图4还表明，废钢增长的大部分将是废弃废钢（来自建筑和土木工程），其平均铜含量为0.3wt.%或更高。

图5显示了EAF中各种金属炉料的残留元素水平，以及各种钢铁产品对其含量的限制要求。很明显，未来可用的大多数废弃废钢将只适合于生产一些结构钢、螺纹钢和小型型钢，并且只有在使用OBM将熔融钢液中的残留元素降低到可接受的水平时，才能用于生产残留元素要求较低的钢铁产品。

为了生产薄板、管坯钢和许多特殊钢棒材（SBQ），有必要通过添加OBMs来稀释废弃废钢中的残留元素含量，OBMs由铁矿石制成，残留的金属杂质最少。在发现一种有效且经济可行的方法来去除废钢中残留元素之前，解决方案就是用OBMs来稀释。很明显，作为一个行业，人们必须根据废钢的物理和化学特性来更好地分离废钢。不管怎么说，为了实现钢铁的循环经济，显然OBMs是必需的。如果在金属炉料结构中没有OBMs，那将有很大一部分废钢无法被回收利用，最终将被运往垃圾填埋场。

更好的产品（如汽车和电器）设计，必须考虑产品在使用寿命结束后要易于拆卸，以便更容易去除游离铜和其他残留元素，从而不会导致废钢降级。例如，汽车车身钢中的铜含量可能是0.10wt.%-0.12wt.%，但目前大多数汽车粉碎料废钢中的铜含量为0.15wt.%-0.35wt.%，这些额外的铜是 “游离”铜，为了保持汽车废钢的价值，需要去除这些铜。这种游离铜具有经济价值，可以回收利用。现在已经有方法可以去除至少一部分游离铜，但在钢铁制造商认识到废钢中铜含量的增加会引起冶炼成本不同程度的增加之前，大多数钢铁制造商不会支付额外的成本来进行这种额外的分离。然而，现在一些钢铁厂正在废钢料场进行这种额外的分离处理。在某些情况下，设备资本支出的回收期不到3个月。

更大的问题是，在给定的废钢等级中，残留元素含量水平可能相差很大。例如，从历史上看，切碎废钢来自切碎的汽车和白色家电用钢，铜含量从0.15wt.%-0.20wt.%不等。最近，一些地区的切碎废钢的铜含量为0.35wt.％，在极端情况下铜含量高达0.52wt.％。很明显，现在的废钢破碎机能够将所有来的物件进行切碎，与废钢的来源几乎没有关系。即使是许多钢铁市场情报机构报告的废钢价格指数，其效用也有所降低，因为各种废钢等级的高度可变性在它们的报告中没有体现出来。 

如果废弃废钢的平均铜含量为0.30wt.%，那么要生产最大铜含量为0.08wt.%的扁平材产品，金属炉料中将需要包含大约三份OBM和一份废弃废钢。即使是生产最大铜含量为0.15wt.%的管坯钢，也需要用一份OBM和一份废弃废钢的金属炉料配比来生产。这些例子说明OBMs对未来EAF炼钢的作用是多么重要。

随着回收利用废钢中平均铜含量的增加，需要越来越多的OBMs稀释废钢中的残留元素，以生产某些钢铁产品。目前，北美地区所有回收的废钢平均铜含量约为0.25wt.%-0.3wt.%，即使在这个水平上，也可以看出，为了生产最大铜含量为0.08wt.%的产品，需要混合大约70%的OBM以达到这一目标规格要求。

表1显示了基于废钢中平均铜含量和目标产品铜含量的要求，炉料结构中必需的OBM含量。表中的黄色区域描述了北美地区废弃废钢中铜含量的现状，预计到2050年左右，废弃废钢中的平均铜含量可能达到0.50wt.%，这种情况由表中的红色区域描述。

由此表可知，根据废钢来源和残留元素含量来分离废钢的重要性变得清晰起来。目前这在经济上可能还是不可行的。废钢通过较小的经销商转移到较大的废钢处理商，这些经销商将来自许多来源的废钢合并在一起。除非有激励措施，否则这些较小的经销商不会倾向于根据废钢来源将废钢分离。

另一个障碍是有许多不同的废钢来源，而来源的庞大数量可能会使按来源进行跟踪难以管理，即使这是人们想做的事情。在短期内，根据铜含量进行分类似乎是最可行的选择。鉴于残留铜含量低于0.20wt.%的废钢供应已经很有限，关键是这种材料不能与含铜量更高的废钢混在一起而受到污染。将废钢直接加工成残留元素含量与废钢相似的产品的必要性也很明显。随着优质废钢供应的减少，这变得越来越必要。

可以看出，未来如果废钢的残留元素水平继续攀升，那么在炉料结构中需要相当一部分OBMs。即使某些传统上从来不需要OBMs作为废钢炉料的一部分长材产品，在未来也确实会需要OBMs。

几年前，国际铁金属协会（IIMA）委托进行了一项研究，以得出废钢中单位铜含量的内在价值（成本）。这项研究利用了来自美国的不同等级废钢的10年市场定价。时间范围涵盖了废钢价格非常高的时期和市场价格较低的时期。从这些数据中得出废钢中铜的含量因制造产品的类型（长材与扁平材）的不同而不同，这并不奇怪。总体来说，10年期间单位铜含量的成本增加值为1美元到3美元不等。无论如何，有证据表明，成本可能与废钢中的铜含量和其他残留元素含量相关，而且在未来，这一成本可能成为废钢采购决策过程的一部分，事实上，一些钢铁制造商已经根据废钢中的铜含量实施了罚款。钢铁制造商应该愿意以较高的价格来购买较低残留元素废钢，并且预期残留元素较高的废钢价格会更低。

限制废钢残留元素含量上升影响的一个重要内容是现在就开始采取行动。首先，经济激励措施最有可能引起行业的注意：越早建立一个基准系统，对低残留元素废钢给予溢价，并激励钢铁终端用户和废钢处理商采取必要的行动，承认和保留低残留元素废钢的价值，就越有可能防止废钢积蓄质量的加速退化。

追踪每一种废钢商品类型，并将定价与基于使用价值（VIU）的铜含量基线以及基于偏离基线的一组溢价或处罚联系起来的系统，似乎是解决这一问题的一个可管理的、公平的办法。

对这一问题采取一种可管理的、公平的解决办法，即跟踪每一种废钢商品类型，并根据使用价值将废钢定价与基准铜含量联系起来，根据偏离基准的情况制定一套废钢的溢价或罚款制度。

氢基DRI 

一些钢铁制造商正在评估采购用氢气生产的DRI的可能性，如果100%使用氢气，产品将不含碳，如果在DR模块的冷却部分使用一些天然气，可以生产出含碳量高达约1%的产品。

基于氢气的DRI方案给EAF的运营带来了一些有趣的挑战，在碳含量为零的情况下，需要在EAF中提供一些其他的还原剂来源，以还原DRI中以FeO形式存在的铁元素。分析表明，随着球团中总铁的增加，对于给定的DRI金属化率，球团中剩余的FeO更多。这有点违反直觉，但最终，这种影响被总铁含量高的DRI用于每吨钢生产中需求更少的原料所抵消。然而，如果目标是减少在电炉中进行的铁回收工作，最好的选择是生产高金属化率的DRI，而不是高总铁本身。

EAF面临的其他挑战：

1） 零碳DRI可能需要更高的钢液温度，以便以与含碳DRI相同的速度熔化。相反，与含碳DRI相比，零碳DRI的进料速率可能需要降低。

2） 一些研究指出，DRI颗粒中的C和FeO的反应有助于加速颗粒在炉渣中的分解，导致更快的溶解速率。如果这一点得到证实，氢基DRI的进料率可能会受影响。

3）含碳的DRI往往会自然地导致炉渣发泡，这个过程对能源效率和电炉中喷入材料的回收都非常有利。氢基DRI不会提供这种矿渣发泡的好处，这可能对EAF的效率产生负面影响。

随着行业参与者在未来几年进行各种试点试验，零碳DRI对EAF操作影响的理解将继续深入。

一些研究工作表明，氢基DRI倾向于产出一种具有更细的孔隙结构的产品，比传统的天然气基DRI更具活性（自燃）。如果是这样的话，氢基DRI的储存可能会带来一些额外的挑战。

与增加DRI产量有关的一个重要问题是DR级颗粒的可用性。一些企业已经进行了试验，用高达25%的BF级球团代替DR级球团，这导致了由于较高的脉石含量和相关铁损的增加，能源消耗的增加和生产力的下降。此外，较高的脉石含量增加了对助熔剂的需求，以抵消酸性脉石成分，生产这些熔剂的碳足迹会影响到炼钢的净碳足迹。

另一个问题是，低等级的球团可能含有更高的磷含量。这是一个严重的问题，因为金属原料中的磷含量较高，可能需要在较高的炉渣碱度下进行电弧炉操作，以达到钢中可接受的磷含量。在较高的炉渣碱度下操作只会加剧炉渣量的问题，甚至造成更大的铁损失和更多的熔剂需求。

目前，还不清楚生铁在未来的EAF炼钢过程中会扮演什么角色。通常情况下，生铁含有4.5%C。如果这些碳在电炉中全部被去除，那么对于使用生铁作为50%的金属炉料的操作，对二氧化碳排放的贡献将是82.5kg/t钢液。同时，显然需要OBMs来稀释回收废钢中的残留元素，而且残留元素含量正在上升，导致对OBMs的需求更多。在短期内，基于氢气的DRI不是答案，因为DR级球团严重短缺，无法满足国际能源署（IEA）预计的需求（在其可持续发展方案下，IEA预计到2050年DRI产量需要超过400Mt/a）。

高炉炼铁是一种高效的工艺，其产品中的金属氧化物被去除，因此不会对EAF工艺产生负面影响。目前，生铁是EAF操作中大多数希望稀释废钢残留元素含量的首选材料。 

此外，正在开发高炉中利用氢气，并实施使用生物质来替代碳。在日本，废塑料已被喷入高炉以减少炼铁的碳足迹。毫无疑问，从现在到2050年，高炉炼铁将继续发展，在可预见的未来，生铁将继续发挥关键作用，实现废钢循环利用。

很明显，如果在电炉中化学能源的使用降到最低，在电炉中利用OBM的动力就会变成纯粹的“清洁”铁元素的来源，而不一定是碳的来源。已经提出了一些混合工艺，其中低等级球团在DR工艺中被还原，然后被冶炼以生产生铁。因此，有些人可能会调查碳含量较低的生铁在未来是否可行，其他研究正在寻找回收/提供干净的铁元素作为EAF的原料。

废钢的碳含量通常在0.04wt.%-0.80wt.%之间，平均为0.2wt.%-0.35wt.%。因此，钢铁方面的循环经济预先假定碳不能完全从电炉中消除。因此，3.6-6.4kg/t钢液的二氧化碳排放将继续发生。

废钢和钢铁的循环经济：关键要点

因此，人们现在应该做什么来确保废钢回收的循环性，并为钢铁行业提供可持续性？以下是几个关键启示：

1）对废钢成本强调得太多了——对废钢价值强调得不够，需要对废钢VIU有更全面的了解，以证明与废钢效用有关更适当的废钢定价。

2） 需要更好地定义和跟踪废钢特性，这些可以用来更好地理解VIU，并推动有利于根据这些参数更好地分离废钢的行为。

3）炼钢厂家还必须与废钢加工厂家更紧密地合作，以隔离低残留元素含量、高价值的废钢，并减少低等级材料与 “清洁”废钢的混杂。这可能意味着各种废钢的定价结构将显示出与残留元素含量有关的更大分离，基本上，钢铁制造商将不得不支付更多的钱来维持更清洁废钢等级的供应，不过，与此同时，需要有经济上的激励措施，让废钢加工者更好地去除游离铜，让汽车制造商在设计车辆时更容易去除游离铜。

4）必须改进和普遍应用能够经济地减少废钢中游离铜的技术，以减缓废钢中残留铜（和其他有害的）含量的上升。

5）废钢和废渣模型可以非常有效地跟踪废钢质量，需要应用这些模型来更好地了解废钢特性。

6）钢厂现场的废钢处理是一种非常有效的去污方法，这将改善运营成本，提高金属收得率，减少熔剂和能源消耗，并减少EAF炼钢的碳足迹。

7）需要更好地跟踪废钢中的C、Si和Al水平，以了解其对酸性渣成分的影响、FeO生成的起点以及炉渣发泡的起点（即这些过程在EAF中的时间顺序）。

8） 在许多成熟的经济体中，随着制造商效率的提高和废钢数量的减少，“优质”废钢的供应正在减少。此外，随着钢铁技术的发展（如先进的高强度钢），汽车中使用的钢材数量也在减少。

9） 原材料市场是非常动态的，所以解决方案不会是“一刀切”的。以开放的心态对待各种选择，并定位正确的工具，以便在条件变化时迅速调整原料战略。