日本三大鋼廠聯合申請高爐噴氫專利

日本製鐵、JFE鋼鐵與神戶製鋼聯合申請之高爐噴氫專利已於今年3月獲證，本專利係根據吹入高爐的氫氣量或爐腹煤氣中的各氫氣濃度，確定焦炭反應性的最佳值，再將最佳值的焦碳裝入高爐。

(日本專利JP7651338 20250317)

日本製鐵、JFE鋼鐵與神戶製鋼聯合申請之高爐噴氫專利已於今年3月獲證，專利技術重點包括利用氫氣作為還原劑、焦碳反應性(CRI)調控及高爐操作模擬，可根據吹入高爐的氫氣量或爐腹煤氣中的各氫氣濃度，確定焦炭反應性的最佳值，再將最佳值的焦碳裝入高爐。相關說明如下：

1. 利用氫氣作為還原劑—氫氣替代部分傳統的碳基還原劑（如焦碳和微粉炭），依據氫氣的吹入量或高爐內氣體中的氫氣濃度，調整焦碳的反應性(Coke Reactivity Index, CRI)，減少直接還原反應中CO₂的排放量，並達到最佳還原效率。
2. 焦碳反應性(CRI)調控—透過數據模型分析焦碳反應性與CO₂削減效果之間的相關性，制定適合不同氫氣吹入條件的CRI目標值；當低氫氣量吹入時(圖1，0~200Nm³/t)，氫還原吸熱反應不會成為爐內熱平衡的速率限制因素，較高的CRI值有助於降低焦碳使用；反之，在高氫氣吹入量(圖1，300~400Nm³/t)時，應使用低反應性焦碳以減少吸熱反應，避免爐內溫度過低影響還原效率。
3. 高爐操作模擬—所使用之高爐數學模型的核心架構有二，其一為三維網格分割，將高爐內部空間分割為多網格，每個網格獨立計算物理化學反應（如氣體流動、熱傳導、還原反應等），其二為動態模擬，可整合CRI、氫氣吹入量、爐溫、壓力等參數，預測不同操作條件下的焦碳消耗與CO₂排放量。

圖1. 不同噴氫(水素)量對應焦碳用量(縱軸)與CRI(橫軸)