特钢新材料碳达峰碳中和科技实现路径研究＊——以江阴兴澄特种钢铁有限公司为例

张 礽 宣雨竹

（江苏省生产力促进中心，江苏 南京 210042）

前言

钢铁行业是国民经济和社会发展的重要基础产业，也是我国重要的CO2排放源[1-3]。新中国成立以来，我国钢铁行业实现了跨越式发展，在现代化建设进程中发挥了不可替代的支撑和推动作用。尤其是2000年以来，我国钢铁行业迅猛发展，产品产量快速增长。2000年以来的国家统计年鉴数据显示，我国粗钢、生铁产量年均增速分别为11.1%、10.0%，2020年产量分别达到10.65 ×108、8.9 ×108t；我国粗钢产量在全球总产量中的占比从15%增至57%，生铁产量占比从23%增至63%。由于规模体量大和其生产工艺特性，我国钢铁行业CO2排放贡献突出[4-7]。据测算，我国钢铁行业能源活动中CO2排放量占全国CO2 排放量的 15%左右，是仅次于电力行业的碳排放大户。

“十四五”期间，钢铁行业将面临从碳排放强度的“相对约束”到碳排放总量的“绝对约束”，同时还可能面临更多来自“碳经济”的国际挑战，加快低碳转型势在必行。在碳达峰、碳中和的目标约束下，一方面将加速推动钢铁行业改善生产流程、更新生产设备和使用低碳能源，迅速实现钢铁产业和能源结构低碳转型；另一方面可促使钢铁企业主动创新，摒弃高碳排放产品和业务，研发深度脱碳、零碳技术。

李新创等认为钢铁行业新发展格局体现在推动新的技术进步。强化创新主体地位，大力推动科技创新，加快关键核心技术攻关。拓展创新投入的社会化渠道，搭建多种形式的科技金融合作平台，吸引更多的社会资本参与钢铁工业创新发展，激发全行业的创新活力。冯祖强[12]等认为钢铁企业应与高校、科研机构等加强创新协同，围绕纯氢冶金的技术路线，推动关键核心技术、工艺和装备取得重大突破。

本文以江阴兴澄特种钢铁有限公司为例，探讨钢铁行业碳达峰碳中和科技实施路径研究，加快产业适用节能减碳技术向企业定向供给。

一、企业能耗现状

江阴兴澄特种钢铁有限公司隶属中信泰富特钢集团，是中国中信集团下属的高度专业化的特钢生产企业，位于江阴高新区。从1993 合资以来，公司以“建成全球最具竞争力的特钢企业”为愿景，经过二十余年的发展，现已成为我国特钢行业龙头企业，被国家《钢铁工业“十二五”规划》列为四大特钢产业基地之一和中国特钢技术引领企业。公司具备年产690 万吨特殊钢的生产能力，已发展成为全球产品规格最全、生产规模最大的特殊钢棒、线、板卷材单体生产企业。

2020年，江阴兴澄特种钢铁有限公司综合消耗能源折合标准煤348.77 万吨，占江阴高新区能源总消耗86.00%。2020年，兴澄特钢工业总产值343.25 亿元，能耗强度为1.02 吨标煤/万元。从2016年以来，兴澄特钢综合消耗能源从316.03万吨标煤升至348.77 万吨标煤，占江阴高新区能源总消耗比未低于80%，详见图1。

从生产工序来看，兴澄特钢2020年CO2 排放从排放源来看焦炭燃烧和电煤燃烧排放较大，分别占比58.92%和12.82%。其他排放源排放占比较小。详见表1。

表1 2020年兴澄特钢各排放源二氧化碳排放情况

二、碳达峰碳中和发展瓶颈

1.企业内节能环保技术缺乏协同

在“十三五”期间，兴澄特钢高度重视绿色发展，先后上线行废水深度处理、烧结烟气综合治理、中低温余热资源利用项目、屋顶光伏发电项目、钢渣微粉项目等项目的研究建设，但是由于缺乏整体节能环保工作的顶层设计，导致目前各节能环保手段处于“孤岛”，缺乏整体规划，部分环保设备缺乏节能考虑，能耗较大，亟需统筹考虑节能环保总计设计研究，协同开展企业降污减碳工作。

2.行业间低碳技术研究缺乏协同

目前兴澄特钢在绿色低碳产品生态建设、全员减碳意识构建方面还面临一定的挑战。企业需加速推动改善生产流程、更新生产设备，建立健全特钢智能化、绿色化生产体系，企业需要抓住机遇，强化创新，为减少碳排放、实现碳达峰碳中和贡献力量。但是仅靠1-2 家企业是无法实现这一宏伟目标，应以兴澄特钢牵头，协同区域内行业各企业，联合省内相关高校、科研院所，加快低碳技术研发和推广，推动各项低碳技术在行业间转移转化。目前也缺乏统一的绿色低碳技术交易综合平台以及针对低碳技术的评估以及转移转化金融工具。

3.产业链绿色低碳发展缺乏协同

兴澄特钢尚未对其上下游产业链精细化研究，尤其废弃物包括水、气、固废的综合循环化利用，导致区域资源和能源的浪费。缺乏以龙头企业为主导并构建产业链低碳技术联盟，加快技术共享，形成区域内低碳示范典型加以推广，区域内产业间废物循环利用和余热利用效率不高。

三、碳达峰碳中和科技实施路径

1.推动能源结构低碳化

调整工艺结构、优化原料结构、改变能源结构，通过增加电炉钢占比、降低燃料比、提高废钢比和球团比、提高二次能源利用占比和可再生能源占比等途径，逐步减少特钢生产过程中煤炭消耗，降低煤炭占比[5]。将电炉钢占比、废钢比、高炉燃料比、球团矿占比、煤炭占能源消费总量比例、可再生能源占能源消费总量比例等作为特钢新材料碳达峰路径分析的关键指标。

从能源供应角度出发，着力突破低碳绿色技术约束，解决低碳关键核心技术和能源资源高效回收利用技术制约问题，为特钢行业低碳发展提供清洁电力和清洁能源支撑。围绕碳减排目标，因地制宜，提高天然气等清洁能源比例，加大太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用，发展氢能尤其是绿氢产业。

2.推广短流程炼钢工艺

兴澄特钢可加快高能效转化工艺和装备的创新开发及应用，以创新驱动低碳发展。钢铁行业二氧化碳排放主要来自于生产过程，长流程炼钢二氧化碳的排放主要来自于用焦炭还原铁矿石炼制铁水的过程，短流程炼钢二氧化碳排放主要来自对火电的消耗。当前兴澄特钢以长流程炼钢工艺为主导，特钢的低碳发展要求炼钢工艺的创新发展。应改变传统工艺的原材料配比，发展低成本的废钢利用技术，通过改变原材料结构实现减排。短流程下，废钢不需要经高炉还原为铁水，作为铁元素载体，可以投入电炉或转炉炼钢，减少了煤炭能源投入，从而降低碳排放。

加大废钢资源分类回收利用，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，提高转炉废钢比是降低特钢新材料产业碳排放的重要途径。

3.加强共性创新技术研发

通过应用行业先进工艺和智能制造技术，打造高效率、低成本、低定员的现代化高端智能生产线，深化节能减排，推行清洁生产、绿色制造、绿色设计产品开发，发展循环经济，提高能源、环保管理水平，提升企业能源利用和环境保护水平，建成世界一流的资源节约型、环境友好型绿色特钢产业基地。

整合专业力量，加强低碳共性技术的研发和示范，构建低碳冶金技术库，系统梳理碳减排关键技术研发应用现状及趋势，为特钢企业低碳转型升级提供专业指导。支持和引导特钢企业积极推广和应用先进低碳技术，深挖现有工艺节能降碳潜力。鼓励烧结烟气循环利用、厚料层烧结、高炉煤气均压放散回收等降碳显著技术研发和应用；研发示范前沿低碳冶金技术，逐步攻克氢能冶金、绿氢制备的技术壁垒和成本壁垒，实现冶金工艺流程变革，改变煤炭对于特钢生产的不可替代性。

4.构建绿色特钢协同创新中心

依托江阴扎实的工业基础，结合江阴高新区的产业优势、资本优势，以东北大学和中科院金属研究所深厚的技术背景为支撑，以“面向高端、需求导向，创新机制、特色发展，产学融合、中试为主，互利双赢、辐射周边”为发展思路，做好企业降污减碳协同技术研发应用，以兴澄特钢为主体，努力打造国内领先、世界一流的绿色特钢协同创新中心，充分发挥高校优质科研资源与企业配套节能环保设备和管理经验的联动效应，以研促产，以产带研，从科研和运用层面实现技术和成本的突破；做好绿色治理领域专家、技术和企业的对接工作，加快企业节能环保工作的顶层设计，改变发展理念，从末端治理主动变为源头治理。

未来可将绿色特钢协同创新中心打造成具备较强自主创新能力和可持续发展能力、产学研用紧密结合的新材料产业科技创新基地，形成从前沿技术研究到应用开发与集成示范的全链条创新技术协同创新格局[6]。“十四五”时期，推进绿色特钢协同创新中心建成一个解决技术融合、资源整合、创新集合问题的服务平台，促进科研院所的科技成果转化、企业的技术创新。

5.构建区域产业共生网络

用特钢产业带动热电、铁合金、水泥、冶金溶剂、耐火材料等产业的发展，逐步建立以兴澄特钢为中心的共生网络。依据循环经济理论和工业生态学原理建立的循环经济体系，统筹规划，全面布局，围绕打造特钢产业集群，链接产业上下游的关系，提高产业关联度，形成生态工业联网。充分优化构建项目间、企业间、产业间及园区内外的协同关系，整合区域传统产业体系，构建产业间横向耦合关系，提高区域整体资源产出水平；努力实现废弃物（污染物）低（零）排放，全面提升园区竞争力和可持续发展能力。

具体来说，兴澄特钢可将其磁性粉末等产品可作为区域内微电子和集成电路的周边材料；特钢模具可应用于周边微电子和集成电路和智能机械及装备等新兴产业；帘线、紧固件、管件等产品可提供给智能机械及装备产业作为定制化零部件，提升智能装备性能；下游医用行业制品可供现代中药和生物医药企业使用。

四、结语

钢铁行业是碳达峰、碳中和目标实现的重点行业和责任主体，必须紧跟时代发展，通过科技创新，加快产业以氢能冶金零碳工艺流程再造技术突破和先进适用低碳技术应用推广，实现能源消费及碳排放减量化，推动产业绿色低碳高质量发展。