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钢铁生产约占全球二氧化碳排放量的7%废钢预热，其中绝大多数是在铁矿石过程中产生的，一小部分来自废钢制造。在全球范围内，以废钢为原料的电弧炉炼钢企业分布不均，电弧炉炼钢的建设年限各不相同。2021年，全球最大钢铁生产国中国废钢和DRI短流程电弧炉炼钢比重仅为10.6%，德国为30.2%，欧盟为43.9%，北美为68.9%，中东为94.0%，全球短流程电弧炉炼钢平均比重为28.9%，在全球碳足迹减少的背景下，预计这一比例将有所提升。

废电弧炉炼钢能源平衡

回收废钢比铁矿石更具优势，但需要大量的能源消耗，生产每吨钢水需要750-/t的能源，其中电力和化学能（由天然气和煤炭产生）平均分配。常规电弧炉炼钢的能耗一般包括钢水消耗的热能的50%、炉渣消耗的热能的6%、烟气消耗的热能的22%、冷却水加热消耗的能量的15%、辐射和电损耗消耗的热能的7%、 这样可以发现，大约50%的能源消耗几乎被浪费掉了。初期，第一台竖炉电弧炉投入使用后，每吨钢电耗降低70kWh/t，整个过程总能耗降低15%。

如今，随着炉料结构的优化和生产率的提高，现代电弧炉（如单罐电弧炉）的电能和化学能消耗已大大降低。然而，能源损失和环境保护也是不可避免的问题。

竖炉的额外能量输入

如果采用传统的电弧炉炼钢工艺，则无需在电弧炉区域附近对烟气进行二次燃烧和冷却，但对于竖炉电弧炉，必须对烟气进行再燃烧和冷却。由于竖炉内的空气流速快，炉内的能量平衡废钢预热，热风流不足以将热能传递给废料，达到预热的目的。如果对废钢进行加热，则废钢的焓会增加，从而缩短废钢在竖炉中的熔化时间，从而缩短竖炉冶炼周期，提高生产效率。这样，能量载体的烟气可用性进一步降低。可以说，竖炉电弧炉的使用体现了万事万物不能一石二鸟的原则。

在竖炉炼钢的后半段，需要高达90 kWh/t的额外热能来加热加热室中的烟气，然后由冷却塔冷却，内部能量平衡可以减少到/t，包括电能的/t，炉/轴/二级处理系统的总能量平衡达到/t。

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严格的环保体系

当废料被加热时，废料中的油漆、油、油脂、塑料制品和其他物质一起燃烧。在传统的电弧炉中，当废钢通过开盖加入炉膛时，当废钢被装入炉膛时，这种燃烧就会发生，燃烧产生的有毒化合物直接分布在炉膛周围，不与烟气混合，而是在竖炉冶炼过程中以浓缩的方式包含在烟气中。

在日益严格的环保政策下，必须采取措施减少有害化合物和细颗粒物的排放。目前，可吸入颗粒物的减排量已达到历史最佳水平，对一氧化碳、碳氢化合物（CHx）、氮氧化物（NOx）和二恶英等有害化合物也必须对环境无害。

处理剧毒的二恶英和呋喃一般有三种方法：

1）封装或隔离到活性炭环境中，吸附和去除二恶英和呋喃;

2）重新加热，然后迅速冷却，以抑制其重组（二次合成）;

3）烧掉它。

活性炭包封的使用成本太高、耗时、费力、危险，并造成过滤器过载，因此对于整体结构的废钢预热系统电弧炉来说，唯一可行的方法是防止重整（合成），这对生态环境非常有益，但经济成本非常高。最重要的是，废钢通过输送机不断加入到各种结构的竖炉中，电弧炉排出的高温烟气在输送过程中用于对废钢进行局部预热，对保护生态环境起到了很好的作用。然而，高达/t的化石燃料燃烧会造成大量的二氧化碳排放。

废钢预热新技术

通过实际探索，天元二手材料利用电弧炉排出的高温烟气对废钢进行预热，并加入更多的气态化学能对废钢进行预热，这种余热利用新技术取得了巨大的成功，同时减少了二氧化碳对环境的污染。实施步骤如下：1）CO二次燃烧，转化为CO2，然后用热CO2进一步预热废钢;2）氢能燃烧器在熔炼和预热过程中采用氢能燃烧器，提高烟气热能的利用率;3）提高电弧能生产能力，减少各种损失，避免空气渗入。

瑞士公司研制的新型生态给料机（）由若干个双仓结构的斜式预热罐组成，预热罐采用交替给料，这意味着废钢与烟气的交换面积大大增加，提高了废钢的预热效果，要求电能低于/t，化学反应能低于/t。这里只需要 90 kWh/t 的化石能源，炉渣发泡和电极熔化提供所需的碳粉，废料自身反应产生二氧化碳。

电弧炉在恒定的初始废品条件下运行最佳，以及在恒定的炉运行条件下运行最佳，例如，设计废品密度为 0.5-0.6 t/m3，废品率为 90%-92%。

综上所述，废钢回收过程中排放的二氧化碳化学能可由/t降低到90kWh/t，或小于总能耗的1/6。除此之外，如果使用可再生能源发电，可以进一步减少二氧化碳排放。

这

化学能比重的增加，增加了热烟气输出的比重，这与需要以最佳的方式利用这些气体是一致的，这样CO2含量不降低，含有CO2的热烟气的热能转化为废钢，达到余热利用的目的， 因此，这也是一个优势，即减少了总能耗，同时减少了二氧化碳排放。根据电弧炉的规模，化学能的使用可以增加到总能耗的60%，而系列竖炉可以实现这一目标。

采用二次冶金机组作为“绿色”炼钢的辅助措施，在二次冶金过程中使用机械泵进行真空处理，与使用蒸汽喷射泵的传统技术相比具有显著优势，可以显著降低能耗。

▲ 《世界金属导报》48 B06