1.现代主流炼铁工艺对比
1.1高炉炼铁发展及特点
最近这些年，我国快速发展的条路炼铁生产使得全球高炉生铁产量也在逐渐增加。据世界钢协会统计的相关数据表明，于2019年世界上的高炉生铁产量已经达到了12.78亿ｔ，而中国的产量就占到了8.09亿ｔ，在钢铁业生产中，高炉炼铁处于绝对的优势地位，于2020年，中国的生铁产量达到了8.87亿ｔ。高炉炼铁最早起步于古代竖炉炼铁，并且是在此基础上发展和改进而来的。通过分析整个炼铁史可以发现，高炉炼铁技术历经了200多年的发展和改进，现代的高炉炼铁在设备、工艺以及结构上都取得了很大的进步[1]。从实际运行可以看出，高炉炼铁具有热效率高、规模大、生产成本低、铁回收率高的优势，大型高炉单炉日产铁量高达万吨以上。
在高炉炼铁过程中，由于铁前工艺使用的是精料技术，不仅强化了原料的预处理，同时还实现了低硅冶炼以及低渣比的目标，为现代钢铁企业提供了优质的铁水。配套的辅助设施使用的是先进的热风炉，实现了富氧鼓风、脱湿鼓风以及高风温的集合，优化了燃料结构，将高炉焦比降低到了3300kg／t以下，并且进一步提升了产量，降低了铁水的综合成本。同时，随着高炉设备逐渐朝着大型化的方向发展，为冶炼钢铁创造了智能化以及合理化的条件。目前，高炉炼铁已经成为了现代钢铁联合企业生产优质钢材以及创造巨大经济效益的关键。
1.2非高炉炼铁工艺分析
非高炉炼铁也就是熔融还原或者是直接还原的方法，该方法的最早应用源于1850年，是针对高炉炼铁中的焦煤资源短缺问题而提出的，目的是为了能够满足环保理念的需求，甚至取代高炉炼铁。从工艺优势层面而言，非高炉炼铁技术具有环境负荷低、能源选择范围广、流程短的特点，不依赖焦炭，这样一来就能够在根本上减少球团、烧结以及焦化等各环节中的污染物排放现象[2]。
1.2.1直接还原工艺
直接还原工艺能够在不造渣、不熔化的基础上，使用液态燃料、气态燃料或者是非焦煤作为还原剂，还原含铁原料为固态直接还原铁，可以根据所用还原剂的不同，分为气基和煤基这两种。根据反应器进行分类，可以分为竖炉、固定床、回转窑以及流化床等。煤基法直接还原工艺也就是铁精粉或者是高品位的块矿等含铁氧化物制成固体还原剂，并且将其加入到煤基反应炉中，之后通过热装使其进入到炼钢工序，这样一来也能够达到降低能耗的目的。
1.2.2熔融还原工艺
非焦炉是熔融还原工艺最早用到的燃料，对于焦炭生产液态热铁水的方法少用或者不用。将以气体和能源作为还原剂的称之为“氧－煤工艺”，以煤作为还原剂、以电作为主要能源的称之为“电－煤工艺”。通过全面分析上述一种还原工艺，能够通过对比能耗以及能量来源，以尽可能减少对块状炉料和焦炭为目的的蓉蓉还原，在经过长期的开发和应用之后，即使是实现了连续的工业化生产，但是，和高炉炼铁相比，在生产运行上并没有突出的优势，主要问题是因为能耗高，很难提升运行效率[3]。
1.3高炉炼铁工艺的定位
随着社会发展速度的逐渐加快，对钢的需求量也在日益增加，再加上在环保理念的倡导下，传统的高炉炼铁面临原料适应性压力以及节能环保压力，逐渐开始用到各种非高炉炼铁工艺的炼铁方法，这将会对未来高炉炼铁在整个钢铁工业中的位置和地位产生影响。综上可知，在整体能耗方面，高炉炼铁工艺比其他流程要低，但是，由于高炉炼铁的本质是碳还原，和富氢以及其他使用了非碳能源的工艺相比，高炉炼铁会排放出大量的CO２。就目前我国的技术现状和资源条件而言，在可预见的很长一段时间内，高炉炼铁仍然是最主要的炼铁流程，但是，对于如何降低CO２排放将会面临越来越大的压力[4]。
我国非高炉炼铁长期发展不起来的主要原因为：（1）即便随着世界经济发展水平的逐渐提升，能源格局会发生很大的变化，能源也将会朝着市场化、低碳化以及数字化的方向发展，但是，由于我国能源领域存在着资源环境受约束、能源结构不合理以及灵活性调峰电源不足等方面的问题，致使在炼铁过程中新型能源的使用具有局限性。（2）随着现代高炉的发展趋势逐渐朝着大型化迈进，但是，在现有的成本经济效益下，非高炉铁的投资成本以及生产规模无法与高炉竞争。（3）尽管非高炉炼铁的种类比较多，但是，运行的稳定性和技术的成熟度比较差，为了能够确保非高炉炼铁的持续运行，一些非高炉甚至会朝着高铁体系的个别操作条件发展，会逐渐降低其在市场上的竞争力。
2.低碳炼铁发展方向
2.1钢铁行业低碳举措
面对全球脱氮环境，变革传统的冶金工艺技术，使其朝着降低碳排放以及减少碳足迹的方向发展已经成为了钢铁行业绿色发展的趋势。总之，在低碳冶金上的探索，国内钢铁企业主要致力于加大碳循环体系的管理力度，开发新能源以及提高能源的利用率。从新能源的开发层面而言，主要是以开发和利用氢能为关键点。
2.2碳冶金向氢冶金的转变
氢能具有热效率高、来源丰富、可运输、使用清洁以及能量密度大的特点，是一种新兴的战略能源，目前已经被很多国家列入到了国家的能源战略部署中，在未来全球能源结构变革中也将占据关键地位。碳冶金也就是焦炭在不完全燃烧的条件下进行还原反应转化成为了CO，而气体氢直接参与到还原反应中不需要经过任何转换。因此，从理论上而言，在还原速率和还原效率上，氢冶金的优势较大。所以，致力于对富氢冶金的发展，对于减少CO２排放以及推动钢铁行业的健康可持续发展意义重大。氢冶金也就是在还原过程中主要以气体为还原剂，其中包含了气基直接还原工艺、高炉富氢炼铁新技术以及氢等离子直接炼钢工艺。目前，氢冶金仍然处于起步阶段，其在工业应用中仍然面临着巨大的挑战。首先，氢冶金面临的主要问题是制氢技术路线的低碳性和经济性[5]。如今，世界上氢气总产量的95%仍然以石化能源为主，因为煤炭气化转化方法、石油类燃料的氧化以及裂解方法在碳排放方法具有明显的缺陷。其次，国内外的氢冶炼技术仍然处于初步发展阶段。氢冶金的未来发展路线是解决氢气的成本问题，在此基础之上，需要进一步思考高炉加氢的经济可行性。废料问题作为制约核能持续发展的关键，一旦处理不好就会带来很大的危害，因此，在开展核能制氢工作的过程中，需要高度重视核废料的处理。
结语
总而言之，钢铁企业的未来发展趋势必然为朝着低碳绿色方向发展，在低碳政策的引领下，应该用废钢代替铁水，用清洁能源代替化石燃料。和碳冶金相比，在还原速率以及还原效率上氢冶金发挥着很大的优势。富氢冶金的大力发展，对于保障钢铁行业的健康发展以及减少CO２排放意义重大。
参考文献：
[1]吴礼云，王伟业，高强.钢铁企业低碳发展探索与实践[N].世界金属导报，2019-11-26(B09).
[2]段娟.中国绿色低碳发展道路的实践探索及其启示[J].宁夏社会科学，2019，(06):27-34.
[3]张宏武.中国产业低碳发展及其影响因素的脱钩研究[J].环境科学与管理，2019，44(09):164-168.
[4]张希良.低碳发展转型与能源管理[J].科学观察，2019，14(04):49-52.
[5]本刊编辑部.实施低碳行动积极应对气候变化[J].环境保护，2019，47(12):2.
