炭是高爐冶煉不可或缺的原料之一。然而，面對(duì)焦煤資源有限、大氣污染嚴(yán)重等問(wèn)題及可持續(xù)發(fā)展觀念日益提升的現(xiàn)狀，為提高節(jié)能減排效率，高爐煉鐵技術(shù)逐漸受到各種限制，非高爐煉鐵技術(shù)開(kāi)始迅速發(fā)展。相比于傳統(tǒng)的高爐煉鐵技術(shù)，非高爐煉鐵技術(shù)提倡以非焦煤為主要能源，大大提升了環(huán)保水平，并且還省去燒結(jié)造塊工序，打破了傳統(tǒng)煉鐵技術(shù)的“長(zhǎng)流程”限制。對(duì)現(xiàn)階段主要煉鐵工藝設(shè)計(jì)能力和能耗比較不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段非高爐煉鐵技術(shù)以其節(jié)能、低成本、環(huán)保等特點(diǎn)成為各國(guó)煉鐵工藝發(fā)展的焦點(diǎn)。主要煉鐵工藝設(shè)計(jì)能力和能耗比較見(jiàn)表2。
非高爐煉鐵技術(shù)分為直接還原工藝和熔融還原工藝兩類(lèi)。直接還原工藝不依賴(lài)于焦炭，省去了煉焦設(shè)備，并且還可得到高品位鐵精礦。同時(shí)，按照還原劑的不同可將其分為氣基和煤基兩大類(lèi)。氣基直接還原技術(shù)主要有MIDREX工藝、HYL-III工藝、FINMET工藝；煤基直接還原技術(shù)主要有Fastmat工藝、ITmk3工藝、SL/RN工藝，目前均已投入工業(yè)應(yīng)用。據(jù)世界DRI統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，受新冠疫情的影響，2020年世界直接還原鐵產(chǎn)量為1.044億t，比2019年同比下降了3.4%，這表明直接還原煉鐵技術(shù)在近幾年內(nèi)備受青睞，但其中MIDREX與HIY-III工藝仍然占主導(dǎo)地位，所以在保持現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上還需加大對(duì)其他工藝的研究。熔融還原工藝是將天然塊礦、球團(tuán)或粉礦在高溫條件下用碳進(jìn)行還原得到熔融態(tài)金屬鐵。目前投入工業(yè)化生產(chǎn)的主要有COREX、FINEX、HIsmelt以及CISP這4類(lèi)工藝。和傳統(tǒng)高爐相比較，熔融還原工藝主要將煤作為燃料，幾乎不需要冶金焦炭，因其低成本、低能耗、低碳、低排放等特點(diǎn)，使其在非高爐領(lǐng)域得到很大的發(fā)展。實(shí)踐表明，寶鋼引入COREX工藝后，經(jīng)過(guò)自主創(chuàng)新的八鋼歐冶爐已經(jīng)成為中國(guó)綠色低碳煉鐵的代表，其實(shí)際工序能耗低于設(shè)計(jì)能耗，再配合其他技術(shù)升級(jí)，完全可以達(dá)到或優(yōu)于煉鐵工序能耗清潔生產(chǎn)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(HJ/T 427—2008)中能耗不超過(guò)385 kg/t（鐵）的指標(biāo)；FINEX工藝成功將流化床反應(yīng)系統(tǒng)商業(yè)化，有效解決了資源、副產(chǎn)品的回收、有害物的排放等問(wèn)題，并且SOx和NOx排放水平比預(yù)期降低了20%~50%；山東墨龍于2012年成功將HIsmelt工藝用于連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)，不僅成功吻合了力拓在試驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的鐵水產(chǎn)量和煤耗的相關(guān)關(guān)系，而且能夠使SOx排放量降低90%以上，大大提升了能源利用效率和環(huán)保效益；建龍集團(tuán)CISP工藝工業(yè)化運(yùn)行后，SO2和NOx排放量減少38%，粉塵排放量減少89%，并且無(wú)二英和酚氰廢水排放，此外，還實(shí)現(xiàn)了CO2排放量減少11.2萬(wàn)t/a。2.4創(chuàng)新綠色低碳煉鐵技術(shù)
2.4.1氫冶金技術(shù)
為擺脫對(duì)化石能源的依賴(lài)，煉鐵技術(shù)的發(fā)展將目光聚焦于氫能。作為21世紀(jì)最具有發(fā)展力的能源，其綠色低碳、來(lái)源廣、熱值高等特點(diǎn)吸引了諸多國(guó)家就其在冶金領(lǐng)域的利用展開(kāi)研究。在國(guó)外，有歐洲ULCOS的“氫”子項(xiàng)目、日本富氫還原鐵礦石的“COURSE50計(jì)劃”、韓國(guó)POSCO氫還原煉鐵工藝、奧地利“H2FUTURE”綠色氫氣存儲(chǔ)技術(shù)、德國(guó)蒂森克虜伯氫基煉鐵試驗(yàn)等。在國(guó)內(nèi)，寶武集團(tuán)作為中國(guó)鋼鐵行業(yè)氫冶金的先鋒隊(duì)，早在2016年就開(kāi)始籌劃氫冶金綠色低碳煉鐵項(xiàng)目，主要從富氫碳循環(huán)高爐工藝、以氫代碳還原工藝等方面入手，并在新疆、湛江等地籌建了氫冶金創(chuàng)新基地，隨后與中核集團(tuán)、清華大學(xué)聯(lián)手開(kāi)發(fā)“核能制氫”技術(shù)；河鋼宣鋼啟動(dòng)建設(shè)規(guī)模為120萬(wàn)t的氫冶金示范工程，采用零重整技術(shù)替代傳統(tǒng)碳冶金；中晉太行已經(jīng)開(kāi)始使用氫基直接還原鐵工藝，且形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CSDRI氣基豎爐還原鐵技術(shù)；此外，鞍鋼、包鋼、建龍以及一些其他科研院所等也展開(kāi)了氫冶金技術(shù)研究，均取得理想效果，降低了碳排放，找到了適合各企業(yè)特有的氫冶金低碳煉鐵技術(shù)。國(guó)內(nèi)外氫冶金主要研究現(xiàn)狀及目標(biāo)見(jiàn)表3。
2.4.2智能化煉鐵技術(shù)
智能化是煉鐵工藝提高節(jié)能減排效率、實(shí)現(xiàn)環(huán)保的重要手段。2021年11月15日國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)發(fā)言人孟瑋明確表示，目前工業(yè)等領(lǐng)域?qū)嵤┓桨负汀犊萍贾翁歼_(dá)峰碳中和行動(dòng)方案》已經(jīng)編制完成，后續(xù)將按程序印發(fā)實(shí)施，這一消息無(wú)疑是當(dāng)前智能化煉鐵工藝技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)心劑。當(dāng)前“德國(guó)工業(yè)4.0”與“中國(guó)制造2025”的融合，以及節(jié)能減排、“雙碳”等意見(jiàn)的出臺(tái)，無(wú)不表明現(xiàn)階段煉鐵工藝流程向智能化、信息化、數(shù)字化融合發(fā)展已然是大勢(shì)所趨。傳統(tǒng)高爐由于自身特性的限制，因其冶煉強(qiáng)度高、數(shù)據(jù)量多、流程長(zhǎng)、信息時(shí)滯性高、黑箱化嚴(yán)重等特點(diǎn)，其潛力未能被挖掘出來(lái)，容易導(dǎo)致大污染、大能耗的結(jié)果。新時(shí)代煉鐵工藝應(yīng)積極融合5G技術(shù)，加速工藝互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、人工智能技術(shù)等對(duì)傳統(tǒng)煉鐵工藝流程進(jìn)行“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”跟蹤式監(jiān)測(cè)，達(dá)到實(shí)時(shí)分析預(yù)測(cè)、及時(shí)科學(xué)決策的效果。研究表明，越來(lái)越多的企業(yè)、科研院所及高校等的學(xué)者都開(kāi)始探究智能化在冶金中的應(yīng)用。寶武集團(tuán)以“力爭(zhēng)2025年具備減碳30%的工藝技術(shù)，2035年力爭(zhēng)減碳30%”為目標(biāo)，目前正在建立智慧型煉焦、智慧型燒結(jié)、智慧型高爐三位一體智能煉鐵工序，其中智慧型燒結(jié)目前已建成1、2燒結(jié)，對(duì)在建的3燒結(jié)中首次采用混合料水分和粒度監(jiān)測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)、燒結(jié)過(guò)程水-碳-風(fēng)關(guān)鍵要素智能控制模型與系統(tǒng)等，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)固體燃料單耗小于40 kg/t；智慧型高爐匯集了上海寶山、武漢青山、南京梅山、湛江東山4大基地的煉鐵工序，運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高爐爐況指數(shù)化診斷、高爐運(yùn)行智能控制、高爐指標(biāo)全面化對(duì)標(biāo)等模塊，尤其是高爐閉環(huán)控制更是實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、成本、工序能耗對(duì)標(biāo)等功能的應(yīng)用，開(kāi)啟了數(shù)字高爐新時(shí)代。此外，寶鋼自主研發(fā)的高爐智能專(zhuān)家系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行后，噸鐵燃料比下降近3.7 kg/t，鐵水一級(jí)品率提升了5%，達(dá)到了穩(wěn)定爐況、降低輔助燃料消耗、改善鐵水質(zhì)量的效果；馬鋼2號(hào)高爐采用的熱風(fēng)爐智能化控制系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)表明，燃燒狀態(tài)明顯得到改善，煤氣消耗量顯著降低，大大提升了經(jīng)濟(jì)效益；酒鋼融合大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等建立的專(zhuān)家機(jī)理模型，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)爐況的模型監(jiān)控和生產(chǎn)指導(dǎo)，而且通過(guò)建立合理有效的預(yù)警機(jī)制實(shí)現(xiàn)了高爐安全長(zhǎng)壽，有效降低了噸鐵燃料比的同時(shí)提升了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。另外，首鋼、包鋼等也都打造了屬于自己的智能化煉鐵工藝流程。以上均為鋼鐵企業(yè)在煉鐵智能化發(fā)展過(guò)程中的一些成果，而研究院、高校等相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員也做了許多貢獻(xiàn)。沙鋼研究院建立的煉鐵工藝大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)原料質(zhì)量預(yù)警、故障預(yù)警、高爐爐況診斷等功能，不僅操作簡(jiǎn)單，方便操作人員對(duì)工藝流程進(jìn)行實(shí)施監(jiān)督，而且還能夠及時(shí)對(duì)工序操作進(jìn)行調(diào)整，其具體框架如圖4所示；趙宏博等提出的煉鐵大數(shù)據(jù)平臺(tái)更是契合了《工業(yè)和信息化部關(guān)于印發(fā)鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級(jí)規(guī)劃(2016—2020年)的通知》中發(fā)展智能制造主題思想，該設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)完整的煉鐵生態(tài)圈，充分實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，更是融合了鋼鐵企業(yè)、科研院所及高校等不同層次的角色，能夠達(dá)到集思廣益、共同促進(jìn)中國(guó)煉鐵工藝發(fā)展的效果。
節(jié)能減排提出以來(lái)，綠色低碳煉鐵技術(shù)剛性發(fā)展，智能化轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。然而，智能化在煉鐵技術(shù)革新過(guò)程的應(yīng)用中需要解決的問(wèn)題還有很多，難度也越來(lái)越大，應(yīng)加強(qiáng)與科技板塊合作，走“工藝流程為主，計(jì)算機(jī)技術(shù)為輔”的路線，切實(shí)解決煉鐵工藝數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排綠色發(fā)展的目標(biāo)。
鋼鐵行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的中流砥柱，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。而煉鐵工藝作為鋼鐵流程的“高耗能、高排放”大戶(hù)，其綠色低碳化程度足以彰顯鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排水平。“綠色低碳為方向，節(jié)能減排是目標(biāo)”已然成為如今綠色低碳煉鐵技術(shù)發(fā)展的必由之路，然而，中國(guó)低碳綠色煉鐵技術(shù)的發(fā)展急不得，也慢不得。21世紀(jì)的今天，應(yīng)該以“著眼當(dāng)前，展望未來(lái)”的眼光去看待綠色低碳煉鐵技術(shù)的發(fā)展。(1)以節(jié)能減排為目標(biāo)，工藝改革為手段，不斷探索傳統(tǒng)高爐工藝低碳技術(shù)。通過(guò)發(fā)展精細(xì)煉鐵原料、優(yōu)化高爐操作等基礎(chǔ)技術(shù)，提高高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、爐塵等副產(chǎn)品循環(huán)利用技術(shù)，增強(qiáng)噴吹生物質(zhì)、碳捕獲利用與封存等創(chuàng)新技術(shù)來(lái)達(dá)到節(jié)能減排的目的。此外，還可結(jié)合自身實(shí)際來(lái)完成工藝“長(zhǎng)流程”向“短流程”轉(zhuǎn)變。(2)大力發(fā)展非高爐和氫冶金技術(shù)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和流程結(jié)構(gòu)。以科學(xué)技術(shù)為手段，提升“非高爐-電爐”協(xié)同減排能力，發(fā)展低成本制氫技術(shù)，擺脫對(duì)焦炭等化石能源的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)成熟的商業(yè)化低碳煉鐵生產(chǎn)模式。(3)積極與兩化(智能化、信息化)相融合。以5G、大數(shù)據(jù)技術(shù)等手段作為發(fā)力點(diǎn)，使用智能監(jiān)控手段對(duì)煉鐵流程各部分監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)在線預(yù)警、數(shù)據(jù)收集等功能，用科技創(chuàng)新助力煉鐵技術(shù)向著綠色低碳化發(fā)展。(4)制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前世界各國(guó)作為“命運(yùn)共同體”的一部分，碳排放標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、能耗標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)不一樣，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)“一國(guó)影響他國(guó)”的局面。(5)堅(jiān)持“引進(jìn)來(lái)、走出去”，積極參與國(guó)際間交流合作。有能力的鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極引領(lǐng)國(guó)際低碳技術(shù)研發(fā)等活動(dòng)，充分利用全球低碳煉鐵生態(tài)圈優(yōu)勢(shì)資源，加強(qiáng)創(chuàng)新技術(shù)研究，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)“30·60”目標(biāo)貢獻(xiàn)一份力量，為實(shí)現(xiàn)全球節(jié)能減排貢獻(xiàn)一份力量。 
