日前，昌黎县兴国精密机件有限公司（以下简称兴国铸业）“30万m³/d绿电电解水制氢—储氢—450m³高炉富氢冶炼”示范项目（以下简称项目）成功投运，标志着“以氢代碳”高炉喷吹纯氢低碳冶炼新工艺迈入工业化应用阶段。
经过前一阶段的连续稳定运行，项目吨铁喷吹纯氢量达到103立方米，每小时的纯氢喷入量达到8700立方米，固体燃料置换比达0.36~0.5kg/Nm³，实现高炉炼铁减碳8%~11%，电解水制氢过程中同时制得的纯氧用于高炉鼓风富氧，此阶段整体大幅度降低冶炼成本。在前一阶段运行实践的基础上，目前，项目已进入“制氢—储氢—高炉富氢冶炼”全工序关键参数的匹配优化提高的新阶段。这一阶段旨在进一步提高吨铁喷氢量、优化上下游的协同性、降低能耗和成本。数据显示，高炉喷吹纯氢冶炼能够显著降低过程煤焦消耗和铁水中杂质元素含量，为形成系列清洁低碳生铁等先进钢铁新材料生产与零部件制造奠定了基础。
目前，高炉富氢冶炼技术产业化推广应用的瓶颈是大规模经济清洁低碳氢的制备与储输。兴国铸业技术团队认为，结合局域资源特点，“就地制备、就地利用”是解决大规模氢气制备和储输问题的有效途径。为此，基于秦皇岛昌黎县域的能源电力资源，兴国铸业联合上海大学、同济大学、豫氢装备、七一八所和隆基氢能等单位开展了绿电、谷电等多元化电力供给—电解水制氢—氢储输—高炉富氢冶炼等共性关键技术装备与多界面衔接的协同创新攻关，开发采用了国内单体产氢量最大的碱性电解水制氢装备（单槽3000Nm³/h）和全工序链条安全风险预防管控系统，通过利用多元电力、储能、储氢等多种方式实现清洁低碳氢的稳定供应，为解决氢能与钢铁产业间相互耦合的难题提供了实践范例。
图为该公司制氢站控制室
图为该公司碱性电解水制氢车间（4台，单槽 3000Nm³H₂/h）
图为该公司储氢球罐
图为该公司高炉喷吹纯氢系统
据悉，早在2021年，兴国铸业就联合上海大学在河北省重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等支持下，建造了我国首台套专业化氢冶金实验高炉系统（高炉容积40m³），完成了高炉喷吹纯氢的半工业化试验和首例富氢高炉全息解剖研究，构建了高炉富氢低碳炼铁技术理论和工艺原型。在2023年氢冶金国际研讨会上，高炉喷吹纯氢技术被著录入由世界钢铁发展研究院、中国金属学会共同撰写的《氢冶金技术发展蓝皮书》；2024年入选秦皇岛新质生产力入库项目。氢冶金低碳冶炼技术项目研发和工程化实践中产生的实质性创新成果，形成了系列中国和PCT国际发明专利7项，授权5项，登记软件著作权2件。此外，兴国铸业联合上海大学、宝钢股份、同济大学和中国标准化研究院等单位研制完成了《氢冶金 高炉喷氢技术规范》和《氢冶金 高炉喷吹氢气工程设计规范》团体标准。
图为该技术路线的核心发明专利证书
图为该项目实施相关环评批文
据悉，国家发改委于2023年末发布的《产业结构调整指导目录（2024年本）》把“高炉富氢喷吹冶炼”列为鼓励类项目。对此，兴国铸业技术团队表示，通过在清洁氢能和低碳冶炼领域的大胆创新，兴国铸业已成功打造“经济规模制氢—氢气储输—高炉富氢冶炼”技术路线；在现有高炉炼铁工艺基础上进行改造和新增供氢系统，不需要变动高炉主体结构，技术升级成本和难度低，减排效果显著，便于快速推广和应用，是适合我国国情的、助力“碳达峰、碳中和”战略的、能够切实推进清洁氢冶金赋能钢铁低碳绿色制造进程的、构建形成新质生产力完整产业链的成功实践。
