面向未来的钢铁及有色金属行业：电气化、自动化和数字化三大技术融合铺就可持续发展之路

面向未来的钢铁及有色金属行业 电气化、自动化和数字化三大技术融合，铺就可持续发展之路 目录 03钢铁及有色金属：现代社会的基石04趋势塑造未来10从原料到成品之旅13电气化创新推动可持续变革14钢铁及有色金属行业的自动化革命16以数字化释放效率潜能21协作创新，铸就更强纽带28钢铁及有色金属行业的职业前景30匠心冶金，共铸未来31参考文献 钢铁及有色金属：现代社会的基石 钢铁及有色金属是承载建筑、运输、基础设施、包装以及科技进步的基础行业。从钢到铜再到铝，它们都是日常生活和全球经济活动不可或缺的重要材料。 钢铁及有色金属与矿山行业领域的总规模高达4万亿美元，其中仅炼钢业就占比约35%1。 专家见解 但为了促进社会持续发展繁荣，金属的开采和生产方式必须与碳中和未来同频共振。 这也是ABB作为行业领先供应商与合作伙伴，始终致力于赋能世界各地的冶金生产商减少碳足迹的初衷。 Frederik EsterhuizenABB过程工业金属及电能转换业务全球负责人 Frederik Esterhuizen是ABB金属及电能转换业务全球负责人。他拥有28年以上的跨行业经验，能够帮助用户应对不同挑战。同时，通过前瞻预测行业未来需求，他致力于推动钢铁、铝及其他金属的生产向更可持续的方向转型。 “凭借在自动化和电气化领域的深厚底蕴，ABB能够利用数字化解决方案提高运营效率，优化能源使用，并推动整个冶金价值链的可持续发展实践。” —Frederik Esterhuizen 趋势塑造未来 目前，钢铁及有色金属行业正处于十字路口，既要应对节能减排的紧迫性，又要满足全球高涨的产品需求。然而，这一挑战却催生了行业的乐观情绪：57%的行业决策者计划将脱碳目标纳入其公司战略；61%的行业决策者表示，对于协同推进其增长前景与可持续发展目标更具信心2。 钢铁 正如ABB《无化石钢铁的发展之路》白皮书中所指出的，仅钢铁生产就占全球碳排放总量的7-9%，因此亟需采取创新方法来大幅削减碳足迹，同时提高产量以满足不断增长的需求。 专家见解 Baris Bekir Ciftci博士世界钢铁协会行业分析总监 钢铁行业最新转型举措包括向氢基炼铁技术（如直接还原炼铁DRI）的转变，以及推广电弧炉（EAF），例如韩国世亚昌原特钢公司（SeAH Changwon Special Steel）。 Baris Bekir Ciftci博士任世界钢铁协会行业分析总监，负责领导协会在全球钢铁价值链领域的调研工作，研究范围涵盖市场基 本面、商业战略及未来前景，涉及从采矿、能源与原材料市场到钢铁及钢铁消费行业（如汽车与建筑业等）。 根据世界钢铁协会（worldsteel）公布的2024年度《短期钢铁需求预测报告》，在印度和美国等地区基础设施投资和制造业增长的推动下，全球钢铁需求预计将会增长，而欧盟等市场则面临能源成本居高不下和地缘政治动荡等诸多挑战3。 世界钢铁协会行业分析总监Baris Bekir Ciftci博士称，这一需求增长态势预计持续未来数十年之久，尤其是在发展中国家，但中国除外。 “我们预计，在2020年代剩余时间内，钢铁下游应用行业（如汽车、建筑、机械等领域）将在其运营过程及产品使用阶段的脱碳方面取得快速进展，”他表示，“然后从2020年代后期开始，这些行业将越来越重视降低其产品中的隐含碳排放。” “在这些国家和地区，炼钢业面临的脱碳挑战往往远更为严峻，”他表示，“生产商将需要同步推进产能扩张与现有产能脱碳改造。” “因此，钢铁生产商不难发现，到2020年代末，低碳钢需求将会爆发性增长，虽然初始基数较低，但将很快就会达到可观规模。” Ciftci进一步指出，低碳钢的需求前景也将成为塑造全球炼钢业脱碳进程的重要因素。 铝 在可持续发展趋势、地缘政治紧张局势与技术进步的推动下，铝业正在经历重大变革。 对于回收利用的日益重视已推 动大量投 资流入美国制造业，在过去十年中，有超 过100亿美元投入到中下游加工及回收产能领域6。 一个关键趋势是铝产能向北美地区回流。此举旨在减少对海外资源的依赖，从而缩短运输距离、减少排放并确保供应链更加安全和可持续。近期一项调查显示，69%的美国制造商已经开始迁回其供应链，成功率可达94%4。 毋庸置 疑，没有产业合作，就无法真正推 动铝业 持 续 变革，因为单凭一家公司或一项技术无法独自达成可持续发展目标。贯穿整个价值链，生产商、技术供应商和政策制定者正在共同努力提升生产效率、扩大回收规模并整合更清洁的能源。 回收利用在行业转型过程中也发挥着关键作用。再生铝的生产涉及废金属回收，不仅能够节约自然资源，而且与原铝生产相比，还可减少高达95%的直接二氧化碳排放5。 效率潜力 随着金属制造商逐渐重视并寻求低碳技术，整体工厂效率的提升必须紧跟发展步伐。数字化转型在增强决策能力和提高运营效率方面发挥着重要作用，赋能制造商高效管理能源使用、优化生产工艺，并支持绿色低碳能源。随着监管法规不断收紧，这是保 持竞争力与合规性的重要方式。 和碳排放方面存在约15%-20%的改进空间。如果整个行业中领先工厂的最佳实践能够得到推广应用，那么大多数工厂可以通过使用现有技术实现这一目标。” “聚焦于运营效率的提升与可持续发展目标的协同，将有助于进一步加快未来钢铁价值链的数字化转型步伐。” “在钢铁行业的脱碳之旅中，材料效率和能源效率都将会得到高度重视，”Ciftci表示，“我们预计，整个钢铁价值链将实现显著的效率提升并在循环性方面取得进展。” –Dr. Baris Bekir Ciftci “世界钢铁协会意识 到了这一领域的巨大潜力。我们的Step Up能效升级项目显示，全球许多设施在能源使用 的改进空间全球许多设施在能源使用方面存在约15%-20% 全球趋势 中国脱碳：全球最大的钢铁生产国 中国正在采取重大措施以推动钢铁及有色金属行业的脱碳。依据中国生态环境部规划，政府计划将钢铁、铝以及水泥的生产纳入全国碳排放权交易市场制度体系（ETS）7。 作为全球最大的钢铁生产国，中国面临着其特有挑战。预计国内对钢材的需求将从2023年的约9亿公吨下降到2035年的8.0至8.5亿公吨之间。然而，这种需求下降并未导致产能下降，而是钢铁出口增加8。 中国 尽管中 国 的 炼 钢 业 仍 严 重 依 赖 煤 基 高 炉-转 炉（B F -BOF）技术，但政府依然设定了到2025年实现15%的粗钢使用电弧炉（EAF）生产这一目标—相当于超过世界第二大钢铁生产国印度的钢铁总产能9。然而，这一转变的成败取决于能否获得 稳定的废钢供应。这也是政 府推出“以旧换新”计划的关键原因，以此加快工业设备升级，促进汽车和家电等消费品以旧换新，并完善再生资源的回收体系10。2025 目标是2025年实现15%的粗钢使用电弧炉生产 全球趋势 欧洲：积极探索创新技术 根据行业报告，欧洲钢铁制造商需要加快采用可再生能源和氢能技术，以紧跟行业可持续发展目标的步伐11。 作为欧洲最大的钢铁生产国，德国正利用电气化和绿氢来应对脱碳挑战。 德国低碳钢厂计划接入国家氢能管道，减少对煤炭和天然气的依赖，每吨氢能的使用可减少碳排放量28公吨12。 为顺应上述趋势，德国计划淘汰几乎所有平均炉龄达47年的老旧高炉。作为向绿色钢铁生产过渡的一部分，德国已着手淘汰2900万吨/年的高炉产能，并正在开发900万吨/年的新直接还原铁（DRI）产能13。 瑞典是欧洲第二大钢铁生产国，也在寻求创新技术以进一步推进其脱碳进程。2024年10月，欧委会批准了1.28亿欧元的瑞典国家援助，以支持SSAB的无化石钢铁生产14。此前，该公司于2024年4月承诺投资45亿欧元，在瑞典吕勒奥建造一座小型无化石钢铁厂，SSAB公司预测此举将使瑞典的碳排放总量削减7%15。 SSAB还参与了HYBRIT氢能炼钢倡议，该合作项目由SSAB、LKAB和Vattenfall共同推进，旨在利用氢基直接还原技术取代传统的煤基高炉工艺16。 全球趋势 印度：追求减排与增长间的平衡 印度的钢铁及有色金属行业不仅重视节能减排，同时还为满足不断增长的国内需求做好了准备。 随着经济活动和城市化扩张，预计到2035年，印度对钢铁的需求将达到 印度 2.4至2.6亿公吨17。 此外，印度的“国家绿色氢能计划”旨在用绿氢代替煤炭进行炼钢，目标是到2050年实现大规模推广。届时，预计印度80%的钢铁生产将过渡到氢基技术，而到2030年，这一比例约为25-30%18。 然而，印度仍通过转炉炼钢BOF技术来推进产能增长，其46%的在建炼钢项目依然以BOF技术为主19。 从原料到成品之旅 将原料或回收材料转化为成品的每个阶段在生产过程中都发挥着重要作用，并决定着金属的最终品质。无论是从矿石中提取金属、回收废金属、通过热轧和冷轧工艺将金属成型，还是后处理线中的复杂工艺，这些步骤都对生产的整体可持续性至关重要。 01炼铁与炼钢 03冷轧 冷轧是减小金属板材厚度、提高其表面光洁度和机械性能的过程。冷轧生产出的高精度薄板带材具有尺寸精确、强度提升等特点，是汽车零部件、家用电器和金属家具等对公差要求严格的应用领域的关键材料。 冶金生产的初始阶段是将原材料（例如铁矿石或铝土矿）加工成可用形态。这个阶段包括从矿石中提取金属、精炼和生产铸锭、板坯或坯料，这些半成品是后续制造过程的基础材料。 02热轧 04处理线 加热金属并通过轧辊以减小其厚度并形成片材、板材或其他形状的过程称为热轧。该工艺能够改善金属的可加工性，为后续加工塑造形态。热轧通常是从原材料中提取金属后的首道工序，其产品多用于对形状要求不高的应用场景，例如用作结构部件、轨道以及用于一般制造。 专用生产线涉及金属板材的多种处理和精加工工艺，包括退火、酸洗、涂层和镀锌。这些处理线对于提高金属性能、表面光洁度和耐用性以满足特定的应用需求至关重要。例如食品加工设备和通信设备就是金属精加工工艺的典型应用场景。 更强大且更具弹性：一体化解决方案 为提高钢铁及有色金属全价值链的效率与生产力，同时加快能源转型步伐，ABB研发出全方位、多层次的优化解决方案。其主要成就包括： 利用ABB Ability System 800xA将过程控制、电气控制、安全及生产管理集成至统一系统中，以简化运营并 提高生产力，覆 盖 从矿石加工到冶炼、精 炼、合 金化、连铸、轧制和精加工等全流程。 配 备 提 供 精 确 速 度 和 扭 矩 控 制 的驱 动 器与高 效电机，即使在严苛工况中仍不失可靠性和高效性能，同时提高生产力和安全性。 作为“自动驾驶员”，先进过程控制系统能够改善各类金属加工过程中的工艺稳定性、质量和产量，从而保障生产质量的稳定性。 通过电能质量、供电、电磁搅拌技术和炉体控制来优化电弧炉（EAF）中的电弧稳定性和能量输入，从而提高熔炼工艺的生产力和安全性。 利用自动厚度控制（AGC）和自动板形控制（AFC）技术在平板轧制过程中对带钢的厚度和板形公差进行严格控制，从而显著改善钢带质量并确保生产稳定性。 结合数据驱动型分析技术和特定工艺输入来增强长材轧机和冷轧机性能，提升运营效率和生产力。 通 过升级、维修 和翻新等服务延长资产寿命，并提供 定 制 化 的 交 付 协 议，以 确 保 长 期 运 营 效 率 和 可靠性。 ABB在推动冶金工艺发展过程中的角色 电磁搅拌器（EMS）于1940年代首次应用在电弧炉中搅拌冶金熔体。这一技术由来自ABB的Ludwig Dreyfus博士发明，此后该技术不断发展以适应持续演进的炉型，在改善钢铁和铝生产中的熔融金属处理过程中发挥着核心作用。 40年后的1980年代，ABB与日本客户川崎制铁（现为JFE）合作开发了电磁制动（EMBR）技术，以应对生产高质量板坯所面临的挑战。该解决方案通过稳定铸模中钢水的流动来优化连铸工艺中的EMS。 专家见解 Ola Norén