炼铁“氢”风来袭，绿色转型轻松实现！

实现“双碳”目标，工业需走在前列。钢铁、水泥、铝冶炼是工业碳排放的三座“大山”，年排放约30亿吨二氧化碳当量，占全国碳排放总量的20%以上。如何解决这一难题呢？

最近，鞍钢集团联合中国科学院大连化学物理研究所、过程工程研究所及上海大学等单位取得重大突破：全球首套绿电绿氢氢冶金中试线在鞍钢集团辽宁营口鲅鱼圈生产基地实现全流程工艺贯通，稳定产出金属化率达95%的绿色近零碳直接还原铁！

这一成果不仅打破了国外垄断，实现全套工艺设备完全国产自主化设计制造，还具有显著的减排效果。每生产一万吨直接还原铁，全年约减排二氧化碳1.2万吨，相当于植树造林66万棵。钢铁“高碳”的帽子有望被摘掉了。

“绿电”和“绿氢”从何而来？它们又是如何用于冶炼钢铁的呢？下面一起揭秘。

PART.01 什么是氢冶金？

传统高炉炼铁使用焦炭作燃料和还原剂，在高温下，焦炭和氧气不完全燃烧生成一氧化碳，“碳”夺走铁矿石中铁氧化物的氧，留下铁单质并炼出铁水。但这种方式中，焦炭的燃烧和还原反应都会产生二氧化碳，每炼出1吨钢，平均要排放约1.8吨二氧化碳。

而氢冶金则改用氢气作为热源和还原剂。在高温下，氢气和铁矿石里的铁氧化物发生还原反应，仅生成铁单质和水，不排放二氧化碳。

目前，氢基竖炉炼铁是广泛应用的氢冶金技术，它用氢气为主的混合气代替焦炭，在竖炉里直接把球团铁矿还原成铁，跳过了焦化、烧结等高碳工序，流程更短、碳排更低。

然而，过去氢基竖炉炼铁的核心技术与装备长期被国外企业垄断，混合气中掺杂天然气或焦炉煤气，难以彻底实现零碳，且对原料要求高，需用67%以上超高品位的铁精矿，资源约束严峻。这些问题倒逼钢铁企业寻找新方法，绿电绿氢流化床氢冶金成为新思路。

“绿电”是用风能、太阳能等可再生能源发的电，“绿氢”是用绿电电解水制出的氢气，“流化床”是让铁矿石颗粒反应的容器。氢气吹入后，铁矿石颗粒悬浮碰撞，气固反应更充分，还原效率更高。整个过程就像电锅“氢”蒸，可实现低碳甚至零碳。

PART.02 炼出“绿铁”分几步？

来看这条氢冶金中试线的流程升级：

1. 造粒：给铁矿石“搓丸子”，让粒小反应更快。氢气还原铁矿是气固反应，矿石颗粒越小反应速率越快。先将铁矿石粉碎，加粘结剂用造粒机搓成小颗粒，再进回转窑焙烧固结，最后存进缓冲仓备用。这就像给铁矿石做“预处理SPA”，让其既能快速参与还原，又能避免高温颗粒粘结。

2. 制氢：绿电高效电解水制氢，环保又经济。厂区的风力—光伏电力系统发电后进行碱水电解制氢。电解液由高纯度氢氧化物按一定浓度溶解于净化水配制而成，可提升导电性、降低能耗。电极催化剂能提高电解效率，让水分子在直流电驱动下变为氢气和氧气。析出的氢气会被送进四个大储罐缓存，按需送往还原系统。与传统化石能源制氢相比，电解水制氢无硫氧化物、氮氧化物等污染物排放。

3. 还原：流化床里“氢铁蹦迪”，10分钟炼铁。还原系统是流化床氢冶金的核心，铁矿石颗粒与氢气在其中反应。绿氢升温后从下方“吹进”两级流化床，反应后的氢气和水蒸气经过除尘除水，进入增压机加压，混合新鲜氢气后循环利用。缓冲仓的铁矿石颗粒从上方“倒进”一级流化床，高价氧化铁被还原成低价氧化铁，即“预还原”；再进入二级流化床，低价氧化铁被还原成纯金属铁，即“终还原”。得到的铁单质进入压块机，压成圆柱体铁饼送往炼钢产线。

这条氢冶金中试线有四大优势：原料不挑食，普通品位铁矿石制粒固结后可直接使用；过程超抗粘，造粒改良后加热、还原、输送都不粘结；冶炼效率高，颗粒10分钟内可被还原成金属铁；减排超彻底，全流程吨铁二氧化碳近零排放，还能降低其他污染物，让区域空气更清新。此外，它还能拉动风电、光伏、电解水制氢等相关产业链，培育新经济增长点，推动能源转型及工业升级。

PART.03 绿色钢铁供应链的破茧之路

鞍钢集团的绿色脚步不止于此。成功打通中试线全流程后，鞍钢集团将联合风光电站、集成近零碳电炉等装备，对接汽车、家电、航空等行业企业，打造“绿电制氢→绿氢冶金→绿钢应用”全生命周期绿色供应链。

年产50万吨的流化床炼铁工业化示范项目也已提上日程，它将为全球钢铁行业绿色转型提供“鞍钢方案”，彰显中央企业的创新智慧与实践担当。

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