在河北张宣高科科技有限公司（以下简称“张宣科技”）主厂区中心区域，矗立着一台120米高的装备，一个个银白色的反应罐环绕着，密布的阀门、仪表、管廊与其形成一个有机整体。“这个装备是我们新近投产的氢基竖炉，是氢冶金示范工程的核心设备。”张宣科技氢冶金技术开发部部长李洋介绍。
张宣科技位于河北省张家口市，公司前身是始建于1919年的河钢集团宣钢公司。近年来，公司积极探索“以氢代碳”氢冶金绿色发展路线，走出了一条低碳生产绿色高端材料的全新路径。2023年，公司营业收入超过200亿元，同比增长39.4%；工业总产值同比增长225%。
攻克核心技术
“公司利用氢基竖炉设备，用氢气代替焦炭进行铁矿石直接还原，每天生产直接还原铁1500余吨，所有气体及物料输送均采用封闭工艺，所有生产操作都由数字化系统智能控制。”李洋说。
李洋介绍，当前主流的长流程钢铁冶炼工艺以传统的“高炉+转炉”模式为主，以煤炭作为主要能源和还原剂，生产过程中会产生大量二氧化碳。基于传统工艺技术的改进难以实现深度脱碳。而氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，也是一种高效还原剂，业界迫切需要通过氢冶金技术替代传统的碳冶金技术，实现碳减排。
张宣科技积极探索氢冶金技术，成功创新氢冶金装备，以清洁能源氢气为燃料和还原剂，在高温下将铁从铁矿石中还原出来，得到金属铁，整个过程只排放水蒸气，从源头减少碳排放。
创新并不是一件容易的事，不可避免会遇到很多难题。从传统冶炼领域转战氢冶金领域，很多新技术都在磨合尝试阶段，国内国际都没有经验可以借鉴。为此，公司组建了氢冶金技术创新工作室，研发人员、工作人员通过学习培训，不断提升对氢能技术的掌控能力。同时，公司与国外知名企业合作，深耕氢能与钢铁的融合创新、协同发展，跟踪世界氢冶金技术的研究与发展，推进低碳冶金技术的革命性创新与突破。
2021年5月，张宣科技开始建设120万吨氢冶金示范工程。2022年12月16日，氢冶金示范工程一期全线完工。2023年5月15日，氢冶金示范工程一期实现达产达效，直接还原铁各项指标达到国际一流水平。与同等生产规模的“高炉+转炉”长流程工艺相比，氢冶金示范工程一期每年可减少二氧化碳排放80万吨，减排比例达到70%以上；二氧化硫、氮氧化合物、烟粉尘排放分别减少30%、70%和80%以上。中国钢铁工业协会发贺信表示，这是氢冶金核心关键技术创新的重大突破，是中国钢铁史乃至世界钢铁史上由传统“碳冶金”向新型“氢冶金”转变的重要里程碑。
氢冶金示范工程投产达产不久，张宣科技围绕氢冶金示范工程的经济性和低碳价值发挥等攻关取得许多显著成果。“喷氧系统改善优化后，反应器入口温度提高9.7%，竖炉还原段温度提高4%，直接还原铁日产量提升350吨，效果立竿见影。”张宣科技氢冶金作业区作业长吕志敏说。
优化管理方式
在深耕关键技术的同时，张宣科技持续创新优化管理方式。
“公司成立了氢冶金创新工作室，每天召开攻关会，全力将氢冶金示范工程先发优势转化为企业有效竞争力。”吕志敏说，“氢冶金示范工程采用氢气作为还原气体，与国际上以天然气为还原气体的制备还原工艺有很大区别，有许多无人触及的未知领域，也有不少难以预料的问题出现，都需要去领悟、摸索、完善、解决。为此，我们努力优化生产管理和技术管理。”
在生产管理方面，张宣科技采用工厂数字孪生智能技术，将氢冶金产线“克隆”到云端，在主控室对设备进行在线监测、智能诊断、预防性维护，让生产变得更智慧。
在技术管理方面，张宣科技建立科学的工作程序，合理利用企业技术力量和资源，注重技术革新。氢冶金作业区通过规范化、系统化实施氢冶金示范工程，一个参数一个参数地调整，逐渐摸索出最佳生产参数，煤气单耗由原来近800立方米降至620立方米，仅此一项就日降成本12万元。
氢冶金公司总经理路鹏介绍，目前，公司在氢冶金领域共翻译各类技术资料70余份、设计图纸200余份；申请氢冶金技术相关专利50项，启动编制国家及行业标准7项；河北省“氢冶金低碳技术重点实验室”项目落户张宣科技，实施的“氢基竖炉—近零碳排电炉新型短流程技术开发与应用项目”被列为国家发展改革委核心技术攻关专项。
通过持续改进管理，张宣科技的生产能力得到进一步提升。如今，氢冶金示范工程的生产效率稳步提高，直接还原铁最高日产量达到1610吨，关键指标金属化率最高达到95%以上，年碳减排量可达80万吨。
聚焦市场需求
在张宣科技特材研制公司特冶区，记者看到，一块通体发红的大型锻件被机械臂从燃气加热炉内取出，送至快锻机下进行变形加工，经过深度冷却之后，用大型运输车运出。
“这是我们应用直接还原铁产品冶炼的高端模具钢，用于特大型装备领域，每块重6吨至7吨，洁净度极高，平均冲击功达到20焦耳，远高于北美压铸协会对高级优质模具钢的等级要求，关键质量控制水平达到行业领先，在国际和国内市场都受到青睐。”张宣科技特材研制公司特冶区作业长柳金瑞说。
张宣科技销售公司总经理李旭日表示，为实现碳达峰碳中和目标，推动全面绿色转型，下游用钢行业特别是出口型制造行业对绿钢需求强劲。为适应绿色钢铁产品快速升温的市场需求，公司全力打造“氢冶金+电炉”短流程高端绿色金属材料产线，聚焦国家战略需求及先进制造业发展方向，向客户提供内燃机用热端材料、特种合金、高端模具用材料及一体化综合服务解决方案。
通过推陈出新、发挥优势，张宣科技取得一系列成果。公司批量生产的输电导线领域新型高强殷钢，关键性能指标达到行业领先水平，并用于国家电网高容量输电线改造项目；应用近零碳炼钢技术，定制生产的150余吨宽度为1150毫米的超大尺寸绿色低碳模具钢锻板顺利交付客户，售价高出常规模具钢千元以上；利用真空感应炉、真空自耗炉生产的高强度高韧性合金钢，被用作涡轮发动机零部件用钢。
截至2023年10月底，张宣科技通过氢冶金技术支撑，共开发新型高强殷钢、哈氏合金、耐蚀合金、精密合金等60多种高端绿色新材料。
“源于钢铁、超越钢铁；低碳变革、氢启未来。”秉持这个发展理念，张宣科技将继续大力实施创新驱动发展战略，增强创新能力和核心竞争力，力争2035年建成近零碳排企业，成为钢铁工业绿色转型示范区。