本文选自中国工程院院刊【中国工程科学】2024年第3期
作者：王国栋，张龙强，付静，王方杰，储满生，任江涛，赵成林，王厚昕，于彩红，孙野，邓想涛，贾涛，期治博，孙杰
来源：「双碳」背景下我国废钢资源高质循环利用战略研究[J].中国工程科学,2024,26(3):63-73.
编者按
废钢是再生绿色资源，也是钢铁工业不可或缺的铁素资源。在「双碳」战略背景下，重构废钢循环利用技术体系和创新废钢资源管理模式，从根本上破解废钢高质循环利用的瓶颈问题对钢铁工业的绿色低碳转型至关重要。
中国工程院王国栋院士研究团队在中国工程院院刊【中国工程科学】2024年第3期发表【「双碳」背景下我国废钢资源高质循环利用战略研究】一文。文章对比分析了全球废钢行业的发展现状，科学预测了我国粗钢产量和废钢资源量的变化趋势，提出了2060年左右可能存在的全废钢冶炼这一中国特色问题；凝练了废钢行业规范化、信息化、数字化、智能化发展方向；系统梳理了我国废钢循环利用在标准制度体系、精确分类回收、基于生产者责任延伸（EPR）制度的材料设计和数字化标识解析等方面存在的问题与挑战；在此基础上，创新提出了废钢资源「四全五化」高质循环利用新模式，清晰给出了组织框架和实施策略方案，即面向可能到来的全废钢时代，从钢铁材料全生命周期、全生产流程、全产业链（「四全」）协同贯彻EPR制度，实现废钢资源的科学分类管理、循环和再利用，同时加强全流程生产管理的数字化、信息化、标识化、网络化，并逐渐过渡到优质废钢拆解回收机器人化（「五化」）。
研究建议：完善钢铁领域贯彻EPR的制度、技术和管理体系，加强废钢行业标准体系建设，加强钢铁材料全生命周期全产业链数字化标识解析，强化重点行业废钢分类回收和循环利用等，为全面实施废钢资源「四全五化」高质循环利用新模式做好坚实保障。
一、前言
废钢是钢铁生产过程中产生的不合格产品、钢铁材料应用中的加工废弃物，以及钢铁制品使用后报废回收的钢铁材料的总称。 作为一种可循环利用、唯一可大量替代铁矿石的再生铁素资源，废钢被称作钢铁工业的绿色原料。 若使用废钢生产1 t钢，理论上可节约铁矿石（TFe 含量为62%）约1.6 t，减少标准煤约0.35 t，降低CO 2 排放约1.6 t，减少固废排放约3 t。当前，我国年产钢量多年维持在1×10 9 t高位，钢铁生产带来的CO 2 年排放量约占全国排放量的15%；另外，我国铁矿资源对外依存度约为80%。 在此大背景下，废钢的高质循环利用对钢铁工业的绿色低碳转型乃至国家铁矿资源供应安全保障至关重要。
当前，我国废钢产业向着产业化、产品化、规模化、区域化的方向快速发展，行业规范水平不断提高，废钢加工配送工业化体系初步建成。我国废钢目前仍以简单粗放式回收为主，未实现细化分选，质量差，难以生产高端钢产品。如果不采取有效措施，在未来废钢大丰富或全废钢时代，这种优质的铁素资源将无法得到增量、高效使用，只能继续利用高碳排放的高炉-转炉长流程冶炼铁矿石来生产优质铁水，以解决优质高端钢材的供给，这不利于实现「双碳」战略目标。低水平的废钢资源分类管理和利用严重降低了废钢资源的价值，钢铁材料100%可循环利用的品质没有得到充分利用，也未能充分发挥废钢的低碳属性。因此， 亟需加强钢铁材料的全生命周期科学分类与数字化管理，实现废钢的高质循环利用。
国务院办公厅印发的【生产者责任延伸制度推行方案】强调，生产者对其产品承担的资源环境责任从生产环节延伸到产品设计、流通消费、回收利用、废物处置等全生命周期。作为钢材的生产者和废钢回收利用的最大获利者，钢铁产业应全面贯彻国家战略规划，积极落实生产者责任延伸（EPR）制度，大力加强废钢高质循环利用。
本研究在总结我国废钢循环利用发展现状、发展趋势以及存在问题和挑战的基础上，创新提出从钢铁材料全生命周期和全生产流程贯彻EPR制度，并针对不同产业链，加强全流程生产管理的数字化、信息化、标识化、网络化和拆解回收机器人化，实施废钢的细化分选和高质循环利用策略。 该策略兼顾我国钢铁工业当前以及未来长远发展，从钢铁材料全生命周期的视角，构建产品设计、生产、使用与回收环节的标准化标识解析和全流程、全产业链协同管理方案，推动废钢管理和循环利用，重构废钢循环利用技术体系和创新废钢资源管理模式，基于「绿色、废钢易循环」思想，从根本上破解废钢高质循环利用的瓶颈问题，为我国钢铁行业绿色、可持续发展提供高质量解决方案。
二、国内外废钢循环利用的发展现状和趋势
（一）全球废钢循环利用的发展现状和趋势
在实现「双碳」目标背景下，废钢的循环利用属性、低碳价值受到全球钢铁行业的高度重视，在称呼上也由「废钢」转变为「再生钢」。 全球废钢产业蓬勃发展，各国废钢产业结构各具特点，并不断得到优化调整，废钢利用技术水平不断提高。
1. 全球废钢资源量
据统计，全球废钢资源消费量逐步由2017年的5.6×10 8 t提升至2022年的6.3×10 8 t。当经济发展到一定程度后，国家或地区的钢铁产品消费量和需求量会达到相对稳定状态，废钢资源的消费量也趋于平稳。2022年，全球外部废钢贸易量（包括欧盟27国内部贸易量）达到9.76×10 7 t，其中，土耳其、印度、美国是主要的废钢进口国家，欧盟、美国、日本等是主要的废钢出口地区。
2. 废钢政策及标准
欧盟、美国、日本等发达经济体在废钢等再生资源领域，均具有相对完善的法律法规和标准体系，有效保障了当地废钢行业的健康发展。 美国联邦政府于1965年制定了【固体废弃物处置法】，1976年更名为【资源保护及回收法】，其后经历4次修订，最终确立了减量化、再利用、再循环的3R（reduce、reuse、recycle）原则，实现了废弃物管理由单纯的清理工作向分类回收、减量及资源再利用的综合性管理转变。
3. 废钢产业组织结构
钢铁企业逐步向废钢领域延伸，加大废钢资源保障力度，提高废钢产业集中度。 据统计，美国前12大废钢加工企业中，有5家属于大型钢铁公司。近年来，钢铁行业对上游废钢回收加工企业的并购重组仍在发生，例如，美国克利夫兰 – 克里夫斯公司于2021年并购了美国大型废钢回收加工企业菲亚特动力科技公司（FPT）；2022年，跨国钢铁企业安赛乐米塔尔集团陆续收购了位于英国、德国、荷兰、波兰等国家的多家废钢回收加工企业。
4. 废钢回收利用体系
国外大型废钢企业逐步建立了贯穿全产业链的废钢回收加工利用体系。 美国纽柯钢铁公司是全球最大的短流程企业，旗下的DJJ公司可提供废金属经纪、废钢回收、运输等一系列相关服务。FPT公司是北美各种废金属的主要加工者、买家、卖家和回收者之一，也是美国汽车工业的主要废金属管理公司。日本东京钢铁公司是典型的电炉短流程企业，注重废钢利用的研究和开发，以实现废钢的升级循环。总体来讲，废钢回收利用体系的发展方向主要有两个：一是在不依赖高等级废料的情况下，将来自城市的一般重废料循环生产附加值更高的钢铁产品；二是进行循环交易，即将业务伙伴制造过程中所产生的钢铁废料回收，以生产相关钢铁产品并销售给相同的业务伙伴。
5. 废钢利用技术进展
在高炉 – 转炉长流程中提高废钢比是一个系统工程，需充分挖掘利用各个工艺环节来消纳废钢的潜力 。其中，高炉添加废钢在国内外已有大量实践，技术比较成熟，废钢比可达15%以上；但要实现转炉大废钢比炼钢技术，需要对现有炼钢工艺进行系统性改造，使工艺与设备、操作与管理等多方面相适应。电炉短流程生产高等级钢的关键在于废钢中残余元素含量的控制。目前普遍采用稀释法，这不能从根本上解决残余元素问题，最根本的解决途径是加强废钢的分类管理，避免富含残余元素的废钢混入正常的废钢中。
（二）我国废钢循环利用的发展现状和趋势
1. 我国粗钢产量及废钢资源量变化趋势
（1）我国粗钢产量预测
综观美国、日本粗钢产量的变化过程，当粗钢产量达到峰值以后，会在其峰值处波动一段时间，随后下降（见图1）。 但日本、美国的粗钢产量调整路径相差悬殊，主要原因在于20世纪70—90年代，日本的机械、汽车、家电等制造业仍保持强劲势头，导致钢铁需求不断递增；而美国以机械、汽车为代表的主要制造业竞争力逐渐下降，钢铁需求放缓甚至萎缩。总体而言，参考美国和日本的粗钢总量变化趋势，在峰值过后的减量发展阶段，粗钢总量应维持在峰值的60%~80%。
图1 美国和日本粗钢产量达峰后的变化趋势
一个国家的钢铁材料生产及消费情况与国民经济发展、工业化进程息息相关。
根据各个国家和地区钢材消费强度与人均国内生产总值（GDP）的对比（见图2）可知，日本、韩国的人均钢材消费峰值分别为747 kg/人、1194 kg/人。美国的长期人均钢材消费中枢在400 kg/人左右，基本在300~500 kg/人的范围内波动。从人均GDP水平来看，我国钢材消费强度进入平台区的时间点较上述国家和地区更早，人均钢材消费的水平与日本基本相当，高于美国、低于韩国。参考当前发达国家的粗钢消费强度，假设2060年我国人均钢材消费量为500 kg，联合国【世界人口展望】预测我国2060年人口规模为12.11亿人，则2060年我国钢材的消费量约为6×10
8
t。
图2 各个国家钢材消费强度与人均GDP的对比
基于我国以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新战略发展方向，结合美国、日本等发达国家的发展历程，研判认为： 一是中短期内，我国粗钢产量不会出现断崖式下跌；二是从中长期看，我国钢铁需求将保持在一定高位。 预测结果为：2025年、2030年、2035年、2060年我国的粗钢产量分别为1×10 9 t、9×10 8 t、8×10 8 t、6×10 8 t。
（2）我国废钢资源量预测
废钢资源通常包括折旧废钢、自产废钢和加工废钢。折旧废钢的循环周期较长，采用钢铁产品生命周期法预测；自产废钢和加工废钢的回收周期较短，采用折算系数法测算。本文设定： 一是关于钢铁制品使用寿命及平均回收率， 建筑业、制造业钢铁制品平均使用寿命分别为50年、15年，平均回收率均为70%； 二是关于建筑用钢和制造业用钢量比例， 2010年为1∶1，2045年为3∶7；三是加工废钢和自产废钢的收得率分别取3%~4.5%。据此测算2025、2045、2060等年份我国废钢资源量，综合考虑国内有关学者、单位的研究，预测我国废钢资源量变化趋势（见图3）。
图3 我国粗钢产量和废钢资源量变化趋势
可以看出，2060年前后我国废钢资源量将超过粗钢产量，迎来废钢资源丰富或全废钢时代，全废钢冶炼可能成为现实。 这是中国特色问题，国外无可借鉴经验，因此，必须系统研究和合理制定具有中国特色的废钢高质循环利用战略和技术方案。
2. 我国废钢循环利用发展现状
2022年，我国废钢资源产生总量为2.6×10 8 t，其中，炼钢废钢消耗量为2.1×10 8 t，铸造行业利用废钢量约为2.2×10 7 t。2022年，钢铁行业综合废钢占比为20.7%，转炉废钢单耗量为166.2 kg/t，电炉废钢单耗量为590.5 kg/t。近十年来，在国家的大力支持下，废钢产业向着产业化、产品化、规模化、区域化方向快速发展，行业规范水平不断提高，产能不断增加。 特别是在「双碳」大背景下，钢铁工业低碳绿色转型为废钢行业的发展带来了巨大机遇。
从废钢行业自身来看，已具备高质量发展基础，主要体现在 ：一是在相关产业政策方面， 国家出台了一系列政策鼓励支持废钢行业发展，引导钢铁行业采用废钢 – 电炉短流程炼钢； 二是在产业规模方面， 据预测，废钢资源量到2060年将超过6×10 8 t，庞大的产业规模提供了巨大的发展空间。截至2022年年底，废钢加工准入企业有707家，年加工能力约为1.7×10 8 t，分布在全国31个省、自治区、直辖市； 三是在废钢加工技术装备方面， 以废钢破碎生产线为代表的先进废钢加工处理设备实现了国产化，废钢加工辅助配套设备行业稳步发展，废钢加工设备已初步形成行业标准和国际标准。
3. 我国废钢行业发展趋势
废钢是钢铁工业不可或缺的来源之一，资源战略是废钢资源高效高质回收利用的前提。 废钢行业未来发展趋势主要表现在以下方面。
废钢行业逐渐规模化、规范化。 依照工业和信息化部发布的【废钢铁加工行业准入条件】要求，国内基本形成了「回收、加工、利用」一体化的废钢利用产业链。中国废钢铁应用协会向全国80多家优秀的废钢加工企业授予了「废钢铁加工配送示范基地」称号，彰显废钢加工企业的影响力，带动区域内其他企业的发展。未来，还将在全国培育30家左右的龙头企业，进一步提高产业集中度。上市废钢期货，将进一步助力再生资源行业规模化发展，引导资本进入再生资源回收领域，提升行业标准化，提高市场透明度，促进行业规范化。
信息化、数字化、智能化是废钢产业发展的方向。 目前，部分企业为了保障废钢的回收、加工、物流、交易过程的智慧化、可视化和透明化，组织力量研发了信息化管理平台，全面跟踪废钢在厂内的流转。同时，通过与物流平台高效对接，将物流、信息流、商流、资金流、票据流高效整合，实现废钢利用管理「五流合一」，对解决企业和行业的痛点起到了积极作用。另外，部分企业进行科技攻关，自主开发了废钢智能评级系统，采用大数据和人工智能手段，针对卸货过程实现单层评级与整车评级的统一。未来，在废钢加工配送中心示范基地和大型废钢企业的模范引领下，运用建设的废钢运维区块链、废钢场地运营管理、废钢加工装备、废钢自动检验等系统，全面推进企业降低税收负荷。同时，进一步加强废钢标准化管理，夯实废钢标准建设，建立井然有序的废钢加工配送链，不断提高钢铁生产过程中废钢的使用比例，开创我国钢铁工业低碳、绿色、高质量发展新格局。
废钢比将随着废钢量增加逐步提升。 「十四五」期间，我国将进一步强化和规范企业的废钢加工配送能力，废钢企业加工能力将达到2×10 8 t。预计到2025年，我国电炉钢比将增加至15%，且随着废钢量增加，我国电炉短流程比例和综合废钢比将不断提升。
随着我国电炉短流程比例和综合废钢比逐步提升，废钢需求也将随之大幅提升，废钢资源的重要性在国内愈发凸显，废钢产业将向着规模化、规范化、信息化、数字化、智能化方向发展。
三、我国废钢循环利用存在的问题和挑战
近年来，我国废钢产业发展取得快速进步，伴随着废钢资源量不断增加，我国废钢产业规范化发展水平不断提高，但从业单元依旧存在「小、乱、散」等问题，产业规模结构未发生根本性变革。 我国废钢行业在管理方面仍存在如下问题：一是废钢回收利用行业有关税收政策落地难，税收问题始终未得到根本性解决，为行业的规范化可持续发展带来隐患；二是行业数据统计难度大，我国废钢产业仍有较大调整空间。 除此之外，废钢行业在标准制度体系、精确分类回收、基于EPR的材料设计和数字化标识解析等方面存在亟待解决的重点问题。
（一）废钢行业标准体系尚待完善
随着废钢行业数字化、信息化、标识化和网络化的深入发展，废钢行业标准化工作需求日益强烈，相关问题日益突出，需进一步加快完善相关标准体系，加快基础性标准的制定 / 修订工作，支撑废钢行业数字化发展。 具体而言，废钢的种类繁多、品种质量参差不齐，传统的废钢品种及质量分类主要依赖人工，存在主观性强、效率低下、质量难以追溯等问题，也给废钢的分类回收和分类利用带来很大挑战。当前基于机器视觉的废钢智能判级技术得到了快速发展，该技术通过机器视觉和深度学习算法，对废钢图片进行分类和识别，能够准确判定废钢的等级和质量，与传统模式相比具有准确性高、效率高、过程可追溯等特点。但由于没有统一的标准规范，导致不同判级系统的判定结果存在较大差别，制约了技术的推广，延宕了废钢行业的数字化进程。
（二）我国废钢回收利用远未实现高质高效循环
在废钢分类回收管理方面，本研究分别调研了汽车、工程机械、船舶海工、建筑桥梁、家电、特殊钢、生活废钢等产业链的废钢回收利用现状，总体上我国废钢以简单粗放回收利用为主。如目前汽车行业普遍将废钢混料打包压缩成块状，卖给回收公司统一处理；其他行业也大体类似，未按钢种进行细化分类。这种回收方式不适用于未来的全废钢循环利用。
未来，在全废钢电炉冶炼或高废钢比转炉冶炼中，生产高等级钢的关键在于废钢中残余元素含量的控制，这对废钢的分类管理提出了严格要求。 当前废钢回收缺少全生命周期（钢材生产厂、制造厂、用户、废钢企业）、全产业链的规范生产与科学管理。粗略分类管理与粗放的回收方式，严重降低了废钢资源的价值，恶化了钢铁材料可100%循环利用的品质。
综合考虑全球及我国废钢产业发展环境和发展趋势，针对未来废钢资源丰富时代，必须进行前瞻性思考、系统性谋划。
（三）钢铁材料设计、生产过程未充分考虑EPR
钢铁材料的设计主要着眼于材料的性能、品质，重点在于满足材料应用阶段的需求，基本没有考虑钢铁材料如何更便于后期的报废回收，即钢铁企业在钢铁材料设计、生产环节很少贯彻EPR思想。 笔者针对不同种类钢铁材料，调研了国内某钢厂的汽车钢板种类及化学元素范围。汽车用钢板共含热轧、酸洗、冷轧、涂镀4大产品类别，覆盖软钢至超高强度钢共九大材料种类，包括百余种钢种牌号，成分范围大致为C（0~0.3%）、Si（0~2.2%）、Mn（0~3%）；微合金化组合方式繁杂，总微合金含量为0~2%以上。由于汽车用钢材种类及牌号众多，冲压厂产生的加工废钢和零件冲压下来的边角料，很难按照种类进行分类回收，在汽车报废后，这些废钢亦难以做到细化分类回收。
（四）钢铁材料全生命周期数字化标识解析体系尚未形成
数字化转型升级的行业标准和应用场景建设滞后。 钢铁工业的数字化发展现阶段还没有普适性的标准和场景，影响了钢铁工业数字化转型的深入推进。此前进行的信息化改造多是基于不同的数据标准，这就容易产生「数据孤岛」，制约数据价值的挖掘。与此同时，整个钢铁行业还没有比较成功且具有普适性的数字化场景。
核心知识产权掌控不足。 当前，我国数字化生产领域的关键技术及核心基础部件仍依赖进口，核心专利技术也缺乏积累，钢铁材料数字化关键共性技术突破乏力；尤其是工业互联网数据集成技术、钢铁制造建模和仿真关键技术、钢铁生产流程多目标协同优化等方面「卡脖子」问题还比较突出。迄今为止，我国钢铁工业在信息系统和物理系统的开发、管理、集成方面，创新能力仍然比较薄弱，尚未形成「产学研用」高度协同的技术创新体制机制，原始创新研发的投入力度与投入效率都有待提高。
钢铁产品全生命周期管理水平有待提高，标识应用不完善。 钢铁产品在设计环节，由于品种和级别繁多、大量过渡坯，个别产品集约化、标准化、标识化体系不完善，存在标识应用混乱，辨析困难等应用不规范、标识标准不统一问题。在生产环节，钢渣和剪切边角料等造成的废料和废品的收集、标识与管理缺失。在钢铁产品的使用环节，钢铁行业最终用户的设备维修、零件更换、旧品回收过程无标识与管理。在废钢等回收环节，回收体系不够完善、行业集中度和规范化水平不高、回收技术水平亟需提升，废钢标识体系缺失，数字化水平偏低。
四、废钢资源高质循环利用新模式和策略
（一）「四全五化」新模式总体思路
在「双碳」目标大背景下，结合钢铁行业发展趋势以及各产业链废钢循环利用实践，研究提出我国废钢资源高质循环利用新模式——「四全五化」。 该模式旨在全产业链、全生命周期协同贯彻EPR制度，基于钢材全生命周期的标识化管理，坚持废钢分类回收，优化冶炼和轧制工艺，实现优质废钢高质利用、低质废钢提质利用。
贯彻EPR思想，钢铁行业对其产品承担的资源环境责任将从生产环节延伸到产品设计、流通消费、回收利用、废物处置等全生命周期。在废钢回收利用上，要实现废钢有效利用的「四全」和「五化」。即针对未来全废钢时代，从钢铁材料全生命周期、全生产流程、全产业链（「四全」）协同，实现废钢资源的管理、回收循环和再利用，加强全流程生产管理的数字化、信息化、网络化、标识化，并逐渐过渡到优质废钢拆解回收机器人化（「五化」），进行废钢产业的重构和经营模式创新。
（二）「四全五化」新模式的组织架构
钢铁企业作为废钢的源头与归宿，处于全流程中各行业协同易循环模式的中心，探索建立产业链上下游之间稳定的协同回收体系，确保废钢高质回收利用。 在该模式下，废钢产业链上下游组织结构如图4所示。
图4 贯彻EPR理念下的产业链上下游组织结构
注：RP为快速成型；WMS为仓储管理系统；SCM为软件配置管理；MES为制造执行系统。
（1） 钢铁企业 ：全生产过程贯彻EPR理念，承担全生命周期环境、资源责任；同时基于易循环思想，生产易循环的合格钢材产品。
（2） 钢铁企业与制造企业之间 ：协同优化钢材选用与制造设计，实现加工废钢易循环、易处理。
（3） 用户与制造企业之间 ：实现设备或部件的回收再制造、再利用。
（4） 废钢企业与钢铁企业之间 ：废钢回收处理数字化、拆解机器人化，实现优质分类收集；优质废钢返回钢铁厂特定炉进行冶炼，实现优质废钢高质利用；成分复杂的普通废钢，用以生产杂质元素容忍度高的产品，实现低质废钢提质利用。
（5） 通信 / 信息企业 ：实现全流程、全生命周期数字化、信息化、标识化管控，实现设备拆解机器人化。
（三）钢铁全产业链全生命周期贯彻EPR策略方案
贯彻EPR制度，建议从原材料行业（最重要的伙伴关系行业）开始，经历制造业、用户使用报废的全生命周期后，又回到原材料行业循环利用，形成一个闭路循环。
若从制造业开始推行EPR制度，制造、使用、报废后，废钢将再回到制造业，无法形成一个完整的闭路循环，而这与材料的全生命周期不符。以材料工业作为循环的起始点和终结点，可以发挥材料工业的作用，通过材料的制造过程为制造业提供易循环、易处理的材料，简化材料循环的难度。所以，EPR应以材料工业（如钢铁工业、有色金属工业等）为循环的起始点和终结点，从而形成一个闭路循环。钢铁行业将义不容辞地承担起贯穿钢铁材料全生命周期的「生产者责任」。钢铁企业作为废钢的源头与归宿，协同下游用户优化钢材选用、制造设计、废钢管理，打造以钢铁企业为核心的循环经济生态，从而为废钢循环利用发挥重要作用。
钢铁全产业链、全生命周期贯彻EPR的策略方案主要包括以下几种。
1. 废钢加工处理与分类回收
可通过标杆示范等方式，引导钢铁各相关产业链上下游加强废钢全过程、全生命周期加工处理和分类回收，实现废钢的高质循环利用。
自产废钢可通过添加标识，直接分类回收利用。加工废钢包括汽车面板或电工钢等高等优质钢在制造加工过程中产生的边角料，特钢在制造厂产生的铁屑或边角加工废料，以及锻件切头切尾切边产生的废料，可通过标识化、网络化、数字化分类管理，并进行定向回收、利用，可作为钢厂的生产原料，实现优质优用。 折旧废钢： 一是汽车、工程机械、家电等报废装备的拆解分类回收，采用标识化、网络化、数字化管理，拆解工作可以采用机器人或人工拆解两种方式；未来的发展方向是推进人工智能、第五代移动通信和大数据等新技术与报废汽车、工程机械、船舶等拆解工艺的融合应用，提高破拆或拆解机器人数字化和网络化水平，强化废钢拆解的机器人化和智能化。二是报废建筑钢结构、桥梁的拆解回收与再利用，机器拆解后通过标识化、网络化、数字化分类回收后进行集中冶炼。三是报废钢筋混凝土结构的拆解，机械拆解后钢筋和混凝土分别进行回收和再利用。四是对生活废钢分类、压块等工序的智能管控、标识化和数字化管理，确保废钢压块质量。
2. 废钢分类冶炼
生活废钢等低质废钢的优化冶炼。 针对生活废钢等低质废钢，开发低比例废钢 – 高比例废钢 – 全废钢的新型绿色转炉冶炼工艺和技术，调整碳含量，清除有害杂质，生产残余元素容忍度高的材料，实现生活废钢的绿色化提质和高质化利用。
高端废钢集中冶炼。 高端废钢（汽车面板、电工钢、特钢等）应严格分类、定向回收、集中处理，经简化的冶炼 – 精炼 – 连铸工艺，复原为专业优质钢坯，优质专用，保证高端产品质量，简化冶炼工艺，降低生产成本。
大废钢比转炉冶炼。 充分发挥转炉炼钢 – 轧钢产能匹配、工艺技术成熟稳定等优势，统筹利用等离子熔化、电磁熔化等技术，推进大废钢比甚至全废钢比的转炉炼钢技术发展。
3. 易循环钢材设计
钢铁企业应面向产业链需求，基于冶金归一化的钢材设计、制造、循环策略， 利用柔性轧制，减少钢材品种，分类集中回收，降低回收难度，最大限度实现桥梁、建筑用钢与汽车白车身的无差别回收与合理利用。
（四）钢铁产品全生命周期全产业链数字化、信息化、标识化、网络化管理与拆解机器人化策略
从废钢产出到废钢应用全生命周期出发，结合上下游不同产业链的生产特征，提出基于数字化、标识化、网络化、拆解机器人化的废钢细化分选、严格分类回收以及优质集中优用、低质提级利用的高质循环利用基本方针。 根据目前的实际条件，可以采用机器人拆解代替人工拆解，有利于降低成本和快速推广。
基于钢铁产品全生命周期管理、工业互联网技术等，本研究提出钢铁产品全生命周期管理系统架构（见图5）以及钢铁行业标识解析体系技术架构（见图6）。
图5 钢铁产品全生命周期管理系统架构
图6 钢铁行业标识解析体系技术架构
注：APP指第三方应用程序；SDK指软件开发工具包；CI/CD指持续集成和持续部署；W3C指万维网联盟。
钢铁产品全生命周期管理打通上下游供应链和工序间的协同运作，形成原料采购、生产制造、销售、制品制造以及废钢回收或弃置全流程、大循环的数字化管控。
钢铁行业标识解析体系技术架构从下至上分为三层，分别为基础资源与基础设施层、标识解析核心系统层、应用对接能力终端层。
废旧设备拆解机器人化方案，现阶段的重点是退役汽车自动化拆解机器人方案和废弃家电自动化拆解流水线方案，关键技术主要涉及基于机器视觉的光学字符识别（OCR）技术和基于机器视觉的机械手动作定位技术等。
五、保障措施
（一）完善钢铁领域贯彻EPR的制度、技术和管理体系
完善钢铁领域EPR制度体系。 研究出台钢铁行业EPR试点政策，围绕与钢铁密切相关的下游行业，结合我国EPR实施现状，遴选具备实力的钢铁生产企业，开展钢铁领域EPR试点工作；研究建立由钢铁生产企业、钢材应用企业、回收拆解企业以及政府共同组成的责任分担体系，探索适合我国国情的钢铁企业EPR实施模式，力求形成可推广复制的钢铁EPR制度。
完善钢铁领域EPR实施的技术支撑体系。 充分利用大数据、人工智能、物联网、深度学习等现代信息技术，降低钢铁行业履行EPR的成本和运行效率。特别注意要加快钢铁行业互联网标识解析节点建设，推动标识解析在供应链协同、产品追踪溯源等方面的探索应用。从废钢产出到废钢应用全生命周期出发，结合上下游不同产业链的生产特征，低成本快速推广基于数字化、标识化、网络化、拆解机器人化的废钢细化分选、严格分类回收和高质循环利用的基本方针。另外，还要加强大废钢比甚至全废钢比转炉炼钢、基于冶金归一化的易循环钢材设计加工等共性技术和关键装备的研发和推广应用。
完善钢铁领域EPR制度的管理体系。 一是通过财政和税收政策，对履行EPR的钢铁企业加大扶持力度，如设立专项发展基金，给予减税或退税等优惠政策，激励钢铁生产企业承担其延伸责任，推进循环经济的实施。二是完善政府采购制度，通过优先采购政策提高钢铁企业履行EPR制度的积极性；对实施不力的相关企业政府要加以限制，倒逼企业转变观念。三是充分发挥政策性银行的职责，鼓励商业银行积极参与，拓展钢铁企业实施EPR的资金来源，共同完善可以促进EPR发展的信贷融资体系。
（二）加强废钢行业标准体系建设
加快制定废钢图片标识及分类等基础通用标准。 对废钢的分类、数据质量、图片标识等建立标准规范，满足不同钢铁企业废钢加工及使用的需求，为废钢智能判定提供标准化依据和支撑。
加快制定废钢智能判级技术类标准。 通过规范智能判级技术的图片数据采集、深度学习模型、判级结果评价等要求，推动废钢识别算法的不断优化，促进该技术在行业的高效规范发展和深度推广应用，为行业数字化转型打下坚实的技术基础。
加快制定与废钢残留金属元素和微量元素相关的检测标准。 为推动废钢产业智能化进展，在图片标识等基础通用标准的基础上，加快推进具有灵敏度高、分析速度快、同步测定元素多等特点的检测方法标准化工作，如电感耦合等离子体原子发射光谱法、能量色散X射线荧光光谱法等，满足智能化过程中检验快速、准确、高效的需求。
（三）加强钢铁材料全生命周期全产业链数字化标识解析
加强顶层设计、完善标准规范、打造试点应用。 结合钢铁企业自身实际，因地制宜，按照「顶层设计、标准先行、打好基础、分步实施、先进适用、突出特色、管理提升、安全可靠、放眼长远、坚持到底」的原则，建立健全钢铁行业工业互联网标识相关标准规范的立项、发布，加强引导相关标准的应用，为相关钢铁企业的标识应用提供参考和指导；建立行业标识解析前缀管理体系，提高信息系统的可维护性、数据的可访问性和可用性、加强数据安全性；以工业互联网标识贯穿钢铁全生命周期，积极探索形成「钢铁生产企业 - 用钢企业 - 废钢企业」的全流程标识应用模式，打造行业应用标杆，充分发挥标识在促进跨企业、跨系统数据共享中的作用，带动废钢的高效管理和价值实现，扎实推进钢铁行业标识应用和数字化转型工作。
构建废钢对象数据通用模型。 基于钢铁行业工业互联网标识解析体系二级节点，提炼在废钢回收、物流和利用等环节的共性需求，通过建立钢铁行业标识编码规范、废钢标识对象模型、标识业务数据模型，促使钢铁行业废钢回收产业链上、中、下游企业处于同一标准体系，各环节关键信息在废钢回收全流程中顺利流转，进而实现钢铁行业在产业链上下游企业之间自动完成供需匹配。同时，建立废钢对象数据通用模型，提高整个钢铁行业的供应链协作效率，提升快速响应市场变化需求的能力。
完善机器人拆解发展的政策和技术体系，建立健全创新体系，发挥拆解机器人「产学研」深度融合在各个行业领域的优势协同，加快机器人拆解废钢的成果转化。 支持协同创新和技术融合，鼓励骨干企业联合开展拆解机器人协同研发，提高新产品研发效率；推进人工智能、第五代移动通信、大数据、云计算等新技术融合应用，提高拆解机器人数字化和网络化水平。
（四）强化重点行业废钢分类回收和循环利用
为了强化汽车用钢、工程机械用钢、船舶海工用钢、建筑桥梁用钢、家电用钢、特殊钢、社会生活用钢等 重点行业废钢的回收利用，主要的举措应包括： ① 按照全产业链、全流程、全生命周期贯彻EPR制度，强化钢铁企业协同下游用户优化钢材选用、制造设计、废钢管理，打造以钢铁企业为核心的循环经济生态。② 钢种用材尽可能采取归一化生产使用策略，实现合金减量化和集约化轧制，便于废钢的循环利用。③ 建立分类回收体系，力争形成闭环循环利用模式。
以最典型的汽车用钢分类回收利用为例，建议的回收策略主要有： ① 构建创新型行业生态产业链模式。汽车厂、零部件厂与钢厂建立闭环循环合作模式，各厂产生的废料100%返回钢厂，确保废料拥有可靠的来源；钢厂利用汽车制造过程对废料进行汽车钢的生产。② 整车企业的废钢回收策略。建立分类回收标准，将软钢与高强钢废料进行分类回收；建立废料管理体系，完善数字化管理流程，在冲压车间内设立完善的分拣、管理、存储、运输流程；建立数字化溯源体系，做到每一包废钢的成分体系可查，以利于废钢的精准再利用；采取归一化用材策略，即减少材料种类，降低分拣和回收难度。③ 零部件加工废钢回收策略。加强加工废钢的质量控制，消除加工油污的残留，使废钢清洁化；建立分类回收体系，零部件企业内部按照不同材料成分体系进行分类回收，与钢厂建立闭环循环合作模式，确保各钢厂的废料100%返回钢厂；建立废料成分可追溯标识和数字化溯源体系，使废料的成分体系可查，以利于废钢的精准再利用。
注：本文内容呈现略有调整，若需可查看原文。
作者简介
王国栋
压力加工专家
，中国工程院院士
。
主要从事钢铁材料轧制理论、工艺、装备与产品方面的研究。
注：论文反映的是研究成果进展，不代表【中国工程科学】杂志社的观点。
