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中國鐵合金網訊：
瑞典特鋼制造商奧沃科（Ovako）集團和工業氣體供應商林德氣體公司（Linde Gas）最近在前者的霍福斯（Hofors）鋼廠進行了一次全面的試驗，在軋制之前使用氫氣加熱鋼材，取得了歷史性的進展，揭示了如何從軋制工序中消除二氧化碳排放。
環境目標推動鋼鐵企業減少碳排放
目前，瑞典鋼鐵行業正在制定宏偉的環境目標，并提出和推進了許多前景看好的溫室氣體減排方案。大多數項目的重點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中二氧化碳排放的主要來源。以廢鋼為原料的鋼鐵生產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。
對于所有行業來說，為了形成一個完整的全生命周期流程，應該把重點放在供應鏈的上游環節上，這一點已形成共識。為了進行大規模有益的環境改善，價值鏈中的所有參與者都應理解并支持這一觀點，這是非常重要的。環境因素應成為采購決策的重要標準。
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域是熱軋或鍛造前的加熱工序，以及鋼鐵產品的最終熱處理。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展。奧沃科剩下的主要挑戰便是如何減少軋鋼前加熱工序產生的二氧化碳。
奧沃科在生產高質量特鋼產品的同時，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。奧沃科已經實現了碳足跡比全球平均水平低80%，但仍在持續努力變得更好。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，并證實了改用其他無二氧化碳燃料的可能性，例如電解水產生的綠氫。
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℃）都轉換為采用富氧燃燒技術，避免了空氣中的氮氣壓載，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，并實現二氧化減排20%-50%，具體幅度取決于工序的不同。
截至目前，奧沃科與林德已經合作了約30年，通過開發、實施和升級富氧燃燒技術，拓展工業氣體的其他用途，以適應不同的實際應用及其對經濟性、產品質量和排放的要求。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富氧燃燒使用轉而采用林德的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，無焰富氧燃燒技術也被使用，應用了“REBOX Hyox”創新概念。在氫氣-富氧燃燒時，產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驗室進行了中試試驗，這些試驗涵蓋了不同鋼種的試樣，使用了氫氣-富氧燃燒技術，并與奧沃科采用的LPG-富氧燃燒結果進行了對比。所有試驗結果都是令人振奮的，在原材料、燃燒或排放上沒有出現任何不良影響。
在中試試驗成功后，奧沃科和林德決定在霍福斯鋼廠一個坑式加熱爐中進行大規模的氫氣-富氧燃燒加熱試驗。奧沃科對現有燃燒系統進行了升級，將氫氣和LPG作為燃料。燃料之間的轉換可以在絕對安全的情況下在一秒鐘內完成，并遵循所有規范和規定。
此次示范性試驗是在2020年3月進行的，當時來自霍福斯鋼廠的24個軸承鋼鋼錠被裝進四個坑中。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燃料（LPG-富氧燃料）燃燒。
所有相關數據（流量、溫度、煙氣中的氧氣水平等）表明，燃燒系統的容量、溫度均勻性和可控性至少與常規燃料燃燒技術運行一樣。方坯加熱和均熱后在軋機上成功軋制成棒材，軋制力、尺寸、氧化鐵皮和溫度均保持在相同的水平。對最終的方坯進行了全面的檢驗和分析，結果表明，以氫氣為燃料加熱并不會影響高品質的產品質量，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，在燃燒系統中使用氫氣會對環境產生非常積極的影響，因為唯一產生的排放物是水蒸氣。
為其他行業應用氫氣帶來示范作用
奧沃科表示，這是第一次在現有生產環境中使用氫氣加熱鋼材，從這次示范性試驗可知，氫氣可以簡單靈活地使用，而不會影響鋼材質量，同時意味著碳足跡大幅減少。
奧沃科能源與加熱爐技術小組專家表示：“非常令人振奮的是，我們現在有證據表明，在不影響鋼材質量的情況下，利用氫氣加熱是完全可能的。如果我們能進行這項投資，無疑將對環境產生巨大的積極影響。我們估計，這項投資每年將減排約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行全面推廣。”
這一示范性試驗證明了氫氣加熱在大規模生產中是可行的。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，與鋼材加熱相關的二氧化碳排放就可能會被消除。奧沃科現在正積極尋求行業合作伙伴，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實現全面運行，這將是為許多行業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目的開展，可以預想，創新的鋼鐵產品，創新的煉鋼工藝，在不久的將來會構建更美好的未來。
來源：《世界金屬導報》????
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- [責任編輯：wenxin]
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