圖4還表明，廢鋼增長的大部分將是廢棄廢鋼（來自建筑和土木工程），其平均銅含量為0.3wt.%或更高。

圖5顯示了EAF中各種金屬爐料的殘留元素水平，以及各種鋼鐵產(chǎn)品對其含量的限制要求。很明顯，未來可用的大多數(shù)廢棄廢鋼將只適合于生產(chǎn)一些結(jié)構(gòu)鋼、螺紋鋼和小型型鋼，并且只有在使用OBM將熔融鋼液中的殘留元素降低到可接受的水平時，才能用于生產(chǎn)殘留元素要求較低的鋼鐵產(chǎn)品。

為了生產(chǎn)薄板、管坯鋼和許多特殊鋼棒材（SBQ），有必要通過添加OBMs來稀釋廢棄廢鋼中的殘留元素含量，OBMs由鐵礦石制成，殘留的金屬雜質(zhì)最少。在發(fā)現(xiàn)一種有效且經(jīng)濟可行的方法來去除廢鋼中殘留元素之前，解決方案就是用OBMs來稀釋。很明顯，作為一個行業(yè)，人們必須根據(jù)廢鋼的物理和化學特性來更好地分離廢鋼。不管怎么說，為了實現(xiàn)鋼鐵的循環(huán)經(jīng)濟，顯然OBMs是必需的。如果在金屬爐料結(jié)構(gòu)中沒有OBMs，那將有很大一部分廢鋼無法被回收利用，最終將被運往垃圾填埋場。

更好的產(chǎn)品（如汽車和電器）設計，必須考慮產(chǎn)品在使用壽命結(jié)束后要易于拆卸，以便更容易去除游離銅和其他殘留元素，從而不會導致廢鋼降級。例如，汽車車身鋼中的銅含量可能是0.10wt.%-0.12wt.%，但目前大多數(shù)汽車粉碎料廢鋼中的銅含量為0.15wt.%-0.35wt.%，這些額外的銅是 “游離”銅，為了保持汽車廢鋼的價值，需要去除這些銅。這種游離銅具有經(jīng)濟價值，可以回收利用?，F(xiàn)在已經(jīng)有方法可以去除至少一部分游離銅，但在鋼鐵制造商認識到廢鋼中銅含量的增加會引起冶煉成本不同程度的增加之前，大多數(shù)鋼鐵制造商不會支付額外的成本來進行這種額外的分離。然而，現(xiàn)在一些鋼鐵廠正在廢鋼料場進行這種額外的分離處理。在某些情況下，設備資本支出的回收期不到3個月。

更大的問題是，在給定的廢鋼等級中，殘留元素含量水平可能相差很大。例如，從歷史上看，切碎廢鋼來自切碎的汽車和白色家電用鋼，銅含量從0.15wt.%-0.20wt.%不等。最近，一些地區(qū)的切碎廢鋼的銅含量為0.35wt.％，在極端情況下銅含量高達0.52wt.％。很明顯，現(xiàn)在的廢鋼破碎機能夠?qū)⑺衼淼奈锛M行切碎，與廢鋼的來源幾乎沒有關(guān)系。即使是許多鋼鐵市場情報機構(gòu)報告的廢鋼價格指數(shù)，其效用也有所降低，因為各種廢鋼等級的高度可變性在它們的報告中沒有體現(xiàn)出來。 

如果廢棄廢鋼的平均銅含量為0.30wt.%，那么要生產(chǎn)最大銅含量為0.08wt.%的扁平材產(chǎn)品，金屬爐料中將需要包含大約三份OBM和一份廢棄廢鋼。即使是生產(chǎn)最大銅含量為0.15wt.%的管坯鋼，也需要用一份OBM和一份廢棄廢鋼的金屬爐料配比來生產(chǎn)。這些例子說明OBMs對未來EAF煉鋼的作用是多么重要。

隨著回收利用廢鋼中平均銅含量的增加，需要越來越多的OBMs稀釋廢鋼中的殘留元素，以生產(chǎn)某些鋼鐵產(chǎn)品。目前，北美地區(qū)所有回收的廢鋼平均銅含量約為0.25wt.%-0.3wt.%，即使在這個水平上，也可以看出，為了生產(chǎn)最大銅含量為0.08wt.%的產(chǎn)品，需要混合大約70%的OBM以達到這一目標規(guī)格要求。

表1顯示了基于廢鋼中平均銅含量和目標產(chǎn)品銅含量的要求，爐料結(jié)構(gòu)中必需的OBM含量。表中的黃色區(qū)域描述了北美地區(qū)廢棄廢鋼中銅含量的現(xiàn)狀，預計到2050年左右，廢棄廢鋼中的平均銅含量可能達到0.50wt.%，這種情況由表中的紅色區(qū)域描述。

由此表可知，根據(jù)廢鋼來源和殘留元素含量來分離廢鋼的重要性變得清晰起來。目前這在經(jīng)濟上可能還是不可行的。廢鋼通過較小的經(jīng)銷商轉(zhuǎn)移到較大的廢鋼處理商，這些經(jīng)銷商將來自許多來源的廢鋼合并在一起。除非有激勵措施，否則這些較小的經(jīng)銷商不會傾向于根據(jù)廢鋼來源將廢鋼分離。

另一個障礙是有許多不同的廢鋼來源，而來源的龐大數(shù)量可能會使按來源進行跟蹤難以管理，即使這是人們想做的事情。在短期內(nèi)，根據(jù)銅含量進行分類似乎是最可行的選擇。鑒于殘留銅含量低于0.20wt.%的廢鋼供應已經(jīng)很有限，關(guān)鍵是這種材料不能與含銅量更高的廢鋼混在一起而受到污染。將廢鋼直接加工成殘留元素含量與廢鋼相似的產(chǎn)品的必要性也很明顯。隨著優(yōu)質(zhì)廢鋼供應的減少，這變得越來越必要。

可以看出，未來如果廢鋼的殘留元素水平繼續(xù)攀升，那么在爐料結(jié)構(gòu)中需要相當一部分OBMs。即使某些傳統(tǒng)上從來不需要OBMs作為廢鋼爐料的一部分長材產(chǎn)品，在未來也確實會需要OBMs。

幾年前，國際鐵金屬協(xié)會（IIMA）委托進行了一項研究，以得出廢鋼中單位銅含量的內(nèi)在價值（成本）。這項研究利用了來自美國的不同等級廢鋼的10年市場定價。時間范圍涵蓋了廢鋼價格非常高的時期和市場價格較低的時期。從這些數(shù)據(jù)中得出廢鋼中銅的含量因制造產(chǎn)品的類型（長材與扁平材）的不同而不同，這并不奇怪?？傮w來說，10年期間單位銅含量的成本增加值為1美元到3美元不等。無論如何，有證據(jù)表明，成本可能與廢鋼中的銅含量和其他殘留元素含量相關(guān)，而且在未來，這一成本可能成為廢鋼采購決策過程的一部分，事實上，一些鋼鐵制造商已經(jīng)根據(jù)廢鋼中的銅含量實施了罰款。鋼鐵制造商應該愿意以較高的價格來購買較低殘留元素廢鋼，并且預期殘留元素較高的廢鋼價格會更低。

限制廢鋼殘留元素含量上升影響的一個重要內(nèi)容是現(xiàn)在就開始采取行動。首先，經(jīng)濟激勵措施最有可能引起行業(yè)的注意：越早建立一個基準系統(tǒng)，對低殘留元素廢鋼給予溢價，并激勵鋼鐵終端用戶和廢鋼處理商采取必要的行動，承認和保留低殘留元素廢鋼的價值，就越有可能防止廢鋼積蓄質(zhì)量的加速退化。

追蹤每一種廢鋼商品類型，并將定價與基于使用價值（VIU）的銅含量基線以及基于偏離基線的一組溢價或處罰聯(lián)系起來的系統(tǒng)，似乎是解決這一問題的一個可管理的、公平的辦法。

對這一問題采取一種可管理的、公平的解決辦法，即跟蹤每一種廢鋼商品類型，并根據(jù)使用價值將廢鋼定價與基準銅含量聯(lián)系起來，根據(jù)偏離基準的情況制定一套廢鋼的溢價或罰款制度。

氫基DRI 

一些鋼鐵制造商正在評估采購用氫氣生產(chǎn)的DRI的可能性，如果100%使用氫氣，產(chǎn)品將不含碳，如果在DR模塊的冷卻部分使用一些天然氣，可以生產(chǎn)出含碳量高達約1%的產(chǎn)品。

基于氫氣的DRI方案給EAF的運營帶來了一些有趣的挑戰(zhàn)，在碳含量為零的情況下，需要在EAF中提供一些其他的還原劑來源，以還原DRI中以FeO形式存在的鐵元素。分析表明，隨著球團中總鐵的增加，對于給定的DRI金屬化率，球團中剩余的FeO更多。這有點違反直覺，但最終，這種影響被總鐵含量高的DRI用于每噸鋼生產(chǎn)中需求更少的原料所抵消。然而，如果目標是減少在電爐中進行的鐵回收工作，最好的選擇是生產(chǎn)高金屬化率的DRI，而不是高總鐵本身。

EAF面臨的其他挑戰(zhàn)：

1） 零碳DRI可能需要更高的鋼液溫度，以便以與含碳DRI相同的速度熔化。相反，與含碳DRI相比，零碳DRI的進料速率可能需要降低。

2） 一些研究指出，DRI顆粒中的C和FeO的反應有助于加速顆粒在爐渣中的分解，導致更快的溶解速率。如果這一點得到證實，氫基DRI的進料率可能會受影響。

3）含碳的DRI往往會自然地導致爐渣發(fā)泡，這個過程對能源效率和電爐中噴入材料的回收都非常有利。氫基DRI不會提供這種礦渣發(fā)泡的好處，這可能對EAF的效率產(chǎn)生負面影響。

隨著行業(yè)參與者在未來幾年進行各種試點試驗，零碳DRI對EAF操作影響的理解將繼續(xù)深入。

一些研究工作表明，氫基DRI傾向于產(chǎn)出一種具有更細的孔隙結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，比傳統(tǒng)的天然氣基DRI更具活性（自燃）。如果是這樣的話，氫基DRI的儲存可能會帶來一些額外的挑戰(zhàn)。

與增加DRI產(chǎn)量有關(guān)的一個重要問題是DR級顆粒的可用性。一些企業(yè)已經(jīng)進行了試驗，用高達25%的BF級球團代替DR級球團，這導致了由于較高的脈石含量和相關(guān)鐵損的增加，能源消耗的增加和生產(chǎn)力的下降。此外，較高的脈石含量增加了對助熔劑的需求，以抵消酸性脈石成分，生產(chǎn)這些熔劑的碳足跡會影響到煉鋼的凈碳足跡。

另一個問題是，低等級的球團可能含有更高的磷含量。這是一個嚴重的問題，因為金屬原料中的磷含量較高，可能需要在較高的爐渣堿度下進行電弧爐操作，以達到鋼中可接受的磷含量。在較高的爐渣堿度下操作只會加劇爐渣量的問題，甚至造成更大的鐵損失和更多的熔劑需求。

目前，還不清楚生鐵在未來的EAF煉鋼過程中會扮演什么角色。通常情況下，生鐵含有4.5%C。如果這些碳在電爐中全部被去除，那么對于使用生鐵作為50%的金屬爐料的操作，對二氧化碳排放的貢獻將是82.5kg/t鋼液。同時，顯然需要OBMs來稀釋回收廢鋼中的殘留元素，而且殘留元素含量正在上升，導致對OBMs的需求更多。在短期內(nèi)，基于氫氣的DRI不是答案，因為DR級球團嚴重短缺，無法滿足國際能源署（IEA）預計的需求（在其可持續(xù)發(fā)展方案下，IEA預計到2050年DRI產(chǎn)量需要超過400Mt/a）。

高爐煉鐵是一種高效的工藝，其產(chǎn)品中的金屬氧化物被去除，因此不會對EAF工藝產(chǎn)生負面影響。目前，生鐵是EAF操作中大多數(shù)希望稀釋廢鋼殘留元素含量的首選材料。 

此外，正在開發(fā)高爐中利用氫氣，并實施使用生物質(zhì)來替代碳。在日本，廢塑料已被噴入高爐以減少煉鐵的碳足跡。毫無疑問，從現(xiàn)在到2050年，高爐煉鐵將繼續(xù)發(fā)展，在可預見的未來，生鐵將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，實現(xiàn)廢鋼循環(huán)利用。

很明顯，如果在電爐中化學能源的使用降到最低，在電爐中利用OBM的動力就會變成純粹的“清潔”鐵元素的來源，而不一定是碳的來源。已經(jīng)提出了一些混合工藝，其中低等級球團在DR工藝中被還原，然后被冶煉以生產(chǎn)生鐵。因此，有些人可能會調(diào)查碳含量較低的生鐵在未來是否可行，其他研究正在尋找回收/提供干凈的鐵元素作為EAF的原料。

廢鋼的碳含量通常在0.04wt.%-0.80wt.%之間，平均為0.2wt.%-0.35wt.%。因此，鋼鐵方面的循環(huán)經(jīng)濟預先假定碳不能完全從電爐中消除。因此，3.6-6.4kg/t鋼液的二氧化碳排放將繼續(xù)發(fā)生。

廢鋼和鋼鐵的循環(huán)經(jīng)濟：關(guān)鍵要點

因此，人們現(xiàn)在應該做什么來確保廢鋼回收的循環(huán)性，并為鋼鐵行業(yè)提供可持續(xù)性？以下是幾個關(guān)鍵啟示：

1）對廢鋼成本強調(diào)得太多了——對廢鋼價值強調(diào)得不夠，需要對廢鋼VIU有更全面的了解，以證明與廢鋼效用有關(guān)更適當?shù)膹U鋼定價。

2） 需要更好地定義和跟蹤廢鋼特性，這些可以用來更好地理解VIU，并推動有利于根據(jù)這些參數(shù)更好地分離廢鋼的行為。

3）煉鋼廠家還必須與廢鋼加工廠家更緊密地合作，以隔離低殘留元素含量、高價值的廢鋼，并減少低等級材料與 “清潔”廢鋼的混雜。這可能意味著各種廢鋼的定價結(jié)構(gòu)將顯示出與殘留元素含量有關(guān)的更大分離，基本上，鋼鐵制造商將不得不支付更多的錢來維持更清潔廢鋼等級的供應，不過，與此同時，需要有經(jīng)濟上的激勵措施，讓廢鋼加工者更好地去除游離銅，讓汽車制造商在設計車輛時更容易去除游離銅。

4）必須改進和普遍應用能夠經(jīng)濟地減少廢鋼中游離銅的技術(shù)，以減緩廢鋼中殘留銅（和其他有害的）含量的上升。

5）廢鋼和廢渣模型可以非常有效地跟蹤廢鋼質(zhì)量，需要應用這些模型來更好地了解廢鋼特性。

6）鋼廠現(xiàn)場的廢鋼處理是一種非常有效的去污方法，這將改善運營成本，提高金屬收得率，減少熔劑和能源消耗，并減少EAF煉鋼的碳足跡。

7）需要更好地跟蹤廢鋼中的C、Si和Al水平，以了解其對酸性渣成分的影響、FeO生成的起點以及爐渣發(fā)泡的起點（即這些過程在EAF中的時間順序）。

8） 在許多成熟的經(jīng)濟體中，隨著制造商效率的提高和廢鋼數(shù)量的減少，“優(yōu)質(zhì)”廢鋼的供應正在減少。此外，隨著鋼鐵技術(shù)的發(fā)展（如先進的高強度鋼），汽車中使用的鋼材數(shù)量也在減少。

9） 原材料市場是非常動態(tài)的，所以解決方案不會是“一刀切”的。以開放的心態(tài)對待各種選擇，并定位正確的工具，以便在條件變化時迅速調(diào)整原料戰(zhàn)略。