绿色低碳发展目前已经成为全球战略竞争制高点。与以铁矿石为原料的高炉-转炉长流程相比，以废钢为原料的电炉短流程可显著降低能源消耗和二氧化碳排放，因此，合理高效地回收利用废钢资源，发展电炉短流程炼钢，是助力我国钢铁行业绿色低碳转型的重要路径。为此，《世界金属导报》联合达涅利冶金设备（中国）有限公司推出“废钢利用与电炉短流程炼钢发展”专题，共同探讨我国废钢资源供给与需求、电炉短流程钢厂时空布局、废钢助力短电炉流程发展路径、政策建议等话题。
钢铁工业是国民经济的重要基础产业，同时也是能源消耗和碳排放的重点领域。在“双碳”目标背景下，推动钢铁工业的绿色低碳转型已成为国家重大战略需求。长期以来，高炉-转炉长流程在我国钢铁生产中占据绝对主导地位，而以废钢为主要原料的电炉短流程则发展缓慢，比例显著低于世界平均水平。这种结构不仅导致了对进口铁矿石的高度依赖，也带来了巨大的环境负荷。发展全废钢电炉流程，不仅是破解资源环境约束、保障产业链安全的必然选择，也是钢铁工业实现脱碳化、智能化发展的关键路径。本文旨在分析我国电炉流程发展面临的挑战，阐述其战略意义，并探讨未来可行的发展模式与路径，为中国钢铁工业的高质量发展提供参考。
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我国电炉流程发展面临的主要挑战
1）电炉钢生产成本较高
电炉炼钢生产成本主要受废钢、电力、电极等价格波动的影响，当前我国电炉炼钢的平均生产成本较转炉炼钢成本高400-600元/吨，当废钢价格低于铁水成本300-500元/吨时，电炉炼钢生产成本才能低于转炉炼钢。
2）电炉钢比例偏低
近20年间，我国电炉钢比例均在10%上下波动，相较于目前世界平均水平25%左右、美国60%以上、欧洲40%左右、韩国30%左右、日本20%左右的电炉钢比例而言，差距显著。究其原因在于：粗钢产量过大，粗钢产量的增速远高于电炉钢的增速。
3）废钢资源流向不合理
近年来，虽然我国废钢资源量逐年升高，但由于粗钢产量基数巨大，导致钢铁行业废钢比（约20%）处于较低水平，与世界主要产钢国40%-70%的废钢比存有一定差距。此外，钢铁行业可用废钢资源大部分流向了高炉-转炉长流程，长流程废钢消耗量约占钢铁工业废钢消耗量总量的70%，而短流程仅占约30%，这就使得电炉流程所需的废钢资源无法保证供给，进一步限制了电炉流程的发展。
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我国发展全废钢电炉流程的
战略意义和价值
1）铁素资源保障
随着我国钢铁蓄积量和废钢资源量的增加，未来我国废钢资源短缺的局面将彻底改变。初步估算，预计2030年我国废钢资源量有望超过3亿吨，2035年突破4亿吨，2045年有望达到5亿吨，随后会有小幅波动，但总体上仍将保持在5亿吨/年以上；届时国内废钢资源与自产铁矿石基本能满足粗钢生产需求，大大降低铁矿石对外依存度。为保证废钢资源的稳定产出和合理利用，国家及行业还需在顶层设计上出台相应政策。
2）钢铁工业脱碳化发展
钢铁工业脱碳化发展的策略主要有：提高能源使用效率；提高全废钢电炉流程的比例；转向清洁能源的利用；变革工艺流程，直接减少碳排放；提高下游钢铁产品的使用效率；降低钢材消费需求；钢厂与其他行业形成产业生态链；碳捕集、利用与封存（CCSU）。分析表明，有策略地推进并提高全废钢电炉流程的比例是当前最易实现的钢铁工业脱碳化发展的途径。此外，钢铁行业已经纳入碳交易市场，未来有可能还是碳税开征的主要目标和核心参与者，碳排放权交易市场的建设和合理的碳税制度在增加钢铁行业碳排放成本的同时也将促进全废钢电炉流程的发展。
3）钢厂与城市的和谐共生
为满足用户用电高峰需求，供电厂必须按高峰时段设计生产规模，导致部分设备在夜间低谷期闲置或降负荷运行。近年来，非化石能源发电快速增长，火电机组负荷波动频繁，利用小时数逐年下降。深度调峰降低了电力系统效率，使发电煤耗和成本上升。据估算，火电机组负荷率为80%时，比100%负荷率时供电煤耗增加2-7g/kWh。为此，应实施峰谷分时电价，发挥电价杠杆作用，引导用户“削峰填谷”，提高低谷时段用电量。对高炉-转炉长流程钢厂而言，由于生产连续、不能中断，通过高峰期减产或停产会降低效率、得不偿失。其“削峰填谷”主要依靠高峰期多用副产煤气自发电、低谷期多用电网电，但受煤气柜容量限制，降本效果有限。而全废钢电炉短流程企业则以电力为主要能源，操作灵活，可充分利用低谷电价，避开高峰时段运行，从而显著降低用电成本。
4）钢厂智能化突破口
钢厂智能化的核心是建立一个信息物理融合系统（CPS），全废钢电炉流程有望成为实现钢厂智能化的突破口。在物理系统一侧，电炉-精炼-连铸-轧钢“四位一体”的全废钢电炉流程是比较容易实现全流程的动态-有序、协同-连续运行，可以通过采取工程设计动态优化、流程中某些工序/装置的优化或改进、“界面”技术优化等措施，从而推动物质流网络、能量流网络的协同优化，进而为智能化钢厂打好“物理”基础，并使物理系统的架构有利于信息流的导入与贯通；而在信息系统一侧，全废钢电炉流程消耗的能源主要是电力，较易实现信息调控，可以通过制造流程中关键信息要素的实时检测感知，构建工业互联网平台，完善不同层次（PCS、MES、EMS，直至ERP）、不同过程（例如废钢料场系统、炼钢系统、轧钢系统、钢材库系统）的信息流网络结构和模型，打通物理系统与生产管控系统之间的信息流，使物质流、能量流、信息流“三流”关联、协同起来。
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我国电炉流程的发展路径探讨
1）“两链一流”系统为核心的“城市钢厂”
根据我国废钢资源布局的强地区性以及电炉流程的生产特点，借鉴美国电炉钢发展的经验，以“两链一流”系统为核心的“城市钢厂”是最适合我国电炉流程发展的模式：
供应链：原料来自城市废钢、能源充分利用夜间电网弃电或清洁能源发电。
服务链：产品为相邻相依城市产业服务，为城市消纳废弃物、中水等，服务-物流半径150公里左右。
全废钢电炉生产流程：以1-2条电炉短流程生产作业线为主，以全废钢为原料，以建筑用螺纹钢、线材为主要产品。规模50万吨/年-200万吨/年，最高300万吨/年。
2）电炉流程三类发展模式
长远来看，电炉流程的发展将形成三类主要的发展模式：
1）全废钢电炉流程替代中小高炉-转炉流程，生产螺纹钢等长材；2）返回法与近终型制造技术结合，生产优特钢、不锈钢、硅钢、热轧薄板带、超薄带产品等；3）氢还原-电炉流程生产高新技术产业等所需的特殊钢材。
3）我国电炉流程发展趋势判断
在“双碳”背景下，未来钢铁行业将逐步形成三类典型的钢铁制造流程：1）大型高炉-转炉-高档薄板、厚板、中厚板流程：高炉-转炉长流程是必然要逐渐减产的，但也仍然会在流程结构中占一定的比例，它将逐步过渡到以生产扁平材产品为主，特别是生产高档薄板、厚板、中厚板等高端板材的大批量产品，主要布局在沿海深水港地区和大型矿山附近。2）废钢-绿电-电炉-长材（城市周边钢厂）流程：全废钢电炉流程将从建筑用长材的生产流程变革做起逐步替代以中、小高炉-转炉流程生产螺纹钢、线材等大宗产品，布局在城市周边，是以两链一流（供应链、服务链、生产制造流程）系统为核心的“城市钢厂”。3）氢还原-电炉-薄板、中厚板、无缝管、特钢流程（氢气来源包括灰氢、绿氢等），尚处于积极探索和开发阶段，要分阶段针对其经济性、生产的品种的市场适应性等进行综合分析、合理选择、谨慎投资，不宜一哄而上。
综合考虑未来粗钢产量、三类流程废钢比等因素，构建了流程结构测算模型，测算结果如表1所示。可见，我国全废钢电炉流程占比2035年可提升至27.7%左右；2045年，有望达到56.1%，并超过高炉-转炉长流程占比，成为钢铁行业主要的生产流程。
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结论
1）发展电炉流程对钢铁工业铁素资源战略保障、落实国家“双碳”战略、城市共生、智能化升级等方面都具有重要战略意义和价值。
2）考虑到当前我国多数高炉及其配套生产设备均未达到服役寿命，因此在推进电炉流程的发展过程中，要循序渐进，以全废钢电炉流程生产螺纹钢、线材为切入口，逐步替代中小型高炉；同时，应根据钢铁产品需求，逐步形成全废钢-电炉、氢还原-电炉、电炉-近终形制造等三大类发展模式。
3）虽然三大流程的发展比例会不断演变，但在废钢资源不断增长的条件下，电炉流程发展（包括DRI-EAF流程在内）这条路径毫无疑问是正确的，要始终坚持战略思维，根据钢铁行业发展的阶段性特征多角度、动态性、持续性地关注废钢产业和发展废钢-电炉流程相关的战略研究（特别是要重视废钢的精细化分级分类以及在此基础上的品种开发、成本控制研究），不断深入思考、调整认识，使它符合发展战略目标和中国钢铁工业的实际，真正推动钢铁行业高质量发展，适应“双碳”发展方向，符合国家战略的整体部署。
