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雙碳背景下廢鋼在煉鋼中的合理利用

2024-12-13 10:18:00

  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(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采、選礦、燒結、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標煤。因為廢鋼的降碳屬性,廢鋼的利用對中國鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展以及“雙碳”目標的實現具有重大的戰(zhàn)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(yè)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(fā)展方面,將積極培育發(fā)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(yè)。碳排放權交易市場將進一步驅動企業(yè)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(yè)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(huán)節(jié)采取保溫措施提高鐵水溫度、優(yōu)化轉爐冶煉操控等措施,廢鋼比大幅提升,據報道先進企業(yè)廢鋼比已達到50%的能力,許多企業(yè)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.
 ?、?00kg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(yōu)勢。
  4 在未來不同的階段合理利用廢鋼,發(fā)揮廢鋼減碳優(yōu)勢
  鋼鐵行業(yè)的發(fā)展背景正在發(fā)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(fā)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(yè)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(yè)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(yè)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(yè)的CO2排放隨之降低。
  5 小結
  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,具有較高的經濟、環(huán)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(yè)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(guī)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(huán)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(yè)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)

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯:張雨恬

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