日本環境和諧型煉鐵工藝技術開發項目COURSE50計劃于2016年6月開始通過試驗高爐進行第一次實證試驗,這是該項目的重要環節之一。試驗高爐于2015年建成,目前已經進行了試運行。實證試驗是為確立該項目的關鍵點氫還原煉鐵技術,探索最佳的氫氣送風操作條件等。
試驗高爐位于新日鐵住金君津廠4號高爐附近,鄰接CAT30(二氧化碳分離、回收設備)。目前試驗高爐已通過數學模型進行立體模擬,從理論上證明了氫還原效果。將在試驗高爐建立與實際高爐相同的溫度、爐內條件,以確認能否按照所模擬的形式實現理論效果。試驗高爐高度約6.5m,爐內徑1.2m,外周貼有厚度1m的耐火材料,最突出的特點是可在與實際高爐一致的爐內條件下進行試驗,且可短期暫停,對類似黑匣子的高爐內部進行解體調查。試驗高爐有一個出鐵口,三個可供吹入熱風、氫系氣體、煤粉的風口,另外各有三個吹入預熱氣體的風口、爐身風口。該試驗高爐于2015年9月底建成,確認設備運行的冷調試也已完成。2015年12月和2016年2月在與實際高爐相同條件下(原料、爐內溫度等)進行了熱試,對從原料裝入、送風到出鐵等一系列工序進行了設備功能的確認。
在連續五天,每天24小時的熱試中,平均每天出鐵量達到30—34噸。同時,操作人數按照運行一座高爐配置,以每兩小時一次的節奏,每次出鐵5—8分鐘,出鐵3噸左右。第一次出鐵時間為2015年12月8日,高爐利用系數為3t/(m3.d)左右,比實際高爐的出鐵速度快。鐵水移至專用鋼包中,自然冷卻凝固后從鋼包中取出,對鐵水以及熔渣進行成分分析處理后,作為鐵水使用。熱試過程中,確認可按照模擬實際高爐的形式進行連續操作,并在第二次與CAT30聯動試運行約30小時,對設備聯動性等進行了確認。
2016年6月以后,此項研究將進行為期一個月的連續作業試驗,每年兩次共進行四次。改變作業條件的連續作業試驗每次約一個月(如果包括準備工作在內,每次時間為3—4個月)。連續作業試驗后,計劃對試驗高爐進行拆解,調查爐內殘存原料。停爐后,吹入氮氣利用約兩周時間進行爐內冷卻。冷卻后從爐頂掏出原料,對鐵礦石、焦炭外觀、還原狀態等進行分析。為盡可能多的利用氫還原,吹入氫系氣體,采用現行高爐煉鐵法不采用的從爐身吹入氣體等技術,確立最佳的送風操作,以達到降低碳系原料、碳消耗量的目的。
在試驗高爐中央操作室采用HMI,和實際高爐一樣通過遠程操作進行原料裝入、送風等,也可對CAT30進行控制。一個操作班次人數為一名技術人員和八名操作工,共設四個班,從2016財年以后,按照四班三運轉模式運行。
COURSE50是用氫氣代替部分焦炭,對鐵礦石進行還原,并將高爐煤氣中的二氧化碳進行分離回收,由此實現減少高爐二氧化碳排放量30%的目標。2008財年—2012財年的五年間,該項目的第一階段第一步已經完成,確立了關鍵技術。
目前處于第一階段第二步(2013財年—2017財年),從關鍵技術開發步入了綜合性技術開發的階段。第二步的項目費用約160億日元,其中半數用于試驗高爐的建設。第二步的主要內容是建設試驗高爐和開發出將高爐排放二氧化碳的分離、回收成本控制在2000日元/tCO2的技術。以已建成的高爐為主體,進行最大限度應用氫還原,同時以結合二氧化碳分離、回收技術的形式進行綜合技術評價。2016財年—2017財年的兩年時間進入確定技術穩定性階段,之后在進入第二階段后將根據需要,推進以實用化為目的的開發,爭取2030年實現實用化。