1 前言
廢鋼是鋼鐵制品使用后報廢回收的鋼鐵材料、鋼鐵生產過程中產生的不合格品、鋼鐵材料應用中的加工下腳料等的總稱。廢鋼是可再生綠色資源，也是鋼鐵工業不可或缺的鐵素資源。廢鋼在鋼鐵行業的使用避免了從礦石開采、選礦、燒結、煉鐵等一系列高碳排放環節，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標煤。因為廢鋼的降碳屬性，廢鋼的利用對中國鋼鐵行業的綠色發展以及“雙碳”目標的實現具有重大的戰略意義。
2 廢鋼的利用現狀
廢鋼的使用量呈現逐年增加的趨勢，現在用于轉爐的廢鋼量約占70%左右，用于電爐的廢鋼約占30%左右；轉爐的廢鋼比平均16%左右、電爐的廢鋼比平均60%左右，都有很大的提升空間。由于廢鋼供應不足，價格高，經濟性差，造成電爐配加大比例的鐵水。見下表
2016年?2023年鋼鐵行業廢鋼總消耗、轉爐消耗、電爐消耗
3 廢鋼用于長流程和短流程煉鋼中的碳排放情況
為落實“雙碳目標”，在加快推動綠色低碳發展方面，將積極培育發展綠色生產力、積極應對氣候變化、積極參與全球氣候治理。2025年全國碳排放權交易市場將納入鋼鐵排放行業。碳排放權交易市場將進一步驅動企業低碳轉型，促使鋼企主動減少碳排放，鋼鐵冶煉中轉爐煉鋼和電爐煉鋼必將爭奪擁有低碳屬性的廢鋼資源。
3.1 廢鋼用于轉爐長流程和電爐短流程中的碳排放分析
1）轉爐煉鋼和電爐煉鋼在不同廢鋼比條件下的碳排放計算
計算前提條件：
計算結果：
當前，轉爐煉鋼企業都在努力提高廢鋼比，通過采取廢鋼預熱、加入補熱劑、鐵水運輸環節采取保溫措施提高鐵水溫度、優化轉爐冶煉操控等措施，廢鋼比大幅提升，據報道先進企業廢鋼比已達到50%的能力,許多企業轉爐廢鋼比已達到40%左右。當轉爐廢鋼比提高到35%時碳排放相當于電爐45%的廢鋼比的碳排放。從上表中顯示，廢鋼比由35%增加至45%，轉爐長流程工序碳排放由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廢鋼用于轉爐和電爐中的CO2排放量計算
現在廢鋼供應量不足，轉爐與電爐爭奪廢鋼，從經濟性和供應量上不能支撐電爐全廢鋼冶煉，電爐的產能利用率也比較低。以下計算廢鋼應用到轉爐和電爐中的降碳效果。
按照廢鋼熔化耗熱進行計算，計算如下：
?、?計算條件
⑵ 計算過程：
?、倜縦g廢鋼熔化耗熱=廢鋼熔化熱+熔化潛熱
=0.65×（1500-25）+270=1228.75kj/kg.
②100kg廢鋼在轉爐中熔化，按照用焦粉作為補熱劑，耗用焦粉量為：每kg廢鋼熔化耗熱/（轉爐的熱效率*焦炭熱值）=1228.75/（0.75×28×1000）=0.0585kg/kg.
用補熱劑（焦粉）后吹氧量增加：焦粉量×22.4/12
=0.0585×22.4/12=0.1092m3/kg。
每100kg廢鋼在轉爐中熔化時，其CO2排放量為：
100×0.0585×3+100*0.1092×0.5346=23.4kgCO2.
?、?00kg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，其CO2排放量為：
100×0.487×0.841=41kgCO2。
轉爐廢鋼比40%，碳排放相當于電爐廢鋼比50%的碳排放；100kg廢鋼用于轉爐碳排放比用于電爐碳排放低17.6kgCO2。因此，廢鋼供應量不足時，廢鋼用于轉爐更有減碳優勢。
4 在未來不同的階段合理利用廢鋼，發揮廢鋼減碳優勢
鋼鐵行業的發展背景正在發生巨大的變化，正經歷從增量到減量的轉變，正進入減量提質發展階段，廢鋼資源量逐步增加，粗鋼產量將逐步減少。
4.1 2025年?2035年，廢鋼利用情況
至2035年，粗鋼產量8億噸，用于鋼鐵冶煉的廢鋼量約3.96億噸，轉爐煉鋼按廢鋼比35%考慮，轉爐消耗廢鋼2.36億噸，電爐消耗廢鋼1.6億噸。隨著鋼鐵企業碳排放納入碳交易，轉爐工序將大幅提高廢鋼比，廢鋼資源爭奪更激烈，廢鋼價格會更高，電爐全廢鋼冶煉的經濟性面臨更嚴峻壓力。
4.2 2036年之后，電爐煉鋼產能快速增加
由于粗鋼產能逐年降低，廢鋼供應量逐年增加，轉爐鋼產量快速降低，電爐鋼產量迅速增加，2036年之后電爐也將進入快速建設期，滿足充分利用廢鋼資源的需求。預測2025年?2050年粗鋼產量、轉爐鋼產量、電爐鋼產量如下圖
4.3 預測2025年?2050年鋼鐵行業CO2排放和電爐鋼比
隨著鋼產量需求下降和廢鋼供應量的增加，在廢鋼供應充足的形勢下，廢鋼價格會隨之降低，廢鋼在鋼鐵行業消費量增加，特別是在2035年后電爐鋼比會快速增加，鋼鐵行業的CO2排放隨之降低。
5 小結
廢鋼作為可循環利用的鐵素資源，提高廢鋼比例，能夠大幅降低CO2排放和綜合能耗，具有較高的經濟、環保和社會效益。
當前廢鋼資源短缺，充分利用廢鋼的降碳屬性，提高鋼鐵行業整體的廢鋼比。轉爐長流程利用廢鋼與電爐短流程利用廢鋼相比，廢鋼在轉爐中使用時CO2排放是低的，2035年前，從經濟性和合理利用廢鋼充分降碳的角度考慮，努力提高轉爐廢鋼比、提高電爐的利用率。因此應根據廢鋼資源量合理規劃電爐的建設與生產，只有電爐使用綠電時碳排放是低的。
隨著社會Fe元素的積累，廢鋼循環量越來越大，電爐鋼比逐步增加。預測至2050年電爐鋼比將提高至65%左右，鋼鐵行業CO2排放將降低至5億噸左右，屆時電爐采用綠電冶煉，CO2排放將進一步降低。（魏新民 于國華）
