当前,业内已基本形成共识,我国钢铁工业在碳达峰、碳中和过程中,高炉—转炉长流程和电炉短流程在上、下半场的角色和降碳贡献不同,上半场碳达峰要靠长流程,下半场碳中和则要靠科学有序地发展短流程。
8月25日,工信部等七部门发布的《钢铁行业稳增长工作方案》(以下简称《方案》)也突出了对电炉短流程,尤其是全废钢电炉流程的重视。《方案》提出,加快实施电炉短流程炼钢高质量发展引领工程,对全废钢电炉炼钢项目执行差别化产能置换、环保管理等政策,创建世界先进的电炉钢产业集群。
“发展全废钢电炉短流程可以简化生产流程、实现节能减排,是钢铁工业实现脱碳化的重要途径,也是高质量发展的大势所趋。”9月11日,中国工程院院士殷瑞钰在接受《中国冶金报》记者专访时分享了他对推广全废钢电炉流程的思考。
他分析道,中国将越来越具备发展全废钢电炉流程的条件,预计2045年左右废钢量将超过4亿吨/年,有些年份甚至可达到5亿吨,同时,非化石能源的应用比例也将逐步扩大,电力资源丰富、成本下降。
据不完全统计,我国现有电炉短流程企业250余家,其中近200家是全废钢电炉流程企业。数量不少,但发展全废钢电炉流程依然面临着许多现实挑战。
从经济性角度考虑,生产线材、型材所用电炉以70吨左右为宜
殷瑞钰向《中国冶金报》记者介绍,电炉短流程包含炼钢、精炼、连铸、轧钢4个主要工序,且工序之间依靠不同的界面技术衔接匹配,形成一个完整的钢铁生产流程。
“从流程的角度看,电炉的吨位取决于轧机的能力,轧机的能力又因所生产钢材种类的不同及其市场容量而有所差异。”殷瑞钰强调,“在冶金流程里,各项工序设备能力只有互相匹配才是最好的。”
他详细阐释道,在全废钢电炉流程中,生产不同的钢材产品所用轧机的产能和电炉的吨位是不同的,大体有如下几类:
一是生产城市周边建筑用长材、型钢。不同建筑用钢生产厂所用轧机的产能水平不同,生产螺纹钢的轧机产能约为100万吨,合适的电炉容量为100吨~120吨;生产高线的轧机产能是60万吨~70万吨,合适的电炉容量约为70吨;生产型钢的轧机产能为50万吨~70万吨,合适的电炉容量约为70吨。
二是生产合金钢长材。一般单条作业线(直径16毫米~直径90毫米棒材)的年产水平为60万吨~70万吨,合适的电炉容量为70吨~100吨。
三是与薄板坯连铸—连轧配合生产热轧卷或酸洗板。一般年产180万吨~200万吨,通常用2座电炉生产,合适的电炉容量为100吨~150吨。
四是生产普通中厚板。殷瑞钰表示,生产中厚板所用轧机、电炉装备与板材宽度密切相关,因而不好一概而论。
“从经济性角度考虑,生产螺纹钢和薄板坯连铸—连轧产品,电炉吨位不应小于100吨,而生产线材、型材所用电炉以70吨左右为宜。”殷瑞钰总结并指出,结合国际经验,中国发展全废钢电炉流程的切入点应以螺纹钢、线材生产厂为主,替代中小高炉—转炉流程生产棒线材产品。
殷瑞钰特别指出:“一律从100吨起步将在某种程度上影响发展全废钢电炉流程的进入门槛,不利于不同地区因地制宜推广全废钢电炉流程。同时,从流程结构上看,电炉—精炼—铸机—轧机之间的能力匹配至关重要,70吨电炉与高线轧机相匹配比较合理,便于全流程协同运行和铸坯高温热装,有利于节能减排降碳,否则将有部分冷坯落地。”
电炉不是越大越先进,工序能力衔接匹配至关重要
殷瑞钰反复强调:“电炉不是越大越先进,工序能力衔接匹配至关重要。”
近年来,主体装备大型化改造在钢铁行业成为趋势。据不完全统计,我国高炉平均炉容从2015年的770立方米提高到2021年的1400多立方米;自2021年6月1日《钢铁行业产能置换实施办法》施行至2023年7月底,我国已建、新建或待建的电炉炼钢装备共计66座,平均公称容量为97.4吨/座,接近100吨/座,这表明我国电炉炼钢装备在大型化发展的路上快速前进。
“大型化不是评估电炉炼钢技术是否先进的唯一指标,还有很多更重要的维度,有几项电炉炼钢的关键技术应引起行业、企业关注和推广应用。”殷瑞钰提醒道。这些技术包括不开盖、废钢预热连续加料、平熔池冶炼、偏心炉底出钢、多炉连浇等,能够有效降低能源消耗,故应成为企业未来发展的方向。殷瑞钰以废钢预热连续加料工艺举例说:“与采用传统技术或其他技术的电炉相比,由于废钢预热连续装料工艺炼钢炉盖不需要打开,不仅节省了料篮加料时间,而且避免了钢水熔池暴露于空气环境中引起的辐射损失,降低了电耗,同时缩短了通电时间。”
殷瑞钰同时指出:“从当前国内电炉运行指标来看,70吨左右电炉的技术经济指标不比100吨电炉差。若按100吨作为限制类门槛,将导致某些钢厂扩容增产。”
调研数据显示,70吨~80吨水平预热连续加料电炉平均冶炼周期约为32分钟,满负荷生产下平均日产45炉钢,平均冶炼电耗为335千瓦时/吨钢水,电极消耗为0.75千克/吨钢水;100吨~120吨电炉设备平均冶炼周期约为36分钟,满负荷生产下平均日产40炉钢,平均冶炼电耗为355千瓦时/吨钢水,电极消耗为0.8千克/吨钢水。
“总体上,70吨~80吨电炉工序(全废钢冶炼)能耗不高、冶炼周期短,且从实事求是地实现炼钢—连铸—线材、型钢轧机等工序间的合理衔接匹配的角度来看,电炉炉容在70吨~80吨是合理的。”殷瑞钰指出。
调研数据显示,当前,我国电炉平均炉容仅为68吨,限制类装备占比较高,100吨以下电炉装备数量占比达到79%。“当前国内100吨以下电炉是主流装备,企业若在政策引导下实施扩容改造,考虑到指标的稀缺性,易变相造成扩产能风险,由此导致实际产能产量总量增加而造成能耗和排放增加,不利于低碳发展。”殷瑞钰指出。
另外,他表示,从机械装备水平与电控水平来看,70吨电炉国产化程度高,且各项生产指标数据平均水平优于进口电炉,有利于降低投资,推动国产装备制造业发展。
最后,殷瑞钰表示,上述观点为个人见解,仅供有关方面参考。(中国冶金报)
[06-25]
[07-03]
[06-20]
[06-20]
[06-19]
[08-07]
[08-05]
[07-29]
[07-25]
[07-23]