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西马克集团如何引领钢铁行业的绿色转型

西马克集团董事会成员(首席技术官)Thomas Hansmann访谈

打造可持续性发展的全球钢铁产业,对钢厂和设备制造商都提出了重大挑战。随着转型进程的推进,这就要求制定长期规划并采用适当的技术以应对当地的市场状况,同时还要确保钢铁企业长期的经济利润。我们的首席技术官Thomas Hansmann阐述了西马克集团推动钢铁产业转型的战略路径。

Hansmann先生,您如何评价当前钢铁行业在脱碳和可持续性发展方面的市场需求?

Thomas Hansmann 钢铁工业即将经历一场根本性的变革,其特点是这场变革受到全球因素和地区条件的影响,例如包括资源的可用性和相关的能源成本。国家法规也起着至关重要的作用,因为这些法规对脱碳工作的速度和方向都有重大影响。

纵观市场,我们可以看到明显的差异。电炉炼钢在美国占主导地位,约占钢铁总产量的70%,所以,脱碳的关键在于发电方式本身。此外,北美地区对直接还原铁(DRI)设备的需求也在不断增长,因为这些设备可以提供高纯度的起始原料,这是生产优质钢材所不可或缺的,而且还可以在电弧炉(EAF)中进一步加工。

在欧洲,重点是要用DRI 设备取代高炉,这来源于欧洲地区宏伟的脱碳目标和特定的国家资助计划,然而,原材料供应和高能源成本等挑战目前正在抑制新投资的兴趣。另外,进一步扩大电弧炉产能也正在进行中。

印度的战略由现有资源决定,由于当地煤炭和铁矿石储量丰富,以传统高炉为基础的综合钢铁生产仍占主导地位。

中国以扩大可再生能源等政治目标为指导,推进其脱碳目标。工业产能过剩可能会成为脱碳的催化剂,因为越来越多的过时生产设施会被淘汰。与此同时,中国正在投资建设直接还原厂,并对传统高炉逐步减碳的解决方案进行研究中。

日本、韩国和其他亚洲国家也在实施长期脱碳战略。这些国家在很大程度上依赖氢气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,发展战略合作伙伴关系,以实现其雄心勃勃的目标。

鉴于这些市场需求,您认为现有产线和设备将如何变化?

Thomas Hansmann: 全球钢铁生产格局正面临着剧烈的变化。预计到2050年,全球钢铁产量将增至每年约23亿吨。因此,扩大可持续性生产能力的需求与日俱增。目前,约70%的钢铁是通过高炉生产的。到2050年,我们预计这一数字将下降到30%左右。这意味着,目前每年通过传统高炉生产的13.5亿吨钢材中,约有一半需要脱碳。

与此同时,直接还原工艺的份额也将大幅增加。目前,直接还原法仅占钢铁年产量的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。以废钢为原料的钢铁生产比例也将大幅上升。目前,以废钢为原料的生产方法约占全球钢产量的20%,但到2050年,这一比例将上升到近40%。

哪些因素将决定在全球范围内引入不同的钢铁生产路径?

Thomas Hansmann采用可持续性的钢铁生产工艺在很大程度上受到原材料和能源供应以及国家政治的影响。传统的高炉生产工艺以铁矿石和煤炭为基础,而这些原料在世界各地都有大量供应,这确保了这一工艺的主导地位,尤其是在印度和中国等拥有大量国内资源和成熟基础设施的国家。

在欧洲,要向使用废钢的可持续性电炉炼钢过渡,需要有足够数量的高级废钢和绿色电力。热压块铁(HBI)等替代品可以补充废钢,但其生产也必须是可持续性的,这反过来又需要绿色氢气和绿色电力等稀缺资源的配套。

迄今为止,直接还原工艺主要使用天然气,这就将其应用限制在天然气丰富的地区,包括中东、北非和中美洲。在欧洲,高昂的天然气价格阻碍了直接还原厂的扩张,在过去,直接还原厂一直使用综合性钢厂的生产路径。要想在欧洲成功引入直接还原工艺,绿色氢气和绿色电力尤为重要,这在斯堪的纳维亚、西班牙和葡萄牙等可再生能源条件优越的国家有天然优势。欧盟规定,绿色氢气生产所用能源的90%必须来自于可再生能源,这给德国和其他中欧国家带来了巨大的挑战。

另一个关键因素是高品位铁矿石的供应。目前,全球适用于DRI的铁矿石球团的年贸易量仅为1,000万吨左右,根本不足以大规模取代高炉。使用DRI工艺生产每吨钢的成本中,原材料就占了约60%,这凸显了可持续原材料供应和节能解决方案的重要性。

欧洲目前的可持续性钢铁生产项目如何与有限的原材料和绿色能源供应相适应?

Thomas Hansmann最初的DRI设备投资浪潮通常以传统的短流程钢厂模式为导向,整合直接还原和电炉炼钢以取代高炉。这些项目得到了国家的大力支持,尤其是在德国。然而,有关原材料供应和能源成本的重要问题仍有待解决。此外,迄今为止,DRI厂尚未完全使用氢气。瑞典和德国的首批项目正在努力实现这一目标,但它们也必须应对资源稀缺的挑战,包括优质铁矿石和绿色电力。目前的情况之一就是欧洲的DRI厂的投资明显放缓。钢铁生产商正在密切关注正在进行的项目的结果,特别是向氢基工艺的过渡。金融市场也在犹豫不决,因为投资者正在评估当前项目的绩效和成果。熔分炉(OBF)和埋弧炉算是一种解决解决方案,因为它们与电弧炉不同,可以处理更大量的炉渣,这样就可以使用传统的高炉矿石,从而降低运营成本,并保留转炉车间等下游设施。

西马克集团如何准备应对如此广泛的不同情况?

Thomas Hansmann:西马克集团拥有全面的技术组合,涵盖可持续性钢铁生产的所有领域。我们的保尔沃特技术系列为高炉工程树立了标准,保尔沃特 EASyMelt 就是一个很好的例子,目前我们正与塔塔钢铁公司合作,在印度贾姆谢德布尔实施一个试点项目。采用保尔沃特EASyMelt技术,现有高炉可逐步实现脱碳。合成气作为还原气体注入高炉竖炉,以促进铁矿石的直接还原。合成气还可在炉身处注入,从而引入氢,使铁矿石在高温下还原。炉顶等离子火炬可将合成气加热至2200°C,并使工艺过程实现电气化。

在熔炼技术领域,我们保持着市场领先地位,特别是在熔分炉方面。此类设备以埋弧炉技术为基础,通过我们的Metix品牌,已被大量客户使用。其重点是结合熔炼工艺还原低品位铁矿石,以生产可用于下游炼钢工艺用的粗铁(如高炉铁水)。

我们在电弧炉技术方面也取得了长足进步。为了维护和扩大我们的市场地位,我们正在不断创新:AllCharge是一种无需预热即可持续装料的电弧炉。它的特点是通过水平实现平浴操作,这有助于减少氮氧化物的排放并减轻电网负荷。此外,我们的X-Pact®AURA技术也起到了补充作用,该技术旨在确保直流电弧炉在所有电网配置(包括弱电网)下都能实现高效、稳定的功率控制。在数字化领域,我们也通过创新的工艺和能源管理解决方案树立了行业标准。

展望未来,氢气将在电弧炉中发挥重要作用。我们已经开发出第一种在电炉炼钢过程中应用氢气的烧嘴技术。在欧盟研究基金的支持下,我们的目标是通过将氢气作为主要燃料整合到电弧炉中,彻底改变钢铁生产。我们的创新型多燃料烧嘴能够从天然气转换到完全使用氢气,初步的测试结果非常令人满意。

这足以使金属行业实现完全脱碳吗?

Thomas Hansmann: 金属行业的脱碳是一项长达数十年的工程,需要大量投资。金属行业的现有产能太大,不可能一次性完成转型,而且仅靠废钢和氢气的生产路径也无法满足全球需求。

CCUS(碳捕获、利用和储存)技术对于实现全球气候目标至关重要。CCUS市场巨大,但现有的许多方法都侧重于在生产周期结束时捕获排放物的末端解决方案。我们会将CCUS直接集成到我们的流程中,在这方面,保尔沃特的 EASyMelt也是一个杰出的例子。我们的碳分离解决方案使我们能够用天然气取代传统的合成气重整,这意味着在工艺过程中不需要天然气,这不仅提高了效率,还减少了约70%的碳排放。

钢铁生产的下游工序是如何带来二氧化碳排放的?西马克集团为这些工序的脱碳提供了哪些技术?

Thomas Hansmann:我们的下游工艺脱碳战略基于四大支柱:能源回收、电气化、燃料转变和数字化。例如,CSP® Nexus连铸连轧技术将所有这些领域的因素结合在一起,连铸和连轧集成在一起的工艺摒弃了能源密集型的板坯再加热工序。此外,粗轧机和精轧机之间的工艺性断开意味着可以单独优化各个工艺阶段,而无需考虑整体过程。通过使用感应式加热炉,我们正在用电气技术取代天然气系统,如隧道炉。

一般来说,自动化和数字化对下游工艺阶段的效率和可持续性有着重大影响。我们的目标是通过自我优化流程实现工厂和设备的自主运行,从而将人工干预降至最低。通过整合来自所有自动化和数字化系统的数据,我们可以全面了解设备状况、质量管理、生产计划和能源消耗。预测性解决方案能够协调相互矛盾的关键绩效指标,优化整个价值链。

我们的解决方案为现有设施的现代化和创新服务解决方案的开发提供了重要机遇。与此同时,我们的解决方案还能加强与客户的合作关系,因为这些解决方案能以深远、高效的方式支持客户的可持续性发展目标。

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