钢铁工业环境意识的评论
2002-11-18 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
1 钢铁厂应该研制更多的有利环境的钢材
有利环境的钢材(或称环境友好钢材)是指在材料的生产、用钢材加工制造产品和使用该产品的整个寿命周期中，钢材的某些特性有利于制造商和消费者减轻环境负荷。其主要表现为：①能降低能耗，减少C02排放；②有利循环利用，减少废弃物；③有利保护和改善生态环境。这种钢材可以认为是生态环境材料。
在一些环境保护法规严格的国家，对生态环境材料的研制非常重视也很活跃。新的钢材不仅使环境得以改善，也在经济上取得效益。新日铁1999年专门印发了一个“有利环境钢铁材料”的专集-新日铁技报37l号。同类的论文、报告也见之于近期的科技刊物中。表1列出了新日铁开发的按不同消费领域分类的环境意识钢材的简况。下面选择其中若干例子，说明这些材料如何体现环境意识。
表1
不同领域用的环境意识钢材
| 应用领域 | 节能，减少CO2 | 循环利用，减少废弃物 | 保护和改善生态环境 | |||
| 汽车 | 减轻车重和改善安全 | 车用高强度薄板 | 废车循环利用 | 长寿命，提高耐蚀性，各类表面处理钢板 | 降低噪音和振动 | 抗振钢板 |
| 吸收冲击的高强度薄板 | ||||||
| 高强度棒材线材 | 促进废钢再循环 | 改进排气净化能力 | 排气系统耐热不锈钢 | |||
| 提高燃烧效率 | 排气系统耐热不锈钢 | |||||
| 家电和电器 | 提高电动机效率 | 高效电工钢板 | 家电循环利用 | 免除毒害环境物质 | 无铅表面处理钢板 | |
| 改善加工性能 | 高润滑性钢板 | 长寿命，高耐蚀性 | 表面处理钢板 | 无铬镀锌板 | ||
| 节省涂饰工序 | 预涂层钢板 | 预涂层钢板 | 降低噪音和电磁屏蔽 | 高性能电磁钢板 | ||
| 容器 | 罐用钢材轻型化 | 超薄马口铁 | 促进钢罐循环利用→再利用率达80% | 钢易拉罐（EOE） | 容器材料的LCA评估 | |
| 节省工序 | PP叠层钢板 | 环境激素对策 | ||||
| 电力 | 提高直接电效率 | 高效锅炉管（超高临界压） | 燃渣发电 | 燃垃圾锅炉用的奥氏体不锈钢管 | 清洁能源对策 | 液化天然气锅炉烟囱用耐蚀钢板 |
| 改善变压器效率 | 变压器用取向钢板 | 核发电 | ||||
| 煤的气化发电 | ||||||
| 改善输电效率 | 高强高耐蚀性干线钢管 | 长寿命化 | 免除污染环境 | 接口不用填料的油井管 | ||
| 建筑工程（包括桥梁） | 提高施工效率 | 大热量焊接用钢 | 长寿名，增大耐久性和可靠性 | 高强度建筑结构钢 | 保护环境（渣土、噪音、振动） | 钢管桩施工法 |
| 大跨度桥高强钢丝 | 路用吸音盘 | |||||
| 超级梁（外型尺寸确定H型钢） | 耐蚀性 | 海滨耐候性钢 | 美化环境 | 景观材料钢管 | ||
| 耐蚀ZnMg合金涂层板 | 钛包覆盖板 | |||||
| 钛包覆钢板 | ||||||
| 节省工序 | 建筑用耐火钢 | 扩大钢结构应用 | 钢结构住宅 | 免除毒害环境物质（特别是PCV塑料） | 烯烃叠层钢板 | |
| 大型飘浮结构 | ||||||
| 船舶、铁路 | 轻型化 | 船用高强度钢板 | 车辆循环利用 | 不锈钢车辆循环 | 增大抗冲击性和安全性 | HIAREST钢（防止脆性裂纹扩散） |
| 车用不锈钢化 | 提高寿命和耐蚀性 | 不锈钢车辆 | ||||
| 耐疲劳钢轨 | 化学物质容器用不锈钢 | |||||
利用等。从便利于加工出发，现在广泛使用深冲性优异的IF钢。但如兼顾撞击安全性，相变致塑性钢(TRIP钢)吸收冲击功的能力比一般高强钢大，而且兼有高强度及优良加工成形性能，受到广泛重视。
家电制造，冲压冷轧钢板通常要加润滑油，成形后还要用洗涤剂清洗，不仅耗油而且能造成污染。利用表面处理技术使钢板表面包覆1-3μm厚的有机物润滑层，动摩擦系数约为0.06，比使用润滑剂还小，于是钢板冲压成形时可免用润滑剂。润滑油对环境污染可不是小问题。为了免用润滑油，已有人研究用小麦粉、米粉作冲击润滑剂。日本预涂层板使产量在20世纪90年代达30万t/a。关西地区是家电工业区，大量使用预涂层板使琵琶湖周围及下游水质有明显改善。预涂层板还可以有美观、能抗菌、可深冲等不同的性能。
食品容器特别是饮料罐用量大而且增长快。钢罐的优点是便宜，材料可回收循环。深冲挤压(DI)制罐是很严格的工艺，20年前350mL DI罐用0.32mm厚的马口铁，10年前减到0.24 mm，1998年开发成功0.19mm超薄马口铁罐材，制造350mL啤酒罐重量减轻约15％。食品罐内表面喷涂保护膜时，有机溶剂造成危害。塑料膜叠层钢板可取代制罐时的喷涂。新日铁开发的T形模叠层法，可将聚烯烃(PP或PE以至PET)直接熔融并挤压在钢带上，其成形性和抗蚀性很优良，而且可长时间保存食品风味。
电力工业现在仍然以燃烧化石燃料转化为电能为主，提高发电和输电效率是改进环境保护的基本对策。电力工业使用的钢材种类很多，既有结构材料，也有电磁功能材料。高效率发电如超临界压力发电，就需要有耐高温高压的高效锅炉钢管。发电机或变压器的电磁钢板，铁芯损失下降就意味着电效率提高。日本钢管开发了两种高硅(6.5％Si)电磁钢板，表面和内部的硅的分布按工作要求设计和制造。一种适用高频条件，增大表面磁通密度，有效减少涡流损失。另一种残余磁性只有普通硅钢的1/4-1/5，而最大磁通不变，减少了磁滞损失。
我国建筑工业，由于建国以来长时间钢材短缺，提倡用混凝土结构代替钢结构，现在对于钢结构应该重新认识了。钢结构有利增大建筑物跨距、减少立柱，节约占地面积；钢结构有利抵御地震、火灾、风灾和撞击等损害；大型建筑物如城市立交桥似乎应该多设计一些钢结构的。建筑结构的可靠性和耐久性也是促进环境保护的因素。785MPa级低屈服比高强度钢及抗张强度1766 MPa的钢丝缆索用于建造超长大桥，日本明石海峡大桥中间最大跨距1991m，全长3911 m，用高强钢构件造成的悬索桥结构节约钢材量相当于节约14600kL重油。为了延长结构寿命和减轻建成后的维护消耗，可应用表面技术改进钢材的抗蚀性。Dymazinc是用熔融锌镁合金涂层的钢板，耐蚀性远优于镀锌版，可使桥梁免维护。用钛包覆的钢板制造浸没于海水中的桥墩，经受住了海水的直接腐蚀。
铅、镉、汞和六价铬是强毒性的物质，这类重金属会在土壤和水域积累下来，直接危害人体或通过生物链对人体造成危害。治理这种污染的难度也很大。报废电器和废电池含有重金属，电子垃圾往往成为难处理的污染源。我国过去对重金属污染管理不够严，土地和河湖中积累得比较严重。发达国家对重金属污染的管理日益严格，欧洲议会对带有这些毒物的汽车和家电制定了很严格的报废标准，含有这些物质的设备对欧进口将有阻碍，因此从材料设计上要防治这类污染。电子器件的钎焊料通常用Sn-Pb合金，现考虑改用Sn-Ag(加少量Bi)合金；器件中的钢板通常用镀铅板，新日铁研究在钢板表面顺次涂镀Ni、Sn、Zn后，利用热扩散使之合金化，制成Zn-Sn-Ni镀层板，其耐蚀性、可钎焊性及防止锡晶须产生的性能均很优秀。这种主动调整产品开发策略，提高质量标准的作法，有利于避免形成贸易上的绿色壁垒。石油钻井平台上将油井管用螺旋连接时，通常在钢管端螺口上涂润滑剂，润滑剂中含铅造成污染。新开发的
油井管带有优质润滑表面层的螺口，连接不用涂润滑剂，这就免除了铅的危害。
本段所论述的不过是有利于环境的钢材的少数例子。它们都是传统的钢铁工业研制和生产的，但其性能表现和科技含量又均可看作是新材料。可见传统材料和新材料间并无不可逾越的鸿沟。钢铁工业除了自己向新技术发展外，还可以帮助城市、帮助社会解决一些环境问题，成为和城市共存的生产技术。
2 和城市共存同环境协调的钢铁厂
钢铁冶金是高温技术。利用高温技术的特点和优越性消化一部分城市社会排放的废弃物，是钢铁厂对环境有所贡献之处。高炉喷吹塑料技术就是一个例证。
德国不来梅钢铁厂在1995年最早实施往高炉喷吹废塑料。所喷吹的塑料粒子有如下规格要求。
表2 不来梅钢铁厂喷吹塑料粒子的规格要求
| 颗粒大小/cm | <1.0 |
| 水分含量/％ | <1.0 |
| 堆密度/kg.L-1 | >0.3 |
| 氯含量/％ | <2.0 |
| 燃烧残余物(450℃)/％ | <4.5 |
| 塑料含量/％ | >90.0 |
| 其中：聚烯烃/％ | >70.0 |
| 工程塑料/％ | <4.0 |
废旧塑料的来源、形式多种多样，要把它们变成可喷吹的颗粒须经过收集、分选和预加工等步骤。90年代初，德国从立法上规定生产商和零售商对售后包装物品回收的责任，并建立DSDGreen Dot(绿点)公司(非盈利单位)负责售后包装材料的收集和加工。1997年回收利用的轻包装物品达540万t，回收率89％，其中回收塑料包装物56万t，占市面上82万t塑料包装物的68％。对于薄膜和瓶类，借助重力(吹气成弹跳)可使之分开，然后用转盘挤压机使之成为颗粒。对于复合的包装材料，DSD总结经验教训，开发出SORTEC3.0系统，利用重力、筛分、磁选、近红外光选、水力机械打浆等系列过程，使金属、纸纤维和塑料分开，不同质的塑料如聚乙烯、聚苯乙烯等也可分离开。2000汉诺威博览会展出了SORTEC3.0，并用它处理参展品的包装材料。日本的塑料处理系统分两条线：薄膜类塑料用软化粘结造粒；而硬塑料则用机械破碎的方法使之破碎成颗粒。无论哪个系统都要把含氯塑料预先除去，在源头上禁用才有效。我国对含氯塑料的危害重视不够，甚至把PVC当作新材料宣传。大量积累含氯塑料废料，不仅不能用高炉喷吹法利用，甚至也难用焚烧办法来处理。
废旧电器含有有害重金属，但塑料含量在50％以上，发热值15.91MJ/kg。日本尝试用焦炭固定床熔融炉来处理，热效率高，而且熔化产生的金属也有可能再利用。这也是发挥高温技术优点的一个例子。
3 把钢铁工业建设成适应可持续发展要求的环境意识产业
从上面的简要介绍可以预计，钢铁工业从本质上完全可以成为符合可持续发展要求的环境意识产业。但是，如果不认真对待，不走正确的发展道路，钢铁工业也有可能成为污染大户。
在21世纪开始的今天，大多数国人都能承认，发展不仅仅是提高工农业生产率和经济效益，还必须有利于保护人类赖以生存的唯一家园。保护环境和发展经济是相容的而不是矛盾的。对于造成污染的单位，谁污染谁治理的原则已被接受。但是，以“标准和惩罚”为基础的办法，难以避免通过价格将环境支出转嫁给市场以至最终消费者；甚至有些企业努力逃避按照标准行事。这种形式的环境支出便达不到保护环境的目的。
象钢铁工业这类影响国际民生而且规模巨大的企业应该有自己的研究和经营环境对策的部门，促使在内部消化保护环境的开支。研究环境投资如何能获得更大的回报，就会考虑进行技术改地革以降低社会和本企业的环境开支，也就是提高了竞争力。环境投资成为获得国际竞争力和效益的努力的一个必要部分。
实际上，大多数的环境污染在产品和生产工艺的设计阶段就已经决定了。随着生产过程的进行，防止污染的可能性越来越小，治理污染的代价会越来越大因此在产品的设计和研制阶段就应评估它的整个寿命周期(包括生产制造、加工成产品和消费使用直至废弃)所造成的对环境的影响，也就是进行环境协调性评价，通称LCA方法。LCA的基本思路源于物质流率和能量流率的衡算，也就是反应工程学的基本方法，把它应用到产品整个寿命周期。国际标准化组织对LCA方法组织了大量研究工作，形成IS014040系列标准。国外在开发环境意识钢材时，广泛应用了
LCA方法。我国的钢铁冶金界，也应该了解和掌握LCA，并且和钢铁产品的生产与开发相结合。
发展到现在，钢铁工业已不再是传统意义的古老工业。那种“钢铁是夕阳工业”，“环保是朝阳产业”简单化的标签，不仅不符合实际，也造成许多认识上的误区。在航海运输中，远洋油轮触礁或相撞时，钢板的断裂导致漏油是大的环境灾难；为了提高撞击安全性，一种复合结构的钢板(芯部有足够延性，表层为1-3μm超细晶组织，能阻止裂纹的传播和扩展)使防止破裂能力提高3-10倍。试问这是夕阳工业的产品呢，还是朝阳产业的产品？又如发展燃料电池需要开发能承受650℃工作温度的薄的镍包覆不锈钢板，是属于新材料还是传统材料？还是如B.S.Moffat在“21世纪的环境和钢”国际会议总结发言中所说：“钢仍是未来材料的第一选择”。也只有对钢铁工业有恰如其分的估价，发展环保技术和建设环境经济便有了希望。
4 设想和建议
(1)继续广泛宣传“可持续发展”。使生产管理者、科学技术人员和工人都真正认识到走可持续发展之路的意义和紧迫性、可持续发展的完整内容以及对各类人士的要求。要破除生产技术先进，经济有竞争力就等于可持续发展的误解。同时宣传钢铁工业是符合可持续发展要求的产业。
(2)鼓励开展不同层面的环境科学和环保技术的研究。在经费上给予资助或在税收政策等给予支持。
(3)冶金工程专业的学生和研究生的培养计划中应增加环境工程的基本观念和有关环保技术的知识。提高未来的科技阶层对可持续发展的认识。
(4)依据“资源环保法”并参考国外经验，建立钢铁冶金生产工序环境意识评价指标体系，逐步形成记录生产过程各种排放物量和浓度的内容和方式，重要的记录(包括能耗)分企业车间纳入钢铁年鉴。
(5)学习掌握环境协调性评价(LCA)方法，形成队伍，并且在产品设计和开发、工艺改造中加以应用。
(6)重要的企业首先成立自己的环境经营和研究部门，投人适当资金，提高自己的再循环、再资源化、再利用的水平；副产品销售和二次能源利用力趋稳定化；培养清洁生产的工厂、车间或设备示范工程，示范工程应有技术原理说明和经济条件介绍，以利他人学习推广。
(7)对于不关心、不控制污染排放的企业要采取经济手段包括税收和财政措施和限期纠正等，幅度应使其产品价格不可能再有优势。
(8)对于含有共生元素钒、钛、铌、钍等的钢铁渣及烟尘等固态废弃物，需要专门组织有价元素回收利用和使排放物无害化的研究。
作者：曲 英 蔡开科(北京科技大学)
