鋼鐵工業作為最主要的原材料工業，最根本任務就是以最低的資源能源消耗，以最低的環境生態負荷，以最高的效率和勞動生產率向社會提供足夠數量且質量優良的高性能鋼鐵產品，滿足社會發展、國家安全、人民生活的需求。要完成這樣一個任務，我認為，鋼鐵工業在鋼鐵冶金領域應當把握以下幾個主要技術發展方向：
1、低碳煉鐵技術
在全球努力減少溫室氣體排放的大背景下，國際鋼鐵業界正積極開發減少煉鐵過程CO2排放的技術，其中一個方向是沿著高爐低碳煉鐵技術展開，主要集中于研究高爐使用碳鐵復合爐料等新型爐料、高爐爐頂煤氣的循環利用、含氫物質（富氫、天然氣、COG）噴吹、高富氧（富氧率≥30%或全氧）噴吹、極限量噴煤等方面。其中含氫物質噴吹（富氫噴吹）具有明顯減少碳排放的效果，增大氫氣的噴吹含量是高爐技術的發展趨勢，尤其應予重視。此外，高球團比爐料結構優化、入爐料粒度配比及分布優化的配礦優化、高效高爐冶煉技術也在執行中。
2、低碳、減排的非高爐煉鐵技術
煉鐵技術的另一個重要研究方向是非高爐煉鐵技術。與高爐煉鐵技術相比，非高爐煉鐵技術有利于擺脫焦煤資源短缺的困擾，改變能源結構，節省能源，大幅減少焦化、燒結中的SOx與NOx排放，保護環境，是鋼鐵工業實現節能減排重要方向和手段。非高爐煉鐵技術采用氫還原，可以大幅度減少CO2排放。
1）熔融還原技術
非高爐煉鐵的熔融還原技術有Hismelt、Hisarna、COREX、FINEX、閃速煉鐵等。韓國浦項開發的FINEX熔融還原技術，已經實現工業化并開始出口。同時，浦項將FINEX與其他技術組合，形成了新的非高爐煉鐵技術，例如POIST工藝，混合氫還原工藝，核氫還原工藝等。美國鋼鐵協會目前正致力于降低鋼鐵工業CO2排放的非高爐煉鐵項目，包括用氫閃速熔煉生產生鐵（用氫做燃料）、熔融氧化物電解研究、新型懸浮煉鐵技術、二氧化碳地質儲存研究等。我國寶鋼曾引進COREX熔融還原技術，考慮到經濟因素，目前搬遷至新疆繼續開展工作。張文海院士等在進行閃速煉鐵技術的開發，正在河北建設中試試驗裝置。
上述熔融還原技術多數未能擺脫以粉煤為原料的基本條件，因此，在碳排放方面的效果有限。我們應針對其優點和問題，采用以氫為主的還原劑，開發出具有我國特色的低成本、高效率、低碳排放的熔融還原煉鐵技術。
2）直接還原技術
直接還原有多種方式，例如隧道窯直接還原、回轉窯直接還原、豎爐直接還原等。燃料可以是煤基或氣基。但目前最為成功的是氣基豎爐直接還原，已經有年產250-300萬噸使用天然氣的氣基豎爐直接還原裝置在工業化運行。在天然氣豐富、價格低的地區發展迅速，是目前DRI的主要生產方式。針對我國情況，利用精選的鐵精礦和非焦煤制氣，接續采用連續熱裝電爐冶煉，可能以比高爐更低的成本生產優質純凈鋼，是一些小鋼廠可以采用的有競爭力的生產方式，值得結合我國國情，特別是針對我國特有資源如：高鉻型釩鈦礦、含硼礦等開展研究與應用，走出我國自己的道路。
氣基豎爐直接還原除了使用煤制氣作為還原劑外，還可以以天然氣、氫等做為還原劑，以一定的比例調配使用。在重視減少碳排放的今天，不斷增加氫的比例，已經成為氣基豎爐直接還原的發展方向。所以，從氣基豎爐直接還原過渡到以氫氣為主還原劑，從而實現大幅度減排二氧化碳，應當是今后一段時間的主要努力方向。
3）氫氣直接還原
奧鋼聯制定了長達20年的長期計劃，推進氫還原技術的開發，CO2減排目標定位50%。第一階段，在奧地利的傳統高爐-轉爐長流程鋼鐵廠增量使用氣基豎爐直接還原鐵熱壓塊HBI，同時將美國德州的DRI工廠的天然氣氣基豎爐，改成氫氣豎爐（已經比使用煤炭、焦炭減排40%）。第二階段再花10-15年，增加氫氣在高爐上的使用量，實現氫氣作為主還原劑，但不是全部取代煤粉、焦炭噴吹。從源頭上減少CO2的排放量，而非依靠捕集、固定技術減少CO2排放。目前正在進行制氫中試，2030年前后以氫還原為主的生產過程將大規模實用化。隨著CO2減排壓力的增大，氫還原技術將會越來越受到鋼鐵行業的重視，迎來蓬勃發展的機會。
開展氫還原技術的研究，例如，生物質還原技術、核氫還原工藝等，應是主要發展方向。因此，低成本氫的來源成為了重要問題。與核能行業合作，開展核氫還原工藝研究，應是重要方向。
4）基于氫冶金的熔融還原直接煉鋼
東北大學2011鋼鐵協同創新中心鋼鐵冶金方向的首席教授們提出基于氫冶金的熔融還原直接煉鋼設計方案。該方案以冷態除雜的超純鐵精礦為原料，實現源頭減排。通過1200℃的飛速氫還原和1600℃的高能量密度鐵浴熔融還原，得到超純凈的鋼水。再經過連鑄連軋得到高品質、高潔凈度的鋼鐵材料。這一過程完全取消了煉鐵，實現連續裝料、連續煉鋼、連鑄連軋的全連續、一體化的生產方式，工藝簡化，生產效率提高。
5）二氧化碳分離、收集、儲存、利用技術
期望通過本項研究，以二氧化碳回收、儲存的方式，大幅度減少煉鐵過程中的碳排放，走出低碳排放的道路。
3、煉鋼技術
1）高效脫硫鐵水預處理技術
開發強力攪拌、噴吹的高效鐵水預處理方式，短時間內將硫含量降低到極低水平。
2）鋼包底噴粉高效精煉新工藝
開發爐外精煉過程中鋼包底噴粉技術。底噴粉過程無鐵損，攪拌動力學條件優于頂噴粉，配套技術成熟，易實現。改造投資低，不改變原工藝。可以建立超低硫潔凈鋼生產平臺，取得良好的除硫效果。
3）氧化物冶金技術制造大線能量焊接用鋼
利用氧化物冶金技術，可以開發大線能量焊接用的碳錳鋼、HSLA、高強鋼等。這一技術與傳統的“純凈化”、“潔凈化”思路相反，利用煉鋼過程中對夾雜物的屬性（分布、成分和尺寸等）的有效控制，在后續的凝固、軋制、冷卻、使用過程中改善鋼材的組織，從而獲得需要的組織和新的性能，例如大線能量焊接用鋼等。
4）厚規格結構鋼的微觀組織均勻細化控制
將氧化物冶金技術實施的冶煉過程控制，與后續軋制過程中的軋制與冷卻控制相結合，在冶煉過程控制的基礎上，實施一定的終軋溫度控制、冷卻速率控制，可以獲得全斷面（均勻）細晶化組織的厚規格鋼材，兼有高強韌性與可大線能量焊接性能，可以應用于厚板、重型H型鋼、厚壁無縫鋼管等鋼材生產。
4、高品質特殊鋼高效率、低成本特種冶金新流程
1）三次精煉技術
在常規的電爐或轉爐流程后面，增加三次精煉，例如真空自耗爐或電渣重熔冶煉，可以獲得高潔凈度的特種鋼材，用于高效和低成本制備航空航天等應用的特殊鋼材料和其他高性能金屬材料。
2）新一代特鋼潔凈化、均質化精煉技術
研發對鋼水無污染的、加熱和脫氧為特征的新一代特鋼鋼包潔凈精煉技術、高端不銹鋼加壓增氮冶金新技術、基于導電結晶器的電渣重熔技術等，用于生產高端合金鋼材。 |
