教育部第二批“新工科”課程《鋼鐵科學與技術前沿》第六講：綠色高效智能電弧爐煉鋼技術

5月10日，由中國金屬學會和上海大學聯合開設的教育部第二批“新工科”課程——《鋼鐵科學與技術前沿》第六講開課。本次課程主題為“綠色高效智能電弧煉鋼技術”，由北京科技大學朱榮教授主講。在本次課程中，朱榮教授主要圍繞我國電弧爐煉鋼技術發展、國內外主要新型電弧爐特點、原料質量對電弧爐煉鋼的影響、電弧爐煉鋼單元技術進展、非涉碳煉鋼技術以及電弧爐煉鋼智能化控制技術等內容進行教學。

在現代煉鋼工藝中，高爐流程所釋放的碳排放量極大，而煉鋼的方法不同既決定了鋼種的質量，又影響了整體工藝節能降耗功能。因此，結合鋼鐵流程減碳路線，朱榮教授指出我們需要大力發展綠色高效的電弧爐煉鋼技術。當前，受國家碳中和政策的影響，電弧爐煉鋼技術已進入快速發展期，在2021年電爐鋼產量達到1.5億噸。同時，朱榮教授從技術先進性角度出發，指出在電弧爐的選擇上需綜合考慮綠色化、智能化、高效化、潔凈化等方面，從而實現低成本冶煉的目的。但是由于研究人員、資金投入、設計能力、裝備制造等多因素限制，導致我國在電弧爐技術裝備研發整體與國外差距較大。

隨后，朱榮教授將電弧爐煉鋼技術發展概括為四個方面，即原料結構優化、快速清潔冶煉、余能高效利用以及流程智能管控。朱教授以量子電弧爐、Arccess豎爐、愛吉福電爐為例，詳盡介紹了國內外主要新型電弧爐的特點。同時，他指出原料質量會對電弧爐煉鋼有著重要影響。廢鋼作為電弧爐煉鋼的主要原料，其質量好壞直接影響著生產環境，包括固體及氣體排放物、能源消耗等，同時影響鋼的潔凈，間接提高了物料消耗及排放增加。

圍繞電弧爐煉鋼技術這一主題，朱榮教授介紹了高效化供能技術、高效輔助供能技術、綠色節能技術等。其中，朱榮教授所在團隊發明的用于航天材料地面模擬及評價的高超聲速射流技術，創造性地用于煉鋼高效節能。該技術采用環狀高溫高速氣體包裹超聲速射流，實現了氧氣在類似真空環境的穿行，突破了氣體射流速度衰減快且射流距離短的技術瓶頸，實現了爐內化學能的高強度高效率輸入。此外，團隊從2010年開展近零碳排煉鋼技術研究，已初步具備冶煉及裝備制造條件，目前已在宣化基地進行五噸電弧爐的低碳排相關技術研究。

此外，朱榮教授指出，檢測及智能化將是今后煉鋼的發展方向。目前我國在該領域與國外先進水平仍有較大差距，尤其是電弧爐煉鋼系統。關于電爐短流程智能化技術，朱榮教授歸納為三方面，即各冶煉工序智能化改造升級、多工序協調匹配與精準控制以及全流程質量成本一體化管控。朱教授還提出，在未來需要打造電爐短流程智能化料廠，實現綠色智能配料，同時借由計算機實現電弧爐“一鍵式”自動煉鋼，從而打造電爐短流程智慧生產車間。

最后，朱榮教授對電弧爐煉鋼技術提出了個人展望。他指出，隨著我國廢鋼積蓄量不斷增加，廢鋼回收利用量逐漸增大，對鋼鐵工業流程結構、鋼廠模式和鋼廠布局、鐵素資源消耗、能源消耗和碳排放產生重要影響，進而對社會的綠色化和生態和諧做出貢獻，以廢鋼為主要原料的電弧爐煉鋼工藝流程將在碳中和的思想引領下不斷發展。同時，我國電力體制改革、環境約束不斷增強，發展電弧爐煉鋼相對優勢將會愈發凸顯。