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中國鐵合金網(wǎng)訊：
瑞典特鋼制造商奧沃科（Ovako）集團(tuán)和工業(yè)氣體供應(yīng)商林德氣體公司（Linde Gas）最近在前者的霍福斯（Hofors）鋼廠進(jìn)行了一次全面的試驗(yàn)，在軋制之前使用氫氣加熱鋼材，取得了歷史性的進(jìn)展，揭示了如何從軋制工序中消除二氧化碳排放。
環(huán)境目標(biāo)推動鋼鐵企業(yè)減少碳排放
目前，瑞典鋼鐵行業(yè)正在制定宏偉的環(huán)境目標(biāo)，并提出和推進(jìn)了許多前景看好的溫室氣體減排方案。大多數(shù)項(xiàng)目的重點(diǎn)是在鐵礦石還原過程中用氫氣取代燃煤和焦炭，而鐵礦石還原就是長流程鋼鐵生產(chǎn)中二氧化碳排放的主要來源。以廢鋼為原料的鋼鐵生產(chǎn)商需要專注于二氧化碳排放的其他過程，其中最重要的就是電弧爐（EAF）冶煉使用的電源。
對于所有行業(yè)來說，為了形成一個完整的全生命周期流程，應(yīng)該把重點(diǎn)放在供應(yīng)鏈的上游環(huán)節(jié)上，這一點(diǎn)已形成共識。為了進(jìn)行大規(guī)模有益的環(huán)境改善，價值鏈中的所有參與者都應(yīng)理解并支持這一觀點(diǎn)，這是非常重要的。環(huán)境因素應(yīng)成為采購決策的重要標(biāo)準(zhǔn)。
氫氣-富氧燃燒加熱鋼材新方案
在鋼鐵冶煉的下游工序，二氧化碳減排的重要領(lǐng)域是熱軋或鍛造前的加熱工序，以及鋼鐵產(chǎn)品的最終熱處理。奧沃科是完全采用廢鋼為原料的鋼鐵制造商，電弧爐由無化石電力供電，而且最終的熱處理正向完全采用無化石電能的方向發(fā)展。奧沃科剩下的主要挑戰(zhàn)便是如何減少軋鋼前加熱工序產(chǎn)生的二氧化碳。
奧沃科在生產(chǎn)高質(zhì)量特鋼產(chǎn)品的同時，全生命周期的二氧化碳足跡卻非常低，這歸功于多年來不懈的努力。奧沃科已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了碳足跡比全球平均水平低80%，但仍在持續(xù)努力變得更好。奧沃科向北歐電力公司購買100%無化石電力。瑞典的電力行業(yè)平均二氧化碳排放量為12g/kWh，而奧沃科使用的電力的二氧化碳排放量甚至低于國內(nèi)平均水平。
近年來，在可再生能源電力取代化石燃料方面，奧沃科進(jìn)行了大量投入，在所有爐溫低于1000℃的情況下，熱處理爐都已改用電能加熱。在熱軋廠，盡可能多地使用熱裝方式，從而大大節(jié)省了燃料使用，同時減少二氧化碳排放。奧沃科還將燃料從石油改為液化石油氣（LPG），從而使得二氧化碳（含二氧化硫和顆粒物）排放顯著減少，并證實(shí)了改用其他無二氧化碳燃料的可能性，例如電解水產(chǎn)生的綠氫。
在霍福斯鋼廠，奧沃科與林德合作，將幾乎所有57個高溫爐（爐溫約1200℃）都轉(zhuǎn)換為采用富氧燃燒技術(shù)，避免了空氣中的氮?dú)鈮狠d，從而大大減少了煙氣帶走的熱量，并改善了輻射換熱。使用富氧燃燒可以減小能耗，并實(shí)現(xiàn)二氧化減排20%-50%，具體幅度取決于工序的不同。
截至目前，奧沃科與林德已經(jīng)合作了約30年，通過開發(fā)、實(shí)施和升級富氧燃燒技術(shù)，拓展工業(yè)氣體的其他用途，以適應(yīng)不同的實(shí)際應(yīng)用及其對經(jīng)濟(jì)性、產(chǎn)品質(zhì)量和排放的要求。為了提高溫度均勻性和減少氮化物排放，奧沃科從最初的常規(guī)富氧燃燒使用轉(zhuǎn)而采用林德的REBOX ® 系列無焰富氧燃燒解決方案。奧沃科和林德決定探索在熱軋和鍛造前使用氫氣-富氧燃燒技術(shù)加熱鋼材的可行性。除了使用氫氣作為燃料，無焰富氧燃燒技術(shù)也被使用，應(yīng)用了“REBOX Hyox”創(chuàng)新概念。在氫氣-富氧燃燒時，產(chǎn)生的不是煙氣而是蒸汽，如下圖所示。
為了能夠在100%的水蒸氣氣氛中加熱不同鋼種，必須解答一系列問題，這些問題涉及對鋼材質(zhì)量的影響、加熱過程中的容量/均勻性、氮化物排放、安全問題以及燃燒系統(tǒng)的變化。
為了評估氧化、除鱗、脫碳、氫脆、加熱能力、溫度均勻性和氮化物的形成，在位于斯德哥爾摩郊外的林德燃燒實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了中試試驗(yàn)，這些試驗(yàn)涵蓋了不同鋼種的試樣，使用了氫氣-富氧燃燒技術(shù)，并與奧沃科采用的LPG-富氧燃燒結(jié)果進(jìn)行了對比。所有試驗(yàn)結(jié)果都是令人振奮的，在原材料、燃燒或排放上沒有出現(xiàn)任何不良影響。
在中試試驗(yàn)成功后，奧沃科和林德決定在霍福斯鋼廠一個坑式加熱爐中進(jìn)行大規(guī)模的氫氣-富氧燃燒加熱試驗(yàn)。奧沃科對現(xiàn)有燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了升級，將氫氣和LPG作為燃料。燃料之間的轉(zhuǎn)換可以在絕對安全的情況下在一秒鐘內(nèi)完成，并遵循所有規(guī)范和規(guī)定。
此次示范性試驗(yàn)是在2020年3月進(jìn)行的，當(dāng)時來自霍福斯鋼廠的24個軸承鋼鋼錠被裝進(jìn)四個坑中。其中一個坑采用“REBOX Hyox”氫氣-富氧燃料燃燒，而另外三個坑使用常規(guī)燃料（LPG-富氧燃料）燃燒。
所有相關(guān)數(shù)據(jù)（流量、溫度、煙氣中的氧氣水平等）表明，燃燒系統(tǒng)的容量、溫度均勻性和可控性至少與常規(guī)燃料燃燒技術(shù)運(yùn)行一樣。方坯加熱和均熱后在軋機(jī)上成功軋制成棒材，軋制力、尺寸、氧化鐵皮和溫度均保持在相同的水平。對最終的方坯進(jìn)行了全面的檢驗(yàn)和分析，結(jié)果表明，以氫氣為燃料加熱并不會影響高品質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量，這是有史以來首次在軋制前成功使用氫氣和氧氣加熱鋼材。此外，在燃燒系統(tǒng)中使用氫氣會對環(huán)境產(chǎn)生非常積極的影響，因?yàn)槲ㄒ划a(chǎn)生的排放物是水蒸氣。
為其他行業(yè)應(yīng)用氫氣帶來示范作用
奧沃科表示，這是第一次在現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境中使用氫氣加熱鋼材，從這次示范性試驗(yàn)可知，氫氣可以簡單靈活地使用，而不會影響鋼材質(zhì)量，同時意味著碳足跡大幅減少。
奧沃科能源與加熱爐技術(shù)小組專家表示：“非常令人振奮的是，我們現(xiàn)在有證據(jù)表明，在不影響鋼材質(zhì)量的情況下，利用氫氣加熱是完全可能的。如果我們能進(jìn)行這項(xiàng)投資，無疑將對環(huán)境產(chǎn)生巨大的積極影響。我們估計，這項(xiàng)投資每年將減排約20000噸二氧化碳，而這僅僅是個開始。除了霍福斯鋼廠以外，還可以在其他軋鋼廠進(jìn)行全面推廣。”
這一示范性試驗(yàn)證明了氫氣加熱在大規(guī)模生產(chǎn)中是可行的。使用電解水方式制造的綠色氫氣和氧氣，并利用靈活的富氧燃燒系統(tǒng)，與鋼材加熱相關(guān)的二氧化碳排放就可能會被消除。奧沃科現(xiàn)在正積極尋求行業(yè)合作伙伴，獲得必要的資金支持，從而完成融資。如果能夠在相對較短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)全面運(yùn)行，這將是為許多行業(yè)更廣泛地使用氫氣提供有力示范。通過上述氫氣加熱鋼材項(xiàng)目的開展，可以預(yù)想，創(chuàng)新的鋼鐵產(chǎn)品，創(chuàng)新的煉鋼工藝，在不久的將來會構(gòu)建更美好的未來。
來源：《世界金屬導(dǎo)報》????
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