在河北張宣高科科技有限公司（以下簡稱“張宣科技”）主廠區(qū)中心區(qū)域，矗立著一臺120米高的裝備，一個個銀白色的反應(yīng)罐環(huán)繞著，密布的閥門、儀表、管廊與其形成一個有機整體。“這個裝備是我們新近投產(chǎn)的氫基豎爐，是氫冶金示范工程的核心設(shè)備。”張宣科技氫冶金技術(shù)開發(fā)部部長李洋介紹。

張宣科技位于河北省張家口市，公司前身是始建于1919年的河鋼集團宣鋼公司。近年來，公司積極探索“以氫代碳”氫冶金綠色發(fā)展路線，走出了一條低碳生產(chǎn)綠色高端材料的全新路徑。2023年，公司營業(yè)收入超過200億元，同比增長39.4%；工業(yè)總產(chǎn)值同比增長225%。

攻克核心技術(shù)

“公司利用氫基豎爐設(shè)備，用氫氣代替焦炭進行鐵礦石直接還原，每天生產(chǎn)直接還原鐵1500余噸，所有氣體及物料輸送均采用封閉工藝，所有生產(chǎn)操作都由數(shù)字化系統(tǒng)智能控制。”李洋說。

李洋介紹，當前主流的長流程鋼鐵冶煉工藝以傳統(tǒng)的“高爐+轉(zhuǎn)爐”模式為主，以煤炭作為主要能源和還原劑，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量二氧化碳。基于傳統(tǒng)工藝技術(shù)的改進難以實現(xiàn)深度脫碳。而氫能是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗彩且环N高效還原劑，業(yè)界迫切需要通過氫冶金技術(shù)替代傳統(tǒng)的碳冶金技術(shù)，實現(xiàn)碳減排。

張宣科技積極探索氫冶金技術(shù)，成功創(chuàng)新氫冶金裝備，以清潔能源氫氣為燃料和還原劑，在高溫下將鐵從鐵礦石中還原出來，得到金屬鐵，整個過程只排放水蒸氣，從源頭減少碳排放。

創(chuàng)新并不是一件容易的事，不可避免會遇到很多難題。從傳統(tǒng)冶煉領(lǐng)域轉(zhuǎn)戰(zhàn)氫冶金領(lǐng)域，很多新技術(shù)都在磨合嘗試階段，國內(nèi)國際都沒有經(jīng)驗可以借鑒。為此，公司組建了氫冶金技術(shù)創(chuàng)新工作室，研發(fā)人員、工作人員通過學習培訓，不斷提升對氫能技術(shù)的掌控能力。同時，公司與國外知名企業(yè)合作，深耕氫能與鋼鐵的融合創(chuàng)新、協(xié)同發(fā)展，跟蹤世界氫冶金技術(shù)的研究與發(fā)展，推進低碳冶金技術(shù)的革命性創(chuàng)新與突破。

2021年5月，張宣科技開始建設(shè)120萬噸氫冶金示范工程。2022年12月16日，氫冶金示范工程一期全線完工。2023年5月15日，氫冶金示范工程一期實現(xiàn)達產(chǎn)達效，直接還原鐵各項指標達到國際一流水平。與同等生產(chǎn)規(guī)模的“高爐+轉(zhuǎn)爐”長流程工藝相比，氫冶金示范工程一期每年可減少二氧化碳排放80萬噸，減排比例達到70%以上；二氧化硫、氮氧化合物、煙粉塵排放分別減少30%、70%和80%以上。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會發(fā)賀信表示，這是氫冶金核心關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新的重大突破，是中國鋼鐵史乃至世界鋼鐵史上由傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”轉(zhuǎn)變的重要里程碑。

氫冶金示范工程投產(chǎn)達產(chǎn)不久，張宣科技圍繞氫冶金示范工程的經(jīng)濟性和低碳價值發(fā)揮等攻關(guān)取得許多顯著成果。“噴氧系統(tǒng)改善優(yōu)化后，反應(yīng)器入口溫度提高9.7%，豎爐還原段溫度提高4%，直接還原鐵日產(chǎn)量提升350噸，效果立竿見影。”張宣科技氫冶金作業(yè)區(qū)作業(yè)長呂志敏說。

優(yōu)化管理方式

在深耕關(guān)鍵技術(shù)的同時，張宣科技持續(xù)創(chuàng)新優(yōu)化管理方式。

“公司成立了氫冶金創(chuàng)新工作室，每天召開攻關(guān)會，全力將氫冶金示范工程先發(fā)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為企業(yè)有效競爭力。”呂志敏說，“氫冶金示范工程采用氫氣作為還原氣體，與國際上以天然氣為還原氣體的制備還原工藝有很大區(qū)別，有許多無人觸及的未知領(lǐng)域，也有不少難以預(yù)料的問題出現(xiàn)，都需要去領(lǐng)悟、摸索、完善、解決。為此，我們努力優(yōu)化生產(chǎn)管理和技術(shù)管理。”

在生產(chǎn)管理方面，張宣科技采用工廠數(shù)字孿生智能技術(shù)，將氫冶金產(chǎn)線“克隆”到云端，在主控室對設(shè)備進行在線監(jiān)測、智能診斷、預(yù)防性維護，讓生產(chǎn)變得更智慧。

在技術(shù)管理方面，張宣科技建立科學的工作程序，合理利用企業(yè)技術(shù)力量和資源，注重技術(shù)革新。氫冶金作業(yè)區(qū)通過規(guī)范化、系統(tǒng)化實施氫冶金示范工程，一個參數(shù)一個參數(shù)地調(diào)整，逐漸摸索出最佳生產(chǎn)參數(shù)，煤氣單耗由原來近800立方米降至620立方米，僅此一項就日降成本12萬元。

氫冶金公司總經(jīng)理路鵬介紹，目前，公司在氫冶金領(lǐng)域共翻譯各類技術(shù)資料70余份、設(shè)計圖紙200余份；申請氫冶金技術(shù)相關(guān)專利50項，啟動編制國家及行業(yè)標準7項；河北省“氫冶金低碳技術(shù)重點實驗室”項目落戶張宣科技，實施的“氫基豎爐—近零碳排電爐新型短流程技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用項目”被列為國家發(fā)展改革委核心技術(shù)攻關(guān)專項。

通過持續(xù)改進管理，張宣科技的生產(chǎn)能力得到進一步提升。如今，氫冶金示范工程的生產(chǎn)效率穩(wěn)步提高，直接還原鐵最高日產(chǎn)量達到1610噸，關(guān)鍵指標金屬化率最高達到95%以上，年碳減排量可達80萬噸。

聚焦市場需求

在張宣科技特材研制公司特冶區(qū)，記者看到，一塊通體發(fā)紅的大型鍛件被機械臂從燃氣加熱爐內(nèi)取出，送至快鍛機下進行變形加工，經(jīng)過深度冷卻之后，用大型運輸車運出。

“這是我們應(yīng)用直接還原鐵產(chǎn)品冶煉的高端模具鋼，用于特大型裝備領(lǐng)域，每塊重6噸至7噸，潔凈度極高，平均沖擊功達到20焦耳，遠高于北美壓鑄協(xié)會對高級優(yōu)質(zhì)模具鋼的等級要求，關(guān)鍵質(zhì)量控制水平達到行業(yè)領(lǐng)先，在國際和國內(nèi)市場都受到青睞。”張宣科技特材研制公司特冶區(qū)作業(yè)長柳金瑞說。

張宣科技銷售公司總經(jīng)理李旭日表示，為實現(xiàn)碳達峰碳中和目標，推動全面綠色轉(zhuǎn)型，下游用鋼行業(yè)特別是出口型制造行業(yè)對綠鋼需求強勁。為適應(yīng)綠色鋼鐵產(chǎn)品快速升溫的市場需求，公司全力打造“氫冶金+電爐”短流程高端綠色金屬材料產(chǎn)線，聚焦國家戰(zhàn)略需求及先進制造業(yè)發(fā)展方向，向客戶提供內(nèi)燃機用熱端材料、特種合金、高端模具用材料及一體化綜合服務(wù)解決方案。

通過推陳出新、發(fā)揮優(yōu)勢，張宣科技取得一系列成果。公司批量生產(chǎn)的輸電導(dǎo)線領(lǐng)域新型高強殷鋼，關(guān)鍵性能指標達到行業(yè)領(lǐng)先水平，并用于國家電網(wǎng)高容量輸電線改造項目；應(yīng)用近零碳煉鋼技術(shù)，定制生產(chǎn)的150余噸寬度為1150毫米的超大尺寸綠色低碳模具鋼鍛板順利交付客戶，售價高出常規(guī)模具鋼千元以上；利用真空感應(yīng)爐、真空自耗爐生產(chǎn)的高強度高韌性合金鋼，被用作渦輪發(fā)動機零部件用鋼。

截至2023年10月底，張宣科技通過氫冶金技術(shù)支撐，共開發(fā)新型高強殷鋼、哈氏合金、耐蝕合金、精密合金等60多種高端綠色新材料。

“源于鋼鐵、超越鋼鐵；低碳變革、氫啟未來。”秉持這個發(fā)展理念，張宣科技將繼續(xù)大力實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，增強創(chuàng)新能力和核心競爭力，力爭2035年建成近零碳排企業(yè)，成為鋼鐵工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型示范區(qū)。