钢铁构筑起了现代世界，但其背后也隐藏着巨大代价。如今，每生产1吨新钢便会排放约1.8吨二氧化碳，让钢铁行业成为重工业中碳排放强度最高的领域之一。从全球来看，钢铁行业的二氧化碳排放量占全球总排放量的8%至9%，年均达37亿吨。这种曾推动工业革命的材料，如今正处于清洁能源转型的核心。一场旨在重塑这个时代标志性行业的绿色革命已然开启。
钢铁制造商正从以煤炭为燃料的高炉，转向更清洁的电弧炉（EAF），整个行业正经历着技术与理念的双重变革。尽管绿氢等革命性技术有望大幅减排，但电力集成与流程控制等渐进策略，也为提升效率、灵活性和可持续性提供了清晰的改进路径。施耐德电气正与全球钢铁企业合作，探索这两条技术路线，提供绿色钢铁生产所需的数字基础设施、专业咨询服务与智能自动化支持，无论是同步推进还是分阶段实施。
从高炉到电弧炉：重构钢铁生产的基础
随着汽车、建筑等行业的发展周期与创新速度不断加快，加之消费者对清洁绿色产品的需求与日俱增，全球钢铁行业及其下游客户正积极拥抱变革。
要理解这一转型，需从当前的钢铁生产格局谈起。全球71%的钢铁生产依赖高炉 - 氧气转炉（BF-BOF）工艺。但预计到2030年，这一比例将降至60%，而电弧炉生产占比将从29%提升至40%。若搭配可再生电力，电弧炉工艺可将碳排放量减少达95%。
与持续燃烧煤炭的传统高炉不同，电弧炉采用间歇式工艺，通过电力熔化废钢或预处理铁。其优势包括：
• 更强的控制能力
• 更高的钢材质量潜力
• 更大的生产灵活性
• 快速启停的特性
依托废钢回收的循环经济路径
然而，扩大电弧炉生产规模也面临新挑战，尤其是当电气化需与产能扩张、严苛的脱碳目标同步实现时。
氢基炼钢：绿色钢铁的希望与挑战
利用绿氢生产直接还原铁（DRI）是实现绿色钢铁生产最具雄心的路径之一。其原理是利用太阳能或风能制氢，再通过氢气将铁矿石还原为海绵铁，随后送入电弧炉进行后续处理。但无论是改造现有工厂还是新建项目，融资与流程设计都面临复杂难题。
氢气本身具有易挥发、储存困难、生产能耗极高的特点。目前，绿氢的平均生产成本约为6美元/公斤，远高于大规模应用的经济阈值。生产1吨原钢需消耗约54公斤氢气，而氢基炼钢的能耗几乎是标准电弧炉工艺的三倍。
即便如此，一些领先的钢铁企业仍在加码氢能技术投资。例如，施耐德电气与瑞典H2 Green Steel合作的里程碑项目，正探索大规模氢基炼钢的可行性。我们协助客户应对前所未有的规模、复杂性和电力需求，每个厂区的能源需求可能超过1.3吉瓦（相当于一座典型核电站的发电量）。设计、供应、协调并优化如此规模的电力系统，需要强大的基础设施和值得信赖的合作伙伴，而理解电力与工艺流程的无缝协同，正是施耐德电气过去四五年的核心关注点。
优化现有设施：渐进式转型路径
并非所有钢铁企业都准备好全面转向氢基炼钢，毕竟这一过程不仅能耗极高，还需大量资本投入。许多企业正采取渐进策略：通过优化现有电弧炉的操作，提升电力质量、能源效率与控制精度。这些逐步改进积累起来，正成为最务实的行动方案。
例如，西马克的X-pact® AURA和达涅利的Q-One等技术，采用多单元炉架构，可减少企业用两台或多台电弧炉替代高炉时可能出现的电力质量问题（如电压闪烁、谐波等）。这些创新技术能降低峰值用电需求、稳定电流负荷，使电弧炉扩产更易实现，且不影响厂区及周边电网的稳定性。
作为钢铁企业的长期合作伙伴，我们支持这一设计理念，通过将电力与流程控制整合到统一架构中，实现对电炉炼钢复杂动态的实时响应。凭借深厚的行业经验、开放自动化平台及全生命周期咨询服务，我们帮助制造商在资本支出（CapEx）与长期运营成本（OpEx）之间找到平衡。尽管部分集成技术仍属专有，但目标始终一致：以切实的价值为基础，推动钢铁生产向智能化迈进。
超越硬件设备的深度合作
对我们而言，绿色钢铁并非“一刀切”的产品方案，而是作为可信赖的技术与咨询伙伴，帮助钢铁企业协调能源战略、工厂设计与市场现实。我们深入厂区实地考察，提出不干扰生产的改进方案，助力整体效能提升。
对开启脱碳旅程的钢铁企业来说，转型路径通常包括以下步骤：
• 制定能源战略：明确绿色钢铁生产所需的大规模电力获取与管理方案，包括潜在的可再生能源来源。
• 设计炉系统架构：考量产能规模、工艺灵活性与电力质量要求，尤其是整合氢基直接还原铁与大型电弧炉时，需协调好两者的产能匹配与电力需求。
• 规划效率提升策略：探索电力与流程控制优化、生产可视化增强及自动化降本等路径。
• 构建市场策略：规划如何在可持续性导向的市场中，实现低碳钢铁的差异化定位与价值变现。
这种分阶段指导尤为重要，尤其当工厂面临电力基础设施限制、新型电力质量问题，以及展示可持续发展成效的压力时。若缺乏前两步的精准把控，企业可能在资本投入中产生潜在的“遗憾成本”。
征程已启：钢铁行业的未来正在重塑
领先的钢铁企业已开始重塑运营模式，以响应汽车制造商、建筑企业和政策制定者对低碳材料的需求。与此同时，更多企业通过渐进式升级开启转型——这些升级提升了生产透明度、减少了停机时间，为后续重大变革奠定了坚实基础。钢铁行业的绿色未来，正在这场变革中逐步成形。
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