楊瑞軍，王文厚，李敏二，趙 強

（中國寶武山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

鋼鐵行業(yè)作為國民經(jīng)濟的中流砥柱，同時也是工業(yè)領域的碳排放大戶。面對“雙碳”挑戰(zhàn)[1-2]，任務艱巨，任重而道遠。

歐盟CBAM 碳邊境調節(jié)機法案[3]已與2023 年5 月17 日正式生效，2023 年10 月—2025 年12 月為過渡期，需要出口企業(yè)提交季度報告，從2026 年開始，正式征收碳關稅。

太鋼作為全球不銹鋼行業(yè)領軍企業(yè)，高度重視雙碳工作，按照中國寶武綠色低碳戰(zhàn)略部署，確立了一個低碳發(fā)展中心、三個低碳發(fā)展階段、四個低碳實施步驟、六大低碳發(fā)展路徑、最終實現(xiàn)零碳目標的“13460”綠色低碳發(fā)展模式[4]，對不銹鋼低碳控排冶煉進行探索性研究。

本文以300 系不銹鋼為例，從主要工序生產(chǎn)工藝、原料和能耗等方面進行研究，分析不銹鋼全流程碳排放分布，提出了不銹鋼制造過程碳控排的方向和解決措施。

1 300 系不銹鋼碳控排工藝技術

300 系不銹鋼在常溫下具有奧氏體組織，鋼中Cr質量分數(shù)為18%、Ni 質量分數(shù)為8%～10%，合金元素含量較高，不銹鋼冶煉過程中要加入大量的鉻、鎳合金。目前，太鋼300 系不銹鋼采用鎳生鐵、高碳鉻鐵和不銹廢鋼為主要原料，鎳鉻系原料全部外購，廢鋼部分外購。304 不銹鋼是太鋼的主要品種，煉鋼二廠北區(qū)生產(chǎn)的304 不銹鋼年產(chǎn)量約130 萬t，占300 系不銹鋼總產(chǎn)量的41%。以下主要針對304 不銹鋼不同原料條件下的冶煉工藝進行碳排放分析測算。

太鋼304 不銹鋼采用鎳生鐵、鉻生鐵和不銹廢鋼為主要原料，根據(jù)不同的原料開發(fā)了對應的工藝路線及配料結構，如表1 所示。

表1 304 不銹鋼不同工藝配料

煉鋼二廠北區(qū)生產(chǎn)304 不銹鋼采用鎳生鐵工藝，通過中頻爐熔化生鐵和鉻鐵，預熔液混勻后兌入AOD 爐冶煉。采用主原料為廢鋼的工藝，通過電爐熔化廢鋼，預熔液兌入AOD 爐進行冶煉，后部工序主要為熱連軋、冷連軋，工藝流程如圖1 所示。

圖1 鎳生鐵工藝和廢鋼工藝鋼鐵生產(chǎn)工藝流程

2 300 系不銹鋼碳控排路線

2.1 304 不銹鋼生產(chǎn)過程（大門—大門）碳排放

根據(jù)煉鋼二廠實際生產(chǎn)過程配料結構，計算太鋼北區(qū)304 不銹鋼制造過程碳排放量，結果表明，兩種工藝工序直接碳排放量與中間產(chǎn)品間接碳排放量相差17 kg/t，自產(chǎn)能源間接排放量相差235 kg/t。

生產(chǎn)304 不銹鋼的原料主要為固態(tài)原料，碳排放主要在煉鋼工序產(chǎn)生，占比在50%以上，如表2 所示。將能源系統(tǒng)單獨列出，則顯示自產(chǎn)能源介質（電力、O2、N2和Ar 等）的使用是造成各工序碳排放的最重要因素，占75%以上，如表3 所示。

表3 304 冷連軋卷產(chǎn)品碳排放量各工序分布2

能源系統(tǒng)是內部碳排放的最重要因素，304 不銹鋼冷連軋卷各產(chǎn)品因使用自產(chǎn)能源帶入的碳排放的構成如表4 所示。其中，電力的使用是能源系統(tǒng)碳排放的最大來源，鎳生鐵工藝占比65%，廢鋼工藝占比約為72%。

表4 304 冷連軋卷各產(chǎn)品的內部能源碳排放量構成

2.2 304 不銹鋼生命周期（搖籃—大門）碳排放

304 不銹鋼主要品種結構為冷軋卷，根據(jù)煉鋼二廠北區(qū)304 不銹鋼工藝路線和配料結構，考慮鉻、鎳原料和輔料等上游碳排放量，計算包括原料制造過程的碳排放。結果表明，碳排放主要分布在上游階段，鎳生鐵工藝、廢鋼工藝的產(chǎn)品上游階段占比分別達到了94.0%、74.2%，而太鋼內部制造過程排放僅占6.0%、25.8%。因此，將碳減排的重點放在上游階段。

上游不同原料對不銹鋼碳排放的影響程度，如表5 所示。

表5 304 不銹鋼上游不同原料影響因素分析

由表5 可知，從產(chǎn)品生命周期碳減排的角度，應優(yōu)先考慮鉻鐵、鎳鐵的影響，減少用量或通過綠色采購減少其單位產(chǎn)品碳排放，是減少產(chǎn)品生命周期碳排放的重要方向。

3 結論

1）以外購固態(tài)原料為主的300 系不銹鋼，由于原料不同而催生了不同的冶煉工藝，以鎳生鐵為原料的中頻爐＋中頻爐工藝，可充分利用原料中Si、C 元素化學熱，提高冷料比，減少步驟費和電耗。

2）冷卷不銹鋼鋼鐵制造過程（大門—大門）碳排放較低，304 不銹鋼的碳排放中，電力的使用是能源系統(tǒng)碳排放的最大來源，采用綠電是降低碳排放的重要的措施之一。

3）冷卷不銹鋼全生命周期（搖籃—大門）碳排放量較高，不同工藝差別較大，鎳生鐵工藝、廢鋼工藝的產(chǎn)品上游階段占比分別達到了94.0%、74.2%。碳排放主要來源于鉻鎳合金制備過程，增加不銹廢鋼用量是降低300 系不銹鋼碳排放的最主要的措施之一。

太鋼深刻分析把握不銹鋼全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期碳生成與碳排放特點，積極研究不銹鋼低碳控排，探索綠色低碳技術，逐步形成由清潔能源制取、低碳不銹鋼原料制備、碳捕集循環(huán)利用、不銹鋼渣資源利用和零碳綠色高性能不銹鋼產(chǎn)品開發(fā)構建的不銹鋼低碳冶金技術路線圖，為太鋼緊緊依靠科技創(chuàng)新和技術進步，提升綠色低碳發(fā)展能力與水平指明了方向。