鋼鐵工業(yè)是碳排放量最大的行業(yè)之一，推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型意義重大。引導(dǎo)電爐短流程煉鋼產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，是推動(dòng)我國(guó)鋼鐵工業(yè)碳達(dá)峰碳中和的重要舉措。近年來，我國(guó)電爐鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了顯著進(jìn)步，電爐鋼占比不斷提高，產(chǎn)品構(gòu)成不斷優(yōu)化，政策環(huán)境不斷完善，電爐鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來了重要機(jī)遇期。

我國(guó)電弧爐煉鋼迎來良好發(fā)展機(jī)遇

我國(guó)電弧爐煉鋼迎來良好發(fā)展機(jī)遇，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：

一是我國(guó)廢鋼資源趨于充裕。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的持續(xù)推進(jìn)，廢鋼資源將進(jìn)入快速放量增長(zhǎng)的階段，預(yù)計(jì)2025年我國(guó)廢鋼產(chǎn)生量超3億噸，廢鋼資源的大量釋放為發(fā)展電弧爐煉鋼奠定了堅(jiān)實(shí)的資源基礎(chǔ)。

二是鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的趨勢(shì)推動(dòng)電弧爐煉鋼的發(fā)展。高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程的碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全廢鋼電弧爐短流程，未來鋼鐵工業(yè)納入全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)，征收碳稅的政策出臺(tái)將進(jìn)一步提高電爐短流程競(jìng)爭(zhēng)力。另外，高端優(yōu)特鋼用戶將碳足跡數(shù)據(jù)、碳減排措施納入產(chǎn)品指標(biāo)，也將促進(jìn)電弧爐煉鋼的發(fā)展。

三是國(guó)家相關(guān)政策鼓勵(lì)發(fā)展電弧爐煉鋼。2016年后，國(guó)家、各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）出臺(tái)了一系列政策、文件鼓勵(lì)電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，特別是2019年8月份，工信部發(fā)布的《關(guān)于引導(dǎo)電弧爐短流程煉鋼發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，明確提出“到十四五末，各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）置換建設(shè)的短流程煉鋼產(chǎn)能占承接總產(chǎn)能的比例應(yīng)不低于30%”，為發(fā)展電弧爐煉鋼提供了良好的政策環(huán)境。

多措并舉，解決制約電弧爐快速發(fā)展難題

與轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程相比，生產(chǎn)成本高是制約電弧爐短流程快速發(fā)展的主要原因。目前我國(guó)發(fā)展全廢鋼電弧爐短流程，要考慮以下幾方面的問題：一是保證電弧爐高效化穩(wěn)定生產(chǎn)，解決廢鋼高效分類、智能合理配料及直供問題；二是提高電弧爐煉鋼的智能化水平，解決電弧爐冶煉狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)控制難題；三是提高電弧爐流程生產(chǎn)優(yōu)特鋼的水平，增強(qiáng)企業(yè)的盈利能力；四是注重開發(fā)冶煉過程“近零碳”排放技術(shù)，促進(jìn)電弧爐低碳生產(chǎn)。其他方面還包括：電弧爐短流程煉鋼多污染物協(xié)同控制及低值余熱回收技術(shù)的應(yīng)用、電弧爐煉鋼柔性智能供電及電爐鋼企業(yè)全局供電系統(tǒng)優(yōu)化等。

推進(jìn)低碳高效冶煉的廢鋼智能配料直供技術(shù)體系建設(shè)。

電弧爐生產(chǎn)過程精細(xì)化、智能化、穩(wěn)定化控制水平的提高，對(duì)廢鋼等金屬原料的要求也越來越高。如何選擇合理的爐料配比和鋼鐵料種類，不僅關(guān)系到電弧爐煉鋼過程能否順利進(jìn)行和高效冶煉，還關(guān)系到生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，廢鋼規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化的高效分類、智能合理配料就顯得極為重要。

對(duì)于電弧爐煉鋼企業(yè)來說，冶煉才是其根本任務(wù)。在廢鋼資源供應(yīng)的現(xiàn)狀下，電爐煉鋼企業(yè)為了穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，減少成分波動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，需要進(jìn)行廢鋼的儲(chǔ)存、加工、配料，占用了企業(yè)大量精力，且由于不屬于企業(yè)的中心任務(wù)，相關(guān)技術(shù)發(fā)展滯后，運(yùn)行成本和廢鋼使用成本較高。因此，應(yīng)在電弧爐相對(duì)集中的區(qū)域，由廢鋼鐵再生資源回收企業(yè)建設(shè)大型的廢鋼儲(chǔ)存、加工、配料基地，建立低碳高效冶煉的廢鋼智能配料直供技術(shù)體系。

這一體系通過對(duì)電弧爐冶煉工藝和終端產(chǎn)品的系統(tǒng)診斷和分析，進(jìn)行分鋼種、分工藝精準(zhǔn)配料，解決生產(chǎn)企業(yè)廢鋼資源有限而無法實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣廢鋼合理配合使用和配料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的問題，實(shí)現(xiàn)不同尺寸廢鋼合理搭配的快速熔化，保證電弧爐冶煉順行與操作穩(wěn)定性，提升電弧爐生產(chǎn)效率，在降低廢鋼使用成本的同時(shí)，大幅度降低電弧爐生產(chǎn)成本；通過提供精準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)，減輕電弧爐煉鋼企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)、配料負(fù)擔(dān)，縮短企業(yè)從廢鋼采購(gòu)到生產(chǎn)的周期，降低企業(yè)的財(cái)務(wù)成本。在此基礎(chǔ)上，明確廢鋼等金屬料、鋼種及冶煉工藝等因素帶來的碳排放的變化，建立智能廢鋼配料條件下冶煉碳排放的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，為電弧爐煉鋼企業(yè)降低冶煉過程碳排放，提供科學(xué)數(shù)據(jù)與理論依據(jù)。

建設(shè)低碳高效冶煉的廢鋼智能配料直供技術(shù)體系需要考慮廢鋼的類型、成分、成本、熔化特性和電弧爐冶煉工藝、鋼種要求等多方面因素。根據(jù)廢鋼鐵再生資源回收企業(yè)的廢鋼產(chǎn)品信息，建立包含廢鋼尺寸、成分、重量、熔化特性等不同批次不同特性的廢鋼信息分類管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于廢鋼信息查詢；根據(jù)不同電爐煉鋼企業(yè)冶煉工藝和鋼種要求等生產(chǎn)實(shí)際信息，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)；形成廢鋼加工信息管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)協(xié)同電弧爐煉鋼冶煉工藝和產(chǎn)品的智能配料，實(shí)現(xiàn)廢鋼資源中有害殘余元素的最大化利用和廢鋼低成本的使用。

不久的將來，低碳或無碳DRI（直接還原鐵）將成為重要電爐煉鋼金屬料。廢鋼與低碳或無碳DRI的合理搭配，不僅有利于降低配料中的碳含量，進(jìn)一步降低冶煉過程由于原料中的碳造成的碳排放問題，而且可以解決廢鋼中殘余元素含量和氮含量高的問題。

加快推廣電弧爐智能化冶煉技術(shù)。

電弧爐煉鋼應(yīng)以高效、低耗、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)為目標(biāo)，從核心裝備、控制模型、生產(chǎn)工藝、品質(zhì)控制等方面，實(shí)現(xiàn)包括柔性智能供電的電弧爐煉鋼少人化全流程智能運(yùn)行，降低冶煉電耗，大幅提高電爐生產(chǎn)效率。智能電弧爐煉鋼技術(shù)是通過鋼水目標(biāo)成分控制的冶金模型、計(jì)算冶煉每爐鋼所需的能量及能量輸入方式的熱模型和電弧爐冶煉工序效益最大化模型的耦合，以基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)、在線分析檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為紐帶，構(gòu)建成完整的電弧爐智能煉鋼控制系統(tǒng)架構(gòu)。

近幾年國(guó)外電弧爐煉鋼新爐型和相關(guān)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，我國(guó)與國(guó)外電爐智能化水平的差距日益加大。美國(guó)大河鋼鐵公司借助德國(guó)SMS集團(tuán)最先進(jìn)的特種鋼生產(chǎn)技術(shù)，并融合美國(guó)本土科技公司研發(fā)的AI（人工智能）應(yīng)用技術(shù)，通過對(duì)電爐—精煉—連鑄—軋機(jī)一體化流程智能化控制，不僅大大提高特種鋼的比例和品質(zhì)，還極大地提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了年人均產(chǎn)鋼量接近4000噸/人·年。而我國(guó)電爐煉鋼企業(yè)人均產(chǎn)鋼量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此值。在電弧爐煉鋼智能化技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，我國(guó)一直處于跟跑階段。特別是相當(dāng)一部分國(guó)產(chǎn)電弧爐，沒有應(yīng)用相應(yīng)的控制軟件，導(dǎo)致電弧爐煉鋼設(shè)備和操作低水平運(yùn)行。因此，應(yīng)加強(qiáng)電弧爐智能化檢測(cè)、監(jiān)測(cè)等相關(guān)裝備的研制和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝模型開發(fā)，普及電弧爐煉鋼智能化的應(yīng)用。

促進(jìn)電弧爐煉鋼流程產(chǎn)品的更新與升級(jí)。

轉(zhuǎn)爐和電爐的功能演變基本相近。現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐的功能演變?yōu)榭焖俑咝撎计?、快速升溫器、能量轉(zhuǎn)換器和優(yōu)化脫磷器，現(xiàn)代電爐的功能演變?yōu)閺U鋼快速熔化器、快速升溫器、能量轉(zhuǎn)換器、高效脫碳脫磷器、廢棄塑料等城市垃圾的回收器。只是由于爐型不同，原料成分不同，在脫碳量、脫碳速度和脫磷要求方面有所不同，造成工藝方面的差別。以前傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐主要生產(chǎn)普通鋼，電爐主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特殊鋼。由于爐外精煉的出現(xiàn)，打破了電爐生產(chǎn)特鋼、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)普鋼的局面，轉(zhuǎn)爐配上爐外精煉可生產(chǎn)特殊鋼。電爐取消還原期，大大縮短了冶煉周期，可以與連鑄匹配，生產(chǎn)普通鋼。而轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)優(yōu)特鋼的優(yōu)勢(shì)越來越明顯。

在我國(guó)目前廢鋼緊缺、電價(jià)高的情況下，發(fā)展電爐鋼，必須生產(chǎn)能盈利的電爐鋼產(chǎn)品。除了轉(zhuǎn)爐流程不適合生產(chǎn)的高合金鋼、高溫合金、大型鑄鍛件用鋼外，部分僅能用轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)的產(chǎn)品，電爐流程也應(yīng)能生產(chǎn)，如高附加值的板材（薄板、中板、厚板）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（低碳鋼板材，中、高碳鋼棒材）和低合金鋼（包括使用量很大的螺紋鋼），這也是提高電爐鋼比例后，電弧爐短流程必須發(fā)展的方向。原珠江鋼廠150噸電弧爐短流程生產(chǎn)集裝箱板，給企業(yè)帶來了豐厚的經(jīng)濟(jì)利益，國(guó)外部分高附加值的板材也是通過電爐流程生產(chǎn)的。

充分發(fā)揮電弧爐低碳生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織在《中國(guó)2030年前碳達(dá)峰研究報(bào)告》提出，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰要“以清潔替代轉(zhuǎn)變能源生產(chǎn)方式，以電能替代轉(zhuǎn)變能源使用方式”。鋼鐵綠色低碳生產(chǎn)工藝改造包括電弧爐煉鋼和氫能煉鋼。電弧爐煉鋼是推動(dòng)電能替代的主要途徑，能耗低、排放量低、節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)明顯。綠色氫能是無碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵能源，將氫能應(yīng)用于冶金是冶金行業(yè)低碳綠色化轉(zhuǎn)型的有效途徑，雖然氫冶金短期內(nèi)不具備大范圍推廣的可能性，但是應(yīng)加強(qiáng)其研發(fā)，特別是構(gòu)筑基于氫冶金的“直接還原—電弧爐”短流程新冶金技術(shù)體系，為無涉碳鋼鐵生產(chǎn)提供全新途徑。當(dāng)前，基于氫冶金的“氣基豎爐—電弧爐”短流程是歐洲國(guó)家和美國(guó)、日本等先進(jìn)產(chǎn)鋼國(guó)研發(fā)的熱點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)在氫冶金等碳中和前沿技術(shù)研發(fā)方面尚處于起步階段，工業(yè)化應(yīng)用較多處于空白。應(yīng)研發(fā)氫冶金等低碳關(guān)鍵共性前沿技術(shù)，盡快實(shí)現(xiàn)鋼鐵工藝流程革新和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。就目前而言，電爐煉鋼發(fā)展條件成熟且節(jié)能環(huán)保，應(yīng)研究除電力及原輔料外，實(shí)現(xiàn)電爐冶煉過程“近零碳”排放問題，促進(jìn)電爐以更加低碳的方式生產(chǎn)。

（作者王新江為中國(guó)金屬學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)，李晶為北京科技大學(xué)綠色低碳鋼鐵冶金全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高品質(zhì)鋼研究所所長(zhǎng)）

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