為全面評估我國電爐短流程煉鋼發(fā)展現狀和存在的問(wèn)題，分析發(fā)展趨勢、方向和路徑，中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì )組織行業(yè)力量開(kāi)展了專(zhuān)題研究，并按照“努力將會(huì )員企業(yè)的訴求轉化為行業(yè)專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)，將行業(yè)專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)轉化為政府的政策選項”的要求，為推進(jìn)我國電爐短流程煉鋼綠色低碳和高質(zhì)量發(fā)展提出有關(guān)政策建議。本報告分作上、中、下篇在《中國冶金報》連續刊登，以供讀者參考。其中，中篇主要論述我國電爐短流程煉鋼的技術(shù)裝備情況，分析我國電爐短流程煉鋼的降碳潛力。

　　電爐短流程煉鋼相比傳統高爐—轉爐長(cháng)流程煉鋼，具有設備簡(jiǎn)單、占地小、投資少、建設周期短、原料適應性強、生產(chǎn)組織靈活、冶煉溫度可控等優(yōu)勢，加之廢鋼供應量逐步增加、電爐大型化和超高功率化及冶煉工藝強化，并與不斷發(fā)展完善的爐外精煉、連鑄技術(shù)配套，電爐短流程煉鋼生產(chǎn)效率得到大幅提升，使得電爐煉鋼工藝在更多鋼材品種生產(chǎn)中得到應用。目前，電爐煉鋼常用的典型技術(shù)主要包括高效低成本冶煉技術(shù)、智能化技術(shù)、流程優(yōu)化技術(shù)等。未來(lái)，隨著(zhù)世界范圍內低碳發(fā)展的要求越來(lái)越高，以及我國關(guān)于節能環(huán)保低碳等政策實(shí)施，我國電爐煉鋼將更加注重綠色低碳、高效低成本和智能化升級方面的提升，圍繞產(chǎn)品高端化、工藝綠色化、流程智能化等方面著(zhù)重研發(fā)推廣綠色低碳電爐原料應用、可再生能源大比例滲透電爐流程設計、電爐綠色低成本冶煉、電爐裝備高效智能、電爐生產(chǎn)高品質(zhì)鋼等技術(shù)。

　　02  我國電爐裝備發(fā)展和應用概況

　　2017年以前，我國95%的電爐為傳統的開(kāi)蓋頂加料式電爐。近年來(lái)，國內主要建設和應用的爐型為廢鋼水平連續加料預熱電爐（Consteel電爐），并陸續引進(jìn)建成了Quantum電爐（量子電爐）、Ecoarc電爐（生態(tài)電爐）、Sharc電爐（西馬克豎井電爐）等一些豎井預熱電爐；中冶賽迪、中冶京誠等也設計研發(fā)了CISDI-AUTOARC（廢鋼階梯加料預熱）、CERIS-ARC（廢鋼水平加料+豎井預熱）等新型廢鋼預熱電爐。從實(shí)踐情況看，國內在產(chǎn)的康斯迪水平連續加料等新型電爐的指標已經(jīng)接近或達到世界先進(jìn)水平，尤其在高效生產(chǎn)方面并不遜色于同噸位的轉爐水平。

　　從電爐裝備結構來(lái)看，我國電爐平均爐容僅為68噸，限制類(lèi)裝備占比較高，100噸以下電爐裝備數量占比約為80%，100噸及以上電爐約占全部電爐數量的20%。50噸、70噸、100噸三種爐容電爐數量最多，合計數量約占全國電爐數量的40%。從與國外對比看，據不完全統計，如表1所示，美國110座電爐，平均爐容為113噸；德國18座電爐、韓國34座電爐，平均爐容均為100噸左右；日本59座電爐，平均爐容為84噸；土耳其37座電爐，平均爐容為112噸。同時(shí)，各國均存在一定量的小型電爐，以德國為例，統計18座電爐中有6座小于50噸的電爐，主要應用于特鋼生產(chǎn)。

　　近年來(lái)，受政策導向和行業(yè)低碳轉型發(fā)展需要，我國電爐煉鋼發(fā)展勢頭較快。根據各地產(chǎn)能置換公告，2016年—2022年計劃新建的煉鋼產(chǎn)能中27%為電爐產(chǎn)能，合計1.1億噸左右，截至目前，已有50%左右產(chǎn)能建成投產(chǎn)；用于置換退出的煉鋼產(chǎn)能中17%為電爐產(chǎn)能，合計7500萬(wàn)噸左右，相當于凈增電爐產(chǎn)能3500萬(wàn)噸左右。未來(lái)3年~5年，企業(yè)還將建設電爐產(chǎn)能約5000萬(wàn)噸，平均每座電爐公稱(chēng)容量為98噸，電爐裝備大型化發(fā)展趨勢明顯；分地區看，華北地區產(chǎn)能約為1700萬(wàn)噸，華東地區產(chǎn)能約為1450萬(wàn)噸，西南地區產(chǎn)能約為800萬(wàn)噸。

　　04  電爐裝備主要設備制造商情況

　　目前，國內業(yè)績(jì)較好的電爐裝備制造廠(chǎng)有長(cháng)春電爐、長(cháng)春興海、無(wú)錫東雄、中冶賽迪等，國外有達涅利、特諾恩、普瑞特、西馬克等。從市場(chǎng)份額看，據不完全統計，2017年至今，我國新建和在建的電爐中，進(jìn)口電爐占34%，100噸及以上電爐主要為進(jìn)口電爐?？陀^(guān)來(lái)說(shuō)，目前國內電爐裝備制造企業(yè)在爐型大型化、電爐與輔助設備集成化方面取得了長(cháng)足進(jìn)步，特別是70噸~80噸電爐在冶煉周期、冶煉電耗、電極消耗等各項生產(chǎn)指標數據上達到甚至優(yōu)于進(jìn)口電爐設備水平，但在自動(dòng)化檢測、二級模型自動(dòng)控制方面仍然任重道遠；國內制造企業(yè)在自動(dòng)化裝備及檢測、二級模型智能控制、裝備技術(shù)可靠性等核心技術(shù)的研發(fā)方面，以及在穩定性、作業(yè)率、高端產(chǎn)品冶煉能力等方面與國外大型冶金裝備制造企業(yè)水平仍有一定差距。據調研了解，國外引進(jìn)的電爐設備本體造價(jià)基本在7000萬(wàn)元～8000萬(wàn)元，國產(chǎn)電爐設備為3000萬(wàn)元左右，價(jià)格差距并不懸殊，受品牌認可度等因素影響，大型鋼鐵企業(yè)更傾向于引進(jìn)國外電爐，小型鋼鐵企業(yè)則更多使用國產(chǎn)電爐設備。

　　因此，建議將限制類(lèi)電爐煉鋼裝備的標準由“公稱(chēng)容量30噸以上100噸（合金鋼50噸）以下”修改為“公稱(chēng)容量30噸以上100噸（合金鋼50噸，全廢鋼和直接還原鐵冶煉70噸）以下”。主要有以下三方面理由：一是有利于與煉鋼—連鑄—棒線(xiàn)材軋機等生產(chǎn)流程匹配，也有利于推廣和發(fā)展直接還原鐵+電爐工藝。二是國內電爐制造企業(yè)生產(chǎn)的水平加料電爐與同類(lèi)進(jìn)口裝備比較不分上下，且固定資產(chǎn)投入產(chǎn)出最為經(jīng)濟。三是避免70噸以上電爐因被執行差別電價(jià)而加大生存壓力。同時(shí)，企業(yè)若在政策引導下實(shí)施擴容改造，易變相造成擴能風(fēng)險。

　　與高爐—轉爐長(cháng)流程相比，我國電爐短流程煉鋼噸鋼能耗降低50%，固廢、廢氣、二氧化碳排放量分別減少96%、78%、73%；顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量，比即使完成超低排放改造的長(cháng)流程企業(yè)也分別降低70%、85%、75%以上，具有顯著(zhù)的節能環(huán)保優(yōu)勢。在節能方面，據近期調研，電爐短流程煉鋼平均工序能耗達到54.1千克標準煤/噸鋼，綜合電耗379千瓦時(shí)/噸鋼，能效達到基準水平的產(chǎn)量占89.9%，達到標桿水平的產(chǎn)量占42.6%。隨著(zhù)Consteel電爐應用范圍持續擴大及其他新型電爐推廣，我國電爐企業(yè)節能水平將進(jìn)一步提升。在環(huán)保方面，相比長(cháng)流程而言，電爐短流程實(shí)施超低排放改造點(diǎn)位少、投資低，環(huán)保運行成本更有優(yōu)勢。電爐企業(yè)在治理顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、二噁英排放等方面成效顯著(zhù)，但在治理無(wú)組織排放方面還缺少成熟經(jīng)驗。目前，全國約有60%的電爐短流程企業(yè)正在實(shí)施超低排放改造，其中有4家企業(yè)完成全工序超低排放改造，2家企業(yè)完成部分工序超低排放改造。

　　注：調研企業(yè)樣本數量有限，相關(guān)數據僅供參考。本表中熱兌鐵水電爐的平均鐵水比為63.5%。

　　02  長(cháng)、短流程煉鋼碳排放的對比

　　根據課題組初步測算，2021年我國長(cháng)流程企業(yè)噸鋼碳排放量約為1.8噸（碳排放核算邊界到鋼坯工序），其中約70%以上來(lái)自煉鐵系統；電爐煉鋼企業(yè)噸鋼碳排放量約為0.68噸（碳排放核算邊界同樣到鋼坯工序），53%來(lái)自生鐵、31%來(lái)自電力消耗。在電爐煉鋼企業(yè)中，兌50%鐵水的電爐煉鋼企業(yè)平均噸鋼碳排放量約為1.13噸，約75%以上碳排放來(lái)自鐵水；全廢鋼電爐煉鋼企業(yè)噸鋼碳排放量約為0.36噸，約75%以上碳排放來(lái)自電力消耗；全直接還原鐵電爐冶煉工藝噸鋼碳排放強度約為0.98噸。當前，行業(yè)、企業(yè)和專(zhuān)家等對長(cháng)流程煉鋼和短流程煉鋼使用廢鋼是否同樣降碳，認識不同、角度不同、立場(chǎng)不同，所持觀(guān)點(diǎn)還有一定的分歧。經(jīng)課題組綜合各方意見(jiàn)，得出如下結論：

　?。?）無(wú)論長(cháng)、短流程，使用廢鋼均有利于二氧化碳排放強度降低，對不同鋼種而言，長(cháng)流程工藝在不需要外部熱源情況下通常廢鋼比為10%~20%。廢鋼本身是一種載能資源，無(wú)論長(cháng)、短流程，應用廢鋼均可以有效降低碳排放強度。對不同鋼種而言，一般長(cháng)流程中使用廢鋼比例為10%~20%，若轉爐廢鋼比繼續提高，碳排放強度會(huì )降低，但考慮到鐵水的碳排放，長(cháng)流程碳排放強度仍高于短流程；而且多加廢鋼需要額外熱源進(jìn)行補熱，包括廢鋼預熱、配加補熱劑（碳質(zhì)或硅質(zhì)）等，還會(huì )增加碳排放，另外目前二噁英問(wèn)題在轉爐中沒(méi)有解決的措施。

　　（2）在保證轉爐出鋼量不變的情況下，提高廢鋼比有利于企業(yè)降低碳排放。目前，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，長(cháng)流程企業(yè)為降低單位碳排放量，常采用多“吃”廢鋼的方式，這將減少鐵水用量，由于鋼產(chǎn)量不變，碳排放強度和總量均會(huì )降低，這是目前我國為達到下游用戶(hù)低碳鋼要求普遍采取的措施。近期，國內一些先進(jìn)長(cháng)流程企業(yè)正在積極開(kāi)展轉爐大廢鋼比生產(chǎn)汽車(chē)鋼等低碳鋼。

　　（3）長(cháng)流程工藝在不減少鐵水量情況下提高廢鋼比（超過(guò)20%），碳排放強度會(huì )降低，但碳排放總量會(huì )增加。在保證入爐鐵水量不變的情況下，轉爐大幅度提高廢鋼比，這是鐵水產(chǎn)量不足及鋼材市場(chǎng)形勢好的時(shí)候企業(yè)常采用的模式，事實(shí)上是變相地增加粗鋼產(chǎn)量。在不考慮鐵水自身顯熱和潛熱的情況下，轉爐熔化1噸廢鋼的成本為30元/噸~50元/噸，而電爐需要300元/噸~350元/噸，兩者成本差為300元/噸左右。由此可見(jiàn)，現階段轉爐用廢鋼成本競爭力遠高于電爐，一定程度上制約了短流程的發(fā)展。長(cháng)流程的碳排放主要在鐵、燒、焦等鐵前系統，雖然額外多加廢鋼（超過(guò)20%），長(cháng)流程的碳排放強度降低了，但總的碳排放量在增加。

　　由此得出結論，長(cháng)、短流程使用廢鋼都有利于降低噸鋼碳排放強度。長(cháng)流程的廢鋼比對不同鋼種而言，控制在10%~20%較為合理，若繼續提高廢鋼比，雖然會(huì )降低碳排放強度，但由于長(cháng)流程碳排放主要在鐵前系統，長(cháng)流程碳排放強度和碳排放總量總體大于電爐短流程。因此，鼓勵引導廢鋼資源流向全廢鋼電爐短流程，逐步調整全行業(yè)的鐵素資源結構、產(chǎn)品結構和流程結構，有利于中國鋼鐵工業(yè)在國際低碳競爭中贏(yíng)得主動(dòng)，有利于實(shí)現我國鋼鐵工業(yè)碳中和的總體戰略目標。

　　03  “近零碳排放鋼”發(fā)展情況及趨勢

　　“近零碳排放鋼”是指采用綠色清潔能源冶煉低碳或微碳原輔材料，通過(guò)“非涉碳”冶煉技術(shù)生產(chǎn)鋼坯，從而實(shí)現冶煉過(guò)程近零碳排放。目前，鋼鐵行業(yè)研究形成了系統能效提升、資源循環(huán)利用、流程優(yōu)化創(chuàng )新、冶煉工藝突破、產(chǎn)品迭代升級及捕集封存利用6條低碳發(fā)展技術(shù)路徑。在此基礎上，發(fā)展“近零碳排放鋼”可進(jìn)一步歸納為氫還原冶煉技術(shù)、加大廢鋼使用量和節能降耗等主要路徑。據估算，2022年，全球“近零碳排放鋼”需求量在2000萬(wàn)噸以上，而供給量不到200萬(wàn)噸；2030年需求量將擴大至1億噸左右，約占全球鋼材需求總量的5%。當前，“近零碳排放鋼”冶煉技術(shù)尚處于研發(fā)試驗階段，一些企業(yè)已在研究利用電爐生產(chǎn)汽車(chē)板等高端鋼材產(chǎn)品，但由于政策引導力度不足，各企業(yè)未形成有效合力。發(fā)展“近零碳排放鋼”要做好頂層設計，制定和完善專(zhuān)項規劃和政策體系，建立健全高質(zhì)量的標準體系，加大核心技術(shù)研發(fā)力度，加強創(chuàng )新項目風(fēng)險評估，進(jìn)一步加快推進(jìn)電爐煉鋼的EPD（環(huán)境產(chǎn)品聲明）認證等工作。