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钢铁行业下一个风口：废钢和电炉炼钢2017年05月31日14:28 长江
有色金属网
目前，世界钢铁制造普遍采用的炼钢方式主要有转炉炼钢和电炉炼钢两种。相比转炉炼钢，电炉炼钢具有工序短、投资省、建设快、节能减排效果突出等优势。据测算，炼钢使用1吨废钢，可以减少1.7吨精矿的消耗，比使用生铁节省60%能源、40%新水，可减少排放废气86%、废水76%、废渣72%、固体排放物(含矿山部分的废石和尾矿)97%。
因此，世界各国普遍比较重视发展以废钢为主原料的电炉短流程炼钢生产工艺。2015年世界电炉钢产量比例为25.1%;同期，美国电炉钢比例为62.7%，欧洲电炉钢比例为39.4%，韩国电炉钢比例为30.4%，日本电炉钢比例为22.9%，而我国电炉钢比例仅为6.1%。相比世界其他地区，我国发展电炉钢任重道远，尚须探索更加合适的路径。
我国电炉钢生产现状
电炉钢产量。根据世界钢协统计数据，2015年，我国电炉钢产量约为4903万吨，占粗钢产量的比例为6.1%。“十二五”期间，我国电炉钢比例在10%以下低位波动，与世界平均30%左右的电炉钢比例相比，还有较大差距。2015年电炉钢产量比例为6.1%，比2005年低5.6%，比1993年电炉钢比例历史最高点23.2%低17.1%，下降幅度十分明显。
2005年~2015年我国电炉钢产量和所占比例情况如图1所示。由图1可知，2000年以后，随着我国粗钢产量的迅猛增长，电炉钢产量比例一直呈现下降趋势。尤其是“十二五”期间，纳入统计的电炉钢产量不仅没有增长，反而小幅下降。
电炉钢装备和能力
我国电炉钢装备大型化和现代化成果显著。根据工业和信息化部相关信息整理，截至2015年底，全国符合规范条件钢铁企业共有电炉188座，生产能力为11400万吨。其中，100吨及以上电炉生产能力为3510万吨，占电炉炼钢总能力的30.8%;75吨～99吨电炉生产能力为2940万吨，占25.8%;60吨～74吨电炉生产能力为2450万吨，占21.5%;60吨以下电炉生产能力为2500万吨，占电炉炼钢总能力的21.9%。2015年电炉分吨位生产能力及所占比例分别如图2和图3所示。
根据中国钢铁工业协会装备等级划分标准，100吨及以上电炉为领先水平，75吨～99吨电炉为先进水平，60吨～74吨电炉为一般水平，60吨以下电炉为落后水平。由图3可见，我国100吨及以上领先水平电炉产能占电炉炼钢总产能的30.8%，占比最高;75吨及以上先进水平电炉产能占电炉炼钢总产能的56.6%，这说明我国电炉装备大型化工作取得了明显效果。但是，电炉炼钢还有21.9%的落后产能不容忽视，未来我国电炉装备还有较大提升空间。
电炉生产指标
1.金属料消耗
电炉的金属料消耗主要包括钢铁料和合金消耗。近10年来，我国大中型钢铁企业金属料消耗保持在1130千克/吨左右，但其消费结构变化明显。其中，电炉钢铁料消耗量整体呈现大幅下降趋势，2015年我国大中型钢铁企业钢铁料消耗量为974千克/吨，比2005年的1095千克/吨降低121千克/吨，下降11%;但是，合金消耗量却从2005年的32千克/吨上涨到156千克/吨，上升487.5%。这与电炉炼钢生产逐渐从合金消耗较低的普钢为主向合金消耗较高的品种钢为主的发展趋势相吻合。
电炉钢铁料消费的结构也在发生显著变化
由于电炉配加热铁水工艺可替代部分废钢，并能提高生产效率、降低炼钢工序能耗和生产成本，因此绝大多数电炉炼钢企业均采用配加热铁水工艺，导致吨钢生铁消耗呈增加趋势，而废钢消耗在不断下降。近年来，重点大中型钢铁企业中电炉平均热兑铁水比为55%左右，部分碳钢企业电炉的平均热兑铁水比达到80%以上。根据中国钢铁工业协会统计，2015年我国大中型钢铁企业电炉的铁水消耗达到591千克/吨，电炉钢铁料中铁水占比达到60.7%。同期，大中型钢铁企业电炉的废钢平均单耗不断下降。2015年废钢单耗仅为351.7千克/吨，比2005年的650.4千克/吨累计下降45.9%。2005年~2015年，我国重点大中型钢铁企业电炉炼钢的废钢、生铁和合金等金属料的消耗情况如图4所示。
2.能源消耗
电力消耗是电炉炼钢工序最主要的能源消耗。近10年来，我国大中型钢铁企业的电炉电耗水平总体呈现下降趋势。究其原因，主要有两点：一是我国电炉装备水平在不断提升，尤其是电炉大型化及其配套的炉壁烧嘴和喷枪、强化用氧、优化供电等系列技术的应用，为电炉工序降低电耗提供了技术保障;二是在炉料结构方面，随着电炉冶炼铁水比的不断上升，电炉热需求大幅减少，冶炼电耗不断降低。极端情况下，有些企业的电炉铁水比达80%以上，电极基本不用通电，甚至个别企业拆除电炉的电极，实现电炉转炉化生产，电耗实现较大幅度下降。根据中国钢铁工业协会统计，从图5可以看到，2015年我国大中型钢铁企业电炉的平均冶炼电耗为224.7千瓦时/吨，比2005年的385.2千瓦时/吨下降了41.7%。
热兑铁水、强化用氧、优化供电、烟气余热回收等措施的采用，极大地促进了电炉工序能耗的下降。由图5可以看出，2015年我国大中型钢铁企业电炉工序能耗为60.4千克/吨，相比2005年的203.2千克/吨大幅下降70.3%。
值得注意的是，我国电炉冶炼钢种以优特钢为主，与国外以普钢为主明显不同，因此在电炉冶炼中加入30%～50%的铁水对于提高生产效率、降低电炉钢水杂质元素质量分数是非常有益的。但是，大幅提高铁水比，甚至追求电炉生产转炉化，与充分发挥电炉节能减排优势的初衷是背道而驰的，不应该鼓励和提倡。
生产效率。电炉的出钢至出钢时间是衡量电炉生产效率的典型指标之一。随着铁水兑入比例的提升，以及电炉装备大型化，尤其是大功率烧嘴、集束氧枪和炉壁多功能枪等装置的广泛应用，电炉冶炼周期从全废钢冶炼时接近2小时的水平，逐渐过渡到接近1小时的水平。国内先进企业在采用50%以下铁水兑入比例时的冶炼周期也能控制在1小时以内。根据中国钢铁工业协会统计，从图6可以看到，2015年大中型钢铁企业电炉的出钢至出钢平均时间为1.19小时/炉，相比2005年时的1.46小时/炉降低18.5%。
从业人员劳动生产率是衡量电炉劳动生产效率的典型指标。电炉装备和技术的进步减轻了劳动从业人员的负担，并助推电炉炼钢劳动生产效率显著提升。根据中国钢铁工业协会统计，2015年大中型企业电炉炼钢从业人员平均劳动生产率为1238.4吨/(人·年)，相比2005年的982.8吨/(人·年)累计提高26%，进步明显，但与国外先进短流程钢厂超过3000吨/(人·年)的劳动生产率相比，仍有较大差距。
我国电炉炼钢发展面临挑战
1.电炉炼钢成本竞争力不强
2000年以来，我国电炉钢产量比例从2003年最高的17.6%下滑到2015年的6.1%，发展速度明显落后于转炉炼钢。电炉炼钢发展遇到的最大挑战就是成本竞争力弱于转炉炼钢。目前电炉炼钢成本比转炉炼钢成本高出10%～30%。影响电炉炼钢成本的因素较多，而能源和资源消耗是最关键的因素。
一方面，国内废钢资源的供应长期偏紧，废钢价格与螺纹钢价格倒挂，废钢使用成本偏高;另一方面，我国的工业电价偏高，电价优惠补贴力度难以支撑成本竞争力。因此，造成我国电炉炼钢铁水兑入比例持续升高，电炉转炉化趋势明显。
2.电炉炼钢的市场竞争力不足
从世界范围来看，各国工业化程度不同，钢铁行业发展背景不同，导致电炉钢竞争力水平体现不同。美国、欧洲、印度等地电炉钢发展处于较好时期，其中，美国电炉钢产量比例已超过60%，产品以普钢为主。在我国，电炉钢产品主要以特钢为主，随着炉外精炼技术的进步，转炉品种钢的生产能力逐渐增强，导致电炉炼钢在特钢领域的市场竞争力持续下降。目前，国内轴承钢、齿轮钢以及不锈钢等传统特钢产品基本都以转炉钢为主，电炉炼钢的品种钢生产优势已被压缩到有限的高合金钢生产领域，其市场竞争力明显不足。
3.电炉钢的政策支撑力度不够 世界电炉钢的快速发展，离不开各国政府配套政策的支持。例如，美国和欧洲对钢铁工业节能减排政策要求的逐步提高，政府支持页岩气开发、薄板坯连铸连轧和薄带铸轧等新能源和新工艺的研究和开发，客观上为发展电炉钢创造了条件;中东地区土耳其和伊朗等国家电炉钢的迅速发展，与政府在废钢资源和能源配套政策上的大力支持也是密不可分的。当前，我国已经对钢铁行业可持续发展和绿色发展日益重视，但是发展短流程电炉炼钢在产能置换项目审批、资源和能源配套等具体扶持措施上面还缺乏实质性支持，电炉钢节能环保优势转化为市场竞争优势的效果不明显。
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