汉斯曼先生,您如何评价当前钢铁行业在脱碳和可持续性方面的市场需求?
汉斯曼: 钢铁行业即将经历一场根本性的变革,其特点是全球性因素与区域性条件的交织——包括资源可获得性和能源成本等。国家法规同样至关重要,因为这些法规对脱碳工作的速度和方向都有重大影响。
纵观全球市场,便可发现地区差异明显。电炼钢在美国占主导地位,约占钢铁总产量的70%。脱碳的关键更多地在于发电本身的方式。更重要的是,北美对直接还原铁(DRI)设施的需求正在增长,这些设施可以提供高纯度的起始原料,这是生产优质钢必不可少的,也可以在电弧炉(EAF)中进一步加工。
欧洲聚焦于用DRI设备替代高炉。这源于雄心勃勃的脱碳目标和具体的国家资助计划。然而,比如原材料供应和高能源成本等挑战目前正在抑制对新投资的兴趣。电弧炉产能的进一步扩张也已提上日程。
印度的战略是由现有资源决定的。基于传统高炉的联合钢铁生产继续占主导地位,当地的煤炭和铁矿石资源是普遍可以利用的。
中国则以扩大可再生能源等政治目标为导向,推进其脱碳目标。行业产能过剩可能成为脱碳的催化剂,越来越多的落后设施被淘汰。与此同时,中国正在投资于直接还原厂,并对传统高炉逐步脱碳的解决方案进行研究。
日本、韩国和其他亚洲国家也在寻求长期的脱碳战略,这些国家正大力强化氢能作为未来的主要能源,以减少对进口煤炭的依赖,它们正在投资创新技术并建立战略伙伴关系,以实现其宏伟目标。
从市场需求方面,您如何看待现有工厂和装备的变化?
汉斯曼:全球钢铁生产格局正面临根本性变化。预计到2050年,全球钢铁产量将增加到每年23亿吨左右。因此,越来越需要扩大可持续的生产产能。目前,大约70%的钢铁是由高炉生产的。到2050年,我们预计这一数字将降至30%左右。这意味着,目前每年由传统高炉路线生产的13.5亿钢约有一半需要进行脱碳。
与此同时,直接还原工艺的占比将显著提升。目前,直接还原工艺仅占年钢铁产量的6%。到2050年,我们预计这一比例将增长到25%左右,相当于约5亿吨。用废钢生产的钢铁比例也将大幅上升。目前,再生钢在全球钢铁产量中占比约20%,但到2050年这一比例预计将升至近40%。
哪些因素将决定在世界范围内使用不同的钢铁生产路线?
汉斯曼:采用可持续的钢铁生产工艺在很大程度上受到原料和能源供应以及国家政策的影响。传统的高炉工艺基于世界各地都可以大量供应的铁矿石和煤炭。这使该工艺处于主导地位,特别是在印度和中国等拥有大量国内资源和成熟设施的国家。
欧洲向基于废钢的可持续电炉炼钢的过渡,需要充足的高等级废钢和绿色电力,热压块铁(HBI)等替代品可以作为废钢的补充,但它们的生产也必须是可持续的,这反过来又需要绿氢气和绿色电力等稀缺资源。
迄今为止,直接还原工艺主要使用天然气,这使其应用范围局限于天然气资源丰富的地区,包括中东、北非和中美洲。欧洲高的天然气价格阻碍了直接还原铁(DRI)工厂的扩张,这也导致过去联合钢铁生产路线的持续使用。特别是,如果要欧洲成功引入直接还原工艺,绿氢和绿电是至关重要的。直接还原将特别适用于具备可再生能源优势的国家,如斯堪的纳维亚半岛、西班牙和葡萄牙。欧盟规定90%的用于制取绿氢的能源要来自于可再生能源,这对德国和其他中欧国家构成了重大挑战。
高品质铁矿石供应同样关键。目前全球适合DRI的铁矿年贸易量仅1000万吨,远不足以大规模替代高炉。DRI工艺中原材料占吨钢成本60%,凸显可持续原料供应和节能方案的重要性。
目前欧洲的可持续钢铁项目是如何适应原料和绿色能源有限的供应的?
汉斯曼:对DRI设施的最初投资浪潮往往以经典的迷你钢铁厂模型为参照,将直接还原和电炉炼钢厂整合起来,以取代高炉。这些项目得到了政府的大力支持,尤其在德国。然而,关于原料供应和能源成本的重要问题仍然需要解决。此外,DRI工厂到目前为止还不能完全使用氢气,瑞典和德国的首批项目正在追求这一目标,但它们也必须要应对稀缺资源的挑战,包括高品位的铁矿和绿色电力,其后果之一就是欧洲对DRI工厂的投资明显放缓。钢铁企业正在密切关注着正在执行项目的进展,特别是向氢基工艺过渡的项目。金融市场也持观望态度,投资者们正在评估当前项目的表现和效果。这种情况下,开放式熔分炉(OBF)和埋弧炉可以提供解决方案,与电弧炉不同,它们可以处理更大的渣量,允许使用传统的高炉铁矿,从而降低运行成本,并使下游装备如转炉炼钢设施,得以保留。
西马克集团准备如何应对如此广泛的不同应用场景?
汉斯曼:西马克集团拥有涵盖可持续钢铁生产全领域的综合技术组合。我们凭借保尔沃特系列技术在高炉工程领域树立行业标杆。保尔沃特 EASyMelt技术便是典范之作,目前我们正与塔塔钢铁在印度贾姆谢德布尔合作实施中试项目。该技术可通过分阶段工艺逐步实现对现有高炉的脱碳。作为还原剂的合成气可通过炉身喷入高炉,促进对铁矿石的直接还原。同时在风口也喷入合成气,使氢气在高温环境下还原铁矿石。风口等离子体矩将合成气加热至2200℃,并为整个工艺提供电能。
在熔炼技术领域,我们始终保持着领先的市场地位,尤其在OBF方面。这类设备基于埋弧炉技术,凭借我们的Metix品牌已在众多项目业绩中成功应用。重点是将低品位铁矿石与熔炼工艺相结合,生产出可用于下游炼钢工艺的粗铁,类似于高炉铁水。
我们在电弧炉技术方面也取得了重大进展。为巩固并拓展市场地位,我们持续进行创新:AllCharge水平加料式电弧炉无需废钢/原材料预热即可实现连续装料。其炉壁侧方加料技术使平熔池操作成为可能,既能降低氮氧化物排放,又能降低对电网的冲击。配合X-Pact®AURA电源技术为直流电弧炉在各种电网条件(包括弱电网)下提供高效稳定的功率控制。在数字化领域,我们同样凭借创新的工艺与能量管理解决方案树立行业标杆。
展望未来,氢气将在电弧炉(EAF)中扮演重要角色。我们开发了首个于电弧炉冶炼工艺中应用氢气的烧嘴技术。在欧盟研究基金的支持下,我们旨在通过将氢气作为电弧炉的主要燃料,实现钢铁生产的革命性变革。我们创新的多中燃料烧嘴能够实现从天然气到纯氢气的切换。初步测试结果令人鼓舞。
这些技术能否实现金属行业完全脱碳?
汉斯曼:金属行业脱碳是需数十年大量投资的长期工程,现有设备存量庞大,无法一次性改造,且全球需求无法仅靠废钢和氢基工艺满足。
CCUS(碳捕集、利用和封存)技术对实现全球气候目标至关重要。CCUS市场潜力巨大,但许多现有的方法侧重于生产周期末端捕获排放的解决方案。我们则将CCUS直接融入生产流程,保尔沃特EASyMelt技术正是这一理念的典范。我们的碳分离解决方案可替代传统的天然气重整制取合成气,这意味着生产工艺中无需消耗天然气。该技术不仅提升了效率,更实现了约70%的减排效果。
钢铁生产的下游工序对二氧化碳排放有何贡献?西马克集团提供哪些技术来实现这些工序的脱碳?
汉斯曼:我们实现下游工艺阶段脱碳的战略基于四大支柱:能源回收、电气化、燃料转换和数字化。例如,CSP® Nexus连铸连轧技术就融合了所有这些行动领域。集成式铸轧工艺省去了高耗能的的板坯再加热环节。此外,粗轧机与精轧机在工艺流程上的分离,使得各工序优化无需考虑整体工艺流程。通过采用感应炉技术,我们正逐步用电气化技术替代隧道炉等天然气操作系统。
自动化与数字化通常对下游工艺阶段的效率和可持续性产生重大影响。我们的目标是通过自优化流程实现工厂与设备的自主运行,从而将人工干预降至最低。通过整合所有自动化与数字系统的数据,可全面掌握工厂状况、质量管理、生产计划及能耗情况。预测性解决方案能够协调相互矛盾的关键绩效指标,实现整个价值链的优化。
我们的解决方案为现代化现有基础设施和开发创新服务方案创造了重大机遇。同时,这些方案通过以深远而高效的方式支持客户的可持续发展目标,进一步巩固了西马克集团与客户的合作伙伴关系。