当前我国电炉钢产业发展现状与建议

Abstract

These two articles focus on the electric furnace. The first one introduces the development status of the electric furnace steel industry and offers some suggestions. While the second one is from CERI,which introduces to us an electric furnace equipment technology developed by the company.

近日，《中共中央国务院关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》印发，提出以碳达峰碳中和工作为引领，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，深化生态文明体制改革，健全绿色低碳发展机制，加快经济社会发展全面绿色转型，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，全面推进美丽中国建设，加快推进人与自然和谐共生的现代化。

《钢铁行业产能置换实施办法》（工信部原〔2021〕46号文）在实施了3年后，于2024年8月23日暂停，并将重新修订。这意味着钢铁产能治理将进入更加严格的阶段，是对近年来钢铁行业高产量、高成本、高出口和低需求、低价格、低效益的“三高三低”不利局面的对策。

苏步新

电炉钢不仅是我国钢铁行业绿色转型，实现“双碳”目标下半场的主力军之一，还在全球范围内得到钢铁生产者的青睐。全球能源监测GEM组织的一份年度报告显示，2024年初以来，全球各国宣布新建的炼钢产能有93%是电炉钢产能，而在建的炼钢产能中，电炉钢和转炉钢的产能占比各为50%。除了我国和东南亚还有新建的转炉钢产能外，其他绝大多数国家和地区在新建炼钢装备时会优先选择电炉，有的发达国家还大力推进炼铁高炉的退出。

电炉钢当前面临的新问题

目前，电炉钢在绿色化智能化转型升级过程中面临着一系列新的问题。

钢铁蓄积量不够充足、废钢产出量尚不充分给我国电炉钢企业带来了巨大压力。今年初以来，受下游传统建筑用钢需求大幅下降的影响，生产螺纹钢等建筑用钢材的电炉钢企业正面临巨大的生存压力。

在生产端，我国有75%左右的电炉钢产能以生产建筑用钢为主，且多数是全废钢电炉企业，产品单一、同质化严重、市场竞争激烈。这些企业大多创新能力不足，短时间内难以完成产品结构调整和转型升级。

在资源端，废钢有相对独立的行情走势。如果废钢挺价的同时，螺纹钢等成品价格持续下降导致“螺废差”收窄，电炉钢企业就要面对“谷电”生产且仍亏损的局面。大规模设备更新和消费品以旧换新，对增加社会折旧废钢数量有效，但是下游行业的不景气会影响加工废钢的产出数量。

近期，废钢价格有补跌的趋势。这对电炉钢企业利润修复有好处，但是会使独立废钢资源加工企业面临亏损，为废钢资源的连续供应增加了难度。废钢“反向开票”（一般是指特定的交易情况下，由付款方向收款方开具发票）为获取更多的废钢资源提供了助力，但在执行过程中仍存在问题。

截至8月下旬，在中国钢铁工业协会网站公示的部分或全部完成超低排放改造的电炉短流程企业共计有18家，包括28座电炉，总产能为1591万吨，电炉钢超低排放改造整体进度滞后。

电炉主要技术新进展

国际对电炉主要技术的研究以设备供应商为主。国内则分为两个部分：一是来自传统高校和科研院所的专家团队，包括北京科技大学、东北大学、中国钢研等，他们侧重新技术或与国外同质化技术的研发；二是以设计院为主，包括中冶赛迪、中冶京诚等，包括工程工艺研发、装备技术研发、成套设备服务等。此外，我国主流的电炉装备制造商这几年也取得了很大的进步，但与国外知名企业比，自主技术研发能力相对偏弱。

下面从低碳、高效、智能3个方面介绍电炉技术新进展。

低碳冶炼方面。一是绿色能源，包括企业配置的风光发电与电网的融合匹配，北科大朱荣教授团队提出的成熟的锂离子电池或新近开发的空气压缩储能技术，配合风光发电不间断为电炉供电，目前已计划在靖江特殊钢探索应用，该技术可以利用氢气作为集速氧枪燃料气体，或利用氢气的还原势能降低炼钢过程的碳排放量。二是绿色原料，包括直接还原铁使用和废钢智能识别判级等。国外有的企业使用50%及以上比例直接还原铁作为大电炉原料，已较为成熟并可连续生产。天津钢管公司150吨电炉探索了配加100%直接还原铁的冶炼工艺制度和生产路线。废钢智能化判级主要依靠激光诱导击穿光谱技术（LIBS）和图像识别技术，后者通过计算机视觉和自动废料识别，配合各类算法提高分类准确性。三是能耗和物耗降低。通过调研发现，近几年新投产的国内外电炉装备，全废钢电炉冶炼，吨钢电耗、电极消耗、钢铁料和耐火材料消耗等均能控制在较低的水平，从生产角度出发，进一步降低生产消耗的空间已不是很大。

高效冶炼方面。一是供能强化，主流的超高功率电炉中，目前普碳钢冶炼时间可实现30分钟左右/炉次；化学能和物理热的输入方式则相对单一，效果始终不是太好；能源利用和转换效率不高的问题也一直存在。二是熔池强化，二氧化碳作为底吹气体引入到电炉，在强化脱碳反应的同时，降低终点钢液碳氧积、强化熔池搅拌；埋入式喷粉技术有望实现高效脱磷和碳粉高效输送；电磁搅拌被认为是好的强化熔池搅拌技术，但受价格影响，应用案例并不多。

智能冶炼是未来电炉发展的趋势。一是炉况实时监控和生产模型应用，包括非连续自动取样机器人和非接触式钢液连续测温、熔池温度预测、炉壁温度检测、熔池成分预测、烟气成分分析、泡沫渣智能控制、炉渣在线分析等监控和模型，目前已陆续在电炉企业应用。二是整体智能模型，能够实现对各种电炉监控系统与控制模型集成优化。达涅利电炉和特诺恩电炉均已集成了整体智能模型。西门子具有类似的整体智能控制系统方案。中冶赛迪智能化方案是借助工业互联网平台，完成数据信息采集、生产过程跟踪及运行状态的可视化呈现、数字化生产。

电炉钢产业发展建议

电炉绿色高效智能技术发展路径选择。第一种是探索并开发绿色低碳高效技术。“全废钢电炉洁净化冶炼技术”主要从废钢智能分级识别、冶炼过程中杂质元素去除、钢水成分均质化、防止钢液终点过氧化等角度出发，提升电炉钢产品的多样性，助力电炉钢企业提升竞争力。“非涉碳电炉炼钢工艺技术”则从氢能、绿电应用等角度出发，降低电炉冶炼过程中二氧化碳的排放。第二种是研究绿电对于电炉钢企业的适配性。提升电炉钢企业绿电使用比例，不仅要从储能端加大储能技术和储能装备的应用，还要探索在“峰平”电价周期，用有竞争力的绿电来大比例替代电网高价电，保障电炉钢企业产能利用率和作业率的提高。第三种是国内电炉设备制造商要与电炉炼钢生产企业合作开发出具有自主知识产权的整体智能模型。国内主流电炉企业，要与高校、科研院所开展高质量合作或利用企业自身的信息化人才队伍，在未来装备迭代升级的过程中，逐步实现在线检测模块、取样探测机器人、生产过程模型等的独立自主开发，并逐步集成开发出具有自主知识产权的整体智能模型。第四种是储备电炉钢冶炼用直接还原铁的技术路径。我国沿海地区或国内具备生产直接还原铁地区的电炉企业要提早谋划使用不同品级直接还原铁配加废钢的冶炼生产工艺制度。

在条件满足的前提下，有序推动“长改短”。目前，国内废钢资源总量不足，废钢主要的定价权和资源流向基本掌握在长流程企业手里。如果没有充足的铁素资源保障，盲目推动“长改短”，企业很容易面临“无米下锅”的窘境。因此，有条件地推动“长改短”，一方面，需要区域内有充足的废钢可以流入到企业；一方面，需要该区域有优质且相对廉价的直接还原铁。

顺应全球电炉钢产业发展大势。全球新公布建设的炼钢产能中，电炉钢产能占比将越来越高，这一趋势是无法逆转的。从短期来看，产能分布比较分散，对于铁素资源的集中需求量，不会像我国这么大。同时，国外主流矿山也在设计和生产可大量商品化运输和交易的金属化球团矿和直接还原铁，以匹配电炉钢产能的大规模快速发展。

未来如果我国持续扩大电炉钢产能，需要考虑的紧要问题是直接还原铁的来源和价格，一旦出现与铁矿石雷同的定价机制，会对电炉钢发展带来相当大的冲击和挑战。当前，生产特钢或有出口需求的长流程企业，适宜在产能置换重启后，结合下游形势定制产品需求，有序发展一部分电炉装备。全废钢电炉短流程企业或者未来可以部分配置直接还原铁的电炉短流程企业，需从产品品种多样化和转型升级角度出发，解决生存问题。（中国冶金报）

（作者系中国国际贸易促进会冶金行业分会副秘书长）