1 前言
廢鋼是鋼鐵制品使用后報(bào)廢回收的鋼鐵材料、鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的不合格品、鋼鐵材料應(yīng)用中的加工下腳料等的總稱(chēng)。廢鋼是可再生綠色資源，也是鋼鐵工業(yè)不可或缺的鐵素資源。廢鋼在鋼鐵行業(yè)的使用避免了從礦石開(kāi)采、選礦、燒結(jié)、煉鐵等一系列高碳排放環(huán)節(jié)，每使用一噸廢鋼可減少1.5~1.6噸二氧化碳排放，減少能源消耗350kg標(biāo)煤。因?yàn)閺U鋼的降碳屬性，廢鋼的利用對(duì)中國(guó)鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展以及“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重大的戰(zhàn)略意義。
2 廢鋼的利用現(xiàn)狀
廢鋼的使用量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，現(xiàn)在用于轉(zhuǎn)爐的廢鋼量約占70%左右，用于電爐的廢鋼約占30%左右；轉(zhuǎn)爐的廢鋼比平均16%左右、電爐的廢鋼比平均60%左右，都有很大的提升空間。由于廢鋼供應(yīng)不足，價(jià)格高，經(jīng)濟(jì)性差，造成電爐配加大比例的鐵水。見(jiàn)下表
2016年?2023年鋼鐵行業(yè)廢鋼總消耗、轉(zhuǎn)爐消耗、電爐消耗
3 廢鋼用于長(zhǎng)流程和短流程煉鋼中的碳排放情況
為落實(shí)“雙碳目標(biāo)”，在加快推動(dòng)綠色低碳發(fā)展方面，將積極培育發(fā)展綠色生產(chǎn)力、積極應(yīng)對(duì)氣候變化、積極參與全球氣候治理。2025年全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)將納入鋼鐵排放行業(yè)。碳排放權(quán)交易市場(chǎng)將進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，促使鋼企主動(dòng)減少碳排放，鋼鐵冶煉中轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼必將爭(zhēng)奪擁有低碳屬性的廢鋼資源。
3.1 廢鋼用于轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程和電爐短流程中的碳排放分析
1）轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼在不同廢鋼比條件下的碳排放計(jì)算
計(jì)算前提條件：
計(jì)算結(jié)果：
當(dāng)前，轉(zhuǎn)爐煉鋼企業(yè)都在努力提高廢鋼比，通過(guò)采取廢鋼預(yù)熱、加入補(bǔ)熱劑、鐵水運(yùn)輸環(huán)節(jié)采取保溫措施提高鐵水溫度、優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉操控等措施，廢鋼比大幅提升，據(jù)報(bào)道先進(jìn)企業(yè)廢鋼比已達(dá)到50%的能力,許多企業(yè)轉(zhuǎn)爐廢鋼比已達(dá)到40%左右。當(dāng)轉(zhuǎn)爐廢鋼比提高到35%時(shí)碳排放相當(dāng)于電爐45%的廢鋼比的碳排放。從上表中顯示，廢鋼比由35%增加至45%，轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程工序碳排放由1116kg/t降低至0.933kg/t，即廢鋼比增加10%，鋼前工序（從鐵礦石到粗鋼）碳排放降低約16%。
2）100kg廢鋼用于轉(zhuǎn)爐和電爐中的CO2排放量計(jì)算
現(xiàn)在廢鋼供應(yīng)量不足，轉(zhuǎn)爐與電爐爭(zhēng)奪廢鋼，從經(jīng)濟(jì)性和供應(yīng)量上不能支撐電爐全廢鋼冶煉，電爐的產(chǎn)能利用率也比較低。以下計(jì)算廢鋼應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐和電爐中的降碳效果。
按照廢鋼熔化耗熱進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算如下：
⑴ 計(jì)算條件
⑵ 計(jì)算過(guò)程：
①每kg廢鋼熔化耗熱=廢鋼熔化熱+熔化潛熱
=0.65×（1500-25）+270=1228.75kj/kg.
②100kg廢鋼在轉(zhuǎn)爐中熔化，按照用焦粉作為補(bǔ)熱劑，耗用焦粉量為：每kg廢鋼熔化耗熱/（轉(zhuǎn)爐的熱效率*焦炭熱值）=1228.75/（0.75×28×1000）=0.0585kg/kg.
用補(bǔ)熱劑（焦粉）后吹氧量增加：焦粉量×22.4/12
=0.0585×22.4/12=0.1092m3/kg。
每100kg廢鋼在轉(zhuǎn)爐中熔化時(shí)，其CO2排放量為：
100×0.0585×3+100*0.1092×0.5346=23.4kgCO2.
③100kg廢鋼在電爐中熔化，按照用電熔化，耗用電量為：每kg廢鋼熔化耗熱/（電爐的熱效率*電的熱值）=1228.75/（0.70×3.6×1000）=0.0487kwh/kg。
每100kg廢鋼在電爐中熔化時(shí)，其CO2排放量為：
100×0.487×0.841=41kgCO2。
轉(zhuǎn)爐廢鋼比40%，碳排放相當(dāng)于電爐廢鋼比50%的碳排放；100kg廢鋼用于轉(zhuǎn)爐碳排放比用于電爐碳排放低17.6kgCO2。因此，廢鋼供應(yīng)量不足時(shí)，廢鋼用于轉(zhuǎn)爐更有減碳優(yōu)勢(shì)。
4 在未來(lái)不同的階段合理利用廢鋼，發(fā)揮廢鋼減碳優(yōu)勢(shì)
鋼鐵行業(yè)的發(fā)展背景正在發(fā)生巨大的變化，正經(jīng)歷從增量到減量的轉(zhuǎn)變，正進(jìn)入減量提質(zhì)發(fā)展階段，廢鋼資源量逐步增加，粗鋼產(chǎn)量將逐步減少。
4.1 2025年?2035年，廢鋼利用情況
至2035年，粗鋼產(chǎn)量8億噸，用于鋼鐵冶煉的廢鋼量約3.96億噸，轉(zhuǎn)爐煉鋼按廢鋼比35%考慮，轉(zhuǎn)爐消耗廢鋼2.36億噸，電爐消耗廢鋼1.6億噸。隨著鋼鐵企業(yè)碳排放納入碳交易，轉(zhuǎn)爐工序?qū)⒋蠓岣邚U鋼比，廢鋼資源爭(zhēng)奪更激烈，廢鋼價(jià)格會(huì)更高，電爐全廢鋼冶煉的經(jīng)濟(jì)性面臨更嚴(yán)峻壓力。
4.2 2036年之后，電爐煉鋼產(chǎn)能快速增加
由于粗鋼產(chǎn)能逐年降低，廢鋼供應(yīng)量逐年增加，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量快速降低，電爐鋼產(chǎn)量迅速增加，2036年之后電爐也將進(jìn)入快速建設(shè)期，滿(mǎn)足充分利用廢鋼資源的需求。預(yù)測(cè)2025年?2050年粗鋼產(chǎn)量、轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量、電爐鋼產(chǎn)量如下圖
4.3 預(yù)測(cè)2025年?2050年鋼鐵行業(yè)CO2排放和電爐鋼比
隨著鋼產(chǎn)量需求下降和廢鋼供應(yīng)量的增加，在廢鋼供應(yīng)充足的形勢(shì)下，廢鋼價(jià)格會(huì)隨之降低，廢鋼在鋼鐵行業(yè)消費(fèi)量增加，特別是在2035年后電爐鋼比會(huì)快速增加，鋼鐵行業(yè)的CO2排放隨之降低。
5 小結(jié)
廢鋼作為可循環(huán)利用的鐵素資源，提高廢鋼比例，能夠大幅降低CO2排放和綜合能耗，具有較高的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益。
當(dāng)前廢鋼資源短缺，充分利用廢鋼的降碳屬性，提高鋼鐵行業(yè)整體的廢鋼比。轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程利用廢鋼與電爐短流程利用廢鋼相比，廢鋼在轉(zhuǎn)爐中使用時(shí)CO2排放是低的，2035年前，從經(jīng)濟(jì)性和合理利用廢鋼充分降碳的角度考慮，努力提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比、提高電爐的利用率。因此應(yīng)根據(jù)廢鋼資源量合理規(guī)劃電爐的建設(shè)與生產(chǎn)，只有電爐使用綠電時(shí)碳排放是低的。
隨著社會(huì)Fe元素的積累，廢鋼循環(huán)量越來(lái)越大，電爐鋼比逐步增加。預(yù)測(cè)至2050年電爐鋼比將提高至65%左右，鋼鐵行業(yè)CO2排放將降低至5億噸左右，屆時(shí)電爐采用綠電冶煉，CO2排放將進(jìn)一步降低。（魏新民 于國(guó)華）
