全球钢铁需求在不断增长。基础设施项目大量积压，尤其是在发展中国家。与此同时，钢铁生产排放的二氧化碳量已占到全球排放量的近10%。欧盟已经认识到这一问题，并在绿色协议中设定了目标，要求各行各业减少排放量，以在2050年前实现碳中和。这也需要钢铁行业做出调整：绿色钢铁就是目标。
绿色钢铁是什么？
绿色钢铁指的是一种二氧化碳排放量明显低于传统钢铁生产的生产流程。目前，生产一吨钢会释放约10吨二氧化碳。绿色钢铁生产的目标是将每吨钢铁的二氧化碳排放量减少到1吨。钢铁生产目前还不可能实现完全无二氧化碳排放。然而，钢铁行业的生命周期评估(LCA)可通过有针对性的措施得到显著改善。
目前为减少二氧化碳采取了哪些措施？
目前正采取多种方法，以减少钢铁生产过程中的二氧化碳排放量。其中一项重要措施是回收废钢，以减少对铁矿石的需求。该措施不仅节约了资源，还能明显降低能耗。第二项重要举措是增加对电弧炉(EAF)的使用，因为其更为环保，可代替传统的高炉(BF)生产流程。风能、太阳能和水能等可再生能源的使用也能起到关键作用。
废钢回收
所有类型的废钢中有很大一部分可以重新熔化，经回收利用制成新钢。这种方法通过节约资源和减少排放，为向循环经济发展提供了巨大潜力。然而，废钢的质量参差不齐，通常不如直接从铁矿石中提炼的钢。此外，可回收的废钢量不足以满足不断增长的钢铁需求。因此，今后仍有必要继续使用铁矿石作为原材料。
电弧炉(EAF)的使用
电弧炉(EAF)在钢铁生产中的应用已有数十年历史，但却一直都扮演着次要角色。在未来，电弧炉将发挥重要作用，逐渐取代传统的高炉生产流程。然而，为了实现这一变革，电弧炉在容量和功率上需要变得更大更强，这就带来很多技术挑战。我们的目的是提高电弧炉的效率，使其能够与传统高炉的生产能力相媲美。这就需要对熔炉技术进行创新，以提高熔炼温度并加快流程速度。此外，在电弧炉运行中使用可再生能源也是进一步减少煤炭需求进而降低二氧化碳排放量的关键一步。另一个方面是生产钢材的质量：虽然电弧炉非常适合废钢回收，但必须要确保生产的钢材能达到与传统高炉生产钢材的相同质量标准。
电弧炉的挑战和解决方案
大型电弧炉和原材料成分的变化给钢铁行业带来了新的挑战。我们需要控制熔炉重量增加、装料高度波动以及原材料质量下降所带来的后果。
为了最大限度地提高电弧炉的效率，必须对其进行充分利用。熔炉装填过满会导致物料疲劳和损坏，从而缩短设备寿命，并产生高昂的维修费用。熔炉越大，就越难对处理材料进行精确测量，进而增加了装填过量或不足的风险。因此，精确的测量和控制机制对于确保熔炉实现最佳利用率并最大限度地减少物料疲劳来说至关重要。
电弧炉工作时需要使用一个粗钢液槽，这样在装料过程中就不会有物料漏出，熔炼过程也能保持稳定。然而，该液槽不能过大，否则会损失熔炉内宝贵的可用容积。因此，要确保熔炉的最佳利用率，最大限度地提高新型绿色钢铁生产的效率，就必须认真控制和监测液槽液位。
与直接由铁矿石提炼的钢相比，废钢的金属纯度较低。此外，由于废钢来源不同，可能含有不同的杂质，因此金属纯度差异很大。原料质量的波动会对最终产品的质量带来负面影响，这也突出了严控和完善生产流程的必要性。当使用电弧炉满足市场和行业需求时，确保产品质量的一致性仍然是一个关键挑战。
现代电弧炉完全由称重传感器支持，可对熔炉重量进行持续监测。这些精准的炉秤对于控制和优化生产流程来说非常重要。通过持续确定熔炉重量，可以优化熔炉可用容积，避免物料溢出，进而提高生产的安全性和效率。准确的重量控制可实时进行调整，这也确保了对能源的高效利用。在每个为期四周的铸造周期后，都会提供熔炉称重状态的最新数据。这些信息对于未来生产周期的维护和规划来说至关重要。随着熔炉尺寸和处理量的增加，这种状态监测的需求量和重要性也随之提高。因此，准确监测和分析熔炉状态对于确保系统的长期性能和可靠性来说非常重要。
直接还原铁(DRI)和热压铁(HBI)的使用是对炼钢中使用废钢的重要补充。像直接还原铁和热压铁这样的精炼铁矿石在质量上要比废钢更为稳定，因为废钢的成分可能会有很大差异。铁矿石原料可以更精确地控制和改进生产流程，从而提高产品质量。虽然使用直接还原铁和热压铁仍然需要原料分选，但可以明显改善钢铁生产的碳足迹。这是因为目前使用天然气的直接还原设备正转为使用氢气。这种转换将进一步降低碳排放，并有助于减少碳足迹。此外，通过状态监测，电能的使用也会变得更为高效。对熔炉状态的精确监测可以优化能耗，从而使电炉在运行时几乎不产生二氧化碳。因为整个流程的设计都是为了降低排放，所以上述改进可使钢铁生产更具环保性和可持续性。
结论：对绿色钢的需求持续上升
未来的炼钢业必定会增加对电弧炉的使用，但仍有一些挑战需要克服。从经济角度上看，对炼钢工来说，转用这些工艺的吸引力越来越大。这不仅得益于政府补贴等政治措施，也得益于客户对环保产品的不断增长的需求。大型钢铁厂已经开始逐步对其炼钢设备进行改造，以满足新的标准，并获得可持续生产的经济效益。欧洲联盟成员国正带头推动这一转型。他们为钢铁生产商提供各种激励措施，促使其对生产流程进行现代化改造。
从技术层面上讲，电弧炉在钢铁生产中得到更多使用是一种进化，而不是一场革命。然而，通过各种方式，特别是通过进一步减少煤炭的使用和提高能效，仍有相当大的发展潜力使新一代电弧炉变得更好、更环保。Qlar在这些技术方面拥有丰富经验。为了满足更高的工艺要求和对绿色钢材日益增长的需求，我们不断地对系统进行开发，使其更为成熟可靠。
