1 前言
废钢是钢铁制品使用后报废回收的钢铁材料、钢铁生产过程中产生的不合格品、钢铁材料应用中的加工下脚料等的总称。废钢是可再生绿色资源，也是钢铁工业不可或缺的铁素资源。废钢在钢铁行业的使用避免了从矿石开采、选矿、烧结、炼铁等一系列高碳排放环节，每使用一吨废钢可减少1.5~1.6吨二氧化碳排放，减少能源消耗350kg标煤。因为废钢的降碳属性，废钢的利用对中国钢铁行业的绿色发展以及“双碳”目标的实现具有重大的战略意义。
2 废钢的利用现状
废钢的使用量呈现逐年增加的趋势，现在用于转炉的废钢量约占70%左右，用于电炉的废钢约占30%左右；转炉的废钢比平均16%左右、电炉的废钢比平均60%左右，都有很大的提升空间。由于废钢供应不足，价格高，经济性差，造成电炉配加大比例的铁水。见下表
2016年⁓2023年钢铁行业废钢总消耗、转炉消耗、电炉消耗
3 废钢用于长流程和短流程炼钢中的碳排放情况
为落实“双碳目标”，在加快推动绿色低碳发展方面，将积极培育发展绿色生产力、积极应对气候变化、积极参与全球气候治理。2025年全国碳排放权交易市场将纳入钢铁排放行业。碳排放权交易市场将进一步驱动企业低碳转型，促使钢企主动减少碳排放，钢铁冶炼中转炉炼钢和电炉炼钢必将争夺拥有低碳属性的废钢资源。
3.1 废钢用于转炉长流程和电炉短流程中的碳排放分析
1）转炉炼钢和电炉炼钢在不同废钢比条件下的碳排放计算
计算前提条件：
计算结果：
当前，转炉炼钢企业都在努力提高废钢比，通过采取废钢预热、加入补热剂、铁水运输环节采取保温措施提高铁水温度、优化转炉冶炼操控等措施，废钢比大幅提升，据报道先进企业废钢比已达到50%的能力,许多企业转炉废钢比已达到40%左右。当转炉废钢比提高到35%时碳排放相当于电炉45%的废钢比的碳排放。从上表中显示，废钢比由35%增加至45%，转炉长流程工序碳排放由1116kg/t降低至0.933kg/t，即废钢比增加10%，钢前工序（从铁矿石到粗钢）碳排放降低约16%。
2）100kg废钢用于转炉和电炉中的CO2排放量计算
现在废钢供应量不足，转炉与电炉争夺废钢，从经济性和供应量上不能支撑电炉全废钢冶炼，电炉的产能利用率也比较低。以下计算废钢应用到转炉和电炉中的降碳效果。
按照废钢熔化耗热进行计算，计算如下：
⑴ 计算条件
⑵ 计算过程：
①每kg废钢熔化耗热=废钢熔化热+熔化潜热
=0.65×（1500-25）+270=1228.75kj/kg.
②100kg废钢在转炉中熔化，按照用焦粉作为补热剂，耗用焦粉量为：每kg废钢熔化耗热/（转炉的热效率*焦炭热值）=1228.75/（0.75×28×1000）=0.0585kg/kg.
用补热剂（焦粉）后吹氧量增加：焦粉量×22.4/12
=0.0585×22.4/12=0.1092m3/kg。
每100kg废钢在转炉中熔化时，其CO2排放量为：
100×0.0585×3+100*0.1092×0.5346=23.4kgCO2.
③100kg废钢在电炉中熔化，按照用电熔化，耗用电量为：每kg废钢熔化耗热/（电炉的热效率*电的热值）=1228.75/（0.70×3.6×1000）=0.0487kwh/kg。
每100kg废钢在电炉中熔化时，其CO2排放量为：
100×0.487×0.841=41kgCO2。
转炉废钢比40%，碳排放相当于电炉废钢比50%的碳排放；100kg废钢用于转炉碳排放比用于电炉碳排放低17.6kgCO2。因此，废钢供应量不足时，废钢用于转炉更有减碳优势。
4 在未来不同的阶段合理利用废钢，发挥废钢减碳优势
钢铁行业的发展背景正在发生巨大的变化，正经历从增量到减量的转变，正进入减量提质发展阶段，废钢资源量逐步增加，粗钢产量将逐步减少。
4.1 2025年⁓2035年，废钢利用情况
至2035年，粗钢产量8亿吨，用于钢铁冶炼的废钢量约3.96亿吨，转炉炼钢按废钢比35%考虑，转炉消耗废钢2.36亿吨，电炉消耗废钢1.6亿吨。随着钢铁企业碳排放纳入碳交易，转炉工序将大幅提高废钢比，废钢资源争夺更激烈，废钢价格会更高，电炉全废钢冶炼的经济性面临更严峻压力。
4.2 2036年之后，电炉炼钢产能快速增加
由于粗钢产能逐年降低，废钢供应量逐年增加，转炉钢产量快速降低，电炉钢产量迅速增加，2036年之后电炉也将进入快速建设期，满足充分利用废钢资源的需求。预测2025年⁓2050年粗钢产量、转炉钢产量、电炉钢产量如下图
4.3 预测2025年⁓2050年钢铁行业CO2排放和电炉钢比
随着钢产量需求下降和废钢供应量的增加，在废钢供应充足的形势下，废钢价格会随之降低，废钢在钢铁行业消费量增加，特别是在2035年后电炉钢比会快速增加，钢铁行业的CO2排放随之降低。
5 小结
废钢作为可循环利用的铁素资源，提高废钢比例，能够大幅降低CO2排放和综合能耗，具有较高的经济、环保和社会效益。
当前废钢资源短缺，充分利用废钢的降碳属性，提高钢铁行业整体的废钢比。转炉长流程利用废钢与电炉短流程利用废钢相比，废钢在转炉中使用时CO2排放是低的，2035年前，从经济性和合理利用废钢充分降碳的角度考虑，努力提高转炉废钢比、提高电炉的利用率。因此应根据废钢资源量合理规划电炉的建设与生产，只有电炉使用绿电时碳排放是低的。
随着社会Fe元素的积累，废钢循环量越来越大，电炉钢比逐步增加。预测至2050年电炉钢比将提高至65%左右，钢铁行业CO2排放将降低至5亿吨左右，届时电炉采用绿电冶炼，CO2排放将进一步降低。
作者| 魏新民 于国华
编辑| 金子涵
（转自：佛山市金属材料行业协会）
