不銹鋼全流程碳控排研究

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

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

歐盟CBAM 碳邊境調節機法案[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領軍企業，高度重視雙碳工作，按照中國寶武綠色低碳戰略部署，確立了一個低碳發展中心、三個低碳發展階段、四個低碳實施步驟、六大低碳發展路徑、最終實現零碳目標的“13460”綠色低碳發展模式[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質量分數為18%、Ni 質量分數為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，煉鋼二廠北區生產的304 不銹鋼年產量約130 萬t，占300 系不銹鋼總產量的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，根據不同的原料開發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

煉鋼二廠北區生產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工藝流程

2 300 系不銹鋼碳控排路線

2.1 304 不銹鋼生產過程（大門—大門）碳排放

根據煉鋼二廠實際生產過程配料結構，計算太鋼北區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品間接碳排放量相差17 kg/t，自產能源間接排放量相差235 kg/t。

生產304 不銹鋼的原料主要為固態原料，碳排放主要在煉鋼工序產生，占比在50%以上，如表2 所示。將能源系統單獨列出，則顯示自產能源介質（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 冷連軋卷產品碳排放量各工序分布2

能源系統是內部碳排放的最重要因素，304 不銹鋼冷連軋卷各產品因使用自產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，根據煉鋼二廠北區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，從產品生命周期碳減排的角度，應優先考慮鉻鐵、鎳鐵的影響，減少用量或通過綠色采購減少其單位產品碳排放，是減少產品生命周期碳排放的重要方向。

3 結論

1）以外購固態原料為主的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業鏈、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、碳捕集循環利用、不銹鋼渣資源利用和零碳綠色高性能不銹鋼產品開發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新和技術進步，提升綠色低碳發展能力與水平指明了方向。