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钢铁生态化

　　一、产业生态学概念
　　1989年，通用汽车研究实验室的RobertFrosch等发表了产业生态学领域的第一篇论文，指出未来的产业应该全方位地对资源开展循环利用而非一次性使用。1992年联合国环境与发展大会通过了《21世纪议程》，把可持续发展道路作为全球的基本发展战略和行动指南。在可持续发展思想推动下，在传统的自然科学、社会科学和经济学的相互交叉和综合的基础上，产业生态学作为一门新的学科迅速发展起来。但目前尚未形成统一的概念，产业生态学从理论到方法及应用都处于探索与研究中。
　　等给出了两个产业生态学的定义。
　　第一个定义指出产业生态学是人类在经济、文化和技术不断发展的前提下，有目的、合理地去探索和维持可持续发展的方法。产业生态学要求不是孤立而是协调地看待产业系统与周围环境的关系。
　　第二个定义指产业生态学是关于技术组织及其资源使用和潜在环境影响，以及如何调整它们与自然界的相互作用，以实现全球可持续发展的研究。
　　ReidLifset提出，产业生态学是一门迅速发展的系统科学分支，它从局部、地区和全球三个层次上系统地研究产品、工艺、产业部门和经济部门中的能流和物质流，其重点是研究产业界在降低产品生命周期中的环境压力的作用。
　　杨建新等认为，产业生态学就是将生态学原理应用于产业系统，研究产业活动及其产品与环境之间的相互作用关系，从而改善现有产业系统，设计新的产品系统，为人类提供对环境无害的产品和服务。
　　贝尔实验室认为，产业生态学是研究各种产业活动及其产品与环境之间相互关系的跨学科研究。
　　尽管产业生态学概念的表述各不相同，但其有着共同的内涵：
　　均以可持续发展为目标，体现了人与自然相协调的发展观。
　　均以产业组织及其活动为重点研究对象，以物质和能量的高效利用为重点研究内容。
　　均强调了技术创新对于解决产业生态学问题的重要性。
　　产业生态学概念的差别主要是侧重点的不同。有些概念强调了其技术属性，有些概念强调了其科学研究属性，有些概念强调了物质和能量循环的过程，有些概念突出了物质和能量循环的节点。
　　本文认为，产业生态学是研究产业活动和生态环境之间物质、能量和信息交换关系、伦理关系等相互关系的科学，也是促进人类社会和自然环境可持续发展的技术系统，其同时具有自然科学、社会科学和方法论的属性。
　　二、钢铁工业生态化的内涵
　　许多研究者从工业生态学研究的一般问题出发，结合钢铁工业的特点，从物质和能量循环利用的角度，阐述了钢铁工业生态化的内涵。
　　胡长庆等认为钢铁工业生态化就是根据钢铁工业物质/能量流的输入/输出特点，运用生态学的原理，通过生产体系或环节之间的系统耦合，仿照自然界生态过程中的物质循环方式来规划生产过程系统，通过资源和能源的总体优化配置，使物质和能量得到多级利用和高效产出，从而使钢铁工业向可持续发展的工业模式转变。
　　JulianSZEKELY认为，仅仅强调物质和能量循环是不够的，还要研究与之相关联的费用问题，以及多年来累积的未处理废物的处理问题，税收政策和立法措施只能作为鼓励因素，物质循环利用和节约能量的行为必须能够产生足够维持其持续运行的效益。生态化的钢铁企业应以天然矿石和废钢铁材料为原料，具有能耗低、环境友好、接近用户、操作柔性强的特点，要寻求和其它工业部门形成产业共生系统，并从处理其他工业部门废弃物中获利。
　　李新创认为钢铁企业的物质和能量循环可以分为大、中、小三种循环。小循环是指以铁素资源为核心的生产上下工序之间的循环，水在各个工序内部的自循环以及各个工序生产过程中产生副产品在本企业内的循环等。中循环是指各个生产厂之间的物质和能量循环，即下游产品的废物返回上游工序，作为原料重新利用，或者将一个生产厂产生的废物、余能作为其他生产厂的原料和能源。大循环是指企业与社会之间的物质和能量循环，包括向社会提供民用煤气；在冬季将余热输送供社会居民取暖；钢铁渣用于建材和城市道路交通建设等。
　　国内外关于钢铁工业生态化的研究还包括以下几个方面：钢铁企业物质和能量流动模型、清洁生产的工艺技术和装备、钢铁产品生命周期评价、炉渣等副产品的再利用技术、消化其他工业副产品的技术等。
　　三、钢铁工业生态化模式
　　根据钢铁工业实现生态化目标的路径的不同，钢铁工业生态化模式可以分为两种类型，一是“种群进化”模式，二是“产业群落”模式。
　　“种群进化”模式是当前钢铁行业生态化的主要模式，其特点是，重点依靠钢铁行业内部的技术创新和管理创新实现生态化目标，创新的主要内容包括：
　　工艺流程创新：如近终型连铸技术的出现，大大拓展了电炉炼钢产品的品种，提高了电炉钢的质量，使得以废钢铁为原料的电炉炼钢短流程工艺获得了新的生机，提高了钢铁资源的循环利用率。此外，钢铁联合工艺每生产1吨钢，约产生420kg废物，电炉工艺产生的废物只有钢铁联合工艺的1/4～1/2。因此，许多电炉炼钢小企业正在美国兴起。
　　原材料替代技术：烧结和焦化工序是钢铁联合企业的重点气体和粉尘污染源，高炉是钢铁联合工艺的重点耗能环节。为了少用或彻底淘汰烧结矿和焦炭，减少高炉能耗，人们开发了许多原材料替代技术，并在此基础上形成了新的炼铁和炼钢工艺，如熔融还原技术、直接还原技术等。
　　技术装备创新：炼焦、烧结、炼铁、炼钢、轧制等设备正朝着大型化、自动化和智能化、连续化的方向发展，极大地提高了钢铁产业的生产效率，节约了资源和能源，减轻了对环境的污染。
　　节能技术创新：为了提高钢铁企业的能源利用效率，人们开发了余压发电技术、焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气综合利用技术、系统综合节能技术、冷却水循环技术等一批节能新技术。
　　管理技术创新：通过引入ISO14000环境质量管理体系，开展清洁生产审计、污染负荷评价等，大大降低了资源和能源浪费。
　　尽管“种群进化”模式极大地提高了钢铁工业生态化水平，但仍有许多未能解决的问题，如：高炉渣、转炉渣、轧制碎屑等含铁废弃物的处置和处理。
　　“产业群落”模式是正在发展的未来的钢铁工业生态化的主导模式，其特点是，通过产品、副产品和能量的关联，钢铁工业和其他工业行业共同组成产业共生体，以最优化的方式，实现资源和能源的多级高效利用和充分增值，尽量减少和生态环境的物质和能量交换。
　　和“种群进化”模式比较，“产业群落”模式具有更高的经济效益和更高的资源能源利用效率，因为产业群落更有利于形成专业化分工、更有利于实现价值链的增值更有利于形成技术创新系统。需要指出的是，产业群落的自然形成需要较长的时间，有时还要付出较大的代价，政府部门可以通过规划、引导等措施来加快产业群落的形成和完善。
　　四、钢铁工业生态化的界定
　　1、钢铁工业生态化定义
　　综合前人的研究结果，本文认为，钢铁工业生态化是指，伴随着技术进步，以钢铁行业为核心的产业群落的生态效益由低向高的演进过程。生态化的定量表示如下：
　　钢铁工业正效益是指，钢铁工业提供满足人类需要的产品、降低自然资源和一次能源强度所产生的经济效益、社会效益和生态效益。钢铁工业负效益是指，钢铁工业消耗自然资源和能源、排放污染物对经济效益、社会效益和生态效益所产生的消减作用。
　　这一定义体现了产业生态学的基本原则和未来产业生态化实现模式的特点。
　　本定义强调生态化是一个伴随着技术进步不断演进的过程。钢铁工业是一个资本和技术十分密集的产业，也是一个历史较长，技术相对成熟的行业，这就决定了在一个历史时期内，钢铁工业的技术进步只能是渐进式的，与此相对应，生态化的演进也是相对缓慢的，只有当钢铁工业的技术进步出现突破性进展时，其生态化水平才会有大的变化。
　　本定义借用了世界可持续发展工商理事会生态效率的概念。生态效率强调产业系统和生态系统要协调发展，产业活动对生态系统的影响必须限制在生态系统的承受能力范围之内。经济效益和环境效益要统一，实现经济效益的最大化不能以牺牲环境效益为代价。
　　本定义强调了以钢铁工业为核心的产业群落的整体演进。市场经济条件下，产业活动主体的主观目标是经济效益，可以假设在经济利益驱动下，企业内部的物质和能量循环已十分充分，废弃物质和剩余能源在不同企业或产业之间循环更加符合市场分工原则和企业追求经济效益的要求。以往在政策法规的约束下，企业单独开展物质和能量循环利用，进行废弃物的末端治理，其目标也是降低环境管理费用，提高企业经济效益，但这种方式不一定是经济效益最优的方式。
　　2、钢铁工业生态化研究范围
　　笔者将钢铁工业生态化研究范围界定为钢铁产品生产流程及与其直接进行副产物和剩余能源交换的关联企业群。在这个关联企业群中，产生正效益的物质和能量流包括钢铁产品、废钢循环利用、副产物交换、可再生能源利用、剩余能源交换。产生负效益的物质和能量流包括自然资源利用、污染物排放、一次能源利用,作为未来生产潜力的自然资本的耗损贬值和环境退化所造成的损失为负效益。
　　本文将钢铁产品生产流程作为一个整体考虑，不涉及钢铁产品生产流程内部的物质和能量交换关系。本文所称钢铁产品生产流程包括钢铁生产主流程和辅助流程。钢铁生产主流程有两类：“高炉一转炉”流程和“电炉”流程。按流程最终产品的不同，长流程又细分为生产条型材和板材两种生产线。长流程的起点是地下矿石等含铁物料，终点是钢铁产品，中间经由采矿、选矿、烧结、高炉、转炉、二次冶金、连铸、轧钢等生产工序。短流程的起点是废钢等含铁物料，终点是钢铁产品，中间经由电炉、钢包炉、连铸、轧钢等工序。辅助流程，是指对生产流程的环境负荷有较大影响的那些生产工序，包括：①炼焦工序；②锅炉；③制氧；④燃气加工；⑤喷吹煤制备；⑥能源放散或亏损；⑦厂内运输。铁合金、耐火材料、洗精煤、动力煤、石灰石和白云石等制备过程不计入辅助流程.钢铁生态化