开局“十五五”丨面向“十五五”的中国钢铁行业低碳转型

向“十五五”的中国钢铁行业低碳转型
北京科技大学高等工程师学院（国家卓越工程师学院）院长 宗燕兵

一、引言

钢铁行业是支撑国民经济和国家安全的基础性、战略性产业，在重大工程建设、装备制造和国防安全等领域发挥着关键作用，同时也是能源资源消耗和碳排放最为集中的工业部门之一。在“碳达峰、碳中和”目标系统推进的背景下，钢铁行业被认为是绿色低碳转型的重点领域^[1]。党的二十届四中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》，进一步强调把经济发展着力点放在实体经济上，将科技高水平自立自强作为中国式现代化建设的战略支撑，使“十五五”时期钢铁工业低碳转型与技术创新的方向更加清晰。2025年12月召开的中央经济工作会议强调因地制宜发展新质生产力，并提出协同推进降碳、减污、扩绿、增长，增强绿色发展动能，为钢铁行业在“十五五”开局阶段以绿色低碳培育新动能、以科技创新塑造新优势提供了政策指引。

“十三五”以来，我国钢铁行业在去产能、结构调整、超低排放改造等方面取得明显成效，行业集中度和运行质量显著提升^[2]。但在资源环境约束趋紧、全球绿色竞争加剧以及国内需求结构深度调整的背景下，依赖高投入、高消耗、高排放路径的发展模式已难以持续。流程重构、能源替代、产品升级与数字化赋能协同推进，已成为“十五五”时期钢铁行业高质量发展的必然选择。基于此，本文聚焦“双碳”战略与科技自立自强要求，系统梳理钢铁行业低碳工艺路线与创新实践，剖析当前行业发展面临的关键制约，研判“十五五”期间科技创新重点
方向。

二、“双碳”背景下中国钢铁行业科技创新与低碳转型现状

（一）能源结构与碳排放特征

我国钢铁生产长期以“高炉—转炉”长流程为主，能源结构高度依赖煤炭。自2020年以来粗钢产量连续多年超过10亿吨，钢铁行业终端能耗占全国能源消费总量的15%左右，二氧化碳排放占全国总排放的15%左右。从流程结构看，长流程产量占比约90%，以电炉为代表的短流程占比仅约10%；从能源消费看，煤炭及焦化产品占比超过70%，电力和气体燃料占比较低，整体呈现以化石能源为主的用能格局。

随着压减过剩产能、推进超低排放改造及节能减碳项目实施，行业单位能耗与碳排放强度持续下降，部分龙头企业接近或达到国际先进水平。但从长期来看，钢铁行业碳排放总量与吨钢碳排放强度呈现“总量高位徘徊、强度持续下降”的特征（图1），既反映出节能减排与技术进步取得的积极成效，也凸显当前总量减排任务依然艰巨。总体而言，长流程占比偏高，烧结—焦化—高炉等工序碳排放高度集中，传统节能减排技术收益逐步收窄，多流程深度低碳化仍面临较大压力。

 

图1?1991—2022年中国钢铁工业CO2排放量及吨钢CO2排放强度变化[3]

（二）低碳冶金技术与工艺布局

围绕“双碳”目标，我国钢铁企业在长流程减碳、短流程发展和前沿低碳技术布局等方面多元协同。一方面，长流程围绕“极致能效”和“碳资源高效利用”加快升级，生物质替煤喷吹、碳氢循环高炉等新技术更新发展，高炉燃料比和综合能耗稳步下降。另一方面，以废钢为主要原料的电炉短流程加快发展，废钢预处理、电弧炉节能控制、洁净钢制备等关键技术取得积极进展，电炉钢在中高端产品领域的占比稳步提升^[4]。在前沿技术方面，以氢基直接还原（DRI）、熔融还原、等离子冶金以及碳捕集、利用与封存（CCUS）为代表的新一代低碳工艺正加快工程化试验与示范布局。部分示范工程在富氢煤气或外加氢源条件下实现了相对稳定运行，初步验证了氢冶金短流程的技术可行性，为中长期近零排放提供了可能的工艺路线。但总体仍处于工程化验证阶段，在成本控制、能源效率、装备可靠性与商业模式构建等方面仍面临较大不确定性，亟需通过持续技术攻关与规模化应用降本增效。

（三）数字化与智能化转型发展

数字技术与冶金机理的深度融合，已成为提升系统能效、优化工艺控制和支撑低碳转型的重要抓手。近年来，工业互联网、边缘计算、人工智能等新一代信息技术在生产调度、质量控制、能耗优化和安全管理等环节加快应用，推动钢铁企业由经验驱动向数据驱动和模型驱动转变^[5]。在高炉、转炉、连铸等关键工序，数字孪生、机理—数据融合的智能控制技术开始探索应用，实现了工况在线感知、趋势预测与优化决策，有助于在复杂多变量工况下保持稳定高效运行。同时，依托智慧能源管控平台，钢铁企业在能源系统整体优化方面开展实践探索，推动能源利用由“粗放平衡”向“精细管理”转变。

三、钢铁行业科技创新与低碳转型面临的主要挑战

（一）核心技术瓶颈与装备自主化短板

当前，我国在氢冶金、CCUS等前沿低碳技术领域总体上仍处于工程化验证和示范应用阶段，尚未形成技术成熟度高、可大规模复制推广的商业化运行模式。在关键共性技术和重大装备方面，如在线测量与智能传感、先进过程控制系统等领域，其可靠性、稳定性和自主可控水平仍有待提升，同时部分高端装备和核心部件对进口依赖度较高。此外，低品位难选矿和复杂资源的高效利用技术尚未完全突破，对钢铁产业链供应链安全和稳定运行形成潜在制约。

（二）资源能源约束与转型成本压力

从资源禀赋看，由于我国铁矿资源品位较低，导致我国铁矿石对外依存度长期维持在80%以上。同时，高质量废钢资源的回收、加工和流通体系尚未健全，再加上工业用电价格较高，难以支撑短流程钢铁的大规模快速发展。从能源结构看，新能源与钢铁市场存在“时空”错位，且绿电、绿氢供给成本较高，难以匹配钢铁行业深度减排的规模化需求，进而形成资源、能源与成本多重因素叠加的约束格局。在经济激励机制方面，现行碳价水平和绿色金融工具对长周期、高投资的流程重构和系统性技术改造支撑力度有限，导致部分企业对高成本、长周期减碳项目的投入积极性不足，影响低碳技术在行业内部的规模化应用与推广。

（三）“产教融合”与卓越工程人才协同不足

从创新体系看，钢铁行业产学研用一体化程度仍有待提升，基础研究—应用开发—工程示范—产业化推广之间的链条衔接需要加强。从人才供给看，当前工程教育与产业一线对高端人才的实际需求之间仍存在一定“错配”，具备跨学科综合素养、能够解决复杂工程问题和承担重大工程任务的卓越工程科技人才和复合型技术人才相对不足，制约了新工艺、新模式在全行业的系统推广与持续优化。

（四）国际绿色规则重构与外部环境不确定

在全球气候治理和绿色发展背景下，以欧盟碳边境调节机制（CBAM）为代表的绿色贸易壁垒持续推进，高碳产品出口面临更高的合规要求和碳成本压力。围绕低碳钢产品标准、产品碳足迹核算方法、绿色认证与标识体系等国际规则的重构加速推进，相关领域的博弈与竞争日趋激烈，我国在关键规则和技术标准体系中的参与度和话语权仍有待提升。同时，国际科技合作环境的不确定性增加，高端技术引进、联合攻关与前沿信息共享面临一定阻力，对钢铁行业在更高水平上实施对外开放和开展跨国技术协同带来新的挑战。

四、“十五五”时期钢铁行业低碳转型路径与实践重点

“十五五”时期，中国钢铁行业低碳转型需立足我国资源禀赋和产业基础，在工艺流程重构、钢化耦合、能源结构转型、材料体系优化、数智化赋能及创新生态构建等方面协同发力，构建具有国际竞争力的低碳转型路径体系。

（一）立足国情的多流程低碳工艺体系

在工艺层面，应构建兼顾现实基础与中长期目标、契合我国资源禀赋的多流程低碳工艺体系。一方面，以长流程深度减碳为主线，围绕高炉—转炉系统推进富氢强化冶炼、炉顶煤气循环利用、生物质低碳燃料等关键技术应用，持续挖掘存量产能的能效提升空间与减排潜力。另一方面，将电炉短流程与废钢资源循环体系建设作为中短期快速减排的重要支撑方向，通过完善废钢回收、分选与加工利用体系，优化电价机制和绿电交易规则，稳步提升电炉钢比例，推动长流程、短流程合理分工与优化布局。同时，将氢冶金、熔融还原等新型低碳工艺作为中长期战略方向，在充分考虑不同区域资源、能源与环境承载能力的基础上，有序布局示范工程和产业化先导项目，逐步形成多路径并行、因地制宜的工艺技术组合。

（二）“钢化联产”与跨行业碳循环耦合

立足钢铁企业“大能源流、大物质流”的系统特征，应积极推进钢铁与化工、建材、电力等行业的耦合发展与协同减碳，通过“以化固碳、联产增效”拓展减排空间。一方面，有序推进钢铁与化工协同布局。依托钢铁企业丰富的副产煤气和余能资源，科学规划钢化联产产品结构，强化合成气、甲醇、合成燃料等关键技术攻关与工程示范，建设一批钢化联产示范工程。另一方面，要统筹推进CCUS与跨行业碳循环。围绕高炉、竖炉等集中排放源，布局二氧化碳捕集、输送与利用/封存一体化工程，探索与化工、建材、电力等行业的基础设施共建共享和利用场景协同，逐步构建区域性碳资源循环利用体系，推动二氧化碳由单一排放物转变为可配置的资源要素。

（三）能源结构转型与清洁电气化推进

围绕“双碳”目标，要加快推动钢铁行业由“化石能源依赖型”向“绿色电力驱动型”转变，将清洁电力和氢能作为能源端减排的关键着力点。一是系统构建全流程电气化技术体系。聚焦炼铁、炼钢、加热、热处理等环节，加快电加热、碳氢循环等电气化与氢能耦合工艺布局，从源头降低单位产品直接碳排放。例如，可在高炉—转炉—轧钢长流程中优先通过电感应、电阻或电辐射等方式替代部分燃烧加热；随着可再生能源装机规模扩大和绿电成本下降，逐步探索电解CO₂等碳循环利用工艺；在条件成熟区域发展氢基竖炉—电炉组合流程，发挥氢冶金短流程在减排幅度和运行灵活性方面的优势，最终与“钢化联产”和CCUS等路径协同，构建面向近零排放目标的电冶金体系^[6]。

（四）材料与产品全生命周期绿色化

在“双碳”目标和新型工业化要求下，钢铁行业要从“绿色制造”走向“制造绿色”^[6]。一方面，要强化与上下游产业链的协同创新，围绕交通运输、建筑基础设施、新能源装备等重点领域，开发高强度、轻量化、耐腐蚀、长寿命等绿色低碳钢铁材料，在汽车轻量化、建筑耐久性、能源装备高效化等应用场景中放大“用钢减碳”效应。同时，深度参与城市矿山开发和固废资源化利用，通过钢渣、冶金尘泥等固废协同处置与资源化利用，实现与城市生态系统的良性互动。另一方面，在产品设计阶段嵌入循环经济理念，推进结构标准化、模块化和易拆化，提升产品报废后的拆解效率与废钢质量，构建“设计—制造—使用—回收—再生”的全生命周期绿色闭环，推动“生产端减排”向“材料赋能减排”转变。

（五）以数智化赋能新质生产力

将数字化、网络化、智能化作为培育钢铁行业新质生产力的重要抓手。一是建设覆盖全流程的工业互联网平台，打通能量流、物质流与信息流，实现能耗、物料和碳排放的实时监测与精细管理。二是在高炉、转炉、连铸及其他新型低碳工艺构建数字孪生系统，开展工况预测、故障预警与在线优化控制，提升复杂工况下的稳态运行能力和能效水平。三是利用人工智能与算法优化生产计划、物流调度与能源调配体系，在保障安全与质量的前提下，推动降本增效与减碳协同，实现从经验驱动向智能决策驱动的生产组织方式转型。

（六）完善创新生态与人才支撑体系

构建“政—产—学—研—用”深度融合的钢铁科技创新生态，是支撑行业长期低碳转型的基础工程。一方面，依托龙头企业和优势高校科研院所，通过“揭榜挂帅”等机制凝练重大需求导向的技术攻关任务，推动关键核心技术从基础研究到工程化应用和产业化推广的转化。另一方面，在人才供给侧要向产业端延伸和融合。应深入实施国家“卓越工程师”培养计划，围绕“冶金+能源+材料+数智”等交叉方向优化学科布局和课程体系，推进产教深度融合和校企协同育人。通过企业实践基地建设和重大工程项目全过程参与等方式，加快培养一批能够承担重大工程任务和关键技术攻关的复合型战略科技人才和卓越工程师队伍，为行业高质量发展提供持续的人才支撑。

五、结语

在“双碳”战略与新型工业化协同驱动的背景下，中国钢铁行业已在能效提升、工艺优化等领域取得阶段性成效，为“十五五”时期推进系统性减排筑牢了关键基础。但面对日趋严苛的碳管控要求与激烈的国际绿色竞争格局，行业发展仍受限于关键核心技术突破滞缓、资源能源供给约束趋紧、创新体系与人才储备不足、国际绿色规则重构冲击等多重压力。“十五五”阶段，中国钢铁行业需以科技高水平自立自强为核心主线，将其全面融入多流程低碳工艺体系建设、能源结构深度转型、材料及产品全生命周期绿色化改造、数智化新质生产力培育等关键环节；同时，通过健全创新生态与工程人才支撑体系，加快构建具备国际竞争力与可持续发展能力的现代化钢铁产业体系。可以预见，若始终坚持创新驱动与系统推进的原则，推动工艺变革、能源转型、材料创新、数字赋能等多领域的深度协同与整体优化，中国钢铁行业不仅能实现自身高质量、绿色低碳的发展目标，更有望为全球钢铁工业绿色转型与应对气候变化贡献独具特色的“中国方案”。

参考文献：

    [1]张建良, 宗燕兵, 李克江, 等. 全球低碳炼铁新工艺技术进展及展望[J]. 钢铁, 2024, 59(09): 45-55+155.

    [2]于勇, 朱廷钰, 刘霄龙. 中国钢铁行业重点工序烟气超低排放技术进展[J]. 钢铁, 2019, 54(09): 1-11.

    [3]殷瑞钰, 上官方钦, 崔志峰. 钢铁行业低碳发展对策研究: 回顾与展望[J]. 中国冶金, 2025, 35(03): 1-15.

    [4]上官方钦, 崔志峰, 周继程, 等. 双碳背景下中国电炉流程发展战略研究[J]. 钢铁, 2024, 59(01): 12-21.

    [5]王新东, 孙彦广, 曾加庆, 等. 信息物理系统融合的钢铁制造流程智能化研发及应用[J]. 钢铁, 2025, 60(04): 203-213.

    [6]陈德荣, 张建良, 李克江. 绿色低碳钢铁概论—中国钢铁碳中和之路[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2025.