目前鋼鐵生產主要採用三種傳統工藝路線：高爐-轉爐、廢鋼-電爐(EAF)，以及基於天然氣的直接還原鐵(DRI)-電爐。雖然廢鋼-電爐從循環經濟和減碳角度最為有效，但因回收廢鋼中雜質問題，限制了其生產高等級鋼材的能力。DRI作為電弧爐生產優質鋼材的重要原料，主要依靠天然氣和氫氣還原鐵礦石，成為取代高爐-轉爐工藝實現脫碳的關鍵技術途徑。
針對高爐-轉爐裝置的脫碳改造，可採用基於氣體的直接還原工廠和電弧爐取代煉鐵高爐系統，同時保持轉爐下游煉鋼設施繼續運行。此體系中，直接還原工廠使用天然氣、氫氣和低品位精鐵礦球團生產熱直接還原鐵(HDRI)，再送入電爐生產含特定碳含量的鐵水供轉爐使用。
DRI-EAF和DRI-熔爐-轉爐兩種組態能生產多種質量等級鋼材。直接還原工廠以天然氣和氫氣為主要能源，透過烴類重整轉化為氫氣和一氧化碳用於還原鐵礦石，最終副產品為二氧化碳和水。相較於高爐-轉爐工藝，此工藝可減少約50%或更多的二氧化碳排放。
用天然氣直接還原鐵礦石主要有兩種方法：
(1)以ENERGIRON為代表，該工藝無論使用何種還原氣體來源，核心組態都相同，且在較高壓力下運行。這項由Tenova和Danieli聯合開發的創新技術，包含一個高效且具選擇性的二氧化碳去除系統，配備一個工藝氣體加熱器(PGH)，將還原氣體溫度提升至所需水準，必要時還可注入氧氣。該二氧化碳去除系統能夠捕獲約60%的總排放量，同時使未反應的氫氣和一氧化碳循環回到還原豎爐。尾氣僅用於系統內的惰性氣體吹掃和壓力控制。工廠只需調整運行模式，就能使用天然氣和氫氣的任意組合運行。
(2)專為100%使用天然氣而設計的最佳化組態，它包含天然氣重整器、一個熱回收系統，以及將尾氣用作燃料，其主要功能是透過煙道氣對工藝過程進行非選擇性的除碳。然而，該方法本身缺乏高效去除二氧化碳的能力。
採用ENERGIRON工藝的工廠具備獨特的靈活性，能夠使用相同的工藝流程和裝置，以任意還原氣體組合進行生產，如瑞典Hybrit工廠，它以100%的氫氣作為生產氣體，以及寶鋼湛江廠，使用天然氣、焦爐煤氣和氫氣進行生產。直接還原工廠可以透過調整工藝參數，並根據操作模式繞過某些裝置來處理從天然氣與氫氣的任意混合比例，包含100%氫氣。此外，ENERGIRON在工藝組態中已內建了二氧化碳去除系統。若CCUS技術可用，即便不使用氫氣為原料，該工藝也能使直接還原工廠的二氧化碳排放量減少約60%。
（摘自：世界金屬導報 2025-05-13）