中国钢铁工业协会成立电炉钢分会，这对我们电炉钢行业来说是一件值得高兴的事，在此我提前向其表示热烈的祝贺！北京科技大学碳中和研究院教授朱荣从事电炉钢研究已 40 多年，他是绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室主任，在 2 月 19 日接受《中国冶金报》记者采访时，脸上满是喜悦之情。他认为，电炉钢分会的成立会对我国电炉钢的发展起到促进作用。它能引导电炉钢的发展，能推动电炉钢的发展，能让电炉钢健康有序地发展，能让电炉钢高质量发展。

在采访过程中，朱荣对钢协在推动电炉钢研究与发展方面所付出的努力给予了高度认可。其中，钢协的党委书记、执行会长何文波以及副书记兼秘书长姜维等人亲自带队前往北科大实验室，针对电炉钢的发展展开调研、进行交流、进行探讨以及给予指导。朱荣的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认定为 8 项世界前沿重点低碳共性技术中的一项。

《中国冶金报》记者提出我国电炉钢技术发展现状和趋势的话题，朱荣对此很熟悉，并且能流畅地谈论——

我国电炉钢发展现状及面临的问题

在谈及我国电炉钢的发展现状时，朱荣进行了介绍。他指出，电炉炼钢的长期经济效益比不上转炉炼钢，并且由于废钢资源不足，所以我国电炉钢总体的发展较为缓慢。当下，我国电炉钢的产能大约为 2 亿吨，而实际产量比这还要低。根据相关统计数据，在 2021 年，我国电炉钢的占比为 10.7%，达到了近 10 年来的峰值；到了 2023 年，这一占比又回落至 9.7%。目前，我国电炉钢的占比约为 10%。这一占比远低于美国约 70%的电炉钢占比，也低于欧洲约 50%的电炉钢占比废钢化学成分，还低于日本约 30%的电炉钢占比。并且，与“十四五”规划中 15%的占比目标相比，我国电炉钢占比也存在一定差距。

近年来，在装备和技术方面，我国电炉钢技术在低碳冶炼、高效生产以及智能控制领域都取得了显著的突破。在低碳冶炼技术领域，他们的团队推出了“风光储一体化”的供电模式，并且将氢能、生物质燃气当作集速氧枪的燃料，以此来探索零碳冶炼的路径，目前已经在河钢集团张宣科技和中信泰富特钢靖江基地进行试点并开展工程示范。在高效冶炼技术领域，电炉的冶炼周期被缩短到了 30 分钟至 35 分钟这个范围，吨钢的电耗降低到了 300 千瓦时至 350 千瓦时之间，电极的消耗低于 1 千克每吨钢。在智能冶炼技术方面，AI（人工智能）的算法以及大数据技术得到了广泛的应用，像炉况监控机器人、自动取样系统等设备也在逐步地被应用。

他坦承，总体而言，国产电炉与国外电炉存在一定差距。国外电炉的技术装备发展时间较长且相对成熟，目前我国电炉装备主要以进口为主。实际上，中冶系国内设计院自主研发的新型电炉设计思路是不错的，需要从国家层面给予大力支持。我国电炉钢生产技术及装备整体与国外先进电炉存在一定差距，然而一些单元技术取得了并跑甚至领跑的成绩。例如，电炉底吹技术率先在国内外实现了工程化，供电及氧枪技术成功地替代了进口，其生产技术指标已经达到了国际领先水平。

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：

一是废钢资源方面的问题。我国属于发展中国家，当前整个社会的废钢蓄积量较为有限。并且，废钢回收体系还不够完善，这导致我国每年的废钢回收量大约在 2.5 亿吨左右。此外，在转炉钢进行冶炼时，会大量添加废钢，每吨钢添加的废钢量达到 200 千克左右，甚至更高，这就与电炉钢在争夺废钢资源。如此一来，完全依靠废钢冶炼的电炉钢的发展自然会受到限制。

一是存在生产成本方面的问题。因为电价处于相对较高的水平，为了能够降低成本，我国的电炉钢生产企业通常会采用避开高峰、利用低谷的生产模式，也就是说大多是在白天不进行生产，而在晚上进行生产。即便采取了这样的措施，我国电炉钢的生产成本依然要比转炉钢高，其产能利用率也长期在 50%左右上下波动。

三是关于废钢质量的问题。朱荣介绍说，在上世纪 90 年代之前，我国的电炉钢主要是以生产特钢为主的；在那之后，由于房地产市场对钢材的需求很旺盛，于是就转向生产普通钢材了，并且大多是生产线材和螺纹钢，对于废钢质量的要求相对来说不是很高；“十四五”开始之后，房地产市场变得低迷，再加上面临着巨大的碳减排压力，电炉钢又重新回归到部分生产结构钢和特钢的状态。这样就遇到了废钢质量方面的问题。废钢成分较为复杂且杂质较多，全废钢冶炼高品质钢材存在较大技术难度。例如高品质汽车板对铜含量的要求低于 0.08%。以往日本的废钢曾大量出口至我国，其中主要是铜含量达到 0.3%的废钢，有的甚至达到 0.6%，因为废钢中的铜元素难以去除。利用全废钢电炉流程来生产高品质钢，将废钢进行高质化利用，这是一个世界性难题，并且这也是我们当前需要去解决的事情。朱荣如此强调。

创新提出近零碳排电弧炉炼钢工艺

钢铁工业的碳排放在我国总碳排放量中约占 16%，它对于实现“双碳”目标起着关键作用。传统电弧炉炼钢的碳排放量相比转炉钢仅为其三分之一，然而相对碳中和目标而言仍然较高，所以需要进一步降低碳排放。基于此，朱荣带领科研团队历经近 10 年的研究，创新性地提出了近零碳排电弧炉炼钢工艺。他首先从能量来源方面进行介绍，指出要实现碳近零；接着从冶炼过程方面介绍，表明要做到碳近零；然后从原料生产方面介绍，强调要实现碳近零。通过这 3 个方面，详细阐述了如何进行工艺流程创新，从而实现电炉炼钢全过程近零碳排放。

利用太阳能、风能等不产生碳排放的绿色能源作为能量来源。这些绿色能源可以被转化为电能。如果能将这部分绿色电能高效地运用在炼钢过程里，那么就能够从能量来源方面实现碳近零的目标。朱荣认为，电弧炉微电网由风光互补发电系统供能，并且由储能系统进行调节。这样的微电网能够充分利用风光的互补优势，在使用清洁能源的同时，还可以获得更低的成本，从而保证电弧炉平稳生产。据测算，采用风光互补加上谷电的方式，其平均供电成本为 0.2 元~0.3 元/千瓦时，这使得电弧炉生产的能源成本大幅下降，并且能够同时实现能量供给碳近零的目标。

在冶炼过程中实现碳近零，核心在于非涉碳炼钢冶炼工艺操作。在不涉碳的条件下，要完成炼钢的冶金任务，比如熔池脱磷、钢液脱气、泡沫渣形成以及利用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在生产中进行了实践验证，并且取得了较好的冶金效果。氢氧集束射流燃烧时没有二氧化碳排放，并且火焰稳定性良好，助熔效率较高；生物质粉剂以及二氧化碳气体替代传统碳粉造渣，能够减少碳排放，同时结合在线能效评价系统，可优化全程泡沫渣的覆盖效果；运用二氧化碳喷吹控氮技术，脱氮速率能提升到氩的 9.6 倍，终点氮含量能降到 0.0043%；在熔池中采用氧气—氧化钙喷吹技术来快速降磷，磷含量可降至 0.009%，能耗能降低 10 千瓦时/吨钢；电能能被高效利用，通过中空电极喷吹、电弧长度调节等技术，将热效率提高到 85%以上。

在原料生产碳接近零的领域，电弧炉冶炼需使用各类主辅原料，在冶炼消耗的过程里会间接导致碳排放。要达成近零碳排放的目标，运用非涉碳原料生产技术是降低原料碳排放量的关键要点之一。当下主要存在氢基直接还原炼铁、辅料生产实现绿色电气化、等离子热风窑炉以及降低含碳原料能源消耗等技术。采用氢基直接还原炼铁技术以及光伏制氢等绿氢生产技术，能够在直接还原铁生产流程中实现近零排放的目标；使用等离子热风窑炉并结合碳捕集技术，可使煅烧石灰/白云石的碳排放减少 20%以上；低碳耐火材料方面，通过微波干燥和等离子热风煅烧，能降低生产能耗，使材料碳排放减少 35%。

朱荣向《中国冶金报》记者表示，他们的团队运用了近零碳排电炉炼钢的新工艺。在新设计的 5 吨近零碳排中试电弧炉上进行了验证测算，发现炼钢工序最终的极限碳排放能够降低到 64 千克／吨钢。他还强调，如果在 2060 年，中国 8 亿吨钢铁产量中有 80%采用该工艺，那么碳排放就可以减少到现有水平的 10%以内，从而为全球钢铁业的碳中和提供重要的参考路径。

我国电炉钢技术未来发展方向

朱荣认为对于“十五五”电炉钢技术的发展方向，重点应关注以下几方面技术：

一是要加大废钢快速处理技术的研发力度。朱荣指出，废钢的分选与检测对于电炉炼钢的低碳化至关重要。要着重研发 AI 视觉识别技术，并且将其与激光诱导击穿光谱（LIBS）相结合，以此来实现对铜等残余元素的精准识别与分级。与此同时，要推广废钢预处理技术，像废钢破碎、磁性分离以及氯源去除工艺等，这样能够降低二[恶][口]英的生成风险，同时提升铁元素的收得率。

朱荣认为，二是要加强低碳电炉冶炼技术的创新以及能效的提升。低碳冶炼技术需要通过多路径来实现突破，其中采用生物质炭粉喷吹技术能够降低吨钢的碳排放 60 千克到 70 千克。氢基还原技术通过用氢气替代碳作为还原剂，有希望实现吨钢降碳 150 千克以上。同时，开发出二氧化碳底吹强化熔池的技术，并且将其与埋入式喷粉相结合，这样就能实现高效脱磷，进而可以把冶炼时间缩短到 25 分钟每炉。

三是要推动电炉实现大型化与智能化的升级。朱荣提出，要推动大型电炉进行规模化的应用，运用数据孪生炼钢的技术，通过实时对温度、供氧量等参数进行优化，以提高洁净化的水平。智能化改造要突破三个瓶颈：一是强化终点控制，运用钢液连续测温以及光谱分析技术，从而达成碳含量和温度的精准预测；二是加强动态调度，依据 AI 算法对电炉与连铸工序进行协调，将等待时间缩短 5 分钟到 8 分钟每炉；三是推进能效管理，集成电—氧匹配优化系统，借助分阶段能效评价使吨钢电耗降低至 280 千瓦时以下。

四是要达成全废钢电炉冶炼高品质钢的技术突破。朱荣进行介绍，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”由中国工程院院士、北科大教授毛新平承担，此项目是基金委近几十年在钢铁行业中支持设立的唯一重大项目。其中有两个子课题。一个子课题是废钢高质化利用技术，此技术在原料端，从依据外形、尺寸等进行评级和分析，逐步发展到从化学成分的角度进行分类分级，以此来实现废钢高质化利用。另一个子课题是洁净化电炉炼钢技术，该技术由朱荣团队承担，在冶炼端要尽可能去除氮、硫、铜等典型有害元素，以实现洁净化冶炼。

一是要强化源网荷储微电网技术应用。朱荣提出建议，构建“电炉—储能—可再生能源”这样的耦合系统，例如借助智能负荷管理，把电炉功率的调节纳入电网辅助服务之中，从而获取调峰补偿的收益；二是要强化区域协同，在废钢资源富集的区域建设微电网，以实现废钢、电力、热能的梯级利用，进而提升综合能效。

朱荣认为，我国废钢蓄积量在增多，废钢产量也在增多。在这种情况下废钢化学成分，采用全废钢电炉冶炼技术，能够实现绿色、高效、低碳、智能生产高品质钢材。这是我国钢铁行业未来转型发展的必由之路。