在“双碳”战略背景下，钢铁行业的碳排放减控成为中国能源结构转型的重点方向。高炉-转炉长流程是中国钢铁生产的主要流程，占钢铁行业总碳排放的绝大部分。氢冶金因其低碳特点，被视为未来绿色炼铁的核心技术。然而，传统高炉存在氮气积累、碳减排上限等技术瓶颈，亟需创新性突破以适应低碳时代的需求。
现有研究中，富氢冶金的试验工艺和数值模拟分析表明，高比例氢气还原存在碳减排能力不足、还原效率受限等问题，且工艺改造过程中难以兼顾长流程的成本效益与能效需求。当前氢基竖炉的冶炼产物为固态金属化球团，无法与高炉长流程设备有效配合，且传统高炉内碳资源循环效率不高，使得全面实现低碳化面临严峻挑战。
最近，东北大学李海峰教授及其团队结合热力学理论和富氢冶金技术，从中国长流程炼铁的现状出发，提出了一种全氧富氢低碳还原熔化炉新工艺。该工艺利用独特的炉体结构设计，通过实现间接还原率突破和顶煤气循环技术，大幅提高碳资源利用效率，显著降低炼铁碳排放量，为长流程的绿色转型提供了全新方案。
相关研究成果以“面向长流程的富氢低碳炼铁技术路径分析”为题目，发表于《钢铁》2023年第10期。论文作者为：李海峰，陈靖然，王新东，张彩东，郑艾军，王小艾。
该论文的主要研究结果与结论如下：
间接还原效率提升：通过新型全氧富氢还原熔化炉设计，间接还原率达90%以上，大幅减少了直接还原的能耗。
富氢煤气循环：该工艺通过全氧条件下的煤气循环，将顶煤气中的CO₂脱除，实现了高还原势CO煤气的自循环利用，增强了氢气和碳资源的综合利用效率。
碳减排效果显著：相比传统长流程工艺，新工艺可将吨钢CO₂排放量降低44%-69%，达到了显著的减碳效果。
降低碳素消耗：改良后的还原熔化炉可使碳素氧化热占全炉热收入的58.3%，实际操作中具有较高的可行性，进一步减少了长流程炼铁中的碳素消耗。
工艺适用性增强：该富氢低碳工艺基于长流程工艺需求设计，使其与现有长流程生产线的匹配性较好，有望大幅减少转型成本和能耗。
论文中的主要图片和表格如下：
图1 氢还原高炉理念
图2 试验高炉炉型参数
图3 ULCOS的3个长流程炼钢技术
图4 中国宝武低碳路线
图5 Energiron直接还原生产工艺流程
图6 全氧富氢还原熔化炼铁系统及工艺流程
图7 新低碳炼铁工艺的物流分布
图8 典型工艺流程CO₂排放分析
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