北科大教授朱荣谈我国电炉钢技术发展现状和未来方向

“中国钢铁工业协会成立电炉钢分会是我们电炉钢行业的一件幸事，在此提前表示热烈祝贺！”从事电炉钢研究40多年的北京科技大学碳中和研究院教授、绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室主任朱荣，听到钢协即将成立电炉钢分会的消息，在2月19日接受《中国冶金报》记者采访时喜悦之情溢于言表。他认为，电炉钢分会的成立必将对引导和推动我国电炉钢的健康有序高质量发展起到有力的促进作用。

在采访中，朱荣高度肯定了钢协在推动电炉钢研究和发展方面所做出的努力。比如，钢协党委书记、执行会长何文波，副书记兼秘书长姜维等亲自带队到北科大实验室，就电炉钢发展进行调研、交流、探讨和指导；朱荣团队创新提出的近零碳排电弧炉炼钢工艺，被中国钢铁工业协会确定为8项世界前沿重点低碳共性技术之一；等等。

针对《中国冶金报》记者提出的我国电炉钢技术发展现状和趋势话题，朱荣如数家珍、侃侃而谈——

我国电炉钢发展现状及面临的问题

谈到我国电炉钢的发展现状时，朱荣介绍，电炉炼钢长期经济效益不如转炉炼钢，加上废钢资源不足，我国电炉钢总体而言发展相对缓慢。目前，我国电炉钢产能约2亿吨，实际产量更低。据有关统计，2021年，我国电炉钢占比为10.7%，达到近10年峰值；2023年回落至9.7%。目前，我国电炉钢占比在10%左右，远低于美国70%左右、欧洲50%左右、日本30%左右的电炉钢占比，与“十四五”规划的15%占比目标相比也存在一定的差距。

在装备、技术方面，他说，近年来，我国电炉钢技术在低碳冶炼、高效生产和智能控制领域均取得显著突破。在低碳冶炼技术方面，他们团队推出的“风光储一体化”供电模式，结合氢能、生物质燃气作为集速氧枪燃料，探索零碳冶炼路径，已在河钢集团张宣科技和中信泰富特钢靖江基地试点进行工程示范。在高效冶炼技术方面，电炉冶炼周期缩短至30分钟~35分钟，吨钢电耗降至300千瓦时~350千瓦时，电极消耗低于1千克/吨钢。在智能冶炼技术方面，AI（人工智能）算法与大数据技术广泛应用，炉况监控机器人、自动取样系统等设备逐步应用。

不过，他也坦承，总体来讲，国产电炉跟国外电炉是有一定差距的，因为国外电炉的技术装备发展时间长、相对成熟，目前我国电炉装备还是以进口为主。其实，中冶系国内设计院自主研发的新型电炉设计思路也不错，需要从国家层面给予大力支持。尽管我国电炉钢生产技术及装备整体来讲与国外先进电炉相比也有一定的差距，但一些单元技术实现了并跑甚至领跑。比如，电炉底吹技术在国内外率先实现了工程化，供电及氧枪技术成功替代了进口，生产技术指标已达到国际领先水平。

对于我国电炉钢发展缓慢的原因，朱荣认为有以下几个方面：

一是废钢资源问题。我国是发展中国家，目前整个社会废钢蓄积量有限，加上废钢回收体系不够完善，我国废钢年回收量也就在2.5亿吨左右。另外，转炉钢冶炼时也大量添加废钢，每吨钢添加达到200千克左右，甚至更高，与电炉钢争夺废钢资源。这样，完全依靠废钢冶炼的电炉钢发展自然受限。

二是生产成本问题。由于电价相对偏高，为了降低成本，我国电炉钢生产企业一般采用避峰就谷的生产模式，即大多是白天不干、晚上生产。即便如此，我国电炉钢生产成本也高于转炉钢，产能利用率长期在50%左右波动。

三是废钢质量问题。据朱荣介绍，上世纪90年代以前，我国电炉钢曾以生产特钢为主；之后因房地产市场钢材需求旺盛转向生产普钢，大多生产线材、螺纹钢，对废钢质量要求相对不高；“十四五”以来，房地产市场低迷，加上面临巨大的碳减压力，电炉钢又回归到部分生产结构钢和特钢。这就遇到了废钢质量问题。废钢成分复杂、杂质多，全废钢冶炼高品质钢材技术难度大，像高品质汽车板的铜含量要求低于0.08%。以前日本的废钢曾大量出口到我国，主要是铜含量达到0.3%的废钢，有的甚至达到0.6%，废钢中铜元素不好去除。“如何利用全废钢电炉流程生产高品质钢，实现废钢的高质化利用，这是一项世界性难题，也是我们目前要解决的。”朱荣如此强调。

创新提出近零碳排电弧炉炼钢工艺

钢铁工业碳排放占我国总碳排放量的16%左右，是实现“双碳”目标的关键。传统电弧炉炼钢碳排放量尽管只有转炉钢的1/3（全废钢吨钢坯二氧化碳排放在600千克左右），但相对碳中和目标仍较高，需进一步降低碳排放。为此，朱荣带领科研团队经过近10年的研究，创新提出了近零碳排电弧炉炼钢工艺。接着，他从能量来源碳近零、冶炼过程碳近零、原料生产碳近零3个方面详细介绍了如何进行工艺流程创新，实现电炉炼钢全过程近零碳排放。

在能量来源碳近零方面，利用太阳能、风能等不产生碳排放的绿色能源，将其转化为电能，如果将这部分绿色电能高效利用于炼钢过程中，即可从能量来源上达到碳近零的目标。朱荣认为，由风光互补发电系统供能、储能系统进行调节的电弧炉微电网，可以充分利用风光的互补优势，在使用清洁能源的同时，可获得更低的成本，保证电弧炉平稳生产。据测算，风光互补 谷电的平均供电成本为0.2元~0.3元/千瓦时，使得电弧炉生产的能源成本大幅下降，同时实现能量供给碳近零的目标。

在冶炼过程碳近零方面，核心就是非涉碳炼钢冶炼工艺操作，即在不涉碳条件下，完成炼钢的冶金任务，包括熔池脱磷、钢液脱气、泡沫渣形成、辅助能源提高冶金效果等。目前，氢能烧嘴、生物质气烧嘴、无碳发泡剂、全废钢洁净化冶炼技术等部分研究成果已经在生产中得到了实践验证，取得了较好的冶金效果。比如，氢氧集束射流燃烧无二氧化碳排放，火焰稳定性好，助熔效率高；生物质粉剂、二氧化碳气体替代传统碳粉造渣可以减少碳排放，再结合在线能效评价系统，优化全程泡沫渣覆盖效果；采用二氧化碳喷吹控氮技术，脱氮速率可提升至氩的9.6倍，终点氮含量可降至0.0043%；熔池内采用氧气—氧化钙喷吹技术快速降磷，磷含量可降至0.009%，能耗可降低10千瓦时/吨钢；电能高效利用，中空电极喷吹、电弧长度调节等技术提高热效率至85%以上。

在原料生产碳近零方面，电弧炉冶炼需要使用各种主辅原料，在冶炼消耗过程中也会间接产生碳排放。要实现近零碳排放，采用非涉碳原料生产技术是降低原料碳排的关键之一。目前主要有氢基直接还原炼铁、辅料生产绿电化、等离子热风窑炉、降低含碳原料能源消耗等技术。比如，采用氢基直接还原炼铁技术结合光伏制氢等绿氢生产技术，可以在直接还原铁生产流程中达到近零排放的目标；采用等离子热风窑炉 碳捕集技术，煅烧石灰/白云石碳排放减少20%以上；低碳耐火材料：微波干燥、等离子热风煅烧降低生产能耗，材料碳排放减少35%。

朱荣告诉《中国冶金报》记者，他们团队采用近零碳排电炉炼钢新工艺，在新设计的近零碳排5吨中试电弧炉上验证测算，炼钢工序最终极限碳排放可降低到64千克／吨钢。“若2060年中国钢铁产量8亿吨中80%采用该工艺，碳排放可减少至现有水平的10%以内，为全球钢铁业碳中和提供重要的参考路径。”他强调。

我国电炉钢技术未来发展方向

对于“十五五”电炉钢技术的发展方向，朱荣认为重点关注以下几方面技术：

一是要加强废钢快速处理、分选、检测技术研发。朱荣指出，废钢分选与检测是电炉炼钢低碳化的基础。需重点研发AI视觉识别技术，结合激光诱导击穿光谱（LIBS）实现铜等残余元素的精准识别与分级。同时，推广废钢预处理技术，如废钢破碎、磁性分离及氯源去除工艺，可降低二[恶][口]英生成风险并提升铁元素收得率。

二是要加强低碳电炉冶炼技术创新与能效提升。朱荣认为，低碳冶炼技术需多路径突破，比如采用生物质炭粉喷吹技术可降低吨钢碳排放60千克~70千克，氢基还原技术通过氢气替代碳作为还原剂，有望实现吨钢降碳150千克以上。同时，开发二氧化碳底吹强化熔池技术，结合埋入式喷粉实现高效脱磷，可缩短冶炼时间至25分钟/炉。

三是要推动电炉大型化与智能化升级。朱荣主张，推动大型电炉规模化应用，采用数据孪生炼钢技术，实时优化温度、供氧量等参数来提高洁净化水平。智能化改造需突破三大瓶颈：强化终点控制，采用钢液连续测温与光谱分析技术，实现碳含量和温度的精准预测；加强动态调度，基于AI算法协调电炉与连铸工序，缩短等待时间5分钟~8分钟/炉；推进能效管理，集成电—氧匹配优化系统，通过分阶段能效评价降低吨钢电耗至280千瓦时以下。

四是要实现全废钢电炉冶炼高品质钢技术突破。朱荣介绍，中国工程院院士、北科大教授毛新平承担的国家自然科学基金重大项目——“变革性低碳钢铁制造流程理论与技术”，这是基金委近几十年支持设立的钢铁行业唯一重大项目。其中有两个子课题，一个是废钢高质化利用技术，即在原料端，从基于外形、尺寸等的评级和分析，发展到从化学成分的角度进行分类分级，从而实现废钢高质化利用；另一个是洁净化电炉炼钢技术，由朱荣团队承担，即在冶炼端要尽可能剔除氮、硫、铜等典型有害元素，实现洁净化冶炼。

五是要强化源网荷储微电网技术应用。朱荣建议，构建“电炉—储能—可再生能源”耦合系统，比如通过智能负荷管理，将电炉功率调节纳入电网辅助服务，获取调峰补偿收益；强化区域协同，即在废钢资源富集区建设微电网，实现废钢—电力—热能的梯级利用，提升综合能效。

总之，朱荣认为，随着我国废钢蓄积量、产量的增多，采用全废钢电炉冶炼技术实现绿色高效低碳智能生产高品质钢材是我国钢铁行业未来转型发展的必由之路。

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