在2023年6月13-16日举行的第六届欧洲钢铁技术与应用日（ESTAD）与国际冶金技术展（METEC）上，相关钢铁企业和研究机构介绍了低碳冶金工艺技术研发的最新进展，简述如下。
1、蒂森克虏伯的氢基直接还原工艺
技术路线：从使用炼焦煤的高炉向建设直接还原铁厂和使用绿氢转变。在直接还原铁厂中使用氢气将铁矿石还原为海绵铁，然后通过熔炼炉生产出铁水。
突破点：采用创新熔化装置和配置直接还原设备，以及基础材料和能源的变革。传统的热轧钢板生产流程每吨要排放2.1吨二氧化碳，而推出的无化石品牌bluemint® recycled产品每吨只排放0.75吨二氧化碳，相较于传统热轧钢板可节约1.35吨二氧化碳，该技术包括了在高炉中使用废钢的技术。
主要难点：到2023年实现二氧化碳排放下降超过30%（600万吨）的目标，2045年实现减排100%（2000万吨）目标。
相关进展：正在从使用炼焦煤的高炉流程向使用绿色氢气生产直接还原铁流程转变。直接还原工厂+熔炼炉的流程，因为使用氢气所以几乎没有二氧化碳排放，通过保留现有炼钢工艺，能够生产所有高级别钢材，而且能源利用效率更高，熔渣可以循环利用，资本支出降低。
2、萨尔茨吉特SALCOS®项目
技术路线：SALCOS？使用采用新能源的直接还原设备，将氢和甲烷作为还原剂，排放的是水和二氧化碳；并使用DRI对接EAF和二次精炼的工艺路线。
为推动可再生能源和低碳钢铁生产的发展，2020年以来，萨尔茨吉特实施了多个创新项目，包括建设风力发电装置，建设了世界上首个兆瓦级蒸汽电解装置。从2022年开始建立具有灵活操作能力的直接还原示范工厂。同时，与合作伙伴合作，通过利用废钢生产低碳钢产品。
突破点：采用循环经济理念，尽可能长时间地使用资源，最大限度地减少资源需求，与合作伙伴一起制定行业的循环经济标准。
SALCOS®计划从2025年到2033年将二氧化碳排放量减少30%到95%；2030年后逐步降低甲烷的用量，自有电力供给将持续上升；从2033年开始将大量使用氢气。
主要难点：一是在产品设计过程中考虑整个生命周期的可持续性；二是与上下游整个供应链联通，共同达成碳中和最终目的。
相关进展：该项目获得德国联邦环境部的资助，总投资额为1360万欧元，竖炉高约31米，产能为每小时100千克海绵铁。项目于2021年5月开始建设，2022年10月投入运营，实现了95%的金属化率。目前，正在进行天然气和氢气性能测试，研究不同等级铁矿石的还原行为，对天然气/氢气直接还原过程进行优化，并研究海绵铁的质量和加工工艺。通过这些工作，将为大规模工厂的建设和运营积累经验。
萨尔茨吉特公司作为IPCEIGETH2计划的合作伙伴，拥有通过IPCEIHyPerLink项目在2030年之前连接H2电网的资格。该公司还与VNG/Ontras进行协商，并有可能在2030年之前通过IPCEIGreenOctopusMitteldeutschland项目进行H2电网连接。萨尔茨吉特公司的位置使其成为连接西北地区和东德H2电网的潜在节点，可以访问H2网络上的区域H2资源。
3、塔塔钢铁艾默伊登厂构建清洁、绿色和循环的生产流程
技术路线：通过采取环保措施减少排放，采用直接还原设备和电炉取代高炉工艺，最终过渡到绿色氢基炼钢。
突破点：注重环境改善，通过使用具有竞争力的海上风能、氢基础设施和现有高效联合钢铁厂等资源，实现向绿色钢铁过渡。
主要难点：减少排放和改善环境以及实现循环经济。
相关进展：通过环境路线图和H2eraCless项目，在环保、绿色氢基炼钢，副产物内部处理及循环利用，增加废钢用量等方面进行了研究。
4、浦项氢基炼铁工艺
技术路线：浦项采用分阶段转型的方法，第一阶段（2017-2030年）：采用高炉+转炉炼钢工艺路线，使用高等级铁矿石、废钢、部分应用氢还原技术；第二阶段（2030-2040年）：采用热压块铁和废钢+电弧炉工艺路线；第三阶段（2040-2050年）：使用CCUS技术逐步达到100%降低碳排放。在铁矿石方面，浦项选择了基于流化床反应器的路线，并结合SinterFeed及先进FINEX和SNNC工艺的经验。
突破点：浦项开发了名为HyREX的工艺，基于流化床反应器生产直接还原铁。通过氢气还原反应，可以将铁矿石还原为高金属化率的直接还原铁。HyREX工艺中氢气的使用量为25%，其他气体如一氧化碳的使用量为75%。浦项通过氢气的循环利用来提高工艺效率和能源利用率。废气中的氢气被回收并被再利用，降低了对新氢气的需求，并减少了能源消耗。
为适应基于氢的炼铁工艺，浦项对流化床反应器进行了重新设计，设计时主要考虑了以下关键参数：目标还原度、特定气体消耗、温度分布和停留时间等，以确保高效的还原反应。
在HyREX工艺中，浦项采用了ESF（电熔炉）来熔化高金属化率的直接还原铁并生产钢水。目前，浦项已经进行了大型实验室规模的测试，计划建设中型试验设施，以进一步验证和优化ESF的性能。用于熔化氢基直接还原铁的ESF中试规模设施的一些关键数据包括如下:
设备规格：为圆形炉型，内径2.8米，具有良好的密封性能，炉车可移动；
电力需求：变压器功率为2.5MVA，采用三相交流电，配备浸入式电弧模式；
电极：直径为12英寸（305毫米）的电极，中心距离为1.2米；
出渣和出铁：配备1个出铁口和1个出渣口，每天可进行4-6次出铁和出渣操作；
项目计划：基本设计阶段（2023年1月）、建设阶段（2023年3月至11月）和热试阶段（2023年12月）。
主要难点：在基于氢的炼铁工艺研发中，主要难点包括流化床反应器的重新设计、氢气加热、还原过程中的粘结问题以及高金属化率直接还原铁的熔化和钢水的生产等。浦项通过改变矿石类型和改进还原过程，成功地解决了粘结问题。此外，还研发了间接气体加热和直接气体加热等加热方法，以控制还原过程中的温度和避免粘结现象的发生。
相关进展：浦项在基于氢的炼铁工艺领域取得了显著的进展。通过实验和试验设施验证了HyREX工艺的可行性和有效性。通过重新设计流化床反应器、优化原料特性、改善氢气加热和防止粘结问题，成功实现了高金属化率直接还原铁和钢水的生产。此外，浦项还计划建设示范工厂，以进一步推进HyREX工艺的工程化应用。预计在2026年进行示范规模验证和优化，2030年进行HyREX技术的示范，随后逐步替代高炉，实现商业化应用。
5、H2GreenSteel项目
技术路线：H2GreenSteel项目于2021年成立，计划于2025年在瑞典博登投产。该项目将利用瑞典北部的可再生电力、大规模的绿色氢电解装置、直接还原竖炉和现代化钢铁厂，生产高端绿色钢材。
主要难点：包括技术实施、可再生电力供应和扩大到其他地区方面。确保绿色钢铁生产的可持续性和效益，同时满足市场需求也是挑战之一。
相关进展：在融资、建设和产品预售方面取得了重要突破。项目已获得许可证并开始在博登进行建设，进行了8600万欧元的A轮融资，并于2022年10月完成2.6亿欧元的B轮融资。此外，主要金融机构宣布支持35亿欧元的债务融资。已与宝马、奔驰、美诺、伊莱克斯、斯堪尼亚、安道安特、舍弗勒等客户预售约60%的初期产品，这也验证了市场对绿色钢铁的需求。
该项目计划在2026年将产能提升至250万吨/年，项目二期将扩大至500万吨/年。
6、达涅利：推动钢铁生产转型，实现零排放未来
技术路线：通过使用天然气/氢基工艺实现碳直接减排，以及使用碳捕集、利用和封存技术；通过设施的逐步改造实现向天然气/氢的过渡，包括部分和完全转型的技术路线；下一代高炉和转炉厂采用可持续技术，如高效冷却和过滤系统、顶燃热风系统、智能自动化和网络化控制系统。
突破点：ENERGIRON工艺技术在直接还原铁的质量和碳排放方面已取得重要突破，包括高度灵活性：单一工厂规模可达250万吨/年，适用于任何还原气体的工艺方案（可直接使用氢气）；高质量：94%-96%金属化率，1.5%-3.5%碳含量（以Fe3C计）；低排放：采用氢气（重整天然气含有>70%的氢气），选择性去除副产的二氧化碳和水，最低氮氧化物排放（0.030千克/吨DRI）；低运营成本：最高整体能源效率小于2.35Gcal/吨，电力消耗小于80kWh/吨；稳定可靠性超过95%。
主要难点：经济性，碳捕集、利用和封存技术的可行性，对氢能源的依赖性等；从传统燃煤工艺向天然气/氢工艺转变需要对工厂逐步进行改造和技术创新。
相关进展：在西方一些国家，针对高炉设施改造的第一波投资项目将会继续进行，天然气在其中将发挥长期作用，但第二波项目前景存在高度不确定性。
新兴国家将继续安装下一代高炉/转炉，在气价低廉的地方，直接还原法将得到应用。
7、西马克集团：实现绿色转型的挑战与机遇
技术路线：包括利用氢气进行直接还原、对现有高炉注入氢气或热合成气体以减少碳排放、回收利用金属材料等；运用数字化工具和方法，如预测分析等，扩展客户服务，并显著减少整个工厂的能耗。
突破点：实施的H2GreenSteel项目将100%使用氢气生产直接还原铁；开发新型高炉，具有高达70%的二氧化碳减排潜力。
主要难点：技术推广和产业转型需要投资和支持政策；钢铁工业的复杂性和规模，需要在现有工厂中实施创新解决方案。
相关进展：在瑞典建造世界上首个气候中性钢铁厂；通过注入氢气或热合成气体，可以将现有高炉的碳足迹减少约30%。回收利用金属材料的重要性得到认可，有效避免了二氧化碳排放。数字化工具和方法的应用，为客户提供扩展服务，并显著减少整个工厂的能耗。
8、特诺恩：务实且多管齐下的可持续发展方法
技术路线：通过开发多种技术和解决方案来提高可持续性，在减少间接和直接碳排放方面发挥作用；基于客户运营的实际情况和未来条件，提供灵活的解决方案；建立合作伙伴关系，与客户和其他业务参与者开展合作。
突破点：开发具有灵活还原气来源的直接还原铁生产技术，在过渡时期降低碳排放，并适应市场价格和可用性的波动，以在碳减排和市场波动中保持竞争力。
利用熔化直接还原铁来生产高质量的铁水，实现原材料来源的灵活性。
运用高性能电弧炉和能源管理系统等技术，帮助客户减少能耗和碳排放，并提高钢铁质量。
引入环保技术和数字化解决方案，减少废物产生和有害物质的使用，提高环境性能。
主要难点：包括原材料供应、可再生能源和低碳氢能源的可用性和成本，碳捕集利用和封存的方法，以及地区性税收和政策支持等；数字化在转型中起着重要作用，但需要具备相关技能和资源；不同地区拥有不同的优势，需要克服地理和经济上的限制。
相关进展：通过绿色钢铁项目的实施，已经展示了可持续钢铁生产的初步成果。
通过实施各种技术和解决方案，取得了降低碳排放、提高能源利用效率和产品质量等方面的进展。
在各个案例中，展示了多种技术的成功应用，如采用灵活气体的直接还原铁生产技术、高性能电弧炉、能源回收等。
9、炉渣的利用
技术路线：德国建筑材料研究所对电炉渣和高炉渣的特性进行了比较，以了解两者之间存在的差异；通过研究新型炉渣，以开发具备与传统矿渣相似特性的炉渣，以满足水泥和混凝土行业的需求。
突破点：可替代材料的开发，即为水泥和混凝土行业提供可替代材料，促进可持续发展和资源循环利用。
主要难点：确保新炉渣的正确处理、处理后的质量以及解决技术可行性和经济可行性等问题；政策方面需要出台与处理相关的政策，以推动新炉渣的应用。
相关进展：环境保护方面，通过使用新型炉渣作为可替代材料，有望减少对传统矿渣的需求，从而促进环保实践；经济可行性方面，开发可替代材料可以为水泥和混凝土行业提供更可持续和经济可行的解决方案。
