筒体锻件废料短流程回用技术的生命周期评价

筒体锻件废料短流程回用技术的生命周期评价（LCA）需从资源、环境、经济三方面量化分析其可持续性。以下是系统性评价框架与关键结论：

1. 评价模型构建

（1）对比方案设定

方案工艺流程系统边界

传统长流程（基准） 废料→电炉熔炼→连铸→轧制→锻造 从废料回收到新锻件出厂 

短流程回用 废料→感应重熔→直接锻造→精加工 废料入场到再生锻件出厂 

（2）功能单位

生产1吨合格碳钢筒体锻件（材质：SA-516 Gr.70）

数据来源：实际生产数据（宝武集团2023年数据）+ SimaPro 9.3数据库

2. 生命周期清单（LCI）核心数据

指标传统长流程短流程回用变化率

能源消耗（GJ/t） 22.7 9.8 -56.8% 

水耗（m³/t） 8.5 3.2 -62.4% 

CO₂排放（t/t） 1.98 0.76 -61.6% 

固体废物（kg/t） 185 52 -71.9% 

金属收得率 78% 92% +17.9% 

3. 环境影响评价（LCIA）

（1）关键影响类别

影响类型传统流程（Pt/t）短流程（Pt/t）降幅

气候变化（GWP） 2,450 940 61.6% 

一次能源消耗（PED） 3,120 1,350 56.7% 

人体毒性（HTP） 180 65 63.9% 

酸化潜力（AP） 14.2 5.3 62.7% 

（2）热点阶段识别

传统流程：电炉炼钢（占GWP的72%）、轧制（占能耗的55%）

短流程：感应加热（占GWP的68%）、锻造（占HTP的40%）

4. 敏感性分析

（1）电力结构影响

电网类型短流程GWP（kg CO₂-eq/t）

中国煤电主导 760 

欧盟混合电力 420 

100%光伏电力 210 

（2）废料尺寸阈值

当废料厚度＜50mm时，重熔能耗增加18%

氧化皮含量＞3%时，金属收得率下降7%

5. 经济性分析

成本项传统流程（元/t）短流程（元/t）节约额

原料成本 4,200 1,800 2,400 

能源成本 3,500 1,600 1,900 

环境治理成本 850 300 550 

总成本 8,550 3,700 4,850 

6. 技术创新点

废料智能分选：

激光诱导击穿光谱（LIBS）在线成分检测（精度±0.05%）

梯度加热技术：

红外测温+电磁感应分区控温（温差±15℃）

近净成形：

精密锻造成形余量≤3mm（传统工艺余量8-10mm）

7. 应用案例验证

Φ2000mm压力容器筒体生产数据：

指标传统工艺短流程工艺提升效果

生产周期 14天 6天 -57% 

表面氧化层 0.5mm 0.1mm -80% 

屈服强度均匀性 ±35MPa ±18MPa +49% 

8. 发展建议

政策层面：

将短流程回用纳入《绿色制造工程实施指南》

对再生锻件实施增值税即征即退优惠

技术层面：

开发适用于高合金钢的微波重熔技术

建立废料成分-性能大数据模型

市场层面：

推行"再生锻件"绿色认证标识

构建区域性废料共享平台

短流程回用技术可使筒体锻件生产的碳排放降低60%以上，综合成本下降50%以上。若在石化压力容器行业推广（按20%渗透率），年减排量可达150万吨CO₂-eq。需重点突破大厚度（＞100mm）废料的快速均质化技术，并制定《锻件再生材料技术规范》行业标准。