从灰色到绿色：为电力未来优化钢铁运营

03内容| 执行摘要 | 上升 | 重新定义 | 转型 | 确保安全 | 可再生 | 独特的机会执行摘要 转换工作方式 数据、人工智能、信息和运营技术如何设计部署 执行摘要 | 上升 | 重新创造 | 转型 | 确保 | 可再生 | 一个独特的机遇执行摘要钢铁行业正从灰色转向绿色。随着能源、建筑、汽车行业以及更广泛的客户致力于实现净零排放，绿色钢铁的需求正迅速增长。 作为回应，钢铁制造商正在投资数十亿美元，用氢直接还原铁（DRI）和电弧炉（EAF）来替换他们几十年的 blastfurnaces（也称为基本氧炉或“BOFs”）。电弧炉钢材生产已经飙升，预计到 2050 年将进一步提高 80-100%。1像《欧洲绿色协议》和欧盟的碳边境调节机制（CBAM）等法规有望进一步加速这一转变。但是有一个问题。目前EAF项目集中在欧洲和北美。为了在中国和印度等BOF炼钢仍然普遍的地区与竞争对手竞争，这些市场的公司需要以更低的成本开始生产足够数量的绿色钢铁。那说起来容易做起来难。与BOF相比，EAF确实提供了几项运营优势，例如在计划和维护标准化方面具有更大的潜力。而且它们可以根据客户需求和市场状况灵活地扩大或缩小生产规模。 获取可再生能源和绿色• 足够数量的氢气，且价格有竞争力。但转向电子空气过滤器（EAFs）也带来了重大挑战，包括：应对这些挑战意味着要面对一个陡峭的学习曲线。钢铁制造商没有时间可以浪费，因为他们必须在正确的价格下满足客户对钢材某些性能的要求，同时使用完全不同的生产工艺和原料。这是一个极其艰巨的任务。将新的批处理EAFs与旧系统集成• 采用连续制造工艺的下游钢铁资产转向废金属作为原料，• 管理质量、供应和成本的巨大差异 归根结底，向绿色钢铁的转变是钢铁制造商提升竞争力的变革性机遇。目前，企业正密切关注购买哪台熔炉。然而，由于直接还原铁和电弧炉来自少数供应商，这些技术的实施为获取竞争优势提供了有限的范围。相反，钢铁制造商必须着眼于大局，思考如何更广泛地运用技术，以驱动下一代钢铁产业的竞争差异化。这才是更加令人兴奋——同时也更具挑战性的前景。 通过重新想象工作方式来转变工作方式• 他们在规划、物流、质量管理、维护、安全等方面的方法。ma克服这些挑战并为未来设计是至关重要的。具体来说，公司必须：重塑数据、人工智能、信息和运营技术的设计方式• 部署在整个组织内。除非 teel 制造商升级他们的更广泛在EAF实施的同时采用s技术，存在这样的风险：他们将投资数十亿美元购买新熔炉，结果却在工厂投入运行时发现它已经过时了。是确保获得稳定、经济实惠的废料供应• 金属和可再生能源——生产绿色钢材所需的两个主要组成部分。这包括管理高度分散的废金属市场中质量、供应和价格的变化，并寻求与能源生态系统的更大参与。 内容 内容 | | 执行摘要 执行摘要 | | 上升 上升 | 再创造 再创造 | 转变 转变 | 保障 保障 | 可再生 可再生 | 一个独特的机会 一个独特的机会 | 再创造 再创造 | 转变 转变 | 保障 保障 | 可再生 可再生 |一个独特的机会对绿色钢铁的需求上升大多数购买钢铁的公司都已承诺实现净零排放。但他们只有能够以有竞争力的价格购买足够数量的绿色钢铁，才能实现这些目标。 执行摘要 | | 上升 | 再创造 | 转型 | 安全保障 | 可再生能源 | 独特的机会 上升 | 再创造 | 转型 | 安全保障 | 可再生能源 | 独特的机会全球范围内，2020年至2022年间宣布了110个新的EAF项目，总价值达95+亿美元。2并且电弧炉钢的生产预计将更高，到2050年将再增加80-100%（见图1）。这促使了钢铁行业这促使钢铁行业进行了转型——尤其是在欧盟。要转型——尤其是在欧盟。钢铁制造商正在投资钢铁制造商正在投入数十亿美元从转炉钢改为直接还原铁数十亿将从BOFs转向使用氢和EAFs的DRI。这使用氢气和电弧炉。这一转变可能会进一步加速shift可能会在类似于欧盟绿色法规的监管下进一步加速像欧洲绿色协议和CBAM这样的法规。交易和CBAM。到目前为止，大多数EAF项目集中在欧洲和北美。这对这些市场的钢铁制造商提出了一个难题：他们如何在与印度和中国等仍普遍采用BOF炼钢的地方的竞争对手竞争？ 崛起 | 再创 | 转型 | 保障 | 可再生 | 一个独特的机会EAF：并不像ABC那样简单• 以废金属为原料，并管理质量、供应和成本方面巨大的差异。• 将新批次式EAF与沿用连续制造流程的下游钢铁资产相结合。• 确保以具有竞争力的价格获得足够数量的可再生电力和绿色氢气。在电弧炉中，电力已占钢铁生产总成本的15%至20%。3这项挑战在欧洲尤为尖锐，清洁能源的可负担性可能会上升或下降——要么加速或阻止向EAFs的转型。向EAFs的转换带来了一系列挑战，包括： • 改变成本结构以实现全球竞争力的飞跃式提升。脱碳可以非常昂贵。但我们制定了一个行动计划，展示了强有力的协作、强大的数字核心以及新的工作方式如何使重工业脱碳，并实现绿色钢等技术价格的平等。比当前市场估计早四到九年（见图2）。• 加大新资产投入并加速学习曲线，以便工厂能够使用全新的原料和截然不同的生产过程生产相同质量的钢材。pr 执行摘要 | | 上升 | 上升 | 重新发明 | 转型 | 保障 | 可再生 | 一个独特的机会 重新发明 | 转型 | 保障 | 可再生 | 一个独特的机会几十年来下游钢铁生产工艺依赖于传统的自动化、数据、人工智能、过程控制和制造执行系统。因此，它们无法与采用人工智能优化的、最先进的数字化电弧炉良好配合。重塑数据、AI、IT和OT的设计与部署方式 重塑 | 转型 | 安全 | 可再生 | 独特的机会技术的再创造应包含：• 通过创建基于云的解决方案，连接所有数据并消除信息孤岛，其中关于EAF数据、原料、客户订单、制造运营等的数据将被关联化，以运行预测性质量分析、优化吞吐量并动态管理瓶颈。这能够实现全流程的数据驱动优化。• 分析和人工智能驱动实时决策和质量管理。除非公司抓住实施电炉的机会升级其更广泛的技术，否则钢铁制造商将投资数十亿美元购买新炉子，结果发现当工厂开始运行时，工厂已经过时了。 • 利用传感器和其他物联网（IoT）技术实现自动化。• ERP，因为像人工智能这样的新技术无法在过时的ERP系统上正常运行。这就像试图在30年前的电信基础设施上运行最先进的5G智能手机一样。此外，还值得探索SAP S/4HANA中可以支持向EAFs过渡的模块，例如原料管理（用于废金属）和能源管理。• 在信息技术系统和运营技术系统（IT/OT集成）中的仪表化，以连接需求规划等任务到运营。 目录 | 执行摘要 | 上升 |显然，基于传统下游运营的局限性来运行价值链并非选项。以具有竞争力的价格生产合适钢质需要钢铁制造商通过将运营技术（OT）转化为以集成方式优化直接还原铁（DRI）和电弧炉（EAF）以及下游钢铁生产来驾驭快速学习曲线。 内容内容 | | 执行摘要执行摘要 || 上升 | 重新定义 |上升| 重新定义 | 转型升级 | 安全保障 | 可再生 | 独特机遇转换大多数钢炉和轧机设备已使用约30-50年，企业已花费数十年时间优化其运营。对新的DRI和EAF设备投资创造了一个千载难逢的机会，以重塑其运营方式。转变工作方式 | 保障 | 可再生 | 内容 | 执行摘要 | 上升 | 重新定义 |这种转换是必要的，因为：• 配备电弧炉后，入厂物流变得复杂得多，因为公司需要大量废金属。寻找合适的废金属数量和质量是一个挑战。但更重要的是预测废金属的质量，并调整炉子和下游工艺设置以生产合适的钢材质量。从废金属到成品钢的钢材工艺的运营管理需要跨单位、跨职能的新协作方式、新能力和新角色。 转型 | 安全 | 可再生 | 一个独特的机会• 规划过程将变得更加动态。结合基于批次的DRI和EAF与连续流程钢冶炼需要更具动态性调度。此外，企业能够根据客户需求和市场状况灵活地增加或减少产量。因此，一个覆盖从废料到DRI/EAF再到下游钢冶炼的全材料流程，并具有动态瓶颈管理和场景规划的调度平台，对于减轻非计划停机的影响，以及管理批处理和连续流程步骤之间的不连续性至关重要。• 质量管理从经过几十年磨练的成熟流程转变为一种更为动态的方法。现在，钢铁制造商必须开发新的测试和确保成品质量的技术。此外，他们必须开发方法来实时预测每批废金属的质量和合金，以确定它最适合生产哪种等级的钢材。 • 与 BOFs 相比，针对 EAF 进行计划、集中和标准化维护有着巨大的潜力。这可以降低成本并防止非计划停机。• 向DRI转型需要新的安全标准，因为钢铁制造商需要生产和处理氢气——这是一种极其易爆、易挥发的分子。新工厂需要专门的工作流程来管理安全。 转型 | 安全 | 可再生 | 一个独特的机会• 规范工作、任务和职位描述。• 通过机械自动化减少劳动力，将任务从田野转移到控制室，并实现生产远程监督和控制。新投资通过以下方式创造了一个实现成本竞争力新性能前沿的机会：• 设置灵活的工作池来管理峰值工作量，通过创建专业知识中心来捆绑关键技能并产生规模经济。 将工作、工作方式、角色和组织结构进行转变，对于实施面向未来的钢铁运营至关重要。最好的方法是从头开始，清空重来，重新构思工厂，而不是试图复制粘贴现有的运营方式并寻找渐进式的改进。 转向DRI和EAF推动了成本驱动因素的 fundamental 变化——从BOFs中的煤炭和铁矿石转向废金属和可再生能源。在这两个领域都必须进行投资，以在具有竞争力的价格生产绿色钢铁，但这迫使钢铁制造商就如何最佳配置资本做出艰难的决策。确保获得稳固且经济实惠的废金属和可再生能源供应 废金属内容 | 执行摘要 | 上升 | 再创 | 转型 |电弧炉钢生产相比于转炉法需要大约6倍的废钢量，而且质量更加重要。这意味着钢铁企业转向电弧炉需要一个强有力的策略，以确保在正确的时间以正确的价格获得正确的废钢数量。 归根结底，废金属已成为战略优先事项。钢铁制造商已习惯于生产原料始终可用。但随着废金属竞争加剧以及地缘政治紧张局势持续，情况将不会总是如此。如果钢铁制造商希望控制成本和生产能力，并在净零世界中获得未来成功，他们就必须以不同的方式对待废金属。而且虽然一些分类可以在事先进行——例如，建筑金属废料很可能具有特定属性——但大多数废金属本质上是一个“黑箱”，其质量未知。能够实时预测和识别不同批次的废金属属性的钢铁制造商将能够标准化和优化他们生产的钢坯的质量。而这是一个强大的竞争优势，因为它显著降低了成本。 保障 | 可再生 | 独特的机会此外，废金属的质量差异很大，而铁矿石和煤则相对标准化。这是一个关键考虑因素，因为每一批废金属中存在的合金决定了它适用于特定的用途。另一个挑战是废金属供应存在显著的区域差异。中国，最大的废金属产生国，不出口废金属，而美国、欧盟和日本是废金属的净出口国。然而，随着废金属需求增长（受电弧炉钢铁产量增加的推动），以及减排压力加剧，这些国家可能会限制出口以满足国内需求。但说起来容易做起来难，因为废金属行业由众多小型本地供应商主导。这种市场碎片化导致了不可靠且不透明的供应链，与钢铁制造商和铁矿石矿工所取得的成就不同。使用EAF的钢铁制造商通常从数百个小型废料场采购废金属。 4 • 创造新的商业模式，例如用于处理提示碎片的 服务模式。• 进入回购协议，钢铁制造商从客户处购买即时废料（也称为优质废料或新废料，即时废料是大规模工业制造中尚未进入市场的残余金属）。• 准备创建一个全球废料交易数字市场，供应商，尤其是当地废料处理厂和废料及废物管理人员，能够在数量、质量和价格上透明地销售废料。• 与回收商建立合作关系，建设和运营拆解和分拣设施，将废料保持在EAF现场附近，并在不同废料等级的价格和供应上创造套利机会。 保障 | 可再生 | 独特的机会• 从销售钢材转向租赁钢材，因此在生命周期结束时，废金属会归还给钢材制造商。• 通过收购废金属场