近日，《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》印發(fā)，提出以碳達(dá)峰碳中和工作為引領(lǐng)，協(xié)同推進(jìn)降碳、減污、擴(kuò)綠、增長，深化生態(tài)文明體制改革，健全綠色低碳發(fā)展機(jī)制，加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式，全面推進(jìn)美麗中國建設(shè)，加快推進(jìn)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化。
《鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能置換實(shí)施辦法》（工信部原〔2021〕46號文）在實(shí)施了3年后，于2024年8月23日暫停，并將重新修訂。這意味著鋼鐵產(chǎn)能治理將進(jìn)入更加嚴(yán)格的階段，是對近年來鋼鐵行業(yè)高產(chǎn)量、高成本、高出口和低需求、低價(jià)格、低效益的“三高三低”不利局面的對策。
電爐鋼不僅是我國鋼鐵行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下半場的主力軍之一，還在全球范圍內(nèi)得到鋼鐵生產(chǎn)者的青睞。全球能源監(jiān)測GEM組織的一份年度報(bào)告顯示，2024年初以來，全球各國宣布新建的煉鋼產(chǎn)能有93%是電爐鋼產(chǎn)能，而在建的煉鋼產(chǎn)能中，電爐鋼和轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)能占比各為50%。除了我國和東南亞還有新建的轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)能外，其他絕大多數(shù)國家和地區(qū)在新建煉鋼裝備時(shí)會(huì)優(yōu)先選擇電爐，有的發(fā)達(dá)國家還大力推進(jìn)煉鐵高爐的退出。
電爐鋼當(dāng)前面臨的新問題
目前，電爐鋼在綠色化智能化轉(zhuǎn)型升級過程中面臨著一系列新的問題。
鋼鐵蓄積量不夠充足、廢鋼產(chǎn)出量尚不充分給我國電爐鋼企業(yè)帶來了巨大壓力。今年初以來，受下游傳統(tǒng)建筑用鋼需求大幅下降的影響，生產(chǎn)螺紋鋼等建筑用鋼材的電爐鋼企業(yè)正面臨巨大的生存壓力。
在生產(chǎn)端，我國有75%左右的電爐鋼產(chǎn)能以生產(chǎn)建筑用鋼為主，且多數(shù)是全廢鋼電爐企業(yè)，產(chǎn)品單一、同質(zhì)化嚴(yán)重、市場競爭激烈。這些企業(yè)大多創(chuàng)新能力不足，短時(shí)間內(nèi)難以完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級。
在資源端，廢鋼有相對獨(dú)立的行情走勢。如果廢鋼挺價(jià)的同時(shí)，螺紋鋼等成品價(jià)格持續(xù)下降導(dǎo)致“螺廢差”收窄，電爐鋼企業(yè)就要面對“谷電”生產(chǎn)且仍虧損的局面。大規(guī)模設(shè)備更新和消費(fèi)品以舊換新，對增加社會(huì)折舊廢鋼數(shù)量有效，但是下游行業(yè)的不景氣會(huì)影響加工廢鋼的產(chǎn)出數(shù)量。
近期，廢鋼價(jià)格有補(bǔ)跌的趨勢。這對電爐鋼企業(yè)利潤修復(fù)有好處，但是會(huì)使獨(dú)立廢鋼資源加工企業(yè)面臨虧損，為廢鋼資源的連續(xù)供應(yīng)增加了難度。廢鋼“反向開票”（一般是指特定的交易情況下，由付款方向收款方開具發(fā)票）為獲取更多的廢鋼資源提供了助力，但在執(zhí)行過程中仍存在問題。
截至8月下旬，在中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)網(wǎng)站公示的部分或全部完成超低排放改造的電爐短流程企業(yè)共計(jì)有18家，包括28座電爐，總產(chǎn)能為1591萬噸，電爐鋼超低排放改造整體進(jìn)度滯后。
電爐主要技術(shù)新進(jìn)展
國際對電爐主要技術(shù)的研究以設(shè)備供應(yīng)商為主。國內(nèi)則分為兩個(gè)部分：一是來自傳統(tǒng)高校和科研院所的專家團(tuán)隊(duì)，包括北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、中國鋼研等，他們側(cè)重新技術(shù)或與國外同質(zhì)化技術(shù)的研發(fā)；二是以設(shè)計(jì)院為主，包括中冶賽迪、中冶京誠等，包括工程工藝研發(fā)、裝備技術(shù)研發(fā)、成套設(shè)備服務(wù)等。此外，我國主流的電爐裝備制造商這幾年也取得了很大的進(jìn)步，但與國外知名企業(yè)比，自主技術(shù)研發(fā)能力相對偏弱。
下面從低碳、高效、智能3個(gè)方面介紹電爐技術(shù)新進(jìn)展。
低碳冶煉方面。一是綠色能源，包括企業(yè)配置的風(fēng)光發(fā)電與電網(wǎng)的融合匹配，北科大朱榮教授團(tuán)隊(duì)提出的成熟的鋰離子電池或新近開發(fā)的空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)，配合風(fēng)光發(fā)電不間斷為電爐供電，目前已計(jì)劃在靖江特殊鋼探索應(yīng)用，該技術(shù)可以利用氫氣作為集速氧槍燃料氣體，或利用氫氣的還原勢能降低煉鋼過程的碳排放量。二是綠色原料，包括直接還原鐵使用和廢鋼智能識別判級等。國外有的企業(yè)使用50%及以上比例直接還原鐵作為大電爐原料，已較為成熟并可連續(xù)生產(chǎn)。天津鋼管公司150噸電爐探索了配加100%直接還原鐵的冶煉工藝制度和生產(chǎn)路線。廢鋼智能化判級主要依靠激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS）和圖像識別技術(shù)，后者通過計(jì)算機(jī)視覺和自動(dòng)廢料識別，配合各類算法提高分類準(zhǔn)確性。三是能耗和物耗降低。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，近幾年新投產(chǎn)的國內(nèi)外電爐裝備，全廢鋼電爐冶煉，噸鋼電耗、電極消耗、鋼鐵料和耐火材料消耗等均能控制在較低的水平，從生產(chǎn)角度出發(fā)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)消耗的空間已不是很大。
高效冶煉方面。一是供能強(qiáng)化，主流的超高功率電爐中，目前普碳鋼冶煉時(shí)間可實(shí)現(xiàn)30分鐘左右/爐次；化學(xué)能和物理熱的輸入方式則相對單一，效果始終不是太好；能源利用和轉(zhuǎn)換效率不高的問題也一直存在。二是熔池強(qiáng)化，二氧化碳作為底吹氣體引入到電爐，在強(qiáng)化脫碳反應(yīng)的同時(shí)，降低終點(diǎn)鋼液碳氧積、強(qiáng)化熔池?cái)嚢?；埋入式噴粉技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)高效脫磷和碳粉高效輸送；電磁攪拌被認(rèn)為是好的強(qiáng)化熔池?cái)嚢杓夹g(shù)，但受價(jià)格影響，應(yīng)用案例并不多。
智能冶煉是未來電爐發(fā)展的趨勢。一是爐況實(shí)時(shí)監(jiān)控和生產(chǎn)模型應(yīng)用，包括非連續(xù)自動(dòng)取樣機(jī)器人和非接觸式鋼液連續(xù)測溫、熔池溫度預(yù)測、爐壁溫度檢測、熔池成分預(yù)測、煙氣成分分析、泡沫渣智能控制、爐渣在線分析等監(jiān)控和模型，目前已陸續(xù)在電爐企業(yè)應(yīng)用。二是整體智能模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種電爐監(jiān)控系統(tǒng)與控制模型集成優(yōu)化。達(dá)涅利電爐和特諾恩電爐均已集成了整體智能模型。西門子具有類似的整體智能控制系統(tǒng)方案。中冶賽迪智能化方案是借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)信息采集、生產(chǎn)過程跟蹤及運(yùn)行狀態(tài)的可視化呈現(xiàn)、數(shù)字化生產(chǎn)。
電爐鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
電爐綠色高效智能技術(shù)發(fā)展路徑選擇。第一種是探索并開發(fā)綠色低碳高效技術(shù)?！叭珡U鋼電爐潔凈化冶煉技術(shù)”主要從廢鋼智能分級識別、冶煉過程中雜質(zhì)元素去除、鋼水成分均質(zhì)化、防止鋼液終點(diǎn)過氧化等角度出發(fā)，提升電爐鋼產(chǎn)品的多樣性，助力電爐鋼企業(yè)提升競爭力?！胺巧嫣茧姞t煉鋼工藝技術(shù)”則從氫能、綠電應(yīng)用等角度出發(fā)，降低電爐冶煉過程中二氧化碳的排放。第二種是研究綠電對于電爐鋼企業(yè)的適配性。提升電爐鋼企業(yè)綠電使用比例，不僅要從儲(chǔ)能端加大儲(chǔ)能技術(shù)和儲(chǔ)能裝備的應(yīng)用，還要探索在“峰平”電價(jià)周期，用有競爭力的綠電來大比例替代電網(wǎng)高價(jià)電，保障電爐鋼企業(yè)產(chǎn)能利用率和作業(yè)率的提高。第三種是國內(nèi)電爐設(shè)備制造商要與電爐煉鋼生產(chǎn)企業(yè)合作開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的整體智能模型。國內(nèi)主流電爐企業(yè)，要與高校、科研院所開展高質(zhì)量合作或利用企業(yè)自身的信息化人才隊(duì)伍，在未來裝備迭代升級的過程中，逐步實(shí)現(xiàn)在線檢測模塊、取樣探測機(jī)器人、生產(chǎn)過程模型等的獨(dú)立自主開發(fā)，并逐步集成開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的整體智能模型。第四種是儲(chǔ)備電爐鋼冶煉用直接還原鐵的技術(shù)路徑。我國沿海地區(qū)或國內(nèi)具備生產(chǎn)直接還原鐵地區(qū)的電爐企業(yè)要提早謀劃使用不同品級直接還原鐵配加廢鋼的冶煉生產(chǎn)工藝制度。
在條件滿足的前提下，有序推動(dòng)“長改短”。目前，國內(nèi)廢鋼資源總量不足，廢鋼主要的定價(jià)權(quán)和資源流向基本掌握在長流程企業(yè)手里。如果沒有充足的鐵素資源保障，盲目推動(dòng)“長改短”，企業(yè)很容易面臨“無米下鍋”的窘境。因此，有條件地推動(dòng)“長改短”，一方面，需要區(qū)域內(nèi)有充足的廢鋼可以流入到企業(yè)；一方面，需要該區(qū)域有優(yōu)質(zhì)且相對廉價(jià)的直接還原鐵。
順應(yīng)全球電爐鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展大勢。全球新公布建設(shè)的煉鋼產(chǎn)能中，電爐鋼產(chǎn)能占比將越來越高，這一趨勢是無法逆轉(zhuǎn)的。從短期來看，產(chǎn)能分布比較分散，對于鐵素資源的集中需求量，不會(huì)像我國這么大。同時(shí)，國外主流礦山也在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)可大量商品化運(yùn)輸和交易的金屬化球團(tuán)礦和直接還原鐵，以匹配電爐鋼產(chǎn)能的大規(guī)?？焖侔l(fā)展。
未來如果我國持續(xù)擴(kuò)大電爐鋼產(chǎn)能，需要考慮的緊要問題是直接還原鐵的來源和價(jià)格，一旦出現(xiàn)與鐵礦石雷同的定價(jià)機(jī)制，會(huì)對電爐鋼發(fā)展帶來相當(dāng)大的沖擊和挑戰(zhàn)。當(dāng)前，生產(chǎn)特鋼或有出口需求的長流程企業(yè)，適宜在產(chǎn)能置換重啟后，結(jié)合下游形勢定制產(chǎn)品需求，有序發(fā)展一部分電爐裝備。全廢鋼電爐短流程企業(yè)或者未來可以部分配置直接還原鐵的電爐短流程企業(yè)，需從產(chǎn)品品種多樣化和轉(zhuǎn)型升級角度出發(fā)，解決生存問題。
作者 蘇步新（作者系中國國際貿(mào)易促進(jìn)會(huì)冶金行業(yè)分會(huì)副秘書長）
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