近日，《中共中央國務院關于加快經濟社會發(fā)展全面綠色轉型的意見》印發(fā)，提出以碳達峰碳中和工作為引領，協同推進降碳、減污、擴綠、增長，深化生態(tài)文明體制改革，健全綠色低碳發(fā)展機制，加快經濟社會發(fā)展全面綠色轉型，形成節(jié)約資源和保護環(huán)境的空間格局、產業(yè)結構、生產方式、生活方式，全面推進美麗中國建設，加快推進人與自然和諧共生的現代化。
《鋼鐵行業(yè)產能置換實施辦法》（工信部原〔2021〕46號文）在實施了3年后，于2024年8月23日暫停，并將重新修訂。這意味著鋼鐵產能治理將進入更加嚴格的階段，是對近年來鋼鐵行業(yè)高產量、高成本、高出口和低需求、低價格、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)綠色轉型，實現“雙碳”目標下半場的主力軍之一，還在全球范圍內得到鋼鐵生產者的青睞。全球能源監(jiān)測GEM組織的一份年度報告顯示，2024年初以來，全球各國宣布新建的煉鋼產能有93%是電爐鋼產能，而在建的煉鋼產能中，電爐鋼和轉爐鋼的產能占比各為50%。除了我國和東南亞還有新建的轉爐鋼產能外，其他絕大多數國家和地區(qū)在新建煉鋼裝備時會優(yōu)先選擇電爐，有的發(fā)達國家還大力推進煉鐵高爐的退出。
電爐鋼當前面臨的新問題
目前，電爐鋼在綠色化智能化轉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，受下游傳統建筑用鋼需求大幅下降的影響，生產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。
在生產端，我國有75%左右的電爐鋼產能以生產建筑用鋼為主，且多數是全廢鋼電爐企業(yè)，產品單一、同質化嚴重、市場競爭激烈。這些企業(yè)大多創(chuàng)新能力不足，短時間內難以完成產品結構調整和轉型升級。
在資源端，廢鋼有相對獨立的行情走勢。如果廢鋼挺價的同時，螺紋鋼等成品價格持續(xù)下降導致“螺廢差”收窄，電爐鋼企業(yè)就要面對“谷電”生產且仍虧損的局面。大規(guī)模設備更新和消費品以舊換新，對增加社會折舊廢鋼數量有效，但是下游行業(yè)的不景氣會影響加工廢鋼的產出數量。
近期，廢鋼價格有補跌的趨勢。這對電爐鋼企業(yè)利潤修復有好處，但是會使獨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)協會網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)共計有18家，包括28座電爐，總產能為1591萬噸，電爐鋼超低排放改造整體進度滯后。
電爐主要技術新進展
國際對電爐主要技術的研究以設備供應商為主。國內則分為兩個部分：一是來自傳統高校和科研院所的專家團隊，包括北京科技大學、東北大學、中國鋼研等，他們側重新技術或與國外同質化技術的研發(fā)；二是以設計院為主，包括中冶賽迪、中冶京誠等，包括工程工藝研發(fā)、裝備技術研發(fā)、成套設備服務等。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步，但與國外知名企業(yè)比，自主技術研發(fā)能力相對偏弱。
下面從低碳、高效、智能3個方面介紹電爐技術新進展。
低碳冶煉方面。一是綠色能源，包括企業(yè)配置的風光發(fā)電與電網的融合匹配，北科大朱榮教授團隊提出的成熟的鋰離子電池或新近開發(fā)的空氣壓縮儲能技術，配合風光發(fā)電不間斷為電爐供電，目前已計劃在靖江特殊鋼探索應用，該技術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。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路線。廢鋼智能化判級主要依靠激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）和圖像識別技術，后者通過計算機視覺和自動廢料識別，配合各類算法提高分類準確性。三是能耗和物耗降低。通過調研發(fā)現，近幾年新投產的國內外電爐裝備，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，從生產角度出發(fā)，進一步降低生產消耗的空間已不是很大。
高效冶煉方面。一是供能強化，主流的超高功率電爐中，目前普碳鋼冶煉時間可實現30分鐘左右/爐次；化學能和物理熱的輸入方式則相對單一，效果始終不是太好；能源利用和轉換效率不高的問題也一直存在。二是熔池強化，二氧化碳作為底吹氣體引入到電爐，在強化脫碳反應的同時，降低終點鋼液碳氧積、強化熔池攪拌；埋入式噴粉技術有望實現高效脫磷和碳粉高效輸送；電磁攪拌被認為是好的強化熔池攪拌技術，但受價格影響，應用案例并不多。
智能冶煉是未來電爐發(fā)展的趨勢。一是爐況實時監(jiān)控和生產模型應用，包括非連續(xù)自動取樣機器人和非接觸式鋼液連續(xù)測溫、熔池溫度預測、爐壁溫度檢測、熔池成分預測、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)應用。二是整體智能模型，能夠實現對各種電爐監(jiān)控系統與控制模型集成優(yōu)化。達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方案。中冶賽迪智能化方案是借助工業(yè)互聯網平臺，完成數據信息采集、生產過程跟蹤及運行狀態(tài)的可視化呈現、數字化生產。
電爐鋼產業(yè)發(fā)展建議
電爐綠色高效智能技術發(fā)展路徑選擇。第一種是探索并開發(fā)綠色低碳高效技術。“全廢鋼電爐潔凈化冶煉技術”主要從廢鋼智能分級識別、冶煉過程中雜質元素去除、鋼水成分均質化、防止鋼液終點過氧化等角度出發(fā)，提升電爐鋼產品的多樣性，助力電爐鋼企業(yè)提升競爭力。“非涉碳電爐煉鋼工藝技術”則從氫能、綠電應用等角度出發(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，不僅要從儲能端加大儲能技術和儲能裝備的應用，還要探索在“峰平”電價周期，用有競爭力的綠電來大比例替代電網高價電，保障電爐鋼企業(yè)產能利用率和作業(yè)率的提高。第三種是國內電爐設備制造商要與電爐煉鋼生產企業(yè)合作開發(fā)出具有自主知識產權的整體智能模型。國內主流電爐企業(yè)，要與高校、科研院所開展高質量合作或利用企業(yè)自身的信息化人才隊伍，在未來裝備迭代升級的過程中，逐步實現在線檢測模塊、取樣探測機器人、生產過程模型等的獨立自主開發(fā)，并逐步集成開發(fā)出具有自主知識產權的整體智能模型。第四種是儲備電爐鋼冶煉用直接還原鐵的技術路徑。我國沿海地區(qū)或國內具備生產直接還原鐵地區(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工藝制度。
在條件滿足的前提下，有序推動“長改短”。目前，國內廢鋼資源總量不足，廢鋼主要的定價權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“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“長改短”，一方面，需要區(qū)域內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)質且相對廉價的直接還原鐵。
順應全球電爐鋼產業(yè)發(fā)展大勢。全球新公布建設的煉鋼產能中，電爐鋼產能占比將越來越高，這一趨勢是無法逆轉的。從短期來看，產能分布比較分散，對于鐵素資源的集中需求量，不會像我國這么大。同時，國外主流礦山也在設計和生產可大量商品化運輸和交易的金屬化球團礦和直接還原鐵，以匹配電爐鋼產能的大規(guī)?？焖侔l(fā)展。
未來如果我國持續(xù)擴大電爐鋼產能，需要考慮的緊要問題是直接還原鐵的來源和價格，一旦出現與鐵礦石雷同的定價機制，會對電爐鋼發(fā)展帶來相當大的沖擊和挑戰(zhàn)。當前，生產特鋼或有出口需求的長流程企業(yè)，適宜在產能置換重啟后，結合下游形勢定制產品需求，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)，需從產品品種多樣化和轉型升級角度出發(fā)，解決生存問題。
作者 蘇步新（作者系中國國際貿易促進會冶金行業(yè)分會副秘書長）