“目前已经完成试验高炉解剖前的准备工作，解剖后就能获取炉内炉料结构和性状变化的试验数据。”河北省昌黎县兴国精密机件有限公司总经理周国成在高炉喷吹纯氢冶炼技术开发试验现场对科技日报记者介绍说，通过采用解剖试验炉、打开黑箱的思路对高炉富氢冶炼进行深入研究，找到背后的科学规律，为构建完整的高炉富氢冶金技术理论和工艺奠定基础，是此次试验的一大亮点。

周国成表示，以纯氢为喷吹气源的高炉富氢冶炼技术开发试验是由上海大学与昌黎县兴国精密机件有限公司联合完成，为国内首次开发试验。在试验中系统运行正常，相关数据达到预期标准。通过此次试验，实现了降低焦比10%以上，减少二氧化碳排放量10%以上和铁产量增加13%以上，同时也获得钢铁生产中大规模安全使用氢气的宝贵经验。

据了解，这套试验系统以“可解剖打开式40立方米试验炉”为核心，具备了供氢、富氢冶炼、炉顶煤气循环喷吹和二氧化碳捕集分离等环节的数据监测、评估功能，这是我国首台套富氢低碳高炉炼铁领域专业化、半工业规模的科学实验系统。

“氢与传统炼铁过程的耦合是此次项目试验中的关键难题之一。”上海大学材料学院教授张玉文介绍说，氢气和铁矿石发生氧化还原反应吸热，会造成高炉温度下降。怎样最大程度使用氢气，还保障炉温是技术难点。为此，技术团队在试验中采用富氧喷氢、装料调控等手段解决了高炉富氢与传统炼铁过程的耦合协调问题。

张玉文教授告诉记者，这次试验还突破了大规模氢气供应和氢气安全使用难题，要进行半工业化或工业化规模的纯氢冶金试验，大规模的氢源是基础，但大规模使用氢，存在生产安全隐患。为此，科研人员充分借鉴氢能汽车领域的发展基础，提出在试验场地旁建设氢站用于储存氢气，利用高压长管束车输运，解决了氢源供给问题。同时参考交通运输行业氢能使用经验和操作规范，结合冶金行业应用环境特点，经过多次调整、优化设计，研制出满足冶金行业大规模安全使用氢气的工艺装备，从工艺、硬件和 智能自动化操作等多层面保障了规模用氢的安全。

张玉文教授说，氢冶金低碳技术就是用氢气替代煤炭和焦炭，氢气参与冶金过程的产物是绿色、无污染的水，能大幅降低碳排放，这是冶金过程中的关键革新性技术。此次富氢冶炼试验纯氢气的喷吹量达到每小时1800立方米，吨铁250立方米，系统研究了氢气喷吹量变化对高炉冶炼过程的影响行为。

在当下“双碳”的战略下，将氢气用于钢铁生产的氢冶金变革性技术，以减少高 炉炼铁过程中碳消耗和碳排放，这是钢铁产业优化能源结构和工艺流程、实现绿色低碳可持续发展的有效途径之一。

据了解，为完成“以氢代碳”技术开发试验，2019年，上海大学与兴国公司达成“产学研用”战略合作协议，共建“高端特殊(球墨)铸钢产品研发中心”和“低碳技术研发中心”，打造河北兴国绿色铸造与智能制造产业园。(科技日报实习记者 陈汝健  通讯员 王志勇)