短流程煉鋼，節能降碳潛力大

江西省新鋼集團電弧爐節能環(huán)保升級異地改造項目車(chē)間。

趙春亮攝

鋼鐵業(yè)是支撐國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，也是制造業(yè)門(mén)類(lèi)中碳排放量較大的工業(yè)部門(mén)，其綠色低碳轉型意義重大。

今年，國家發(fā)展改革委等部門(mén)出臺《鋼鐵行業(yè)節能降碳專(zhuān)項行動(dòng)計劃》，將“提升短流程電爐煉鋼比重”作為推動(dòng)鋼鐵業(yè)綠色低碳發(fā)展的一項重要舉措，提出“到2025年底，廢鋼利用量達到3億噸，電爐鋼產(chǎn)量占粗鋼總產(chǎn)量比例力爭提升至15%”。

什么是短流程電爐煉鋼?在鋼鐵業(yè)，冶煉工藝主要有兩種，一種是以鐵礦石為主要原料的“高爐—轉爐”長(cháng)流程煉鋼，俗稱(chēng)轉爐鋼，另一種是以廢鋼為主要原料的短流程電爐煉鋼，俗稱(chēng)電爐鋼。和長(cháng)流程煉鋼不同，短流程電爐煉鋼的主要原料是廢鋼，工序上則省去了焦化、燒結、高爐煉鐵等污染、能耗和碳排放相對較高的環(huán)節。

發(fā)展短流程電爐煉鋼的意義何在?下一步將如何推進(jìn)?記者進(jìn)行了采訪(fǎng)。

采用短流程電爐煉鋼冶煉工藝，降碳減排效果顯著(zhù)

廢鋼破碎、機器轟鳴，走進(jìn)河鋼集團石鋼公司廢鋼加工車(chē)間，2臺大型龍門(mén)剪和1臺大功率破碎機正對條狀、板狀廢鋼進(jìn)行剪切和破碎處理。

在電爐車(chē)間，兩座雙豎井廢鋼預熱直流電弧爐很是顯眼。廢鋼經(jīng)過(guò)分揀和處理后，會(huì )被送至配料間、裝入料籃，再送至電爐頂部進(jìn)行預熱，后通過(guò)電爐熔化成鋼水。這款電爐采用了獨特的廢料預熱方法，可利用生產(chǎn)余熱將廢鋼溫度提升到600至800攝氏度，從而縮短廢鋼熔化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。隨后，鋼水順著(zhù)出鋼口流入鋼包中，送往精煉車(chē)間進(jìn)行精煉和真空處理，之后完成連鑄。“這些工序，和長(cháng)流程煉鋼區別不大。”石鋼公司煉鋼廠(chǎng)廠(chǎng)長(cháng)助理楊韋華說(shuō)。

“綠色低碳發(fā)展是鋼鐵生產(chǎn)的新要求、新趨勢。”石鋼公司發(fā)展建設部副部長(cháng)楊卓告訴記者，2018年，新廠(chǎng)區啟動(dòng)建設時(shí)，就舍棄了老廠(chǎng)區的長(cháng)流程，堅定選擇了短流程。

“礦石、焦煤、焦炭、球團，曾經(jīng)鋼鐵生產(chǎn)所必需的原材料，如今已從采購清單中消失，使用的原料變成了各類(lèi)廢鋼，工作環(huán)境也更清潔了。”楊卓表示。經(jīng)初步測算，相比老廠(chǎng)區，新廠(chǎng)區噸鋼綜合能耗降低62%，噸鋼水耗降低46%，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物減少75%。

此外，短流程電爐煉鋼還有生產(chǎn)組織靈活、原料適應性強的優(yōu)點(diǎn)。“長(cháng)流程煉鋼，工序一環(huán)連著(zhù)一環(huán)，化學(xué)反應復雜。即便市場(chǎng)有波動(dòng)、需要靈活調整產(chǎn)量，也不能輕易停掉高爐，否則重新啟動(dòng)需要大量成本。短流程工藝沒(méi)有高爐煉鐵環(huán)節，就避免了這些問(wèn)題，生產(chǎn)組織更加緊湊高效。”楊韋華表示，短流程工藝還能靈活適應不同種類(lèi)的廢鋼原料，將其轉化為鋼鐵產(chǎn)品。

當前，我國“高爐—轉爐”長(cháng)流程煉鋼在粗鋼總產(chǎn)量中的占比為90%左右。據中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì )(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中鋼協(xié)”)課題組初步測算，2021年我國長(cháng)流程鋼鐵企業(yè)噸鋼碳排放約為1.8噸，其中70%以上來(lái)自鐵前工序，而省去了鐵前工序的全廢鋼電爐煉鋼企業(yè)噸鋼碳排放約為0.36噸，降碳效果顯著(zhù)。

“純廢鋼短流程電爐煉鋼比‘高爐—轉爐’長(cháng)流程煉鋼每噸碳排放低1.5噸左右，是鋼鐵行業(yè)降低二氧化碳排放最有效的途徑。未來(lái)，鋼鐵行業(yè)降碳的主要路徑之一就是要發(fā)展電爐短流程煉鋼。”中鋼協(xié)相關(guān)負責同志認為，推動(dòng)鋼鐵業(yè)節能降碳，“高爐—轉爐”和電爐在上、下半場(chǎng)的角色和降碳貢獻不同，“‘上半場(chǎng)’碳排放總量降低要靠長(cháng)流程，‘下半場(chǎng)’實(shí)現碳中和還得靠短流程。”

政策有力支撐，行業(yè)快速發(fā)展，電爐鋼比例有望逐步提升

四川達州市宣漢縣一處廢鋼回收加工基地內，掛車(chē)往來(lái)穿梭，車(chē)里裝載著(zhù)來(lái)自周邊市縣的汽車(chē)報廢件、廢棄冰箱外殼等廢鋼。在這里，一天約有3000噸廢鋼經(jīng)處理后，被運至附近的航達鋼鐵煉鋼廠(chǎng)。“廢鋼是短流程煉鋼的主要原料，約占公司煉鋼成本的80%。”四川德潤鋼鐵集團航達鋼鐵煉鋼廠(chǎng)廠(chǎng)長(cháng)劉曙光表示。

電爐煉鋼具有投資少、建設周期短、生產(chǎn)組織靈活、節能降碳效果明顯等優(yōu)勢。那么，相較長(cháng)流程煉鋼，短流程煉鋼經(jīng)濟性如何呢?劉曙光給記者算了一筆賬——

先看長(cháng)流程。近段時(shí)間，1噸鐵礦石的價(jià)格在1000元以?xún)?，鐵礦石經(jīng)高爐煉鐵等工序熔化成鐵水，每噸成本為2000多元。

再看短流程。目前，1噸廢鋼的收購價(jià)為2000多元，和長(cháng)流程煉鋼的鐵水成本差不多。不過(guò)，鐵水是熱態(tài)，可直接用于煉鋼，不需要添加其他熱源，而廢鋼是冷態(tài)，需依靠電極產(chǎn)生高溫將其熔化，才能用來(lái)煉鋼。換句話(huà)說(shuō)，短流程多出了一部分用電成本。

“算下來(lái)，在人工等其他費用差不多的情況下，每噸廢鋼價(jià)格要比鐵水成本低300元以上，電爐煉鋼才能有一定競爭力。”劉曙光說(shuō)。

為降低用電成本，不少電爐鋼企業(yè)會(huì )根據峰谷電價(jià)時(shí)段制定生產(chǎn)計劃，合理錯峰生產(chǎn)。在航達鋼鐵，電爐的運行時(shí)間為21時(shí)至次日15時(shí)，覆蓋了23時(shí)至次日7時(shí)的低谷時(shí)段，避開(kāi)了15時(shí)至21時(shí)的高峰時(shí)段，噸鋼可節省成本五六十元。

盡管經(jīng)濟性有待提升，但不少受訪(fǎng)企業(yè)認為，長(cháng)遠看，電爐短流程煉鋼的市場(chǎng)競爭力將逐步提升。“隨著(zhù)新型工業(yè)化、新型城鎮化持續推進(jìn)，廢鋼保有量將持續增加，短流程煉鋼的原料成本會(huì )逐步降低，與長(cháng)流程煉鋼的差距會(huì )逐步縮小。在國際市場(chǎng)上，已有不少客戶(hù)提出采購‘零碳鋼’或‘低碳排放鋼’，更加綠色低碳的電爐鋼也比轉爐鋼更受歡迎。”楊卓說(shuō)。

中鋼協(xié)相關(guān)研究報告認為，未來(lái)我國電爐煉鋼在布局上將向廢鋼資源豐富、鐵礦石資源相對緊缺、有綠電優(yōu)勢的區域集中，在產(chǎn)品方面將向3個(gè)方向發(fā)展：一是城市周邊電爐廠(chǎng)以建筑鋼材生產(chǎn)為主，二是圍繞裝備制造生產(chǎn)特殊鋼和高合金鋼產(chǎn)品，三是大容積電爐生產(chǎn)“近零碳”汽車(chē)板等高檔板材。

有利于發(fā)展電爐鋼的好消息正逐步增多。中鋼協(xié)相關(guān)負責同志認為，未來(lái)，隨著(zhù)新能源行業(yè)快速發(fā)展、各地差別化電價(jià)政策不斷完善、綠電資源越發(fā)豐富，電爐煉鋼的用電成本將持續降低;有關(guān)部門(mén)在產(chǎn)能置換、環(huán)保、土地等方面對低碳發(fā)展的政策支撐逐步完善，碳排放約束日趨增強，短流程電爐冶煉技術(shù)進(jìn)步等，也將助力電爐鋼得到更大發(fā)展。

推動(dòng)技術(shù)科學(xué)化、發(fā)展有序化、政策綠色化、競爭公平化

據世界鋼鐵協(xié)會(huì )數據，2023年全球電爐鋼占粗鋼產(chǎn)量的比重約為28.6%。相較之下，我國發(fā)展電爐短流程煉鋼還有不小空間。

近年來(lái)，一些地方已作出積極探索。比如四川省，近年來(lái)立足水電等清潔能源豐富的優(yōu)勢，加快推動(dòng)電爐煉鋼轉型升級。2023年，四川短流程電爐煉鋼規模達1300萬(wàn)噸，電爐鋼產(chǎn)量占比約40%。據中鋼協(xié)統計，近年來(lái)各地計劃新建的煉鋼產(chǎn)能中27%為電爐，合計1.1億噸左右，預計2035年我國電爐鋼產(chǎn)量比例將達到30%。

下一步，如何科學(xué)有序發(fā)展短流程電爐煉鋼?受訪(fǎng)專(zhuān)家和企業(yè)提出一些建議。

——提升廢鋼資源供給能力。“國內的廢鋼資源供應偏緊，回收、加工和配送體系還不夠完善，成本相對偏高。”楊卓認為，應建立廢鋼保供穩價(jià)機制，為穩質(zhì)量、降成本創(chuàng )造有利條件。“目前，四川省已擁有廢鋼準入企業(yè)19家，廢鋼加工能力超1200萬(wàn)噸，產(chǎn)業(yè)規模已基本匹配全省電爐鋼產(chǎn)能。”四川省經(jīng)濟和信息化廳材料工業(yè)處處長(cháng)卿家勝表示，將積極推進(jìn)廢鋼回收加工配送產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)廢鋼資源向優(yōu)勢企業(yè)聚集。據了解，相關(guān)部門(mén)正制定政策措施，促進(jìn)廢鋼產(chǎn)出和市場(chǎng)規范化。

——加強電力資源保障。專(zhuān)家表示，電費在電爐鋼加工成本中占比較大，應鼓勵短流程電爐企業(yè)因地制宜建設工業(yè)綠色微電網(wǎng)，加大可再生能源建設以及電力資源保障，鼓勵企業(yè)根據峰谷電價(jià)時(shí)段科學(xué)制定生產(chǎn)計劃，合理錯峰生產(chǎn)，降低用電成本。

——提升電爐裝備制造水平。近年來(lái)，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等方面取得長(cháng)足進(jìn)步，但在自動(dòng)化裝備及檢測等方面仍有短板要補。專(zhuān)家認為，要推動(dòng)電爐裝備制造企業(yè)聯(lián)合上下游企業(yè)，加快大型高效電爐裝備技術(shù)研發(fā)，積極開(kāi)發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的新型電爐。

中鋼協(xié)副會(huì )長(cháng)駱鐵軍表示，發(fā)展電爐煉鋼要把握好4個(gè)原則：一是技術(shù)科學(xué)化，電爐建設既要引進(jìn)國外先進(jìn)爐型，也要用好國產(chǎn)先進(jìn)爐型，充分考慮電爐的爐機匹配，不“貪大求洋”;二是發(fā)展有序化，控制好節奏，充分考慮原料保障，有序把長(cháng)流程轉為短流程;三是政策綠色化，加快推進(jìn)碳排放考核體系在鋼鐵行業(yè)的實(shí)施，列入規范企業(yè)的全廢鋼電爐生產(chǎn)企業(yè)不再納入“兩高”項目管理;四是競爭公平化，嚴格控制沒(méi)有進(jìn)行產(chǎn)能置換新建電爐，確保電爐建設的公平公正。