近日，《中共中央國(guó)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(jiàn)》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(zhǎng)，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(guó)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(hào)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(duì)近年來(lái)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(duì)策。
電爐鋼不僅是我國(guó)鋼鐵行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下半場(chǎng)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(cè)GEM組織的一份年度報(bào)告顯示，2024年初以來(lái)，全球各國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(wèn)題
目前，電爐鋼在綠色化智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中面臨著一系列新的問(wèn)題。
鋼鐵蓄積量不夠充足、廢鋼產(chǎn)出量尚不充分給我國(guó)電爐鋼企業(yè)帶來(lái)了巨大壓力。今年初以來(lái)，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(guó)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jí)。
在資源端，廢鋼有相對(duì)獨(dú)立的行情走勢(shì)。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(duì)“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(duì)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(shì)。這對(duì)電爐鋼企業(yè)利潤(rùn)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(kāi)票”(一般是指特定的交易情況下，由付款方向收款方開(kāi)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(guò)程中仍存在問(wèn)題。
截至8月下旬，在中國(guó)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(wàn)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(guó)際對(duì)電爐主要技術(shù)的研究以設(shè)備供應(yīng)商為主。國(guó)內(nèi)則分為兩個(gè)部分：一是來(lái)自傳統(tǒng)高校和科研院所的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)，包括北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、中國(guó)鋼研等，他們側(cè)重新技術(shù)或與國(guó)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(chéng)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(guó)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(guó)外知名企業(yè)比，自主技術(shù)研發(fā)能力相對(duì)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(kāi)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(shì)能降低煉鋼過(guò)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(shí)別判級(jí)等。國(guó)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(xiàn)。廢鋼智能化判級(jí)主要依靠激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)和圖像識(shí)別技術(shù)，后者通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)和自動(dòng)廢料識(shí)別，配合各類(lèi)算法提高分類(lèi)準(zhǔn)確性。三是能耗和物耗降低。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，近幾年新投產(chǎn)的國(guó)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(duì)單一，效果始終不是太好;能源利用和轉(zhuǎn)換效率不高的問(wèn)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(lái)電爐發(fā)展的趨勢(shì)。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(cè)溫、熔池溫度預(yù)測(cè)、爐壁溫度檢測(cè)、熔池成分預(yù)測(cè)、煙氣成分分析、泡沫渣智能控制、爐渣在線(xiàn)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(duì)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(mén)子具有類(lèi)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(guò)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(kāi)發(fā)綠色低碳高效技術(shù)。“全廢鋼電爐潔凈化冶煉技術(shù)”主要從廢鋼智能分級(jí)識(shí)別、冶煉過(guò)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)力。“非涉碳電爐煉鋼工藝技術(shù)”則從氫能、綠電應(yīng)用等角度出發(fā)，降低電爐冶煉過(guò)程中二氧化碳的排放。第二種是研究綠電對(duì)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(jìng)爭(zhēng)力的綠電來(lái)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(guó)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(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的整體智能模型。國(guó)內(nèi)主流電爐企業(yè)，要與高校、科研院所開(kāi)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(lái)裝備迭代升級(jí)的過(guò)程中，逐步實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)模塊、取樣探測(cè)機(jī)器人、生產(chǎn)過(guò)程模型等的獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)，并逐步集成開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)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(guó)沿海地區(qū)或國(guó)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(jí)直接還原鐵配加廢鋼的冶煉生產(chǎn)工藝制度。
在條件滿(mǎn)足的前提下，有序推動(dòng)“長(zhǎng)改短”。目前，國(guó)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(zhǎng)流程企業(yè)手里。如果沒(méi)有充足的鐵素資源保障，盲目推動(dòng)“長(zhǎng)改短”，企業(yè)很容易面臨“無(wú)米下鍋”的窘境。因此，有條件地推動(dòng)“長(zhǎng)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(duì)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(shì)。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(lái)越高，這一趨勢(shì)是無(wú)法逆轉(zhuǎn)的。從短期來(lái)看，產(chǎn)能分布比較分散，對(duì)于鐵素資源的集中需求量，不會(huì)像我國(guó)這么大。同時(shí)，國(guó)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)模快速發(fā)展。
未來(lái)如果我國(guó)持續(xù)擴(kuò)大電爐鋼產(chǎn)能，需要考慮的緊要問(wèn)題是直接還原鐵的來(lái)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(duì)電爐鋼發(fā)展帶來(lái)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(zhǎng)流程企業(yè)，適宜在產(chǎn)能置換重啟后，結(jié)合下游形勢(shì)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(lái)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(jí)角度出發(fā)，解決生存問(wèn)題。
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