2026年是“十五五”開局之年，正是將宏觀“規(guī)劃圖”細化為可行“施工圖”的關(guān)鍵階段。在這個過程中，我們會頻繁遇到一系列聽起來專業(yè)又前沿的“科技名詞”，比如“綠色供應(yīng)鏈”“清潔低碳氫”等。這些術(shù)語并非空洞的概念，它們背后折射的是未來幾年科技突破、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與生活演進的真實方向。

那么，這些詞究竟意味著什么？它們將如何具體地改變我們的日常？今天，就讓我們走進“大爐型還原爐”這個名詞。

什么是大爐型還原爐？

還原爐（reduction furnace）是一種在冶金、化工等領(lǐng)域用于還原反應(yīng)的工業(yè)設(shè)備，其核心功能是通過提供適宜的溫度、氣氛等條件，使原料（如金屬氧化物）在還原介質(zhì)（如氫氣、一氧化碳等）作用下被還原為金屬單質(zhì)或低價化合物。大爐型還原爐（large-scale reduction furnace）是指爐膛尺寸更大，通�？扇菁{數(shù)噸至數(shù)十噸原料的大容量還原爐。

大爐型還原爐包括回轉(zhuǎn)式還原爐、鐘罩式還原爐、推桿式還原爐、馬弗式還原爐、多管式還原爐等多種類型。其中大爐型回轉(zhuǎn)式還原爐是主要應(yīng)用類型。

圖1 大爐型回轉(zhuǎn)式還原爐示意圖

大爐型還原爐的分類信息

大爐型還原爐的優(yōu)勢

大爐型還原爐適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，其大型化設(shè)計可實現(xiàn)單爐產(chǎn)能提升，單位產(chǎn)品能耗降低。

對于大爐型還原爐而言，爐體規(guī)模越大，單位時間內(nèi)的還原處理量越高，越適用于更高產(chǎn)能要求的連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。以大爐型鐘罩式多晶硅還原爐為例，通常以“對棒”數(shù)量來衡量其爐體規(guī)模，對棒數(shù)越多，爐體規(guī)模越大，設(shè)備處理能力越高，單位產(chǎn)品還原能耗越低。目前市場上的主流大爐型還原爐包括40對棒、48對棒和72對棒三種型號。

圖2 還原電耗隨硅棒對數(shù)變化關(guān)系

大爐型還原爐作為冶金、化工等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備，與鋼鐵、有色金屬、新能源材料等產(chǎn)品的生產(chǎn)緊密相連。其設(shè)備結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，集成了智能控溫、氣氛調(diào)節(jié)等多元系統(tǒng)。該設(shè)備兼具高效生產(chǎn)與節(jié)能減排的雙重特性，是推動工業(yè)規(guī)�；l(fā)展的核心裝備，也是實現(xiàn)綠色制造的重要載體。

在“雙碳”目標背景下，大爐型還原爐的發(fā)展遵循綠色低碳與技術(shù)創(chuàng)新原則，推動了工業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。通過優(yōu)化工藝和采用清潔能源，顯著降低單位產(chǎn)品能耗和污染物排放，替代傳統(tǒng)高耗能設(shè)備，從而減少對化石能源的依賴。目前，結(jié)合綠電使用及氫氣還原工藝，電加熱型大爐型還原爐已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化示范。

大爐型還原爐的

應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景

大爐型還原爐因其高生產(chǎn)效率、較低能耗和低碳工藝，在冶金、化工、新能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要作用。

在冶金工業(yè)領(lǐng)域，大爐型還原爐已規(guī)�；瘧�(yīng)用于直接還原鐵生產(chǎn)、有色金屬氧化物還原提純，以及高品質(zhì)海綿鈦、高純鎳粉等特種金屬材料的制備，有效替代傳統(tǒng)高耗能冶煉工藝，降低金屬生產(chǎn)過程中的碳排放。

在化工催化領(lǐng)域，大爐型還原爐可用于制備高性能加氫催化劑、環(huán)保脫硫脫硝催化劑，通過還原工藝提升催化劑活性和穩(wěn)定性，推動化工行業(yè)綠色升級。

在新能源材料領(lǐng)域，大爐型還原爐可用于鋰電池正極材料前驅(qū)體的還原處理、氫燃料電池催化劑的合成，通過精準控溫與氣氛調(diào)節(jié)，保障材料性能一致性，為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。此外，在環(huán)保領(lǐng)域，大爐型還原爐可用于電子廢棄物中金屬的還原回收，助力資源循環(huán)再利用。

大爐型還原爐產(chǎn)業(yè)未來可通過開發(fā)并集成氫能冶金專用設(shè)備、智能化控溫還原系統(tǒng)等高附加值裝備，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)低碳化轉(zhuǎn)型，可使單位產(chǎn)品CO?排放降低70%以上，減少對煤炭等化石能源依賴。通過與可再生能源結(jié)合，利用綠電、綠氫實現(xiàn)零碳還原，為鋼鐵、有色等行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。

政策驅(qū)動將加速其技術(shù)迭代，例如國家“雙碳”目標及工信部聯(lián)節(jié)〔2022〕88號文件《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》明確要求推廣高效節(jié)能裝備，這將促進大爐型還原爐的發(fā)展，降低產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。

大爐型還原爐的綠色應(yīng)用難點

盡管大爐型還原爐的綠色化潛力顯著，但其在智能化與低碳化轉(zhuǎn)型方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

部分企業(yè)雖然采用大爐型還原爐，但仍沿用傳統(tǒng)操作模式，設(shè)備自動化控制率低，難以實現(xiàn)工藝參數(shù)的精準調(diào)控，導(dǎo)致能源浪費和產(chǎn)品質(zhì)量波動。

在低碳技術(shù)應(yīng)用方面，氫基還原等綠色工藝的規(guī)�；茝V受限，氫氣儲存運輸成本高、設(shè)備改造成本大，全國范圍內(nèi)氫基大爐型還原爐示范項目不足20個，占比不到總設(shè)備數(shù)量的3%，距離全面替代傳統(tǒng)工藝仍有較大差距。

參考文獻

[1] 王體虎,宗冰,蔡延國,等.48對棒大型還原爐設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用研究[J].青�？萍�,2017,24(4):12-16.

[2] Shi Q,Tang J,Chu M.A Novel Process for Direct Reduction of Titanium Concentrate Pellets in a Gas-Based Shaft Furnace[J].Journal of Sustainable Metallurgy,2023,9(4):16.

[3] Lu S,Liu Z,Wang Y,et al.Towards green steel-energy and CO2 assessment of low carbon steelmaking via hydrogen based shaft furnace direct reduction process [J].Energy,2024, 309: 133080.

[4] 張華芹,吳海龍,程佳彪.一種超大節(jié)能型多晶硅還原爐:CN201921656077.9[P].CN210915336U[2025-06-25].

[5] Zhang W.Energy and Exergy Analysis of an Improved Hydrogen-Based Direct Reduction Shaft Furnace Process with Waste Heat Recovery[J].Applied Sciences,2024,14(16):6913.

[6] 李義榜.鈦還原爐大型化與產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系的探討[J].稀有金屬,1990,14(2):3.

策劃制作

作者丨董文鈞 北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授

審核丨閆柏軍 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授

責編丨王夢如

審校丨徐來 張林林