实现碳达峰、碳中和（简称“双碳”）目标是我国做出的重大战略决策，党中央、国务院高度重视钢铁行业“双碳”工作。电炉短流程炼钢具有投资省、建设周期短、生产组织灵活、环保减排和节能降碳效果明显等优势。目前，行业的认识逐渐清晰，认为发展短流程炼钢是实现低碳绿色发展的必然趋势，钢铁行业在实现“双碳”目标过程中，高炉－转炉和电炉在上下半场的角色和降碳贡献不同，上半场碳排放总量降低重点要依靠长流程，下半场碳中和这场大剧还得靠短流程来“收场”。在碳减排逐渐成为世界钢铁发展主要驱动因素的背景下，“绿色钢铁革命”正在将世界钢铁技术创新和产业变革的演进趋势推向新的高度。近日，中央全面深化改革委员会第二次会议审议通过了《关于推动能耗双控逐步转向碳排放双控的意见》，要求统筹做好发展和减排的关系。我国钢铁工业不仅面临着自身低碳发展的重大难题，更面临着国内外下游用户对钢铁产品碳足迹、绿色低碳工艺持续增长的高度关注以及对低碳排放钢的迫切需求。
为全面评估我国电炉短流程炼钢发展现状和存在的问题，分析发展趋势、方向和路径，中国钢铁工业协会组织行业力量开展了专题研究，并按照“努力将会员企业的诉求转化为行业专业意见，将行业专业意见转化为政府的政策选项”的要求，为推进我国电炉短流程炼钢绿色低碳和高质量发展提出有关政策建议。
本报告分上、中、下篇。其中，上篇主要论述国内外电炉短流程炼钢发展的现状趋势、政策环境以及竞争力状况；中篇主要论述我国电炉短流程炼钢的技术装备情况，分析我国电炉短流程炼钢的降碳潜力；下篇主要论述我国电炉短流程炼钢的资源和能源保障情况，提出我国电炉短流程炼钢发展的战略路径和有关政策建议。
（一）全球和我国钢铁发展及需求预测
进入21世纪以来，全球钢铁行业呈现波动上涨的迅猛发展态势。未来，印度、东南亚、非洲等“一带一路”沿线国家和地区经济发展潜力较大，或将成为世界钢铁消费增长的主要驱动力。虽然世界不同国家对钢铁工业发展实施差异性较大的产业政策，但钢铁作为支柱产业的地位没有改变，世界钢铁生产消费中心由发达国家向发展中国家转移的趋势没有改变。经研究预测，2025年世界钢材需求量约为19亿吨，2030年约为20亿吨。我国拥有世界上最大的内需市场和最完整的产业体系，预计“十四五”中后期国内钢材需求仍将维持高位，未来总体将呈现下降趋势。
（二）世界电炉短流程炼钢的发展概况
19世纪80年代常用的电炉已有雏形，欧洲在20世纪90年代兴起了电炉短流程炼钢发展的高潮，世界电炉钢产量占比在2000年达到35%左右的峰值水平，此后总体呈下降趋势，在25%~30%区间内波动，2022年为28.2%。美国作为发展电炉短流程炼钢的典型代表，电炉钢产量占比达到69%，产品大部分为棒线材和型材，板材占比只有约25%；美国近年来正在大举投资电炉炼钢项目，预计2024年底炼钢产能将增加1070万吨，其中主要为电炉产能。欧洲、土耳其等地也将电炉短流程炼钢作为发展重点，日本正致力于研究大容积电炉冶炼高品质钢。据世界钢铁协会数据，2022年全球平均电炉钢产量占比为28.2%，美国、印度、韩国、日本、德国等主要产钢国分别为69.0%、54.2%、31.5%、26.7%、19.8%。据不完全统计，2020年—2022年3年中，国外已新建投产电炉40座，总产能约3900万吨（见图1）。
图1 2001—2022年世界主要产钢国电炉钢产量占比的变化
（三）我国电炉短流程炼钢的总体情况
我国电炉短流程炼钢真正意义上是从20世纪90年代开始发展，1993年电炉钢产量占比曾达到最高值23%左右。进入21世纪以来，电炉钢比例总体震荡下行，近几年维持在10%左右。2017年是我国电炉短流程炼钢发展的重要分水岭，国家取缔“地条钢”，电炉炼钢得到较快发展，实现了快速高效低成本生产，部分全废钢电炉企业普钢冶炼周期由原来的平均50分钟缩短至35分钟，吨钢电极消耗由平均2千克降至1千克以下，金属收得率由89%提高到92%~95%，部分技术指标已进入国际先进行列。
根据钢协组织的装备调研情况，截至2022年底，全国具有电炉冶炼能力的钢铁企业约220家，电炉数量约370座，电炉钢总产能约1.9亿吨。电炉钢产能主要分布在华东、中南地区，占比分别为34%、33%。广东、江苏、广西、四川、福建、湖北的电炉钢产能规模居前6位，合计产能约占全国电炉钢总产能的54%。
产品结构中，钢筋产能占比40.3%，线材产能占比20.2%，带钢产能占比14.4%，棒材产能占比13.8%。按钢种分，优特钢占我国电炉钢的25%左右（见图2）。此外，根据各地钢铁产能置换公示公告，2021年—2022年底全国拟建电炉产能中，优特钢产能占比18%，普钢产能占比80%以上。
图2 近年我国电炉钢产量与优特钢产量
（一）国外低碳趋势及绿色钢铁政策
世界银行《碳定价发展现状与未来趋势》2022年度报告显示，采用碳定价的国家在增加，但碳定价在全球的覆盖率仍然较低，2021年直接碳定价升至历史高点，高达80欧元/吨。随着欧盟碳边境调节机制（CBAM）取得新进展，跨境碳定价机制受到广泛关注。此前欧盟确定了削减欧盟企业免费碳配额的时间表，从2026年开始削减，其中2026年取消免费碳配额百分比为2.5%、2027年为5%、2028年为10%、2029年为22.5%、2030年为48.5%，直至2034年实现全部取消。按此原则，在刚开始的几年，中国钢铁产品基本能满足对应的低碳要求，但从2030年开始，该政策的影响将明显增大。此外，值得警惕的是，更深远的影响来自于未来其他国家或地区及其他行业对欧盟“碳关税”做法的效仿，尽管中国钢铁产品直接出口量不大，但未来如果通过终端产品向供应链驱动传导，会对我国钢材间接出口产生非常大的影响。据相关信息，为有效应对气候变化，各国均积极提出应对气候变化目标。截至2022年底，共有138个国家政府提出了“零碳”或碳中和气候目标；全球净零排放承诺覆盖了83%的排放、91%的GDP和80%的人口；全球前10大经济体均已承诺碳中和；全球前10大煤电国家也均以不同性质承诺碳中和；全球前10大主要钢铁生产国家（地区）中，除伊朗外其余9个所在国及地区均已做出碳中和承诺。欧洲、美国、日本、韩国纷纷在钢铁低碳领域采取行动，给予政策、资金、项目等多种方式支持。
（二）国内电炉短流程炼钢产业政策
“十二五”以来，国家有关部委相继印发了《钢铁工业“十二五”发展规划》《钢铁工业调整升级规划（2016－2020年）》《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》《“十四五”原材料工业发展规划》《冶金、建材重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案（2021-2025年）》《“十四五”工业绿色发展规划》《钢铁行业稳增长工作方案》等文件，积极引导电炉短流程炼钢有序发展。据不完全统计，截至2023年6月底，已有26个省份相继发布了碳达峰实施方案，均普遍支持和鼓励发展电炉炼钢，提高短流程产量占比，以此作为重要抓手推进节能降碳工作。
（三）EPD在电炉领域进展及下一步工作
钢铁行业EPD（环境产品声明）平台已经建成，目前公示的短流程电炉产品多为不锈钢。2023年1月11日，万泰特钢热轧带肋钢筋EPD在钢协钢铁行业EPD平台上正式发布，成为我国第一个发布EPD报告的电炉短流程钢厂。随着欧洲碳边境调节机制实施脚步越来越近，为使国内电炉钢产品能顺利参与国际贸易，破除因碳排放问题构筑的贸易壁垒，一方面要在国内迅速普及短流程炼钢的EPD认证工作，另一方面要推动我国EPD平台与国外相同平台的数据互认工作。
（一）国外钢铁短流程成本竞争优势分析
我国与美国、日本、德国等国家在长、短流程成本构成方面存在显著差异。美国、日本、德国等发达国家短流程企业的平均运营成本较长流程企业低10%~25%，国外短流程企业原料成本占其总运营成本的64%~69%，其中废钢费用占比50%~53%。主要原因是钢铁蓄积量大、废钢资源丰富、废钢回收体系成熟健全、电炉工艺装备先进、拥有能源资源禀赋优势等。同口径下对比，我国短流程企业生产成本较长流程企业高30%左右；从各项成本占比看，我国短流程企业原料成本占总运营成本的87%，其中废钢占68%。根据相关研究数据，通过对比2021年美国、日本、德国等国的主要钢铁企业运营成本，发现同一国家即使流程和产品结构类似，不同企业的运营成本仍存在较大差异（见表1）。
表1 全球典型国家钢铁企业流程结构成本分析（单位：美元/吨）
（二）国内钢铁长、短流程成本结构对比分析
影响电炉短流程炼钢成本竞争力的主要因素为原料和能源价格。根据企业调研数据，当铁水成本价格和废钢采购价格相当时，生产普碳钢的长流程企业吨钢成本通常较全废钢电炉短流程企业的吨钢成本低200元~300元。据Mysteel研究报告，短流程电炉企业与长流程转炉企业的吨钢成本差距逐步缩小，从2018年—2019年的600元~700元水平下降到2021年的100元~200元（见图3）。随着铁水成本、废钢价格、钢材价格的变化，长短流程的成本差将在一定范围内波动。
图3 短流程与长流程成本对比（元/吨）
电炉短流程的加工成本相对固定，而废钢成本占吨钢成本的比例通常会在80%左右，当废钢成本较铁水成本低300元/吨以上时，电炉钢企业就有一定的竞争力。全废钢电炉短流程企业，尤其是以螺纹钢为主的生产企业，普遍将“螺废差”作为企业盈亏和市场形势的晴雨表。一般而言，当“螺废差”不低于1000元/吨时，电炉钢企业生产建筑钢材可以基本实现盈亏平衡。
（三）我国电炉短流程炼钢未来竞争潜力分析
基于炼钢成本结构分析，影响我国电炉短流程炼钢竞争潜力的主要因素有含铁原料、用电成本、环保成本以及电极价格等4个主要方面。此外，电炉装备投资、冶炼技术和全流程操作能力等因素同样不容忽视。未来，碳排放权交易与碳税两种政策工具可能会并行应用、协调配合。根据有关测算，启动碳排放权交易或征收碳税后，当碳定价达到平衡点250元/吨CO₂（以长、短流程成本差价400元/吨钢测算）时，全废钢电炉生产螺纹钢将具有成本竞争力。随着国家在产能置换、环保、土地等方面对低碳发展的政策倾斜，电力等支撑条件逐步完善，碳排放权约束作用增强，以及电炉短流程冶炼技术发展，我国电炉钢比例将逐步回升，特别是环境敏感地区、铁矿资源不足地区和城市及城市周边钢厂改造升级中新建电炉将成为最优先的选项，电炉炼钢的成本优势也将不断凸显，我国电炉钢比例将持续提高。
我国电炉炼钢工艺及典型技术
电炉短流程炼钢相比传统高炉—转炉长流程炼钢，具有设备简单、占地小、投资少、建设周期短、原料适应性强、生产组织灵活、冶炼温度可控等优势，加之废钢供应量逐步增加、电炉大型化和超高功率化及冶炼工艺强化，并与不断发展完善的炉外精炼、连铸技术配套，电炉短流程炼钢生产效率得到大幅提升，使得电炉炼钢工艺在更多钢材品种生产中得到应用。目前，电炉炼钢常用的典型技术主要包括高效低成本冶炼技术、智能化技术、流程优化技术等。未来，随着世界范围内低碳发展的要求越来越高，以及我国关于节能环保低碳等政策实施，我国电炉炼钢将更加注重绿色低碳、高效低成本和智能化升级方面的提升，围绕产品高端化、工艺绿色化、流程智能化等方面着重研发推广绿色低碳电炉原料应用、可再生能源大比例渗透电炉流程设计、电炉绿色低成本冶炼、电炉装备高效智能、电炉生产高品质钢等技术。
我国电炉装备发展和应用概况
2017年以前，我国95%的电炉为传统的开盖顶加料式电炉。近年来，国内主要建设和应用的炉型为废钢水平连续加料预热电炉（Consteel电炉），并陆续引进建成了Quantum电炉（量子电炉）、Ecoarc电炉（生态电炉）、Sharc电炉（西马克竖井电炉）等一些竖井预热电炉；中冶赛迪、中冶京诚等也设计研发了CISDI-AUTOARC（废钢阶梯加料预热）、CERIS-ARC（废钢水平加料+竖井预热）等新型废钢预热电炉。从实践情况看，国内在产的康斯迪水平连续加料等新型电炉的指标已经接近或达到世界先进水平，尤其在高效生产方面并不逊色于同吨位的转炉水平。
从电炉装备结构来看，我国电炉平均炉容仅为68吨，限制类装备占比较高，100吨以下电炉装备数量占比约为80%，100吨及以上电炉约占全部电炉数量的20%。50吨、70吨、100吨三种炉容电炉数量最多，合计数量约占全国电炉数量的40%。从与国外对比看，据不完全统计，如表1所示，美国110座电炉，平均炉容为113吨；德国18座电炉、韩国34座电炉，平均炉容均为100吨左右；日本59座电炉，平均炉容为84吨；土耳其37座电炉，平均炉容为112吨。同时，各国均存在一定量的小型电炉，以德国为例，统计18座电炉中有6座小于50吨的电炉，主要应用于特钢生产。
我国电炉短流程产能置换装备
近年来，受政策导向和行业低碳转型发展需要，我国电炉炼钢发展势头较快。根据各地产能置换公告，2016年—2022年计划新建的炼钢产能中27%为电炉产能，合计1.1亿吨左右，截至目前，已有50%左右产能建成投产；用于置换退出的炼钢产能中17%为电炉产能，合计7500万吨左右，相当于净增电炉产能3500万吨左右。未来3年~5年，企业还将建设电炉产能约5000万吨，平均每座电炉公称容量为98吨，电炉装备大型化发展趋势明显；分地区看，华北地区产能约为1700万吨，华东地区产能约为1450万吨，西南地区产能约为800万吨。
电炉装备主要设备制造商情况
目前，国内业绩较好的电炉装备制造厂有长春电炉、长春兴海、无锡东雄、中冶赛迪等，国外有达涅利、特诺恩、普瑞特、西马克等。从市场份额看，据不完全统计，2017年至今，我国新建和在建的电炉中，进口电炉占34%，100吨及以上电炉主要为进口电炉。客观来说，目前国内电炉装备制造企业在炉型大型化、电炉与辅助设备集成化方面取得了长足进步，特别是70吨~80吨电炉在冶炼周期、冶炼电耗、电极消耗等各项生产指标数据上达到甚至优于进口电炉设备水平，但在自动化检测、二级模型自动控制方面仍然任重道远；国内制造企业在自动化装备及检测、二级模型智能控制、装备技术可靠性等核心技术的研发方面，以及在稳定性、作业率、高端产品冶炼能力等方面与国外大型冶金装备制造企业水平仍有一定差距。据调研了解，国外引进的电炉设备本体造价基本在7000万元～8000万元，国产电炉设备为3000万元左右，价格差距并不悬殊，受品牌认可度等因素影响，大型钢铁企业更倾向于引进国外电炉，小型钢铁企业则更多使用国产电炉设备。
因此，建议将限制类电炉炼钢装备的标准由“公称容量30吨以上100吨（合金钢50吨）以下”修改为“公称容量30吨以上100吨（合金钢50吨，全废钢和直接还原铁冶炼70吨）以下”。主要有以下三方面理由：一是有利于与炼钢—连铸—棒线材轧机等生产流程匹配，也有利于推广和发展直接还原铁+电炉工艺。二是国内电炉制造企业生产的水平加料电炉与同类进口装备比较不分上下，且固定资产投入产出最为经济。三是避免70吨以上电炉因被执行差别电价而加大生存压力。同时，企业若在政策引导下实施扩容改造，易变相造成扩能风险。
电炉冶炼的节能及环保优势
与高炉—转炉长流程相比，我国电炉短流程炼钢吨钢能耗降低50%，固废、废气、二氧化碳排放量分别减少96%、78%、73%；颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量，比即使完成超低排放改造的长流程企业也分别降低70%、85%、75%以上，具有显著的节能环保优势。在节能方面，据近期调研，电炉短流程炼钢平均工序能耗达到54.1千克标准煤/吨钢，综合电耗379千瓦时/吨钢，能效达到基准水平的产量占89.9%，达到标杆水平的产量占42.6%。随着Consteel电炉应用范围持续扩大及其他新型电炉推广，我国电炉企业节能水平将进一步提升。在环保方面，相比长流程而言，电炉短流程实施超低排放改造点位少、投资低，环保运行成本更有优势。电炉企业在治理颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、二噁英排放等方面成效显著，但在治理无组织排放方面还缺少成熟经验。目前，全国约有60%的电炉短流程企业正在实施超低排放改造，其中有4家企业完成全工序超低排放改造，2家企业完成部分工序超低排放改造。
注：调研企业样本数量有限，相关数据仅供参考。本表中热兑铁水电炉的平均铁水比为63.5%。
长、短流程炼钢碳排放的对比
根据课题组初步测算，2021年我国长流程企业吨钢碳排放量约为1.8吨（碳排放核算边界到钢坯工序），其中约70%以上来自炼铁系统；电炉炼钢企业吨钢碳排放量约为0.68吨（碳排放核算边界同样到钢坯工序），53%来自生铁、31%来自电力消耗。在电炉炼钢企业中，兑50%铁水的电炉炼钢企业平均吨钢碳排放量约为1.13吨，约75%以上碳排放来自铁水；全废钢电炉炼钢企业吨钢碳排放量约为0.36吨，约75%以上碳排放来自电力消耗；全直接还原铁电炉冶炼工艺吨钢碳排放强度约为0.98吨。当前，行业、企业和专家等对长流程炼钢和短流程炼钢使用废钢是否同样降碳，认识不同、角度不同、立场不同，所持观点还有一定的分歧。经课题组综合各方意见，得出如下结论：
（2）在保证转炉出钢量不变的情况下，提高废钢比有利于企业降低碳排放。目前，在企业实际生产中，长流程企业为降低单位碳排放量，常采用多“吃”废钢的方式，这将减少铁水用量，由于钢产量不变，碳排放强度和总量均会降低，这是目前我国为达到下游用户低碳钢要求普遍采取的措施。近期，国内一些先进长流程企业正在积极开展转炉大废钢比生产汽车钢等低碳钢。
（3）长流程工艺在不减少铁水量情况下提高废钢比（超过20%），碳排放强度会降低，但碳排放总量会增加。在保证入炉铁水量不变的情况下，转炉大幅度提高废钢比，这是铁水产量不足及钢材市场形势好的时候企业常采用的模式，事实上是变相地增加粗钢产量。在不考虑铁水自身显热和潜热的情况下，转炉熔化1吨废钢的成本为30元/吨~50元/吨，而电炉需要300元/吨~350元/吨，两者成本差为300元/吨左右。由此可见，现阶段转炉用废钢成本竞争力远高于电炉，一定程度上制约了短流程的发展。长流程的碳排放主要在铁、烧、焦等铁前系统，虽然额外多加废钢（超过20%），长流程的碳排放强度降低了，但总的碳排放量在增加。
由此得出结论，长、短流程使用废钢都有利于降低吨钢碳排放强度。长流程的废钢比对不同钢种而言，控制在10%~20%较为合理，若继续提高废钢比，虽然会降低碳排放强度，但由于长流程碳排放主要在铁前系统，长流程碳排放强度和碳排放总量总体大于电炉短流程。因此，鼓励引导废钢资源流向全废钢电炉短流程，逐步调整全行业的铁素资源结构、产品结构和流程结构，有利于中国钢铁工业在国际低碳竞争中赢得主动，有利于实现我国钢铁工业碳中和的总体战略目标。
“近零碳排放钢”发展情况及趋势
“近零碳排放钢”是指采用绿色清洁能源冶炼低碳或微碳原辅材料，通过“非涉碳”冶炼技术生产钢坯，从而实现冶炼过程近零碳排放。目前，钢铁行业研究形成了系统能效提升、资源循环利用、流程优化创新、冶炼工艺突破、产品迭代升级及捕集封存利用6条低碳发展技术路径。在此基础上，发展“近零碳排放钢”可进一步归纳为氢还原冶炼技术、加大废钢使用量和节能降耗等主要路径。据估算，2022年，全球“近零碳排放钢”需求量在2000万吨以上，而供给量不到200万吨；2030年需求量将扩大至1亿吨左右，约占全球钢材需求总量的5%。当前，“近零碳排放钢”冶炼技术尚处于研发试验阶段，一些企业已在研究利用电炉生产汽车板等高端钢材产品，但由于政策引导力度不足，各企业未形成有效合力。发展“近零碳排放钢”要做好顶层设计，制定和完善专项规划和政策体系，建立健全高质量的标准体系，加大核心技术研发力度，加强创新项目风险评估，进一步加快推进电炉炼钢的EPD（环境产品声明）认证等工作。
一、我国电炉短流程炼钢资源能源分析
1.废钢资源保障现状及预测
欧盟、美国等国家和地区的废钢比均超过50%，我国仅为21%。2022年我国废钢资源量为2.63亿吨，其中钢铁行业消耗废钢2.15亿吨，机械行业铸锻用废钢约0.2亿吨（“废钢资源量”为测算值，一般大于废钢产生量和实际消耗量）；自产废钢、加工废钢、折旧废钢分别占15%、17%、68%，再生钢铁原料进口量仅为56万吨、占比不足0.5%。截至2022年底，已公告符合废钢准入条件的企业共10批707家，废钢铁加工配送工业化体系初步建成，年加工能力约1.7亿吨，占我国废钢资源总量的一半以上。废钢资源分布方面，据中国废钢铁应用协会估算，全国超八成的废钢资源分布在东北（辽宁）、华北（北京、天津、河北、山西）、华东（上海、江苏、山东、浙江）、中南（河南、湖北、广东）、西南（四川）等地。我国废钢产业具有较大的发展前景，但发展基础还有待完善，仍然面临着资源总量不足、税收政策不完善、进口标准过高、缺乏正规统计等问题。（见图1）
根据国际回收局数据，2021年全球废钢贸易量约1.1亿吨，主要在亚洲、欧洲、北美等地区流通；2022年，受全球粗钢产量下降影响，全球废钢贸易量降至9760万吨，废钢出口量排前5位的国家和地区分别为欧盟27国、美国、英国、日本、加拿大，合计出口5430万吨，约占全球废钢总出口量的56%；排前5位的废钢进口国家和地区分别为土耳其、印度、美国、韩国、欧盟27国，合计进口4260万吨，约占全球废钢总进口量的44%（见表1）。
社会钢铁蓄积量是反映一个国家工业化程度的重要指标。钢铁发展初期是钢铁的蓄积，通过钢铁产品流动、铁资源空间转移而实现。从更广阔的视角看，铁资源流动是从地下向地上的流动、从国外向国内的流动、从南半球向北半球的流动。未来，钢铁发展到一定程度后，将不再以上述3个流动为主，将转变为“钢铁的循环”或称“铁资源的循环”——制造领域是铁资源的短周期循环，建筑领域是铁资源的长周期循环。据预测，2022年我国社会钢铁蓄积量为120亿吨，2035年将达到178亿吨，2050年将达到219亿吨，2060年将达到243亿吨（见表2）。
结合国内粗钢产量预测结果，预计2030年中国废钢资源量约为3.6亿吨，2035年近4亿吨，2040年达到阶段性峰值水平4.1亿吨左右，2060年回落至4亿吨左右（见表3）。
需要特别说明的是，2040年前后废钢资源量达到峰值后预计将有所回落。其主要原因是未来一段时期我国粗钢产量将逐步回落，自产废钢资源量将从目前的4000万吨左右回落到2060年的3200万吨左右；同样，根据下游行业发展预测，由于未来我国钢铁消费量将逐步下降，加工废钢量也将由目前的4300万吨左右回落到2060年的4000万吨左右；尽管折旧废钢量有所增长，由目前的2.18亿吨左右最高增长到2040年的3.34亿吨，但经过综合预测也将由2040年左右的最高点逐渐回落到2060年的3.25亿吨。目前，我国钢铁行业对废钢资源的蓄积和产出寄予厚望，有专家学者提出，未来几十年内“全废钢时代必将到来”，届时废钢供给量将超过钢铁需求量。但根据美国废钢发展情况看，这一判断可能过于乐观。在此，需要分清楚“废钢资源量”和“废钢产出量”两个概念，美国废钢蓄积量逐年增加，钢产量也没有继续增长，按理可以推断出美国废钢产出量应该是逐年增长的，但实际上却是逐年下降的，因此未来即便是到我国废钢资源量足够多时，随着废钢收购价格下跌、人工成本增加，社会回收加工体系能否支撑废钢产出量持续增长仍是未知数。此外，随着我国电炉钢比例的增加，废钢资源的保供稳价问题是否会更加突出，废钢资源的区域分布能否匹配相应的钢铁产能布局，也需继续关注。
总的来看，过去20年我国钢铁产量高速增长，社会钢铁蓄积量快速增加，未来我国废钢资源保障能力将逐步增强，二次资源和再生资源将成为中国钢铁工业铁资源的主要来源，我国也将成为世界上铁资源最丰富的国家。“双碳”背景下迫切需要实现高端废钢的精选优用，实现从钢铁材料全生命周期、全生产流程、全产业链协同，加强全流程生产管理的数字化、信息化、标识化及优质废钢拆解回收的机器人化，实现废钢资源管理、循环和再利用的产业重构和经营模式创新，以解决我国钢铁业与制造业共同面临的资源、能源和环境等重大问题。
2.直接还原铁发展概况及趋势
国外直接还原铁+电炉冶炼技术相对成熟，在中东、美国、欧洲等国家和地区得到广泛应用。据世界钢协统计，2022年全球直接还原铁产量为1.25亿吨，同比增长4.5%。印度是全球最大的直接还原铁生产国，凭借其丰富的赤铁矿储量及煤炭资源，主要采用煤基回转窑生产直接还原铁，再配套电炉炼钢。伊朗等中东国家和俄罗斯由于天然气资源丰富、价格低廉，主要采用Midrex气基竖炉工艺生产直接还原铁。直接还原工艺主要分为煤基与气基两大类。当前，使用气基直接还原法生产的直接还原铁占总产量的75%左右（见表4）。
2021年，全球直接还原铁贸易量增至创纪录的2280万吨，其中陆路运输贸易总量超过1480万吨，比2020年增长4.4%。2021年，直接还原铁主要出口国分别为俄罗斯、特立尼达和多巴哥、伊朗、印度、美国；有38个国家进口直接还原铁和热压块铁，居前3位的是美国、中国和意大利（见表5）。
我国直接还原铁产业发展缓慢，主要限制因素在能源、资源的获取和经济性上。目前宝武、河钢、中晋等企业已建成和在建的氢基还原铁示范项目单体规模不大，在低成本气源获取、设备高效运转和产能提升等方面仍在积极探索。但在国家低碳政策鼓励和支持下，国内气基直接还原铁产能、产量将实现快速突破，预计2025年、2030年、2050年、2060年产量可分别达到300万吨、900万吨、4000万吨、5000万吨。
3.电力能源概况及未来发展规划
截至2022年底，世界新能源装机容量为19.5亿千瓦，比2000年增长110倍，其中风电近9亿千瓦，太阳能发电10.5亿千瓦。随着太阳能、风能等可再生能源利用技术不断创新，新能源发电成本显著下降，但用电价格有所上涨，这主要是由于电源、电网等系统成本上涨。过去10年，我国新能源电力发展处于一个高速增长的时期。截至2022年底，我国风电装机容量达到3.65亿千瓦，占总装机容量的14.3%；光伏发电装机容量达到3.93亿千瓦，占总装机容量的15.3%。
按照《“十四五”现代能源体系规划》提出的建设目标：到2025年，我国发电装机总容量将达到约30亿千瓦，其中非化石能源发电量比重达到39%左右，非化石能源消费比重提高到20%左右。近期各工业行业以节能提效、降低碳排放强度和峰值为主；远期将以电气化、氢能化为主要方向。据中国电力企业联合会预测，到“十四五”末，我国新能源装机占比将从目前的30%提升至35%左右；到2030年，将提升至40%左右；到2035年，将提升至50%，成为装机主体；到2060年，将进一步提升至60%以上。届时，我国电力将从供应总量和电力能源结构两个方面支撑“绿电+电炉炼钢”和“绿氢冶金+电炉炼钢”发展路径的实施。未来，我国电炉炼钢产能的布局能否与我国电力布局，尤其是绿电布局相适应值得关注。
二、我国电炉短流程炼钢发展战略路径
1.我国电炉高质量发展面临的问题
受诸多因素影响，目前我国电炉短流程炼钢企业的经营效益、开工率、产能利用率等状况并不乐观。总的来看，我国电炉高质量发展主要面临5方面问题：一是废钢及直接还原铁资源供应问题，未来美欧废钢出口量将可能减少，我国还要在提高本土废钢资源供应能力方面下功夫；二是电力供应及电价成本问题，由于电能费用在电炉钢加工成本中占相当大的比例，因此探索其他低成本的能源补充十分必要；三是废钢循环过程中有害残存元素富集问题，除对冶炼工艺提出新要求外，对原料纯净性的要求也将进一步提高；四是高品质钢生产核心技术问题，解决高效去除废钢杂质元素、生产高性能钢铁材料难题；五是国内电炉制造装备水平不高，特别是150吨以上的大电炉尚缺乏实际应用验证，且相关配套设施的可行性和经济性也极大地限制了国产大型电炉的应用，很难和国外大型冶金装备竞争。
2.电炉短流程炼钢未来产量占比及碳排放测算
在粗钢中产量情形下，预计2035年我国电炉钢比例为30%，2050年为39%，2060年为40%。到2060年，预计我国粗钢碳排放总量约为3.9亿吨，在低产量情形下约为3亿吨。可以看出，随着我国废钢资源的增加，电炉钢产量也明显增加，但在废钢资源未来增幅总体有限的情况下，电炉钢产量也存在上限，转炉钢产量仍将占有相当大的比重，我国钢铁行业还将长期保持长短流程互相结合的工艺流程格局。届时可以通过配加直接还原铁、使用更高比例的绿电、界面节能措施和后端CCUS（碳捕集、利用与封存）处理等路径，在冶炼流程端和末端实现“碳减排”和“碳回收”，与其他行业减碳措施配合，最终在2060年前实现钢铁行业的碳中和。
根据中国工程院院士殷瑞钰有关研究成果（见图2），在我国钢铁行业实现碳达峰、碳中和过程中，粗钢产量下降、废钢利用、关键共性技术突破（氢还原/氢冶金）、节能+界面技术+智能化等4个方面对碳减排的贡献度分别为45%、39%、9%、7%（测算基础与本课题有所差异，但总体趋势可以参考）。废钢利用方面的碳减排贡献度占比达到39%，其中高炉—转炉工序占4%，电炉工序占35%。若扣除粗钢产量下降的因素，电炉工序的碳减排贡献度占工艺流程变革的贡献度比例超过了60%。
由此可见，在钢铁行业碳中和过程中，高炉—转炉和电炉在上半场和下半场的角色和降碳贡献不同。上半场降碳主要靠高炉，尤其是通过降低高炉产量实现粗钢产量的下降，电炉则在满足对“零碳”比较敏感、比较迫切的下游行业需求方面发挥作用；下半场主要靠电炉，通过工艺流程变革、提高电炉钢比来实现全行业碳排放总量的大幅下降。无论是上半场还是下半场，废钢资源始终承担着钢铁行业碳减排的重要任务，谁掌握废钢，谁就掌握了钢铁，这要求我们进一步提高废钢资源的基础循环水平。
3.电炉短流程炼钢发展方向及目标
针对电炉短流程炼钢发展中仍存在的问题，笔者提出电炉短流程炼钢发展方向及目标：一是提高电炉短流程炼钢占比，分阶段逐步用电炉流程替代传统高炉—转炉长流程；二是形成全废钢电炉流程替代中小高炉生产螺纹钢等长材、与近终形制造技术结合生产高品质钢材、利用氢还原—电炉流程生产特殊钢材3类电炉短流程炼钢发展模式；三是提升能效技术水平，逐步实现净零碳排放；四是大力提升电炉装备国产化水平，提高国内电炉装备企业研发能力；五是开发高品质直接还原铁和废钢，促进电炉钢产品转型升级。
4.有序推进电炉短流程炼钢高质量发展路线图
第一阶段（2023年—2035年），2035年电炉钢产量占比达到30%以上，稳步提升电炉钢占比。第二阶段（2036年—2050年），2050年电炉钢产量占比达到40%以上，实现我国钢铁工业流程结构的切换。第三阶段（2051年—2060年），2060年电炉钢产量占比继续保持在40%以上，短流程电炉冶炼产品基本实现全覆盖。
三、我国电炉短流程炼钢发展相关建议
根据实事求是、因地制宜、分类施策的发展理念，坚持技术科学化、发展有序化、政策绿色化和竞争公平化原则，不断夯实电炉钢发展的资源、能源和技术基础，持续优化电炉钢发展的政策环境、市场空间和推进机制，有序引导电炉短流程炼钢发展。
1.加强顶层设计，引导电炉炼钢有序化发展
建立完善部际协调机制，统筹研究解决电炉和废钢相关问题，稳妥推进到2025年全国电炉钢产量占比达到15%以上的既定目标。以四川省电炉短流程炼钢高质量发展引领工程为示范引领，有序培育一批有废钢资源、有市场需求、有绿电优势的电炉短流程示范基地。引导节能降碳潜力弱、设备设施老旧、废钢资源有保障的长流程企业转型发展短流程。严禁以电炉短流程和低碳名义新增钢铁产能。组织制订我国电炉钢及废钢、直接还原铁高质量发展的指导性文件，研究将电炉短流程项目纳入《绿色产业指导目录》，支持电炉短流程项目作为绿色信贷支持项目。
2.优化产业指导目录，提升电炉国产化比例
适当放宽《关于钢铁冶炼项目备案管理的意见》（发改产业〔2021〕594号）有关规定，对确有必要新选址的电炉短流程炼钢项目，允许粗钢产能规模不低于100万吨/年。考虑到我国100吨以下电炉装备数量占比达到79%，建议优化《产业结构调整指导目录》，从国情实际考虑建议将限制类电炉炉容由100吨降低到70吨，避免大多数电炉短流程炼钢企业因存在100吨以下电炉而被执行每千瓦时加价0.1元的差别电价。鼓励电炉装备国产化，联合科研、电炉制造、电炉冶炼等上下游单位研发资源，加快大型高效电炉装备技术研发和相关人才培养，支持电炉装备制造企业积极开发具有自主知识产权的新型电炉。鼓励“氢还原+电炉”等低碳冶金工艺，适时出台有利于电炉短流程发展的碳税政策。
3.疏通发展堵点，扩大电炉炼钢资源基础循环
发挥好国家部委协调机制作用，统筹研究解决废钢相关问题。研究将废钢的退税比例提高到70%，降低准入企业的税负成本。对回收环节前端实行核定征收所得税，税率按0.5%征收，解决废钢资源流通“第一张票”的问题。进一步放宽废钢进口管制，修订我国《再生钢铁原料》标准，促进废钢资源进口。将废钢产量和销量等数据纳入国家统计局或相关部门法定统计体系。加快培育龙头企业，加强废钢资源集中管理，为电炉发展和冶炼高品质钢、特种钢提供有效的原料保障。对直接还原铁+电炉工艺，从项目建设贷款优惠、产能置换比例、电价优惠、环保税要求等方面给予政策支持。鼓励开展国际产能合作，在国外布局直接还原铁生产线及钢铁冶炼项目。
4.争取电力保障措施，增强电炉炼钢竞争力
支持符合条件的电炉短流程企业申报钢铁行业规范条件企业，对进入钢铁行业规范条件企业名单且完成超低排放改造的企业不再纳入“两高”项目管理，在产能治理、产量调控中给予适当支持。鼓励电炉短流程企业建设工业绿色微电网，加强可再生能源建设及电力资源保障。鼓励电炉短流程企业根据峰谷电价时段制订生产计划，降低用电成本。
5.聚焦共性技术清单，推进电炉技术科学化
进一步加强对电炉短流程领域高新技术发展及产业化的政策支持。引导和鼓励社会资本加大对智能化、绿色化电炉短流程炼钢工艺和装备等领域的投资力度。建议国家相关部委设立电炉短流程发展研发专项，聚焦关键共性技术研发，鼓励原创技术装备和新材料示范应用。
6.坚持推广能效提升，引导短流程低碳发展
大力推广应用节能低碳技术和先进节能装备应用示范，淘汰能效较低的生产技术和装备。建立健全钢铁产品全生命周期绿色评价体系，并加强国际交流合作，研究通过电炉钢的EPD方法来促进电炉低碳技术的进步，引导下游行业关注钢材产品的绿色低碳属性，推进全产业链绿色低碳发展。将钢铁行业纳入全国碳交易市场，对长短流程钢铁企业设定合理的碳排放配额，用市场化的手段引导短流程炼钢发展、推进钢铁行业低碳转型。支持企业通过“源网荷储”一体化的形式大规模利用可再生能源，实现能源供给多样化、低碳化。
