本文選自中國工程院院刊【中國工程科學】2024年第3期
作者：王國棟，張龍強，付靜，王方傑，儲滿生，任江濤，趙成林，王厚昕，於彩紅，孫野，鄧想濤，賈濤，期治博，孫傑
來源：「雙碳」背景下中國廢鋼資源高質迴圈利用戰略研究[J].中國工程科學,2024,26(3):63-73.
編者按
廢鋼是再生綠色資源，也是鋼鐵工業不可或缺的鐵素資源。在「雙碳」戰略背景下，重構廢鋼迴圈利用技術體系和創新廢鋼資源管理模式，從根本上破解廢鋼高質迴圈利用的瓶頸問題對鋼鐵工業的綠色低碳轉型至關重要。
中國工程院王國棟院士研究團隊在中國工程院院刊【中國工程科學】2024年第3期發表【「雙碳」背景下中國廢鋼資源高質迴圈利用戰略研究】一文。文章對比分析了全球廢鋼行業的發展現狀，科學預測了中國粗鋼產量和廢鋼資源量的變化趨勢，提出了2060年左右可能存在的全廢鋼冶煉這一中國特色問題；凝練了廢鋼行業規範化、資訊化、數位化、智慧化發展方向；系統梳理了中國廢鋼迴圈利用在標準制度體系、精確分類回收、基於生產者責任延伸（EPR）制度的材料設計和數位化標識解析等方面存在的問題與挑戰；在此基礎上，創新提出了廢鋼資源「四全五化」高質迴圈利用新模式，清晰給出了組織框架和實施策略方案，即面向可能到來的全廢鋼時代，從鋼鐵材料全生命周期、全生產流程、全產業鏈（「四全」）協同貫徹EPR制度，實作廢鋼資源的科學分類管理、迴圈和再利用，同時加強全流程生產管理的數位化、資訊化、標識化、網路化，並逐漸過渡到優質廢鋼拆解回收機器人化（「五化」）。
研究建議：完善鋼鐵領域貫徹EPR的制度、技術和管理體系，加強廢鋼行業標準體系建設，加強鋼鐵材料全生命周期全產業鏈數位化標識解析，強化重點行業廢鋼分類回收和迴圈利用等，為全面實施廢鋼資源「四全五化」高質迴圈利用新模式做好堅實保障。
一、前言
廢鋼是鋼鐵生產過程中產生的不合格產品、鋼鐵材料套用中的加工廢棄物，以及鋼鐵制品使用後報廢回收的鋼鐵材料的總稱。 作為一種可迴圈利用、唯一可大量替代鐵礦石的再生鐵素資源，廢鋼被稱作鋼鐵工業的綠色原料。 若使用廢鋼生產1 t鋼，理論上可節約鐵礦石（TFe 含量為62%）約1.6 t，減少標準煤約0.35 t，降低CO 2 排放約1.6 t，減少固廢排放約3 t。當前，中國年產鋼量多年維持在1×10 9 t高位，鋼鐵生產帶來的CO 2 年排放量約占全國排放量的15%；另外，中國鐵礦資源對外依存度約為80%。 在此大背景下，廢鋼的高質迴圈利用對鋼鐵工業的綠色低碳轉型乃至國家鐵礦資源供應安全保障至關重要。
當前，中國廢鋼產業向著產業化、產品化、規模化、區域化的方向快速發展，行業規範水平不斷提高，廢鋼加工配送工業化體系初步建成。中國廢鋼目前仍以簡單粗放式回收為主，未實作細化分選，品質差，難以生產高端鋼產品。如果不采取有效措施，在未來廢鋼大豐富或全廢鋼時代，這種優質的鐵素資源將無法得到增量、高效使用，只能繼續利用高碳排放的高爐-轉爐長流程冶煉鐵礦石來生產優質鐵水，以解決優質高端鋼材的供給，這不利於實作「雙碳」戰略目標。低水平的廢鋼資源分類管理和利用嚴重降低了廢鋼資源的價值，鋼鐵材料100%可迴圈利用的品質沒有得到充分利用，也未能充分發揮廢鋼的低碳內容。因此， 亟需加強鋼鐵材料的全生命周期科學分類與數位化管理，實作廢鋼的高質迴圈利用。
國務院辦公廳印發的【生產者責任延伸制度推行方案】強調，生產者對其產品承擔的資源環境責任從生產環節延伸到產品設計、流通消費、回收利用、廢物處置等全生命周期。作為鋼材的生產者和廢鋼回收利用的最大獲利者，鋼鐵產業應全面貫徹國家戰略規劃，積極落實生產者責任延伸（EPR）制度，大力加強廢鋼高質迴圈利用。
本研究在總結中國廢鋼迴圈利用發展現狀、發展趨勢以及存在問題和挑戰的基礎上，創新提出從鋼鐵材料全生命周期和全生產流程貫徹EPR制度，並針對不同產業鏈，加強全流程生產管理的數位化、資訊化、標識化、網路化和拆解回收機器人化，實施廢鋼的細化分選和高質迴圈利用策略。 該策略兼顧中國鋼鐵工業當前以及未來長遠發展，從鋼鐵材料全生命周期的視角，構建產品設計、生產、使用與回收環節的標準化標識解析和全流程、全產業鏈協同管理方案，推動廢鋼管理和迴圈利用，重構廢鋼迴圈利用技術體系和創新廢鋼資源管理模式，基於「綠色、廢鋼易迴圈」思想，從根本上破解廢鋼高質迴圈利用的瓶頸問題，為中國鋼鐵行業綠色、永續發展提供高品質解決方案。
二、國內外廢鋼迴圈利用的發展現狀和趨勢
（一）全球廢鋼迴圈利用的發展現狀和趨勢
在實作「雙碳」目標背景下，廢鋼的迴圈利用內容、低碳價值受到全球鋼鐵行業的高度重視，在稱呼上也由「廢鋼」轉變為「再生鋼」。 全球廢鋼產業蓬勃發展，各國廢鋼產業結構各具特點，並不斷得到最佳化調整，廢鋼利用技術水平不斷提高。
1. 全球廢鋼資源量
據統計，全球廢鋼資源消費量逐步由2017年的5.6×10 8 t提升至2022年的6.3×10 8 t。當經濟發展到一定程度後，國家或地區的鋼鐵產品消費量和需求量會達到相對穩定狀態，廢鋼資源的消費量也趨於平穩。2022年，全球外部廢鋼貿易量（包括歐盟27國內部貿易量）達到9.76×10 7 t，其中，土耳其、印度、美國是主要的廢鋼進口國家，歐盟、美國、日本等是主要的廢鋼出口地區。
2. 廢鋼政策及標準
歐盟、美國、日本等發達經濟體在廢鋼等再生資源領域，均具有相對完善的法律法規和標準體系，有效保障了當地廢鋼行業的健康發展。 美國聯邦政府於1965年制定了【固體廢棄物處置法】，1976年更名為【資源保護及回收法】，其後經歷4次修訂，最終確立了減量化、再利用、再迴圈的3R（reduce、reuse、recycle）原則，實作了廢棄物管理由單純的清理工作向分類回收、減量及資源再利用的綜合性管理轉變。
3. 廢鋼產業組織結構
鋼鐵企業逐步向廢鋼領域延伸，加大廢鋼資源保障力度，提高廢鋼產業集中度。 據統計，美國前12大廢鋼加工企業中，有5家屬於大型鋼鐵公司。近年來，鋼鐵行業對上遊廢鋼回收加工企業的並購重組仍在發生，例如，美國克里夫蘭 – 凱瑞夫斯公司於2021年並購了美國大型廢鋼回收加工企業菲亞特動力科技公司（FPT）；2022年，跨國鋼鐵企業安賽樂米塔爾集團陸續收購了位於英國、德國、荷蘭、波蘭等國家的多家廢鋼回收加工企業。
4. 廢鋼回收利用體系
國外大型廢鋼企業逐步建立了貫穿全產業鏈的廢鋼回收加工利用體系。 美國紐柯鋼鐵公司是全球最大的短流程企業，旗下的DJJ公司可提供廢金屬經紀、廢鋼回收、運輸等一系列相關服務。FPT公司是北美各種廢金屬的主要加工者、買家、賣家和回收者之一，也是美國汽車工業的主要廢金屬管理公司。日本東京鋼鐵公司是典型的電爐短流程企業，註重廢鋼利用的研究和開發，以實作廢鋼的升級迴圈。總體來講，廢鋼回收利用體系的發展方向主要有兩個：一是在不依賴高等級廢料的情況下，將來自城市的一般重廢料迴圈生產附加值更高的鋼鐵產品；二是進行迴圈交易，即將業務夥伴制造過程中所產生的鋼鐵廢料回收，以生產相關鋼鐵產品並銷售給相同的業務夥伴。
5. 廢鋼利用技術進展
在高爐 – 轉爐長流程中提高廢鋼比是一個系統工程，需充分挖掘利用各個工藝環節來消納廢鋼的潛力 。其中，高爐添加廢鋼在國內外已有大量實踐，技術比較成熟，廢鋼比可達15%以上；但要實作轉爐大廢鋼比煉鋼技術，需要對現有煉鋼工藝進行系統性改造，使工藝與裝置、操作與管理等多方面相適應。電爐短流程生產高等級鋼的關鍵在於廢鋼中殘余元素含量的控制。目前普遍采用稀釋法，這不能從根本上解決殘余元素問題，最根本的解決途徑是加強廢鋼的分類管理，避免富含殘余元素的廢鋼混入正常的廢鋼中。
（二）中國廢鋼迴圈利用的發展現狀和趨勢
1. 中國粗鋼產量及廢鋼資源量變化趨勢
（1）中國粗鋼產量預測
綜觀美國、日本粗鋼產量的變化過程，當粗鋼產量達到峰值以後，會在其峰值處波動一段時間，隨後下降（見圖1）。 但日本、美國的粗鋼產量調整路徑相差懸殊，主要原因在於20世紀70—90年代，日本的機械、汽車、家電等制造業仍保持強勁勢頭，導致鋼鐵需求不斷遞增；而美國以機械、汽車為代表的主要制造業競爭力逐漸下降，鋼鐵需求放緩甚至萎縮。總體而言，參考美國和日本的粗鋼總量變化趨勢，在峰值過後的減量發展階段，粗鋼總量應維持在峰值的60%~80%。
圖1 美國和日本粗鋼產量達峰後的變化趨勢
一個國家的鋼鐵材料生產及消費情況與國民經濟發展、工業化行程息息相關。
根據各個國家和地區鋼材消費強度與人均國內生產毛額（GDP）的對比（見圖2）可知，日本、南韓的人均鋼材消費峰值分別為747 kg/人、1194 kg/人。美國的長期人均鋼材消費中樞在400 kg/人左右，基本在300~500 kg/人的範圍內波動。從人均GDP水平來看，中國鋼材消費強度進入平台區的時間點較上述國家和地區更早，人均鋼材消費的水平與日本基本相當，高於美國、低於南韓。參考當前已開發國家的粗鋼消費強度，假設2060年中國人均鋼材消費量為500 kg，聯合國【世界人口展望】預測中國2060年人口規模為12.11億人，則2060年中國鋼材的消費量約為6×10
8
t。
圖2 各個國家鋼材消費強度與人均GDP的對比
基於中國以國內大迴圈為主體、國內國際雙迴圈相互促進的新戰略發展方向，結合美國、日本等已開發國家的發展歷程，研判認為： 一是中短期內，中國粗鋼產量不會出現斷崖式下跌；二是從中長期看，中國鋼鐵需求將保持在一定高位。 預測結果為：2025年、2030年、2035年、2060年中國的粗鋼產量分別為1×10 9 t、9×10 8 t、8×10 8 t、6×10 8 t。
（2）中國廢鋼資源量預測
廢鋼資源通常包括折舊廢鋼、自產廢鋼和加工廢鋼。折舊廢鋼的迴圈周期較長，采用鋼鐵產品生命周期法預測；自產廢鋼和加工廢鋼的回收周期較短，采用折算系數法測算。本文設定： 一是關於鋼鐵制品使用壽命及平均回收率， 建築業、制造業鋼鐵制品平均使用壽命分別為50年、15年，平均回收率均為70%； 二是關於建築用鋼和制造業用鋼量比例， 2010年為1∶1，2045年為3∶7；三是加工廢鋼和自產廢鋼的收得率分別取3%~4.5%。據此測算2025、2045、2060等年份中國廢鋼資源量，綜合考慮國內有關學者、單位的研究，預測中國廢鋼資源量變化趨勢（見圖3）。
圖3 中國粗鋼產量和廢鋼資源量變化趨勢
可以看出，2060年前後中國廢鋼資源量將超過粗鋼產量，迎來廢鋼資源豐富或全廢鋼時代，全廢鋼冶煉可能成為現實。 這是中國特色問題，國外無可借鑒經驗，因此，必須系統研究和合理制定具有中國特色的廢鋼高質迴圈利用戰略和技術方案。
2. 中國廢鋼迴圈利用發展現狀
2022年，中國廢鋼資源產生總量為2.6×10 8 t，其中，煉鋼廢鋼消耗量為2.1×10 8 t，鑄造行業利用廢鋼量約為2.2×10 7 t。2022年，鋼鐵行業綜合廢鋼占比為20.7%，轉爐廢鋼單耗量為166.2 kg/t，電爐廢鋼單耗量為590.5 kg/t。近十年來，在國家的大力支持下，廢鋼產業向著產業化、產品化、規模化、區域化方向快速發展，行業規範水平不斷提高，產能不斷增加。 特別是在「雙碳」大背景下，鋼鐵工業低碳綠色轉型為廢鋼行業的發展帶來了巨大機遇。
從廢鋼行業自身來看，已具備高品質發展基礎，主要體現在 ：一是在相關產業政策方面， 國家出台了一系列政策鼓勵支持廢鋼行業發展，引導鋼鐵行業采用廢鋼 – 電爐短流程煉鋼； 二是在產業規模方面， 據預測，廢鋼資源量到2060年將超過6×10 8 t，龐大的產業規模提供了巨大的發展空間。截至2022年年底，廢鋼加工準入企業有707家，年加工能力約為1.7×10 8 t，分布在全國31個省、自治區、直轄市； 三是在廢鋼加工技術裝備方面， 以廢鋼破碎生產線為代表的先進廢鋼加工處理裝置實作了國產化，廢鋼加工輔助配套裝置行業穩步發展，廢鋼加工裝置已初步形成行業標準和國際標準。
3. 中國廢鋼行業發展趨勢
廢鋼是鋼鐵工業不可或缺的來源之一，資源戰略是廢鋼資源高效高質回收利用的前提。 廢鋼行業未來發展趨勢主要表現在以下方面。
廢鋼行業逐漸規模化、規範化。 依照工業和資訊化部釋出的【廢鋼鐵加工行業準入條件】要求，國內基本形成了「回收、加工、利用」一體化的廢鋼利用產業鏈。中國廢鋼鐵套用協會向全國80多家優秀的廢鋼加工企業授予了「廢鋼鐵加工配送示範基地」稱號，彰顯廢鋼加工企業的影響力，帶動區域內其他企業的發展。未來，還將在全國培育30家左右的龍頭企業，進一步提高產業集中度。上市廢鋼期貨，將進一步助力再生資源行業規模化發展，引導資本進入再生資源回收領域，提升行業標準化，提高市場透明度，促進行業規範化。
資訊化、數位化、智慧化是廢鋼產業發展的方向。 目前，部份企業為了保障廢鋼的回收、加工、物流、交易過程的智慧化、視覺化和透明化，組織力量研發了資訊化管理平台，全面跟蹤廢鋼在廠內的流轉。同時，透過與物流平台高效對接，將物流、資訊流、商流、資金流、票據流高效整合，實作廢鋼利用管理「五流合一」，對解決企業和行業的痛點起到了積極作用。另外，部份企業進行科技攻關，自主開發了廢鋼智慧評級系統，采用大數據和人工智慧手段，針對卸貨過程實作單層評級與整車評級的統一。未來，在廢鋼加工配送中心示範基地和大型廢鋼企業的模範引領下，運用建設的廢鋼運維區塊鏈、廢鋼場地營運管理、廢鋼加工裝備、廢鋼自動檢驗等系統，全面推進企業降低稅收負荷。同時，進一步加強廢鋼標準化管理，夯實廢鋼標準建設，建立井然有序的廢鋼加工配送鏈，不斷提高鋼鐵生產過程中廢鋼的使用比例，開創中國鋼鐵工業低碳、綠色、高品質發展新格局。
廢鋼比將隨著廢鋼量增加逐步提升。 「十四五」期間，中國將進一步強化和規範企業的廢鋼加工配送能力，廢鋼企業加工能力將達到2×10 8 t。預計到2025年，中國電爐鋼比將增加至15%，且隨著廢鋼量增加，中國電爐短流程比例和綜合廢鋼比將不斷提升。
隨著中國電爐短流程比例和綜合廢鋼比逐步提升，廢鋼需求也將隨之大幅提升，廢鋼資源的重要性在國內愈發凸顯，廢鋼產業將向著規模化、規範化、資訊化、數位化、智慧化方向發展。
三、中國廢鋼迴圈利用存在的問題和挑戰
近年來，中國廢鋼產業發展取得快速進步，伴隨著廢鋼資源量不斷增加，中國廢鋼產業規範化發展水平不斷提高，但從業單元依舊存在「小、亂、散」等問題，產業規模結構未發生根本性變革。 中國廢鋼行業在管理方面仍存在如下問題：一是廢鋼回收利用行業有關稅收政策落地難，稅收問題始終未得到根本性解決，為行業的規範化永續發展帶來隱患；二是行業數據統計難度大，中國廢鋼產業仍有較大調整空間。 除此之外，廢鋼行業在標準制度體系、精確分類回收、基於EPR的材料設計和數位化標識解析等方面存在亟待解決的重點問題。
（一）廢鋼行業標準體系尚待完善
隨著廢鋼行業數位化、資訊化、標識化和網路化的深入發展，廢鋼行業標準化工作需求日益強烈，相關問題日益突出，需進一步加快完善相關標準體系，加快基礎性標準的制定 / 修訂工作，支撐廢鋼行業數位化發展。 具體而言，廢鋼的種類繁多、品種品質參差不齊，傳統的廢鋼品種及品質分類主要依賴人工，存在主觀性強、效率低下、品質難以追溯等問題，也給廢鋼的分類回收和分類利用帶來很大挑戰。當前基於機器視覺的廢鋼智慧判級技術得到了快速發展，該技術透過機器視覺和深度學習演算法，對廢鋼圖片進行分類和辨識，能夠準確判定廢鋼的等級和品質，與傳統模式相比具有準確性高、效率高、過程可追溯等特點。但由於沒有統一的標準規範，導致不同判級系統的判定結果存在較大差別，制約了技術的推廣，延宕了廢鋼行業的數位化行程。
（二）中國廢鋼回收利用遠未實作高質高效迴圈
在廢鋼分類回收管理方面，本研究分別調研了汽車、工程機械、船舶海工、建築橋梁、家電、特殊鋼、生活廢鋼等產業鏈的廢鋼回收利用現狀，總體上中國廢鋼以簡單粗放回收利用為主。如目前汽車行業普遍將廢鋼混料打包壓縮成塊狀，賣給回收公司統一處理；其他行業也大體類似，未按鋼種進行細化分類。這種回收方式不適用於未來的全廢鋼迴圈利用。
未來，在全廢鋼電爐冶煉或高廢鋼比轉爐冶煉中，生產高等級鋼的關鍵在於廢鋼中殘余元素含量的控制，這對廢鋼的分類管理提出了嚴格要求。 當前廢鋼回收缺少全生命周期（鋼材生產廠、制造廠、使用者、廢鋼企業）、全產業鏈的規範生產與科學管理。粗略分類管理與粗放的回收方式，嚴重降低了廢鋼資源的價值，惡化了鋼鐵材料可100%迴圈利用的品質。
綜合考慮全球及中國廢鋼產業發展環境和發展趨勢，針對未來廢鋼資源豐富時代，必須進行前瞻性思考、系統性謀劃。
（三）鋼鐵材料設計、生產過程未充分考慮EPR
鋼鐵材料的設計主要著眼於材料的效能、品質，重點在於滿足材料套用階段的需求，基本沒有考慮鋼鐵材料如何更便於後期的報廢回收，即鋼鐵企業在鋼鐵材料設計、生產環節很少貫徹EPR思想。 筆者針對不同種類鋼鐵材料，調研了國內某鋼廠的汽車鋼板種類及化學元素範圍。汽車用鋼板共含熱軋、酸洗、冷軋、塗鍍4大產品類別，覆蓋軟鋼至超高強度鋼共九大材料種類，包括百余種鋼種牌號，成分範圍大致為C（0~0.3%）、Si（0~2.2%）、Mn（0~3%）；微合金化組合方式繁雜，總微合金含量為0~2%以上。由於汽車用鋼材種類及牌號眾多，沖壓廠產生的加工廢鋼和零件沖壓下來的邊角料，很難按照種類進行分類回收，在汽車報廢後，這些廢鋼亦難以做到細化分類回收。
（四）鋼鐵材料全生命周期數位化標識解析體系尚未形成
數位化轉型升級的行業標準和套用場景建設滯後。 鋼鐵工業的數位化發展現階段還沒有普適性的標準和場景，影響了鋼鐵工業數位化轉型的深入推進。此前進行的資訊化改造多是基於不同的數據標準，這就容易產生「數據孤島」，制因數據價值的挖掘。與此同時，整個鋼鐵行業還沒有比較成功且具有普適性的數位化場景。
核心智慧財產權掌控不足。 當前，中國數位化生產領域的關鍵技術及核心基礎部件仍依賴進口，核心專利技術也缺乏積累，鋼鐵材料數位化關鍵共性技術突破乏力；尤其是工業互聯網數據整合技術、鋼鐵制造建模和仿真關鍵技術、鋼鐵生產流程多目標協同最佳化等方面「卡脖子」問題還比較突出。迄今為止，中國鋼鐵工業在資訊系統和物理系統的開發、管理、整合方面，創新能力仍然比較薄弱，尚未形成「產學研用」高度協同的技術創新體制機制，原始創新研發的投入力度與投入效率都有待提高。
鋼鐵產品全生命周期管理水平有待提高，標識套用不完善。 鋼鐵產品在設計環節，由於品種和級別繁多、大量過渡坯，個別產品集約化、標準化、標識化體系不完善，存在標識套用混亂，辨析困難等套用不規範、標識標準不統一問題。在生產環節，鋼渣和剪下邊角料等造成的廢料和廢品的收集、標識與管理缺失。在鋼鐵產品的使用環節，鋼鐵行業終端使用者的裝置維修、零件更換、舊品回收過程無標識與管理。在廢鋼等回收環節，回收體系不夠完善、行業集中度和規範化水平不高、回收技術水平亟需提升，廢鋼標識體系缺失，數位化水平偏低。
四、廢鋼資源高質迴圈利用新模式和策略
（一）「四全五化」新模式總體思路
在「雙碳」目標大背景下，結合鋼鐵行業發展趨勢以及各產業鏈廢鋼迴圈利用實踐，研究提出中國廢鋼資源高質迴圈利用新模式——「四全五化」。 該模式旨在全產業鏈、全生命周期協同貫徹EPR制度，基於鋼材全生命周期的標識化管理，堅持廢鋼分類回收，最佳化冶煉和軋制工藝，實作優質廢鋼高質利用、低質廢鋼提質利用。
貫徹EPR思想，鋼鐵行業對其產品承擔的資源環境責任將從生產環節延伸到產品設計、流通消費、回收利用、廢物處置等全生命周期。在廢鋼回收利用上，要實作廢鋼有效利用的「四全」和「五化」。即針對未來全廢鋼時代，從鋼鐵材料全生命周期、全生產流程、全產業鏈（「四全」）協同，實作廢鋼資源的管理、回收迴圈和再利用，加強全流程生產管理的數位化、資訊化、網路化、標識化，並逐漸過渡到優質廢鋼拆解回收機器人化（「五化」），進行廢鋼產業的重構和經營模式創新。
（二）「四全五化」新模式的組織架構
鋼鐵企業作為廢鋼的源頭與歸宿，處於全流程中各行業協同易迴圈模式的中心，探索建立產業鏈上下遊之間穩定的協同回收體系，確保廢鋼高質回收利用。 在該模式下，廢鋼產業鏈上下遊組織結構如圖4所示。
圖4 貫徹EPR理念下的產業鏈上下遊組織結構
註：RP為快速成型；WMS為倉儲管理系統；SCM為軟體配置管理；MES為制造執行系統。
（1） 鋼鐵企業 ：全生產過程貫徹EPR理念，承擔全生命周期環境、資源責任；同時基於易迴圈思想，生產易迴圈的合格鋼材產品。
（2） 鋼鐵企業與制造企業之間 ：協同最佳化鋼材選用與制造設計，實作加工廢鋼易迴圈、易處理。
（3） 使用者與制造企業之間 ：實作裝置或部件的回收再制造、再利用。
（4） 廢鋼企業與鋼鐵企業之間 ：廢鋼回收處理數位化、拆解機器人化，實作優質分類收集；優質廢鋼返回鋼鐵廠特定爐進行冶煉，實作優質廢鋼高質利用；成分復雜的普通廢鋼，用以生產雜質元素容忍度高的產品，實作低質廢鋼提質利用。
（5） 通訊 / 資訊企業 ：實作全流程、全生命周期數位化、資訊化、標識化管控，實作裝置拆解機器人化。
（三）鋼鐵全產業鏈全生命周期貫徹EPR策略方案
貫徹EPR制度，建議從原材料行業（最重要的夥伴關系行業）開始，經歷制造業、使用者使用報廢的全生命周期後，又回到原材料行業迴圈利用，形成一個閉路迴圈。
若從制造業開始推行EPR制度，制造、使用、報廢後，廢鋼將再回到制造業，無法形成一個完整的閉路迴圈，而這與材料的全生命周期不符。以材料工業作為迴圈的起始點和終結點，可以發揮材料工業的作用，透過材料的制造過程為制造業提供易迴圈、易處理的材料，簡化材料迴圈的難度。所以，EPR應以材料工業（如鋼鐵工業、有色金屬工業等）為迴圈的起始點和終結點，從而形成一個閉路迴圈。鋼鐵行業將義不容辭地承擔起貫穿鋼鐵材料全生命周期的「生產者責任」。鋼鐵企業作為廢鋼的源頭與歸宿，協同下遊使用者最佳化鋼材選用、制造設計、廢鋼管理，打造以鋼鐵企業為核心的迴圈經濟生態，從而為廢鋼迴圈利用發揮重要作用。
鋼鐵全產業鏈、全生命周期貫徹EPR的策略方案主要包括以下幾種。
1. 廢鋼加工處理與分類回收
可透過標桿示範等方式，引導鋼鐵各相關產業鏈上下遊加強廢鋼全過程、全生命周期加工處理和分類回收，實作廢鋼的高質迴圈利用。
自產廢鋼可透過添加標識，直接分類回收利用。加工廢鋼包括汽車面板或電工鋼等高等優質鋼在制造加工過程中產生的邊角料，特鋼在制造廠產生的鐵屑或邊角加工廢料，以及鍛件切頭切尾切邊產生的廢料，可透過標識化、網路化、數位化分類管理，並進行定向回收、利用，可作為鋼廠的生產原料，實作優質優用。 折舊廢鋼： 一是汽車、工程機械、家電等報廢裝備的拆解分類回收，采用標識化、網路化、數位化管理，拆解工作可以采用機器人或人工拆解兩種方式；未來的發展方向是推進人工智慧、第五代行動通訊和大數據等新技術與報廢汽車、工程機械、船舶等拆解工藝的融合套用，提高破拆或拆解機器人數位化和網路化水平，強化廢鋼拆解的機器人化和智慧化。二是報廢建築鋼結構、橋梁的拆解回收與再利用，機器拆解後透過標識化、網路化、數位化分類回收後進行集中冶煉。三是報廢鋼筋混凝土結構的拆解，機械拆解後鋼筋和混凝土分別進行回收和再利用。四是對生活廢鋼分類、壓塊等工序的智慧管控、標識化和數位化管理，確保廢鋼壓塊品質。
2. 廢鋼分類冶煉
生活廢鋼等低質廢鋼的最佳化冶煉。 針對生活廢鋼等低質廢鋼，開發低比例廢鋼 – 高比例廢鋼 – 全廢鋼的新型綠色轉爐冶煉工藝和技術，調整碳含量，清除有害雜質，生產殘余元素容忍度高的材料，實作生活廢鋼的綠色化提質和高質化利用。
高端廢鋼集中冶煉。 高端廢鋼（汽車面板、電工鋼、特鋼等）應嚴格分類、定向回收、集中處理，經簡化的冶煉 – 精煉 – 連鑄工藝，復原為專業優質鋼坯，優質專用，保證高端產品品質，簡化冶煉工藝，降低生產成本。
大廢鋼比轉爐冶煉。 充分發揮轉爐煉鋼 – 軋鋼產能匹配、工藝技術成熟穩定等優勢，統籌利用等離子熔化、電磁熔化等技術，推進大廢鋼比甚至全廢鋼比的轉爐煉鋼技術發展。
3. 易迴圈鋼材設計
鋼鐵企業應面向產業鏈需求，基於冶金歸一化的鋼材設計、制造、迴圈策略， 利用柔性軋制，減少鋼材品種，分類集中回收，降低回收難度，最大限度實作橋梁、建築用鋼與汽車白車身的無差別回收與合理利用。
（四）鋼鐵產品全生命周期全產業鏈數位化、資訊化、標識化、網路化管理與拆解機器人化策略
從廢鋼產出到廢鋼套用全生命周期出發，結合上下遊不同產業鏈的生產特征，提出基於數位化、標識化、網路化、拆解機器人化的廢鋼細化分選、嚴格分類回收以及優質集中優用、低質提級利用的高質迴圈利用基本方針。 根據目前的實際條件，可以采用機器人拆解代替人工拆解，有利於降低成本和快速推廣。
基於鋼鐵產品全生命周期管理、工業互聯網技術等，本研究提出鋼鐵產品全生命周期管理系統架構（見圖5）以及鋼鐵行業標識解析體系技術架構（見圖6）。
圖5 鋼鐵產品全生命周期管理系統架構
圖6 鋼鐵行業標識解析體系技術架構
註：APP指第三方應用程式；SDK指軟體開發套件；CI/CD指持續整合和持續部署；W3C指全球資訊網協會。
鋼鐵產品全生命周期管理打通上下遊供應鏈和工序間的協同運作，形成原料采購、生產制造、銷售、制品制造以及廢鋼回收或棄置全流程、大迴圈的數位化管控。
鋼鐵行業標識解析體系技術架構從下至上分為三層，分別為基礎資源與基礎設施層、標識解析核心系統層、套用對接能力終端層。
廢舊裝置拆解機器人化方案，現階段的重點是退休汽車自動化拆解機器人方案和廢棄家電自動化拆解流水線方案，關鍵技術主要涉及基於機器視覺的光學字元辨識（OCR）技術和基於機器視覺的機械手動作定位技術等。
五、保障措施
（一）完善鋼鐵領域貫徹EPR的制度、技術和管理體系
完善鋼鐵領域EPR制度體系。 研究出台鋼鐵行業EPR試點政策，圍繞與鋼鐵密切相關的下遊行業，結合中國EPR實施現狀，遴選具備實力的鋼鐵生產企業，開展鋼鐵領域EPR試點工作；研究建立由鋼鐵生產企業、鋼材套用企業、回收拆解企業以及政府共同組成的責任分擔體系，探索適合中國國情的鋼鐵企業EPR實施模式，力求形成可推廣復制的鋼鐵EPR制度。
完善鋼鐵領域EPR實施的技術支撐體系。 充分利用大數據、人工智慧、物聯網、深度學習等現代資訊科技，降低鋼鐵行業履行EPR的成本和執行效率。特別註意要加快鋼鐵行業互聯網標識解析節點建設，推動標識解析在供應鏈協同、產品追蹤溯源等方面的探索套用。從廢鋼產出到廢鋼套用全生命周期出發，結合上下遊不同產業鏈的生產特征，低成本快速推廣基於數位化、標識化、網路化、拆解機器人化的廢鋼細化分選、嚴格分類回收和高質迴圈利用的基本方針。另外，還要加強大廢鋼比甚至全廢鋼比轉爐煉鋼、基於冶金歸一化的易迴圈鋼材設計加工等共性技術和關鍵裝備的研發和推廣套用。
完善鋼鐵領域EPR制度的管理體系。 一是透過財政和稅收政策，對履行EPR的鋼鐵企業加大扶持力度，如設立專項發展基金，給予減稅或退稅等優惠政策，激勵鋼鐵生產企業承擔其延伸責任，推進迴圈經濟的實施。二是完善政府采購制度，透過優先采購政策提高鋼鐵企業履行EPR制度的積極性；對實施不力的相關企業政府要加以限制，倒逼企業轉變觀念。三是充分發揮政策性銀行的職責，鼓勵商業銀行積極參與，拓展鋼鐵企業實施EPR的資金來源，共同完善可以促進EPR發展的信貸融資體系。
（二）加強廢鋼行業標準體系建設
加快制定廢鋼圖片標識及分類等基礎通用標準。 對廢鋼的分類、數據品質、圖片標識等建立標準規範，滿足不同鋼鐵企業廢鋼加工及使用的需求，為廢鋼智慧判定提供標準化依據和支撐。
加快制定廢鋼智慧判級技術類標準。 透過規範智慧判級技術的圖片數據采集、深度學習模型、判級結果評價等要求，推動廢鋼辨識演算法的不斷最佳化，促進該技術在行業的高效規範發展和深度推廣套用，為行業數位化轉型打下堅實的技術基礎。
加快制定與廢鋼殘留金屬元素和微量元素相關的檢測標準。 為推動廢鋼產業智慧化進展，在圖片標識等基礎通用標準的基礎上，加快推進具有靈敏度高、分析速度快、同步測定元素多等特點的檢測方法標準化工作，如電感耦合電漿原子發射光譜法、能量色散X射線熒光光譜法等，滿足智慧化過程中檢驗快速、準確、高效的需求。
（三）加強鋼鐵材料全生命周期全產業鏈數位化標識解析
加強頂層設計、完善標準規範、打造試點套用。 結合鋼鐵企業自身實際，因地制宜，按照「頂層設計、標準先行、打好基礎、分步實施、先進適用、突出特色、管理提升、安全可靠、放眼長遠、堅持到底」的原則，建立健全鋼鐵行業工業互聯網標識相關標準規範的立項、釋出，加強引導相關標準的套用，為相關鋼鐵企業的標識套用提供參考和指導；建立行業標識解析字首管理體系，提高資訊系統的可維護性、數據的可存取性和可用性、加強數據安全性；以工業互聯網標識貫穿鋼鐵全生命周期，積極探索形成「鋼鐵生產企業 - 用鋼企業 - 廢鋼企業」的全流程標識套用模式，打造行業套用標桿，充分發揮標識在促進跨企業、跨系統數據共享中的作用，帶動廢鋼的高效管理和價值實作，紮實推進鋼鐵行業標識套用和數位化轉型工作。
構建廢鋼物件數據通用模型。 基於鋼鐵行業工業互聯網標識解析體系二級節點，提煉在廢鋼回收、物流和利用等環節的共性需求，透過建立鋼鐵行業標識編碼規範、廢鋼標識物件模型、標識業務數據模型，促使鋼鐵行業廢鋼回收產業鏈上、中、下遊企業處於同一標準體系，各環節關鍵資訊在廢鋼回收全流程中順利流轉，進而實作鋼鐵行業在產業鏈上下遊企業之間自動完成供需匹配。同時，建立廢鋼物件數據通用模型，提高整個鋼鐵行業的供應鏈協作效率，提升快速響應市場變化需求的能力。
完善機器人拆解發展的政策和技術體系，建立健全創新體系，發揮拆解機器人「產學研」深度融合在各個行業領域的優勢協同，加快機器人拆解廢鋼的成果轉化。 支持協同創新和技術融合，鼓勵骨幹企業聯合開展拆解機器人協同研發，提高新產品研發效率；推進人工智慧、第五代行動通訊、大數據、雲端運算等新技術融合套用，提高拆解機器人數位化和網路化水平。
（四）強化重點行業廢鋼分類回收和迴圈利用
為了強化汽車用鋼、工程機械用鋼、船舶海工用鋼、建築橋梁用鋼、家電用鋼、特殊鋼、社會生活用鋼等 重點行業廢鋼的回收利用，主要的舉措應包括： ① 按照全產業鏈、全流程、全生命周期貫徹EPR制度，強化鋼鐵企業協同下遊使用者最佳化鋼材選用、制造設計、廢鋼管理，打造以鋼鐵企業為核心的迴圈經濟生態。② 鋼種用材盡可能采取歸一化生產使用策略，實作合金減量化和集約化軋制，便於廢鋼的迴圈利用。③ 建立分類回收體系，力爭形成閉環迴圈利用模式。
以最典型的汽車用鋼分類回收利用為例，建議的回收策略主要有： ① 構建創新型行業生態產業鏈模式。汽車廠、零部件廠與鋼廠建立閉環迴圈合作模式，各廠產生的廢料100%返回鋼廠，確保廢料擁有可靠的來源；鋼廠利用汽車制造過程對廢料進行汽車鋼的生產。② 整車企業的廢鋼回收策略。建立分類回收標準，將軟鋼與高強鋼廢料進行分類回收；建立廢料管理體系，完善數位化管理流程，在沖壓車間內設立完善的分揀、管理、儲存、運輸流程；建立數位化溯源體系，做到每一包廢鋼的成分體系可查，以利於廢鋼的精準再利用；采取歸一化用材策略，即減少材料種類，降低分揀和回收難度。③ 零部件加工廢鋼回收策略。加強加工廢鋼的品質控制，消除加工油汙的殘留，使廢鋼清潔化；建立分類回收體系，零部件企業內部按照不同材料成分體系進行分類回收，與鋼廠建立閉環迴圈合作模式，確保各鋼廠的廢料100%返回鋼廠；建立廢料成分可追溯標識和數位化溯源體系，使廢料的成分體系可查，以利於廢鋼的精準再利用。
註：本文內容呈現略有調整，若需可檢視原文。
作者簡介
王國棟
壓力加工專家
，中國工程院院士
。
主要從事鋼鐵材料軋制理論、工藝、裝備與產品方面的研究。
註：論文反映的是研究成果進展，不代表【中國工程科學】雜誌社的觀點。
