鋼鐵的低碳化是如何煉成的?

來源:投影時代 更新日期:2021-06-04 作者:pjtime資訊組

    據(jù)人民網(wǎng)報道,2021(第十二屆)中國鋼鐵發(fā)展論壇上,有關(guān)人士透露,《鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰及降碳行動方案》已經(jīng)形成修改完善稿,“鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰目標(biāo)初步定為:2025 年前,鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)碳排放達(dá)峰;到 2030年,鋼鐵行業(yè)碳排放量較峰值降低 30%”。(碳達(dá)峰指的是碳排放進(jìn)入平臺期后,進(jìn)入平穩(wěn)下降階段。)

    作為碳排放量大戶,鋼鐵行業(yè)的一系列政策從去年開始就已陸續(xù)出臺。

    2020 年 1 月,工信部發(fā)布《關(guān)于推動鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》,將中國鋼鐵碳達(dá)峰的時間點比國家目標(biāo)向前推進(jìn)了 5 年。而行業(yè)龍頭中國寶武則在此基礎(chǔ)上又將目標(biāo)提前至 2023 年,河鋼集團(tuán)定于 2021 年發(fā)布低碳冶金路線圖、于 2022 年實現(xiàn)碳達(dá)峰,2050 年實現(xiàn)碳中和。2021年2月,《碳排放權(quán)交易管理辦法(試行)》(以下簡稱《管理辦法》)正式施行,標(biāo)志著全國碳市場正式啟動。根據(jù)《管理辦法》規(guī)定,鋼鐵企業(yè)作為“溫室氣體排放重點單位”勢必納入“碳配額”機(jī)制之中。預(yù)計未來隨著“碳配額”機(jī)制的落地,逐年遞減的配額數(shù)量,以及逐漸成熟的碳交易機(jī)制,鋼企將面臨碳排指標(biāo)購買,成本曲線陡峭進(jìn)一步助推行業(yè)優(yōu)勝劣汰,將倒逼鋼鐵企業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級。

鋼鐵的低碳化是如何煉成的?

    降碳行動的出現(xiàn)對鋼鐵行業(yè)來說,是一項艱難考驗還是一次破釜沉舟的機(jī)會

    本文將圍繞以下兩點進(jìn)行闡述:

    1、未來的鋼鐵需求量幾何?

    2、鋼鐵冶煉降碳路徑介紹

    發(fā)展歷程

    因歷史原因,發(fā)達(dá)國家的鋼鐵轉(zhuǎn)型早于國內(nèi),且有兩個關(guān)鍵節(jié)點,第一階段是工業(yè)化、城市化快速發(fā)展階段,第二階段是城市化達(dá)到瓶頸后的轉(zhuǎn)型階段。

    以美國、日本、德國、法國為例,其均在 40、50 年代至 70 年代對鋼鐵的需求量有快速的發(fā)展。

    原因主要有兩點:

    一方面,戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇,各國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,工業(yè)化快速發(fā)展擴(kuò)大鋼鐵需求,鋼鐵工業(yè)成為許多國家重點發(fā)展行業(yè)。另一方面,城市化伴隨工業(yè)化崛起,從而進(jìn)一步催生建筑、基礎(chǔ)設(shè)施等對于鋼材的需求。

鋼鐵的低碳化是如何煉成的?

鋼鐵的低碳化是如何煉成的?

    隨著發(fā)達(dá)國家的城市化率進(jìn)入 70%以上以后,基建、房地產(chǎn)用鋼需求快速下降。鋼鐵需求由螺紋鋼為主,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械設(shè)備、精工制造等高品質(zhì)鋼材需求;而與此同時,經(jīng)過長期的積累,經(jīng)濟(jì)流通環(huán)節(jié)開始產(chǎn)生大量的廢鋼,因此以電爐為代表的的短流程生產(chǎn)得到快速發(fā)展。而短流程生產(chǎn)方式較前者更環(huán)保,下文會重點提到。

    相比以上發(fā)達(dá)國家,我國正處于第一階段向第二階段轉(zhuǎn)型時期。根據(jù)七普數(shù)據(jù),中國2020年城鎮(zhèn)化率是在63.89%,中國城鎮(zhèn)化促進(jìn)會常務(wù)副主席鄭新立表示,再用15年的時間,我們平均每年城市化率提高的幅度保持在1個百分點以上。那么2035年我們常住人口的城市化率能夠達(dá)到70%以上。  

鋼鐵的低碳化是如何煉成的?

    伴隨城鎮(zhèn)化逐步飽和,我國鋼鐵的需求量也將出現(xiàn)下降。此時碳中和相關(guān)政策的出現(xiàn),既是順應(yīng)了鋼鐵行業(yè)的發(fā)展趨勢,又加速了鋼鐵企業(yè)的智慧低碳化轉(zhuǎn)型。加上從鋼鐵生命周期的角度看,鋼鐵自身便是一種低碳材料,因此憑借此次機(jī)會,鋼鐵行業(yè)或可實現(xiàn)技術(shù)突破,進(jìn)行能源革命,轉(zhuǎn)變管理模式,從而進(jìn)一步增強(qiáng)產(chǎn)品及生產(chǎn)模式的低碳競爭力。

    長流程與短流程

    在上文中提到的《鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰及降碳行動方案行動方案》中,對完成降碳指標(biāo)給出了以下五點路徑:

    ①推動綠色布局方面:要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局,嚴(yán)禁新增產(chǎn)能,加大綠色物流,推廣全生命周期綠色產(chǎn)品。

    ②節(jié)能及提升能效路徑:包括推廣先進(jìn)適用節(jié)能低碳技術(shù)、提高余熱余能自發(fā)電率、應(yīng)用數(shù)字化智能化技術(shù)。

    ③優(yōu)化用能及流程結(jié)構(gòu)路徑:包括原燃料結(jié)構(gòu)優(yōu)化、廢鋼資源回收利用、發(fā)展新能源及可再生能源。

    ④構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈路徑:包括區(qū)域能源整合、固廢資源化利用和推動鋼化聯(lián)產(chǎn)。

    ⑤應(yīng)用突破性低碳技術(shù)路徑:包括應(yīng)用氫冶煉技術(shù)等多個方面。

    其中第三條,“優(yōu)化用能及流程結(jié)構(gòu),包括廢鋼資源回收利用”中提到了煉鋼的流程。簡單來說,當(dāng)前煉鋼有兩種典型工藝,當(dāng)前用的比較多的是長流程工藝,大約占比90%。未來,處于降碳需求,短流程工藝占比將會逐步上升。

    長流程煉鋼工藝的源頭從鐵礦石、原煤開始,高爐和轉(zhuǎn)爐是關(guān)鍵的設(shè)備。原煤經(jīng)過洗煤、配煤后高溫干餾,釋放出揮發(fā)成分后得到冶金焦炭;鐵礦石通過研磨磁選成鐵精粉,然后以生石灰為溶劑燒結(jié)成燒結(jié)礦或者加工成球團(tuán)礦。以上原料加入高爐后冶煉得到碳含量4%以上的液態(tài)鐵水。高爐鐵水經(jīng)過氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉配以精煉爐得到合格鋼水。鋼水經(jīng)過澆鑄連續(xù)澆鑄或模鑄成為鋼坯或鋼錠,再經(jīng)過軋制工序最后成為鋼材。

    與長流程相對的是短流程工藝,源頭主要是廢鋼和少量鐵水。廢鋼經(jīng)簡單加工破碎或剪切、打包后裝入電弧爐中(避免廢鋼中有密閉空間引起爆炸),利用石墨電極與廢鋼之間產(chǎn)生電弧所發(fā)生的熱量來熔煉廢鋼,并配以精煉爐完成脫氣、調(diào)成份、調(diào)溫度、去夾雜等功能,得到合格鋼水,后續(xù)軋制工序與長流程基本相同。 

鋼鐵的低碳化是如何煉成的?

    和短流程相比,長流程出鋼時間短,大約二十分鐘,高爐容積大適合大批量生產(chǎn),無需外部能源接入成本較低,問題則是無法冶煉難熔合金原料及高爐容積大,不適合特鋼生產(chǎn),在生產(chǎn)過程中會釋放大量溫室氣體。

    而短流程工藝平均出鋼時間為50分鐘以上,成本上除了電力成本,還受廢鋼的產(chǎn)量的制約。

    但由于短流程工藝本身采用廢鋼進(jìn)行回收再利用,在碳排放量上能大大減少。

    據(jù)申宏萬源研報統(tǒng)計,在各項技術(shù)指標(biāo)不變的前提下,預(yù)計隨著我國廢鋼回收的增加,尤其是產(chǎn)業(yè)鏈專業(yè)化 回購?fù)茝V后,單靠電爐比例的提升便可以完成我國碳排放減少目標(biāo)。到2030 年我國鋼鐵碳 16 排放將較 2020 年下降 29%,到 2060 年下降 87%;灸軌蛲瓿伞疤歼_(dá)峰、碳中和”減排目標(biāo)。

    為什么不立即提高鋼廠短流程煉鋼比例?

    除了成本問題外,當(dāng)前還面臨廢鋼資源不夠的問題。

    中國冶金報數(shù)據(jù)顯示,中國鋼鐵積蓄量盡管已達(dá) 100 億噸左右,但由于尚未到報廢期,因此每年回收廢鋼比例僅約 2%,2019 年中國廢鋼資源量為 2.4 億噸,富寶 147 加鋼廠廢鋼庫存約 400 萬噸。此外,國內(nèi)鋼企生產(chǎn)模式以長流程高爐煉鋼為主,因此廢鋼產(chǎn)出嚴(yán)重不足。

    如何改善這一問題?

    促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚和整合,建設(shè)一體化大型廢鋼鐵加工配送中心或是解決辦法。

    2020 年 7 月,工業(yè)和信息化部印發(fā)《京津冀及周邊地區(qū)工業(yè)資源綜合利用產(chǎn)業(yè)協(xié)同轉(zhuǎn)型提升計劃(2020~2022年)》,其中提到統(tǒng)籌區(qū)域內(nèi)資源配置,發(fā)揮現(xiàn)有產(chǎn)能優(yōu)勢,引導(dǎo)廢舊金屬資源向優(yōu)勢企業(yè)集聚。推進(jìn)鋼鐵企業(yè)短流程煉鋼技術(shù)應(yīng)用,支持一批鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)與廢鋼回收加工企業(yè)合作,建設(shè)一體化大型廢鋼鐵加工配送中心。以精細(xì)拆解、清潔提取、高效富集為導(dǎo)向,以智能化和數(shù)字化管理為手段,在區(qū)域內(nèi)培育一批再生銅、再生鋁高值化利用標(biāo)桿企業(yè)。

    產(chǎn)業(yè)協(xié)同一直是各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個大方向。

    上海寰視網(wǎng)絡(luò)科技有限公司推出的MICS全域可視化云也一直致力于利用各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境幫助企業(yè)實現(xiàn)全地域、全領(lǐng)域、全類型的可視化信息接入,集成連接、調(diào)度、存儲、應(yīng)用等可視化云的必備基礎(chǔ)處理能力與服務(wù)應(yīng)用,構(gòu)建集信息互聯(lián)、統(tǒng)籌管控、高效協(xié)同、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)于一體的可視化信息中心。

    在幫助鋼鐵企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型上也有豐富經(jīng)驗,往期案例:

    “四個一律”冶煉鋼鐵強(qiáng)國之魂 上海寰視助力打造寶武集團(tuán)遠(yuǎn)程智能運(yùn)維中心

    上海寶鋼集團(tuán)可視化生產(chǎn)調(diào)度中心

    每個行業(yè)在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時候,都會進(jìn)行一系列探索,鋼鐵行業(yè)的低碳數(shù)字化轉(zhuǎn)型仍在初期,未來,我們將繼續(xù)關(guān)注鋼鐵企業(yè)低碳化的最新動向。

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