以氢代碳、氢冶金是钢铁生产低碳化的重要技术。氢冶金主要有两条路线，一条是高炉富氢冶炼技术，另一条是非高炉的氢基直接还原技术。目前，中国粗钢产量10亿吨，90%是通过传统的高炉-转炉长流程生产的，高炉炼铁是CO₂排放量最大的工序，占全流程碳排放量的75%。富氢喷吹是实现高炉低碳冶炼的重要途径。弄清富氢对高炉冶炼过程的影响规律，构建高炉富氢低碳冶炼技术和工艺原型是迫待解决的关键问题。上海大学氢冶金低碳技术团队提出利用冷冻-解剖富氢高炉的方法来揭示氢对高炉黑箱内反应过程的作用机理。

近日，氢冶金低碳技术团队对富氢高炉冷冻-解剖研究取得进展，成果发表在期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（影响因子：16.3），论文题目为“Dissection of hydrogen-rich blast furnace: The continuous reduction and phase migration mechanism of sinter in lumpy zone”。论文第一作者为博士研究生杨盼，张玉文和鲁雄刚教授为通讯作者。

氢冶金低碳技术团队联合兴国铸业公司建造了我国首台套专业化氢冶金实验高炉系统（高炉容积40m³），完成高炉富氢冶炼热态试验后，向炉内注入气-液混合的氮气对热态炉料进行了快速“冷冻”， 完整保留了炉内物料变化细节。依托可解剖打开式炉体结构设计，对“冷冻”后的试验高炉进行了解剖，获取了高炉块状带、软熔带、滴落带、风口区、死料柱、渣铁层等物料结构和变化的数据信息，实现了打开解读“高炉黑箱”全息研究。

本文研究发现，高炉富氢喷吹对整体炉料分布结构影响明显，显著拓宽了块状带的范围，软熔滴落带下移，并加速了烧结矿的还原过程。高炉块状带结束的位置由传统高炉的炉身下部下移到炉腹中部。这对于高炉块状带喷氢口位置的工程设计提供了指导。块状带结束位置烧结矿的还原度和金属化率分别达到了87%和85%，相比传统高炉分别提高了47%和69%。这表明高炉富氢发展了间接还原，减少了直接还原比例，降低吨铁的反应热消耗。高炉富氢后，到软熔滴落带前还原烧结矿中FeO含量显著减少，这会影响成渣过程。该研究为富氢高炉设计和操作制度优化提供了重要的理论依据。

该研究得到了国家自然科学基金重点项目（高炉富氢低碳冶炼机理及调控技术（No.52334009））、上海市首批双碳专项（高炉富氢低碳冶炼关键工艺技术研究与示范（No.21DZ1208900））的支持。

全文链接：https://authors.elsevier.com/a/1kU4B4s9HwHTlS