钢铁工业可持续发展资源--废钢

    编者按  随着我国钢铁工业结构调整，产品升级换代，废钢需求不足的矛盾愈加突出，年进口量呈快速上升的势头。本文分析对比了工业发达国家与中国废钢资源情况和废钢蓄积变化，并对我国废钢需求进行了中长期预测。单亦和同志系原国家冶金工业局副局长，现任国有重点大型企业监事会主席，长期主管国家钢铁工业生产、建设、经济调节、品种质量等工作，有着丰富的理论基础和实践经验。现发表单亦和同志撰写的《钢铁工业可持续发展资源--废钢》一文，供广大冶金工作者学习参考。
    (一)概述
废钢是钢铁工业可持续发展的重要资源。特别是电炉炼钢重要的、必不可少的原料。
随着钢铁产品全球性激烈竞争，钢铁工业需减少投资、提高质量、大幅降低生产成本。赖以废钢原料为基础的电炉流程，其投资仅为长流程的50％、且废钢价格大大低于生铁价格。
随着人类可望环境改善要求日趋强烈，降低污染，减少废气排放是钢铁产业不可推卸的责任。采用废钢的电炉炼钢流程，其排出的C02约为高炉一转炉流程的1／4。
在目前条件下，引起国际社会普遍关注的、由钢铁工业造成的环境问题主要是：CO2等工业废气的排放；焦化系统排放的有害物质；废钢的再生利用以及淡水的循环使用等。
如何利用废钢，并解决由此造成的占地和环境问题，已列入发达国家的议事日程。在当今转炉大量消费废钢的技术仍未有突破的前提下，电炉流程仍是利用废钢的有效途径。
据权威资料的综合分析，用废钢代替铁矿石炼钢，可减少气体污染86％， 减少水污染 76％，减少耗水量40％，同时减少采矿废弃物97％。全球环保意识增强为电炉流程的发展提供了绝好的机会。
随着世界不可再生能源消耗剧增，人们都在寻求节能之路。废钢实际上是一种载能体。用废钢炼钢主要是完成其熔化过程的物理热增值，故其能耗在理论上要比高炉一转炉流程低的多。理想情况下，用废钢炼钢所需的能量仅为由矿石炼钢的1／3左右，因为矿石还原所需的化学能占整个冶炼能耗的2／3左右。

不同工艺钢铁流程吨钢能耗比较。              GJ/t

    从三种主要炼钢方法中煤气、氧气、电等能耗指标的对比看，综合能耗为电炉最低，平炉次之，高炉一转炉流程最高。
    由此可以看出，采用全废钢为原料的电炉炼钢，综合能耗比钢铁联合企业能耗低得多。
废钢作为钢铁工业的降耗、节能、环保因素越来越被冶金专家所垂青。
    (二)世界废钢资源
    废钢的产生取决于钢铁积蓄量，工业化国家200年的工业发展历史，消费了大量钢铁，同时在国内积蓄了大量废钢铁。特别是世界几个产钢大国，又是废钢产生大国。美国钢铁积蓄量约占全世界的29％，以下依次是前苏联、日本、欧洲。进入九十年代以来，中国钢铁工业有了跨越式的增长，已进入钢铁生产大国，近几年又成为钢铁消费大国。钢铁积蓄量明显增加。
自钢铁工业确立以来，世界钢铁的历史积蓄量已超过140亿t。

主要产钢国累计钢铁蓄积量。                    亿t

根据废钢发生源，分以下三类。
(1)钢厂生产的自产废钢和返回废钢，即钢铁企业在熔炼、开坯、成材全流程作业产生的废钢。
(2)钢铁加工产品生产过程产生的加工废钢，即在金属加工和其他机械制造设备加工时产生的废钢，称“产生”废钢和加工废钢。
(3)从钢的消费材料和产业材料收集的社会旧废物。
    返回废钢和加工废钢是在钢铁生产和钢铁加工产品生产过程中同时产生。而旧废钢产生时间长。例如，饮料钢罐回收期2?3周。但是，汽车钢回收期10-15年，建筑物和桥梁钢回收期50?100年。     世界废钢产生量的计算是以 下列假定为基础:
 1.返回废钢的产生直接与粗钢产量有关
落后的模铸工艺，使粗钢成材率很低,增加了返回废钢；连铸比的提高，减少了返回废钢。
2.钢消耗材料中40%经过15年成为废钢加以回收
    工业化国家一般按平均 14年的折旧计算，全世界每 年产生的废钢量将在7亿t左 右。该值几乎与目前的世界年 粗钢总产量持平。虽然废钢的 产生量不等于其可再生利用 量，但随着钢铁工业工艺技术的进步以及钢厂与主要钢铁用户工业协调不断发展加强，可以利用的废钢比例将逐年增加。
    美国是世界钢铁积蓄量最多的国家。 废钢资源年生产量在5000?6000万t，是 废钢资源最丰富的国家，可谓超级废钢产 生国。美国目前的废钢回收率在多方面努 力下已达66％。
    德国对废钢的回收效果明显。(1)德国 新联邦对相当的废钢进行了回收；(2)回收 镀锡钢罐，1993年回收量70万t，回收率为 48％，1995年7月以后，政府规定回收率达 72％；93)强化利用废汽车，德国废汽车的 库存量达约3000万辆。
    欧洲每年旧汽车产生量900?1000万 辆，为适应环境需要汽车必须作为废物利 用。将废车解体，回收尽可能多的零件和材料。
    法国废钢工业在欧洲占有一定份额， 每年能提供600?800万t，约占当年钢产量的40％。
前苏联国家积蓄着丰富的钢铁资源。 产生废钢影响着国际废钢出口的数量和价 格，特别直接影响着中国的废钢市场。俄罗 斯近几年出口废钢每年达700?800万t， 在欧洲及亚洲废钢市场扮演着极为重要的 着色。
    日本是世界钢铁生产大国之一。对亚 洲钢铁工业影响很大。废钢是日本重要的 铁源。年产废钢4000?4500万t，但由于日 本内需强盛，国际贸易量很小，基本属于自 产自用的模式。但近几年来，由净进口变为 净出口，呈每年增长的趋势。
由此可见，全球范围内已经蕴藏了相 当丰富的可利用的废钢资源。
在钢铁消费达到饱和时期，废钢出现 过剩，成为垃圾，廉价的废钢价格引发冶金 专家极大兴趣，寻求处理废钢的方法，电炉 流程是消费废钢的最好工艺。
    电炉废钢消费量1000kg／t。转炉为 150?250kg／t。废钢消费量与粗钢产量及 炼钢方法有关。废钢消费的地区构成，从1983年到1993年期间，发展中国家和新兴 工业国，特别亚洲各国的消费量增加，但是 欧、美和日本等先进工业国的消费量，依然 占世界总消费量的一半以上。
    世界废钢贸易量(出口和进口量的平 均)占世界废钢总消费量的比率较低，因为 长距运输不经济。但是，近10年贸易量增加2倍以上，其比率从6.4％增到12.65％。
    从废钢出口的地区结构看，北美是最重要的出口地区。美国通过西海岸向亚洲 (特别是韩国、中国)出口，通过东海岸向欧洲及印度、土耳其出口。美国是主要废钢出口国，在历史上年出口量曾达1100万t。进入90年代，美国相继建设了一些短流程电炉钢厂，废钢出口明显减少，1996年就降到 800万t，但仍是影响废钢国际市场的不可缺少的因素。
    1993年德国出口废钢721万t。
    法国废钢铁的国际贸易向来十分活跃。年进口约200～300万t，出口300～400万t。
在进出口方面，日本进口量显著减少，其它亚洲国家增加。
韩国是新兴钢铁大国，钢产量直线上升，在80年代由于鼓励多吃废钢，快速扩大规模，电炉钢产量已超2000万t以上，废钢严重缺乏，不得依赖进口，每年进口大量废钢。在90年代以前，由于日本大量进口废钢，日本决定亚洲废钢价格，进入90年代以来，韩国取代了日本的价格谈判地位。
纵观废钢市场风云变化，价格大起大落，变化莫测。废钢回收量继续呈增长的趋势，但也必须指出的是由于电炉流程的优势，电炉钢工艺的进展，各国炼钢业为利益驱动，都极尽充分利用废钢优势降低成本，废钢消费量会成比例的增长，废钢不会成为垃极。相反废钢的价值潜能，愈加被人们充分利用，显示出资源效能。 
(三)中国废钢资源
二十年来，中国钢铁工业取得了快速发展。1996年产钢10127万t，跃为民办第一产钢大国，自此连续保持世界产钢第一的地位。尽管如此，我国仍然是钢材净进口国，2000年进口坯、材达2100万t。由于国民经济快速增长，对钢材的需求保持旺盛的态势，我国已成为世界钢材消费大国。我国进入了钢铁积蓄的膨胀期。
但是，由于我国工业化程度成长期短，废钢的产生仍处于贫乏阶段，国内废钢资源严重不足。
国内废钢产生源：
1.冶金企业自产废钢
由于我国在钢的凝固工艺上，长期采用模铸工艺，连铸比低，轧制工艺多数横列式、多火成材，造成综合成材率低，相应企业自产废钢占有很大比重。1994年企业自
产废钢达1800万t，比从社会回收废钢 1650万I，多150万t。随着连铸比的大幅提高，1998年第一次出现企业自产废钢 1500万t和从社会采购废钢1500万t，数量相当的局面。这是历史的转折，标志着中国钢铁工业冶炼技术水平已开始进入世界先进行列，从废钢角度看，企业自产废钢逐步减少。1999年企业自产废钢 1270万t，比从社会回收废钢1350万t少了80万t。
2.从社会采购废钢
国民经济持续高速发展，钢铁需求基数已很大，废钢回收量增加，必将成为钢铁企业废钢来源主渠道。
3，进口废钢
?我国是废钢净进口国，而且是维持钢铁平衡的重要因素。进入九十年代以来，建设了一大批高功率、超高功率大电炉；一些转炉钢厂在扩张钢产量规模时，由于铁水不足，采用了加废钢的方法，更加引起废钢缺口，矛盾日益突出，2000年进口废钢已达 510万t，占当年废钢消费量27％，对国外资源依赖度增强。
2000年，虚假的废钢市场平衡。一是 2000年电炉钢产量的比例降到10年来的最低点。由1993年占钢产量的23.2％，降到 14.5％。如按1993年的比例，电炉钢应为 2950万t，比1993年高875万t，多消耗废钢近700万t，二是因为国内出现阶段性废钢和固体生铁价格的倒挂，与世界废钢、生铁价格比例的规律反其道而行之，国际废钢价格一般为生铁价格的60％?80％，个别国家如前苏联废钢价格在国内40?50美元／t，是生铁价格的40％气50％，而我国出现废钢价格高于生铁价格的现象。电炉钢厂为了降低成本，国内废钢切头、重料价高、货缺，电炉钢采取多加生铁，以补充铁源。预计2000年每吨电炉钢耗生铁150? 180kg，少耗废钢277?333万t，替代了废钢原料，这是2000年废钢取得平衡的主要原因；三是少数电炉钢厂采取铁水热送工艺，以提高钢的纯净度，改善品种结构，同时减少对废钢的过度依赖；四是强力进口废钢，以快速补充废钢不足。2000年进口废钢510万t，创10年来新高，比1999年多进176万 t，占当?年国内废钢消耗的27％。可以说，进口废钢在顽强支撑国内电炉钢的生产。
未来10?15年废钢资源形成? 从三种来源分析，我国从1998年第一次出现企业自产废钢与从社会回收废钢相当的局面，废钢来源结构发生了历史性变化，未来10～15年废钢产生趋势：
㈠ 确定因素
企业自产废钢比重下降。2000年连铸比达81.9％，一火或二火成材、连铸、连轧工艺的广泛采用，企业自产废钢800万t。随着连铸比的提高。2005年达92％?94％，小型、线材连轧比达90％，薄板类钢材连轧、薄板坯连铸连轧等一些新技术的应用，钢铁企业整个流程愈加简练，操作熟练、人为废品降低，综合成材率达94％?95％，生产过程产生的废钢将几乎为零。当连铸比超过95％以上，连轧比超过90％以上，企业自产自收废钢成为衡值。2006年以后，约 500万t。社会回收废钢比重上升，成为废钢来源的主渠道。工业化国家设备折旧一般为10?15年，废钢回收按14年计算。我国目前财政规定也是10?15年，但在执行过程中，实际要低。废钢回收按20年计算，预测2001?2015年之间社会废钢回收量，见表6。
(2)不确定因素
钢铁大国对废钢利用欲望继续上升，废钢消耗有增无减，废钢国际贸易量呈下降趋势。以美国为代表的电炉短流程风起世界，欧洲电炉冶炼普通长条钢材，发展中国家利用电力廉价、人工费用少的优势，短平快，建设大电炉，提升了废钢需求。一些大国已开始减少废钢对外出口。靠进口废钢支撑我国炼钢的态势，在较长时间内难以改观，但由于国际废钢形势变幻难测，运输废钢的费用占废钢铁的比重达30％左右，成本上升，对进口产生不利影响。国内已经建设了一大批大电炉，废钢需求未来 10年只增不减，废钢缺口必须依赖进口补充。
废钢需求取决于电炉钢的发展，电炉炼钢是废钢消费的主动力。在全世界电炉消费的废钢约占总废钢的70％。在我国，电炉钢产量是废钢需求量和价格的晴雨表。
在全世界在大力发展电炉钢潮流形势下，我国电炉钢继续下降，其根源在于废钢量少、质次、价高。预测废钢市场必须研究电I炉钢的发展轨迹。如果在2005年电炉钢的I产量保持在现有产量，废钢基本平衡。但市I场规律作用，由于电炉流程投资省、建设期I短、运作灵活、对区域经济诱惑力大，今后1电炉钢不可能止步。每增加100万t电炉钢I就多消耗100万t废钢。开辟直接还原铁、I热铁水人炉，以减少对废钢的过分依赖，同时提高钢的纯净度。制约我国电炉钢发展I的因素一是废钢，二是电力，我国工业用电1价格，高于美国等西方国家。美、欧等地，冶I炼电价1千瓦时，一般为4美分，而我国冶金I用电价格平均有0.45?0.55元人民币之I间；与此同时，现代电炉已不再单纯依靠电I能，而且在使用电能的基础上大力发展利I用各种化学能，如煤气、氧气、生铁中发热]元素二次燃烧等，以及物理热，如铁水热I装、废钢预热等。使得电炉冶炼电耗降到1 400kWh?h／t以下。由此，缩短了电炉冶炼I时间，冶炼时间降到了70min左右，使之易I于与连铸机衔接匹配运行，促进了电炉流I程的结构优化，提高了电炉流程的生产效率，增强了电炉流程的市场竞争力。
短期内，转炉废钢消耗工艺不会有太大突破，吨钢消耗废钢110～120kg。
目前，我国小高炉(<700m3)冶炼铁水成本低于废钢价格，故高炉一转炉流程企业不会采用多吃废钢的冶炼工艺，废钢消耗强度仍维持现有水平。世界转炉冶炼工艺也不会有太大的突破，消耗废钢的主渠道，仍为电炉流程冶炼。
铸造用废钢。传统的机械产品，很多部件、零件都由铸钢件构成。大型机械加工厂，一般都配有钢铁冶炼设备，特别配有电炉冶炼，自制铸钢件，消耗了大量废钢。机械加工技术的进步，焊接件逐步取代铸钢件，废钢的消耗逐步减少，与炼钢争夺废钢的力度降低。
(四)我国废钢需求中长期预测
2005年：年产钢1.5亿t，电炉钢的比例保持在2000年的水平，按15％计算，即电炉钢为2250万t，按吨钢消耗废钢850kg计算，需废钢1910?2000万t，转炉钢12600万 t，按吨钢消耗废钢120kg左右计算，需废钢 1630万¨铸造用废钢3007Y t；其他用200万t，共计需废钢4100万t左右。届时国内废钢供应量只有2761万t，缺口1400万t左右，依赖进口废钢保持废钢需求是很困难的。以笔者分析，近几年，由于转炉钢的成本明显比电炉钢低，钢产量的增加主要靠转炉钢的增加，在废钢、电力价格没有大变化的形势下，电炉钢产量保持在2000年的 1850万t水平，考虑自然增长达2000万t，电炉冶炼继续配生铁减少废钢配人量，一些企业采用加热铁水，吨钢废钢配人按 8000kg计算，需废钢1600万t；转炉钢 13000万t，吨钢按110kg计算，需废1430万¨铸造用废钢250万t；其他用废钢150万¨共计需废钢3430万t，国内废钢缺口700万 I左右，必需依靠进口解决。
2010年：钢产量仍为1.5亿t。届时国内废钢3900?4000万1左右，冶炼工艺结构保持不变，需废钢3400?3500万t，国产废钢出现富余。但是现实发展绝对不会出现这样的局面。如2010年电炉钢达20％左右，即3000万t电炉钢。届时废钢仍有较大缺口，平衡废钢消耗仍依靠进口解决。
电炉确实为废钢市场的晴雨表，是消耗废钢的平衡器，反之，废钢是制约电炉钢发展的主要因素。短期内，废钢资源短缺的矛盾难以缓解。
废钢成本的含量、环保的友好、钢铁工业可持续发展的可再生优势资源，已被各类冶炼工艺所应用。废钢的未来产生及利用愈加显示其宝贵的潜在价值。
确立废钢的产业地位，系统地科学地最佳化回收、利用、管理、加工。社会回收、钢厂自产、国外进口三条废钢来源渠道都不可偏废，以平衡废钢市场的稳定，以支持我国钢铁工业的持续、健康、稳定发展。
富兰克林说过：宝贝放错了地方就是废物。我们讲，废物放对了地方就是宝贝。

1991?2000年进口废钢量    万t

2001年-2015年废钢资源预测    万t

1994-1999年大中型冶金企业废钢回收消耗采购统计    万t

主要产钢国废钢产量和消费所占比例