钢铁工业是碳排放量最大的行业之一，推进绿色低碳转型意义重大。引导电炉短流程炼钢产业有序发展，是推动我国钢铁工业碳达峰碳中和的重要举措。近年来，我国电炉钢产业发展取得了显著进步，电炉钢占比不断提高，产品构成不断优化，政策环境不断完善，电炉钢产业发展迎来了重要机遇期。
我国电弧炉炼钢迎来良好发展机遇
我国电弧炉炼钢迎来良好发展机遇，主要表现在3个方面：
一是我国废钢资源趋于充裕。随着国内工业化、城镇化的持续推进，废钢资源将进入快速放量增长的阶段，预计2025年我国废钢产生量超3亿吨，废钢资源的大量释放为发展电弧炉炼钢奠定了坚实的资源基础。
二是钢铁行业低碳发展的趋势推动电弧炉炼钢的发展。高炉—转炉长流程的碳排放强度远远高于全废钢电弧炉短流程，未来钢铁工业纳入全国碳排放权交易市场，征收碳税的政策出台将进一步提高电炉短流程竞争力。另外，高端优特钢用户将碳足迹数据、碳减排措施纳入产品指标，也将促进电弧炉炼钢的发展。
三是国家相关政策鼓励发展电弧炉炼钢。2016年后，国家、各省（自治区、直辖市）出台了一系列政策、文件鼓励电弧炉炼钢技术的发展，特别是2019年8月份，工信部发布的《关于引导电弧炉短流程炼钢发展的指导意见（征求意见稿）》，明确提出“到十四五末，各省（自治区、直辖市）置换建设的短流程炼钢产能占承接总产能的比例应不低于30%”，为发展电弧炉炼钢提供了良好的政策环境。
多措并举，解决制约电弧炉快速发展难题
与转炉长流程相比，生产成本高是制约电弧炉短流程快速发展的主要原因。目前我国发展全废钢电弧炉短流程，要考虑以下几方面的问题：一是保证电弧炉高效化稳定生产，解决废钢高效分类、智能合理配料及直供问题；二是提高电弧炉炼钢的智能化水平，解决电弧炉冶炼状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环控制难题；三是提高电弧炉流程生产优特钢的水平，增强企业的盈利能力；四是注重开发冶炼过程“近零碳”排放技术，促进电弧炉低碳生产。其他方面还包括：电弧炉短流程炼钢多污染物协同控制及低值余热回收技术的应用、电弧炉炼钢柔性智能供电及电炉钢企业全局供电系统优化等。
推进低碳高效冶炼的废钢智能配料直供技术体系建设。
电弧炉生产过程精细化、智能化、稳定化控制水平的提高，对废钢等金属原料的要求也越来越高。如何选择合理的炉料配比和钢铁料种类，不仅关系到电弧炉炼钢过程能否顺利进行和高效冶炼，还关系到生产成本和产品质量。因此，废钢规模化、标准化的高效分类、智能合理配料就显得极为重要。
对于电弧炉炼钢企业来说，冶炼才是其根本任务。在废钢资源供应的现状下，电炉炼钢企业为了稳定产品质量，减少成分波动，提高生产效率，需要进行废钢的储存、加工、配料，占用了企业大量精力，且由于不属于企业的中心任务，相关技术发展滞后，运行成本和废钢使用成本较高。因此，应在电弧炉相对集中的区域，由废钢铁再生资源回收企业建设大型的废钢储存、加工、配料基地，建立低碳高效冶炼的废钢智能配料直供技术体系。
这一体系通过对电弧炉冶炼工艺和终端产品的系统诊断和分析，进行分钢种、分工艺精准配料，解决生产企业废钢资源有限而无法实现优劣废钢合理配合使用和配料结构稳定的问题，实现不同尺寸废钢合理搭配的快速熔化，保证电弧炉冶炼顺行与操作稳定性，提升电弧炉生产效率，在降低废钢使用成本的同时，大幅度降低电弧炉生产成本；通过提供精准技术服务，减轻电弧炉炼钢企业储运、配料负担，缩短企业从废钢采购到生产的周期，降低企业的财务成本。在此基础上，明确废钢等金属料、钢种及冶炼工艺等因素带来的碳排放的变化，建立智能废钢配料条件下冶炼碳排放的综合评价指标，为电弧炉炼钢企业降低冶炼过程碳排放，提供科学数据与理论依据。
建设低碳高效冶炼的废钢智能配料直供技术体系需要考虑废钢的类型、成分、成本、熔化特性和电弧炉冶炼工艺、钢种要求等多方面因素。根据废钢铁再生资源回收企业的废钢产品信息，建立包含废钢尺寸、成分、重量、熔化特性等不同批次不同特性的废钢信息分类管理基础数据库，用于废钢信息查询；根据不同电炉炼钢企业冶炼工艺和钢种要求等生产实际信息，建立相应数据库；形成废钢加工信息管理基础数据协同电弧炉炼钢冶炼工艺和产品的智能配料，实现废钢资源中有害残余元素的最大化利用和废钢低成本的使用。
不久的将来，低碳或无碳DRI（直接还原铁）将成为重要电炉炼钢金属料。废钢与低碳或无碳DRI的合理搭配，不仅有利于降低配料中的碳含量，进一步降低冶炼过程由于原料中的碳造成的碳排放问题，而且可以解决废钢中残余元素含量和氮含量高的问题。
加快推广电弧炉智能化冶炼技术。
电弧炉炼钢应以高效、低耗、节能、优质生产为目标，从核心装备、控制模型、生产工艺、品质控制等方面，实现包括柔性智能供电的电弧炉炼钢少人化全流程智能运行，降低冶炼电耗，大幅提高电炉生产效率。智能电弧炉炼钢技术是通过钢水目标成分控制的冶金模型、计算冶炼每炉钢所需的能量及能量输入方式的热模型和电弧炉冶炼工序效益最大化模型的耦合，以基础自动化系统、在线分析检测与监测系统、计算机过程控制系统为基础，以先进的网络通信技术为纽带，构建成完整的电弧炉智能炼钢控制系统架构。
近几年国外电弧炉炼钢新炉型和相关技术的不断涌现，我国与国外电炉智能化水平的差距日益加大。美国大河钢铁公司借助德国SMS集团最先进的特种钢生产技术，并融合美国本土科技公司研发的AI（人工智能）应用技术，通过对电炉—精炼—连铸—轧机一体化流程智能化控制，不仅大大提高特种钢的比例和品质，还极大地提高了生产效率，实现了年人均产钢量接近4000吨/人·年。而我国电炉炼钢企业人均产钢量远远低于此值。在电弧炉炼钢智能化技术研发领域，我国一直处于跟跑阶段。特别是相当一部分国产电弧炉，没有应用相应的控制软件，导致电弧炉炼钢设备和操作低水平运行。因此，应加强电弧炉智能化检测、监测等相关装备的研制和自主知识产权的工艺模型开发，普及电弧炉炼钢智能化的应用。
促进电弧炉炼钢流程产品的更新与升级。
转炉和电炉的功能演变基本相近。现代转炉的功能演变为快速高效脱碳器、快速升温器、能量转换器和优化脱磷器，现代电炉的功能演变为废钢快速熔化器、快速升温器、能量转换器、高效脱碳脱磷器、废弃塑料等城市垃圾的回收器。只是由于炉型不同，原料成分不同，在脱碳量、脱碳速度和脱磷要求方面有所不同，造成工艺方面的差别。以前传统的转炉主要生产普通钢，电炉主要生产优质特殊钢。由于炉外精炼的出现，打破了电炉生产特钢、转炉生产普钢的局面，转炉配上炉外精炼可生产特殊钢。电炉取消还原期，大大缩短了冶炼周期，可以与连铸匹配，生产普通钢。而转炉流程生产优特钢的优势越来越明显。
在我国目前废钢紧缺、电价高的情况下，发展电炉钢，必须生产能盈利的电炉钢产品。除了转炉流程不适合生产的高合金钢、高温合金、大型铸锻件用钢外，部分仅能用转炉流程生产的产品，电炉流程也应能生产，如高附加值的板材（薄板、中板、厚板）、优质碳素钢（低碳钢板材，中、高碳钢棒材）和低合金钢（包括使用量很大的螺纹钢），这也是提高电炉钢比例后，电弧炉短流程必须发展的方向。原珠江钢厂150吨电弧炉短流程生产集装箱板，给企业带来了丰厚的经济利益，国外部分高附加值的板材也是通过电炉流程生产的。
充分发挥电弧炉低碳生产优势。
全球能源互联网发展合作组织在《中国2030年前碳达峰研究报告》提出，实现碳达峰要“以清洁替代转变能源生产方式，以电能替代转变能源使用方式”。钢铁绿色低碳生产工艺改造包括电弧炉炼钢和氢能炼钢。电弧炉炼钢是推动电能替代的主要途径，能耗低、排放量低、节能减排优势明显。绿色氢能是无碳经济的关键能源，将氢能应用于冶金是冶金行业低碳绿色化转型的有效途径，虽然氢冶金短期内不具备大范围推广的可能性，但是应加强其研发，特别是构筑基于氢冶金的“直接还原—电弧炉”短流程新冶金技术体系，为无涉碳钢铁生产提供全新途径。当前，基于氢冶金的“气基竖炉—电弧炉”短流程是欧洲国家和美国、日本等先进产钢国研发的热点。
国内在氢冶金等碳中和前沿技术研发方面尚处于起步阶段，工业化应用较多处于空白。应研发氢冶金等低碳关键共性前沿技术，尽快实现钢铁工艺流程革新和能源结构优化。就目前而言，电炉炼钢发展条件成熟且节能环保，应研究除电力及原辅料外，实现电炉冶炼过程“近零碳”排放问题，促进电炉以更加低碳的方式生产。
（作者王新江为中国金属学会副理事长兼秘书长，李晶为北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室高品质钢研究所所长）
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