电弧炉发展助力钢铁行业实现“双碳”
2023-12-15 08:21:32   来源： ()　   评论：0 点击：

       电弧炉炼钢是世界上大部分国家主要的炼钢方法之一，其以废钢铁为主要原料，以电能为主要热源，具有流程短、能耗低、碳排放量少等特点。其中，用废钢铁炼1吨钢可节约1.6吨左右的铁精粉，并可节约350千克标准煤，相应减少排放1.6吨二氧化碳、3吨废渣。因此转炉向电弧炉的转变可以达到减少铁矿石依赖和减少碳排放的双重效果，是实现“双碳”目标的重要途径之一。

       电弧炉发展概况

       19世纪80年代便已经存在电弧炉雏形，欧洲在20世纪90年代兴起了电弧炉短流程炼钢发展高潮，电弧炉钢占比一度达到35%，之后总体呈现下降趋势，但是近年来随着“双碳”目标的不断提出，各国又将目光重新移回电弧炉炼钢上，开始将电弧炉短流程炼钢作为发展重点。根据世界钢铁协会数据显示，2022年其全球平均电弧炉钢产量占比为28.2%，美国、印度、韩国、日本、德国等主要产钢国分别为69.0%、54.2%、31.5%、26.7%、19.8%。我国的电弧炉短流程炼钢也是从20世纪90年代开始发展，但是进入21世纪之后便总体呈下降趋势。直至2017年，国家取缔“地条钢”之后，电弧炉得到了快速发展。

　　“十二五”以来，国家有关部委相继印发了《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》、《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》、《“十四五”原材料工业发展规划》、《冶金、建材重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案(2021-2025年)》、《“十四五”工业绿色发展规划》、《钢铁行业稳增长工作方案》等文件，积极引导电弧炉短流程炼钢有序发展。据不完全统计，截至2023年6月底，已有26个省份相继发布了碳达峰实施方案，均普遍支持和鼓励发展电弧炉炼钢，提高短流程产量占比，以此作为重要抓手推进节能降碳工作。

       电弧炉与转炉的碳排放对比

       高炉-转炉长流程炼钢的主要原料为铁水，按当前冶炼水平，废钢比在13%左右，随着废钢比的不断提升，理论的吨钢碳排放也将不断降低，但转炉废钢不能无限制增加，宜控制在20%左右，最大应控制在40%以内。对于电弧炉冶炼来说，主要原料输入为废钢，废钢比调节范围较宽，铁水兑水量不宜超过85%，废钢比越高，吨钢能耗和吨钢碳排放均持续降低。

       根据《钢铁企业节能设计标准》(GB/T50632-2019)和陈剑《长短流程能耗和碳排放对比分析》一文中对高炉-转炉长流程以及电弧炉短流程吨钢碳排放情况的计算可以发现：(1)当废钢比大于50%的时候，短流程的吨钢碳排放明显少于长流程，而且随着废钢比的不断增加，碳排放减少的幅度也不断增加。(2)当废钢比小于50%的时候，短流程炼钢产生的碳排放要比长流程炼钢多，而且当废钢比持续下降，短流程碳排放的增加幅度要显著强于长流程。因此，若想通过电弧炉来降低吨钢碳排放，需要提高废钢的使用占比。

       电弧炉的未来

       在《“碳”索大宗之钢铁(一)：钢铁行业降碳路径选择》中提到，到2030年我国全废钢短流程炼钢占比达到30%，到2050年达到70%，之后随着我国钢铁总产量的下降使得废钢资源有所减少，因此到2060年时，短流程炼钢占比约为60%。

       目前我国电弧炉短流程炼钢的低碳化发展仍然面临一定的问题：1、废钢的回收和供应相对较少，无法为大规模全废钢电弧炉炼钢提供充分的原料保证。2、电弧炉炼钢中的主要能源来自电，如果想要实现低碳排放的冶金，那么使用电力产生的碳排放也应该处于一个较低的水平，因此使用的电力应为绿电。但是目前我国绿电的成本相对较高，会使得钢企的炼钢成本有所增加。3、目前国内电弧炉制造装备水平不高，而且相关配套设施的可行性和经济性也限制了国产大型电炉的应用。

       未来，电弧炉短流程炼钢是钢铁行业实现节能减排、完成低碳转型的重要路径，而且随着有关产业的快速发展，也将带动电弧炉炼钢的快速发展。