比碳钢更耐用的不锈钢有利于减碳？全生命周期成本比同类材料少30%

  钢铁行业是国家落实碳减排的重要领域，冶金工业规划研究院党委书记、总工程师、俄罗斯自然科学院外籍院士、中关村不锈及特种合金新材料产业技术创新联盟首席顾问李新创近日表示，钢铁行业未来将面临碳排放强度的“相对约束”、碳排放总量的“绝对约束”，以及严峻的“碳经济”挑战。钢铁工业的碳达峰、碳中和之路，其实就是一场技术革命的赛跑。

  在不锈钢行业，众多企业也开启了减碳路线，成立了碳中和办公室，寻求效率和减碳的双重平衡。李新创建议，不锈钢产业要实现深度脱碳的途径，能够应用氢能冶炼、电解还原、氧气高炉及非高炉冶炼、生物质能利用、CCS/CCUS等技术，其中，氢冶金将成为未来中国钢铁工业的绿色低碳发展重要技术路线。

  10月14日，由中关村不锈及特种合金新材料产业技术创新联盟（以下简称“联盟”）主办的“2021(第二届)中国不锈钢及特种合金新材料产业高端论坛”召开，世界钢铁协会北京代表处首席代表钟绍良在论坛上表示，中国不锈钢产销量逐年稳步提升，占全球份额的一半以上，显示出庞大的市场活力。在所有的金属和非金属材料中，不锈钢拥有无以伦比的、独特的物理和化学性能，以及优异的环境性能。根据世界钢铁协会的测算，全球每吨钢的平均碳排放约为1.85吨，而不锈钢的吨钢碳排放约为2.23吨，仅比碳钢高0.4吨左右，其中64%即1.42吨是由铁合金作为原料带入的，0.47吨来自电力消耗。

  钟绍良分析，尽管每吨不锈钢的碳排放略高于碳钢，但是如果考虑到耐用性能，不锈钢的环境优势更明显。以一个典型的建筑或机械结构为例，为实现150年的结构寿命，若使用铝合金，每吨功能结构在150年中需要排放8.5吨二氧化碳，若使用碳钢，则只需排放4.3吨，而若使用不锈钢，仅需排放3.3吨。因此，采取不锈钢有利于减少产品在整个生命周期中的环境影响，同时有利于实现全生命周期成本最小化，其超强的耐用性可以使产品的全生命周期成本比同类材料减少30%左右。

  钟绍良表示，与碳钢相比，不锈钢在中国乃至全球的发展空间仍然巨大。中国是全球不锈钢的生产和消费中心，现在也是全球领先的不锈钢技术和产品创新中心。2021年上半年，全球不锈钢产量达到2903万吨，创历史上最新的记录，其中中国占56%，整个亚洲地区的产量比重更是达到70%，成为名副其实的全球不锈钢生产中心。碳达峰、碳中和是我们进入21世纪20年代后面临的全新的、历史性的挑战，钢铁的生产和应用技术面临着革命性的更新换代，对不锈钢行业而言，机遇大于挑战，不锈钢和特种合金行业拥有更加光明的发展前景。

  当前，不锈钢生产原料种类多、工艺流程多，以太钢、酒钢等企业为代表的传统长流程工艺，多采用高炉+电炉/铁水脱磷+AOD冶炼工艺，以铁矿、废不锈钢、冷料铁合金为原料生产，也是碳钢和不锈钢联合生产企业的典型配置；以鞍钢联众为代表的传统短流程工艺，采用电炉+AOD冶炼工艺，以不锈废钢和冷料铁合金为主要的组成原材料。以青山控股、北港新材料、宝钢德盛等企业为代表的创新型工艺流程，采用RKEF镍铁冶炼+不锈钢冶炼工艺，以红土镍矿为原料，镍铁水热送入炉，开创了不锈钢低成本冶炼新工艺。

  广西北港新材料有限公司党委书记、董事长、总经理潘料庭介绍了基于红土镍矿冶炼不锈钢的低碳路线年以后，以红土镍矿为原料，以烧结、高炉，回转窑，矿热炉为关键设备的镍生铁工艺的出现，使得不锈钢的冶炼工艺变为以烧结+高炉+AOD的生产的基本工艺和RKEF+AOD的生产的基本工艺为主，给不锈钢的生产带来革命性变化，使得不锈钢产量得到提高，成本极大降低。红土镍矿冶炼不锈钢的生产的基本工艺使用大量的废钢，余热发电，铁水热送，能源集中管理等多项节能措施，实现能耗总量及能耗强度双控，达到了减碳的生产目的。

  潘料庭分析，现有的红土镍矿冶炼不锈钢工艺还不够健全，还存在能源结构高煤炭化、流程长、能耗高、装备落后、生产的全部过程能源利用低等问题，未来可以多利用废钢融入到现有生产的基本工艺生产，采用多种合金（镍铬锰）+炼钢一体化生产。

  太原钢铁（集团）有限公司总工程师李建民介绍，碳达峰、碳中和将对中国不锈钢生产和消费产生长远而深刻的影响，太钢积极布局推进碳达峰、碳中和行动，成立碳中和办公室，谋划在“十四五”期间实现碳达峰和碳减排，太钢拟采取优化能源结构、极致提高能效水平、制定不锈钢低碳制造路线图、开发绿色长效产品、开发新能源等措施，统筹考虑现有产线专业化整合、新增产线高标准建设，和以碳评估为基础的兼并重组等路径，实现以能效极致提升、工艺技术创新和产线分工优化为抓手的有效碳减排。

  关于不锈钢行业碳达峰及降碳路径，李新创建议，要深入推动布局优化，大力推动兼并重组，科学优化生产力布局。着重推动工艺流程结构调整，继续大幅压减环境敏感地区长流程钢铁产能；鼓励有序发展短流程炼钢。加强国际产能合作，有序引导优势企业“走出去”，建立不锈钢生产所需原燃料和合金产品供应基地。促进供需更高水平动态平衡，严格执行产能置换办法，加大长流程减量置换的比例，鼓励发展不锈钢短流程工艺。继续严格执行禁止新增钢铁产能有关法律法规，严肃查处违反法律法规行为。差别化管控不锈钢粗钢产量，防止产量快速增长。

  李新创表示，钢铁行业要推动节能及能效提升，推广先进适用节能低碳技术，不锈钢生产工艺流程多，公司数也多，节能低碳发展水平差异大，通过推广普及成熟可行的节能降碳技术，以及使用先进节能降碳技术，仍将较大程度提升行业整体低碳发展水平。提高余热余能自发电率，重视钢铁能源转换功能，促进高能效转化工艺、装备、管理技术创新开发，提高矿热炉、高炉、电炉、AOD炉、加热炉等余热余能资源利用效率，减少外购能源，提高余热余能自发电率。进一步推广实施能源管控中心，开展碳排放信息管控平台建设，利用数字化、智能化技术实现生产装备智能化管控等。

  李新创建议，钢铁产业要优化用能及流程结构，原燃料结构优化，采取精料方针，稳定原料质量；加大炉料内废钢和不锈废钢使用比例；促进生产设备先进化、大型化，强化精细化管理和操作等，实现固体燃料消耗逐步降低，降低化石能源消耗产生的碳排放。鼓励短流程电炉不锈钢发展，加大废钢资源尤其是不锈废钢的回收利用，鼓励先进电炉钢技术推广应用，提高电炉短流程钢生产效率；提高电炉不锈钢比例是降低行业碳排放的重要方法。提高新能源及可再次生产的能源利用，加快发展非化石能源，提高新能源和可再次生产的能源的利用，积极地推进清洁能源替代，实现多能互补，提高绿电比例。

  钢铁企业要应用突破性低碳技术，实现深度脱碳的途径。李新创表示，要运用氢能冶炼、电解还原、氧气高炉及非高炉冶炼、生物质能利用、CCS/CCUS技术，现阶段，生物质能不具备大规模利用的条件，电解技术仍处于实验基础研究阶段，因此，氢能冶炼、氧气高炉及非高炉冶炼、CCS/CCUS是重点。

  李新创强调，氢冶金将成为未来中国钢铁工业的绿色低碳发展重要技术路线，更多企业逐步开展研发技术与应用，但氢气来源、低成本绿色制氢技术仍是未来限制氢冶金发展应用的主要的因素。从各国氢冶金应用实践及远景规划来看,发展高炉富氢冶炼和氢基直接还原工艺是氢冶金技术的重要方向和趋势，未来应用比例及规模逐步扩大。