低碳技术助力钢铁行业实现“双碳”目标

低碳技术助力钢铁行业实现“双碳”目标

许云飞

山西建邦集团通才工贸有限公司 山西省临汾市曲沃县 041000

摘要：钢铁行业的低碳转型对于我国实现碳达峰碳中和目标具有至关重要的作用，有必要提前研究“双碳”目标下中国钢铁行业的发展路径及技术路线图。本文提出了“双碳”目标下中国钢铁行业发展路径的研究需求。

关键词：钢铁行业；发展路径；减排技术

1我国钢铁行业实现“双碳”目标面临的挑战

1.1生产工艺落后，废钢比过低

目前，以铁矿石为原料、焦炭和煤炭为燃料的传统“高炉炼铁－转炉炼钢”长流程冶炼工艺仍占绝对主导地位，在此流程中化石燃料消耗占钢铁企业一次能源90%以上，吨钢碳排放量在2.1吨，远高于以电弧炉为主的短流程炼钢工艺吨钢碳排放量(0.9吨);二是废钢应用率低限制降碳空间。一方面，我国转炉加入废钢比例过低仅为20%，与全球35%－45%的平均废钢比差距较大②，难以降低冶炼过程碳排量。另一方面，以废钢为生产原料的短流程电炉炼钢占比过低。与铁矿石相比，用废钢生产1吨钢可减少1.6吨CO2和3吨固体废物排放，能够显著降低碳排放量。但因废钢积蓄量低且电价水平相对较高，电炉短流程炼钢工艺结构占比仅为10.4%，远低于欧盟41%和美国70%的应用比例。

1.2低碳关键核心技术支撑能力不足

一是仍未建立完善适合钢铁行业特点的低碳标准体系。如碳排放管理、低碳创新技术、钢材碳足迹等碳减排标准严重缺失，钢铁行业脱碳行动缺乏指导规范和制度支撑。加之部分钢铁企业对现有标准执行不到位，仍存在采用不成熟治理技术、建设豆腐渣工程等问题，不利于钢铁行业低碳发展;二是钢铁行业突破性低碳技术储备及创新动力仍显不足。我国钢铁行业近零排放技术研发起步晚且创新能力弱，如氢能冶金、生物质冶金、熔融还原、碳捕获与存储等关键技术仍处于设计研发探索阶段，受技术制约、成本较高等因素影响尚未实现工业化和规模化应用。

1.3钢铁行业降碳成本高，资金缺口大

一是减碳目标下钢企生产成本将急剧上升。在碳排放强度硬约束下，钢铁企业在购买碳排放配额、超低排放改造、低碳技术研发及环保设备升级等方面需要投入巨额资金来实现降碳目标。以宝钢启动的CCUS项目为例，安装一套年捕集量在50万吨CO2的碳捕集与封存设施需要耗资5200万美元，再综合捕集、运输和封存等运行成本，每吨CO2总减排成本为65美元①；二是钢铁行业低碳转型存在巨大资金缺口。据《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》估算，中国钢铁行业为实现碳中和将滋生约20万亿元巨额投资，年均需投资5000亿元。但我国钢铁企业长期微利，自有资金难以支撑低碳转型升级，且绿色金融体系尚未成熟，难以承担弥补钢铁行业巨额降碳资金缺口的重任。

2.低碳技术助力钢铁行业实现“双碳”目标的实施措施

2.1注重废钢预热，提高废钢比

炼铁系统碳排放量约占高炉—转炉全流程的76.1%，每提高1%废钢比，吨钢可减排二氧化碳22.36kg，因此降低铁耗、提高废钢比是减少二氧化碳排放的重要抓手。2018年我国废钢利用水平实现新的突破，钢铁企业废钢消耗总量1.88亿吨，废钢比达到20.2%，同比增加2.4个百分点，部分企业废钢比达到30%以上。预计2020年，我国钢铁企业废钢比将达到25%，与2018年相比，吨钢可减排二氧化碳107kg；按照2025年我国钢铁企业废钢比30%估算，吨钢比2018年减排二氧化碳220kg。

2.2加大核心研发力度，提高品种质量

从钢铁产品的全生命周期考虑，提高钢材质量和加工性能，可直接降低以钢材为原料的下游产品在服役过程中的碳排放强度。钢铁企业应进一步优化炼钢、精炼、连铸工艺，提高通用钢材产品的质量稳定性、可靠性和耐久性，加大海洋工程及高技术船舶、先进轨道交通、航空航天等领域用高端钢材的研发和产业化推进力度。重点关注钢水洁净度、宏观偏析、非金属夹杂物、窄成分控制等关键技术，超低氧特殊钢精炼工艺优化、RH精炼吹氧脱碳、二次燃烧、喷粉脱硫等技术，控制连铸二次氧化、中间包电磁冶金、厚板连铸凝固终点大压下、薄板坯连铸直轧等技术，等等。

2.3.精料入炉，降本与低碳双赢

精料入炉是降低炼钢生产过程碳排放最直接、最有效的手段。在钢铁料质量控制方面，尽量降低入炉料的硫、磷含量（含硫易切削钢等钢种除外），减少铁水温降和成分波动，合理控制铁水硅含量、碳含量和带渣量；按需采购符合国家和行业标准的废钢，制定实施更加细化的企业标准或团体标准，开展废钢带入混杂元素（铜、锌）脱除与控制技术研究，严格控制废钢中有害元素的含量，废钢分类堆存并保持清洁干燥，炼钢过程实现废钢料型结构动态调整。在造渣料质量控制方面，提升入炉冶金石灰的活性，降低生过烧比例，可有效提高造渣效率，减少转炉热损失、炉衬侵蚀和钢渣产生量。此外，采用“留渣+双渣”转炉炼钢工艺，可降低造渣剂消耗和钢渣产生量1/3左右。

结束语

未来，我国应尽快推动钢铁行业

“双减”方案落地实施、完善钢铁行业“双减”配套政策、置换钢铁业传统能源及流程结构、促进钢企兼并重组优化产业布局、加快低碳零碳技术研发和应用推动生产工艺技术变革、推进碳税与碳交易协调配合建立碳定价有效控排机制、开拓钢铁行业零碳转型金融路径。

参考文献

[1]李晓.我国炼钢工艺低碳技术发展方向[J].冶金经济与管理,2019,(04):21-24.

[2]刘琳.低碳经济与钢铁行业发展分析[J].资源节约与环保,2018,(04):18-19.

[3]李庄,许友静,易文杰,黄懿,刘兴旺,李翔. 钢铁企业低碳技术评价选择与应用[J]. 环境科学研究:1-13.