STEEL CONSTRUCTIONTODAY & TOMORROW(Số 58 tháng 12/2019)Ấn phẩm chung của Liên đoàn thép Nhật Bảnvà Hiệp hội xây dựng thép Nhật BảnBản tiếng ViệtBản tiếng Anh của Xây dựng thép Hôm nay và
Ngày mai được xuất bản ba lần một năm và đượcphát hành trên toàn thế giới tới các doanh nghiệp
và các công ty có quan tâm trong tất cả các ngànhcông nghiệp và các tổ chức quản lý. Mục đínhchính của ấn phẩm là giới thiệu các tiêu chuẩn và
chi tiết kỹ thuật liên quan đến xây dựng thép, các
thí dụ về dự án xây dựng tiên tiến, các công nghệvà vật liệu xây dựng tiên tiến và các vấn đề tương
tự trong xây dựng nhà và xây dựng công trình.
Nhằm giúp đọc giả Việt Nam dễ hiểu hơn các
bài báo này, một bản tiếng Việt đã được làm và đikèm với bản tiếng Anh. Các hình ảnh, hình minhhọa và bảng biểu bằng tiếng Anh được đính kèm ởtrang cuối của từng bài báo trong bản tiếng Việtnày. Ngoài ra, khi cần khẳng định thêm về mặt kỹthuật của văn bản hoặc các chi tiết kỹ thuật khác,
xin hãy tham khảo thêm ở bản tiếng Anh.

Số 58 tháng 12/2019: Nội dung
Các bài nổi bật: Tái chế và Đánh giá vòng đời các sảnphẩm thép
Sáng kiến ứng phó với các vấn đề môi trường và giảmnhẹ trái đất nóng lên của ngành Công nghiệp ThépNhật Bản
1Tiêu chuẩn hóa phương pháp tính toán LCI cho các sản
5phẩm thép và sự phát triển ở Nhật Bản
Tái chế và Tương lai của các vật liệu thép9Hội thảo Thép xanh được tổ chức13Giới thiệu ISO20915 tại Phiên toàn thể của Hội thảothường niên SEAISI
14
Bài nhiều kỳ: Thiết kế mới nhất cho các tòa nhà thép ởNhật Bản (4)GINZA KABUKIZA
15
Số trang xin tham khảo phiên bản tiếng Anh của tạp
chí số 58.
Phụ trách dịch thuật Anh – Việt: TS. Trần Thu Hằng(Trường Đại học Giao thông vận tải)Phụ trách hiệu đính Anh – Việt: ThS Ngô Thùy Linh(Trường Đại học Giao thông vận tải)Phiên bản tiếng Việt: ©Liên đoàn Thé Nhật Bản 2019Liên đoàn Thép Nhật Bản
3-2-10 Nihonbashi-Kayabacho, Chuo-ku, Tokyo
103-0025, Japan
Fax: 81-3-3667-0245 Phone: 81-3-3669-4815
Mail address: sunpou@jisf.or.jp
URL http://www.jisf.or.jp

1

Bài nổi bật:sắt và thép, gồm có: Các biện pháp thúc đẩy quá trình, chủ yếu cho việctiếp tục các quá trình sản xuất, ví dụ như giới thiệu
sản phẩm đúc thép liên tục Tận dụng có hiệu quả khí ga phụ phẩm trong đó khí
ga phụ phẩm sinh ra trong quá trình sản xuất sắt và
thép ược thu hồi và sử dụng làm năng lượng để điềukhiển thiết bị chế tạo sắt và thép
 Thu hồi năng lượng thừa và tận dụng hiệu quả làmnguồn phát năng lượng Giới thiệu các công nghệ tiết kiệm năng lượng pháttriển dựa trên việc tận dụng hiệu quả các phế liệu làmnguyên liệu(Tham khảo Hình 1)
Ngành công nghiệp thép Nhật Bản đã liên tục đưa
các quá trình hiệu quả năng lượng cao vào quá trình
sản xuất sắt và thép, nhờ đó thu được lượng giảmkhoảng 30% lượng tiêu thụ năng lượng trên một tấnsản phẩm thép so với thời điểm thập niên 70 của thế kỷ
20. Vì vậy, ngành công nghiệp đã thực hiện các quátrình chế tạo sắt và thép có hiệu quả cao nhất trên thếgiới (Tham khảo Hình 2).
Bên cạnh việc sử dụng năng lượng hiệu quả như đãtrình bày ở trên, ngành công nghiệp thép Nhật Bản đã
đưa vào nhiều biện pháp xử lý môi trường khác nhau,một trong số đó là việc sử dụng hiệu quả xỉ thép sinh ratrong quá trình sản xuất sắt và thép. Ví dụ như vì có thểchế tạo xi-măng lò thổi dùng xỉ lò thổi không cần quátrình nghiền và nung vốn được dùng khi sản xuấtxi-măng thông thường, xi-măng lò thổi có ảnh hưởng
lớn tới việc bảo vệ môi trường hoặc giảm lượng khí
CO2 phát thải trong quá trình sản xuất.
Ngoài ra, ngành công nghiệp cũng đóng góp hướng
đến việc bảo vệ cả chất lượng không khí và nước. Các
phát thải khí SOx và NOx ở các nhà máy thép đ đượcgiảm xuống đáng kể nhờ việc sử dụng thiết bị khử quátrình sulphur khóa và khử quá trình nitơ hóa. Trong các
nhà máy thép sử dụng rất nhiều nước, với hơn 90%nước được đưa lại quá trình tuần hoàn nhờ việc sửdụng thiết bị tinh lọc chất lượng nước. Tập trung vào
các biện pháp môi trường này, ngành công nghiệp thép
góp phần hướng đến việc cải thiện môi trường.

Tái chế và Đánh giá vòng đời các sảnphẩm thép(Trang 1-4)
Bài nổi bật: Tái chế và Đánh giá vòng đời các sảnphẩm thép (1)Sáng kiến ứng phó với các vấn đề môitrường và giảm nhẹ trái đất nóng lên của
ngành Công nghiệp Thép Nhật Bản
Tác giả Hidekazu MatsubaraThư ký Ủy ban Thép xây dựng thân thiện với môitrườngLiên đoàn Thép Nhật BảnỨng phó với các vấn đề nổi lên liên quan đến môitrường toàn cầu, chính phủ Nhật Bản đã thiết lập Hộiđồng các Bộ trưởng về Bảo vệ môi trường toàn cầunăm 1989. Nhờ đó, các nỗ lực khác nhau nhằm mụctiêu giảm nhẹ trái đất nóng lên đã được thúc đẩy trongphạm vi toàn quốc. Trong những năm gần đây, để xâydựng và đề xuất “Các chiến lược phát triển phát thảikhí nhà kính thấp dài hạn (Các chiến lược dài hạn)”được yêu cầu đệ trình năm 2020 trong thỏa thuận Pariscủa COP21, “Hội thảo về chiến lược dài hạn của NhậtBản theo thỏa thuận Paris” được thiết lập đã được bắtđầu kiểm tra trong Chiến lược dài hạn.
Theo những động thái ở Nhật Bản và trên toàn cầu,nền công nghiệp thép Nhật Bản đang thúc đẩy nhiều
biện pháp khác nhau nhằm giảm nhẹ trái đất nóng lên.
Một trong các biện pháp đặc trưng đang được thúc đẩylà “Kế hoạch thực hiện để đạt tới xã hội tiêu thụ cacbon
thấp”. Ngoài ra, đóng vai trò cố định trong các vấn đề
trái đất nóng lên sau 2030, nền công nghiệp thép đã
đưa ra “Tầm nhìn về các biện pháp dài hạn để ứng phóvới các vấn đề trái đất nóng lên” nhằm thực hiện mụctiêu cuối cùng là sản xuất ra “thép không cacbon”.
Bài báo này giới thiệu các sáng kiến của ngànhcông nghiệp thép Nhật Bản để xử lý các vấn đề môitrường và giảm nhẹ trái đất nóng lên đang được thúc
đẩy và các kế hoạch tương lai để giảm nhẹ trái đất
nóng lên.

Hình 1 Phát triển các quá trình sinh thái trong ngànhcông nghiệp thép Nhật BảnHình 2 So sánh về lượng tiêu thụ năng lượng đơn vịtrong ngành công nghiệp thép trên thế giớiCác biện pháp xử lý các vấn đề môi trường trong
sản xuất sắt và thépBắt nguồn từ cuộc khủng hoảng dầu mỏ xảy ratrong thập niên 70 của thế kỷ 20, ngành công nghiệp
thép Nhật Bản đã thúc đẩy nhiều nỗ lực khác nhau đểxử lý các vấn đề môi trường trong quá trình sản xuấtCác biện pháp giảm nhẹ trái đất nóng lên của
ngành công nghiệp thép Nhật Bản
Ngành công nghiệp thép Nhật Bản tạo ra các quá

2trình hiệu quả năng lượng cao nhất thế giới, đã lên kếhoạch và đưa vào thực tế sử dụng các biện pháp giảmnhẹ trái đất nóng lên. Đặc biệt là các biện pháp nàyđược thúc đẩy dựa trên “Kế hoạch thực hiện để đạt tớixã hội tiêu thụ cacbon thấp: Giai đoạn 1 (~2020)” đượchỗ trợ bởi bốn hoạt động cốt lõi: hiệu quả sử dụng baphương pháp sinh thái: quá trình sinh thái, giải phápsinh thái và sản phẩm sinh thái; phát triển quá trình chếtạo sắt đổi mới COURSE50 (Giảm lượng CO2 tới hạn
trong quá trình chế tạo thép nhờ công nghệ tiên tiến vìmột trái đất mát 50). (Xem Hình 3).
 Các quá trình sinh thái
Thúc đẩy các quá trình sinh thái đưa ra các quátrình hiệu quả năng lượng cao nhất thế giới như đãtrình bày ở trên trong đó cải tiến hơn nữa hiệu quảnăng lượng. Gần đây, các nỗ lực nghiên cứu và pháttriển hướng đến việc giới thiệu các lò luyện than cốcthế hệ mới và việc nâng cao hiệu quả hoạt động củathiết bị phát năng lượng.
 Các giải pháp sinh thái
Các giải pháp sinh thái nhằm thúc đẩy việc tiết kiệmnăng lượng bằng hai phương pháp: chuyển giao các
công nghệ tiết kiệm năng lượng (BAT: công nghệ sẵn
có tốt nhất) được phát triển và đưa vào sử dụng thực tếtrong ngành công nghiệp thép Nhật Bản đến các nướcTrung Quốc, Ấn Độ, ASEAN và các quốc gia khácđang phát triển ngành công nghiệp thép nhanh chóng;và sử dụng hiệu quả khuôn khổ của các chương trình
hợp tác đa quốc gia ví dụ như “Hợp tác quốc tế để cảitiến hiệu quả sử dụng năng lượng của Hợp tác thựchiện năng lượng ưu tiên toàn cầu (GSEP)”. Ngànhcông nghiệp Nhật Bản đã đóng góp nhằm giảm lượng
CO2 phát thải thông qua các phương pháp ở phạm vi
toàn cầu (Xem Hình 4).
Một nghiên cứu của Ủy ban Năng lượng quốc tế đãnêu ra các ngành công nghiệp thép n ớc ngoài có khảnăng lớn tiết kiệm năng lượng (Hình 5) bằng việc giớithiệu các công nghệ tiết kiệm năng lượng tiên tiến (hầuhết các công nghệ này đều được phát triển ở Nhật Bản).
Ngành công nghiệp thép Nhật Bản sẽ tiếp tục đóng góp
vào việc phát triển và cung cấp các giải pháp sinh tháitrong tương lai.
 Sản phẩm sinh thái
Các sản phẩm sinh thái là các sản phẩm thép cólượng phát thải khí CO2 giảm, ít các vấn đề môi trường,cải thiện hiệu quả nhiên liệu và các phương pháp khácở giai đoạn các sản phẩm cuối được chế tạo bằng cáchsử dụng tối ưu các quá trình đặc trưng từ các sản phẩmsinh thái. Ví dụ như các sản phẩm cuối được chế tạobằng các sản phẩm thép tính năng cao đóng góp vàoviệc làm giảm lượng khí thải CO2, hoặc các sản phẩmsinh thái thân thiện với môi trường trong giai đoạn áp
dụng. Một sản phẩm sinh thái tiêu biểu là tấm thép tựđộng cường độ cao sử dụng cho ô-tô. Từ những năm 70
của thế kỷ 20 cho đến nay, thép tấm sử dụng cho ô-tôyêu cầu cường độ kéo ao để thỏa mãn các yêu cầu và
bối cảnh xã hội khác nhau, hoặc để đáp ứng yêu cầutrọng lượng xe nhẹ hơn giúp cải tiến hiệu quả nhiên
liệu. Các tấm thép ường độ cao sử dụng cho ô-tô đượccác nhà sản xuất thép Nhật Bản phát triển đã đóng góp
vào việc làm giảm phát thải khí CO2 của xe trọng
lượng nhẹ trên phạm vi toàn cầu (Tham khảo Ảnh 1).
Tuy nhiên, cấp độ của các giá trị đặc trưng đạt đượctheo cường độ kéo hoặc đưa vào sử dụng thực tế của
các nhà sản xuất thép Nhật Bản chỉ chiếm 1/3 đến 1/2
giá trị lý thuyết (tham khảo Hình 6). Vì thế, ngànhcông nghiệp thép Nhật Bản đang nỗ lực để phát triển
các sản phẩm thép ường độ cao, đồng thời hỗ trợ cơsở hạ tầng xã hội tương lai thông qua việc phát triển
các sản phẩm thép thế hệ mới để chuẩn bị cho một cơsở hạ tầng sử dụng khí hydro. Cùng lúc đó, ngành côngnghiệp thép Nhật Bản cũng đang hướng tới nhiệm vụ
góp phần làm giảm phát thải khí CO2 trong toàn bộvòng đời của các sản phẩm thép.
Trong quá trình phát triển các quá trình chế tạo thépđổi mới, những nỗ lực nghiên cứu và phát triển đangđược định hướng nhắm đến hai mục tiêu: tận dụng việclàm giảm khí hydro của quặng sắt trong quá trình lòthổi có lượng khí CO2 thải ra cao nhất so với quá trình
sản xuất thép; dự án COURSE50 có các phát triển côngnghệ nhằm giảm 30% lượng khí CO2 thải ra trong quátrình lò thổi bằng cách phân tách và thu hồi CO2. Việcứng dụng thực tiễn của COURSE50 được dự kiến sẽbắt đầu khoảng năm 2050.
Bằng việc giảm lượng phát thải khí CO2 trong các
quá trình chế tạo sắt và thép, ngành công nghiệp NhậtBản đã đưa ra “Kế hoạch thực hiện để đạt tới xã hộitiêu thụ cacbon thấp: Giai đoạn II” cho năm 2030. Vớitổng khí CO2 lượng phát thải trong công nghiệp thép,
Giai đoạn II đặt mục tiêu làm giảm ở cấp độ cao hơnbằng cách thêm vào các mục tiêu giảm đặc trưng để thuđược các sản phẩm sinh thái, quá trình sinh thái và giảipháp sinh thái của Giai đoạn I (Bảng 1). Trong lĩnh vực
phát triển quá trình đổi mới, ngoài COURSE50, ngànhcông nghiệp thép đang có một kế hoạch để thúc đẩy
phát triển ferro coke (sắt kim loại và vật liệu cacbon) là
một vật liệu thô cho chế tạo sắt tiên tiến.
Hình 3 Triết lý cơ bản của biện pháp dài hạn làm giảmvấn đề trái đất nóng lên của Liên đoàn Thép Nhật Bản(Ba sinh thái và phát triển công nghệ tiên tiến)Hình 4 Chuyển đổi trong các chương trình hợp tác

3quốc tế để hỗ trợ các giải pháp sinh tháiHình 5 So sánh tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong
ngành sản xuất thép trên thế giới (2011)Ảnh 1 Các sản phẩm thép có lợi cho việc giảm phátthải khí CO2Hình 6 Phát triển các sản phảm thép ường độ cao vàtiềm năng phát triển tương laiBảng 1 Các mục tiêu làm giảm phát thải khí CO2 nhờsử dụng ba sinh thái trong ngành công nghiệp thépNhật Bản

thiết bị chế tạo hydro làm năng lượng thông thường sửdụng trong công nghiệp và cơ sở hạ tầng xã hội. Cụ thểlà các điều kiện cần thiết quan trọng để sử dụng hydrotrong chế tạo thép – vật liệu công nghiệp cơ bản là việcnghiền vụn cabon và độ sẵn có trong tương lai củanguồn cung cấp giá rẻ, ổn định. Ngoài ra, khi sử dụngCCS trong thực tế, cần phải giải quyết nhiều nhiệm vụ
khác nhau ngoài các nhiệm vụ công nghệ, ví dụ nhưviệc đảm bảo các vị trí kho chứa CO2, sự chấp nhậncủa xã hội, các tổ chức thực hiện dự án và việc xử lý
các vướng mắc kinh tế bên cạnh việc phát triển côngnghệ cho phép vận chuyển và lưu trữ lượng lớn khí
CO2 với giá thành thấp. Hình 7 trình bày bản đồ (kịchbản) hướng đến sự phát triển của các công nghệ cảitiến triệt để.

Các biện pháp tương lai để giảm nhẹ trái đất nóng
lên trong ngành công nghiệp thép Nhật BảnThỏa thuận Paris đặt mục tiêu “giữ mức tăng nhiệt
độ trung bình toàn cầu dưới 20C trên các cấp độ tiềncông nghiệp”. Như vậy, thực sự cần phải phát triển
công nghệ chế tạo sắt đổi mới hoàn toàn so với các
công nghệ đang sử dụng hiện nay và các công nghệmới đang được phát triển. Trước tình hình đó, ngànhcông nghiệp thép Nhật Bản đang tập trung toàn bộ nỗlực để phát triển COURSE50, ferro coke và các côngnghệ chế tạo sắt khác để đưa vào áp dụng thực tế năm
2030. Khi đó, lượng khí CO2 phát thải do việc sử dụngcác tài nguyên tự nhiên dự kiến sẽ giảm khoảng 10%
so với hiện nay (không bao gồm lượng giảm do hiệuquả thu thập và lưu trữ C02).
Hiện nay, phương pháp lò thổi là phương pháp chủđạo trong sản xuất sắt cả về phương diện kinh tế và kỹthuật, vì thế cần phải thúc đẩy việc xây dựng côngnghệ chế tạo sắt có lượng phát thải cacbon thấp khi tiếptục sử dụng lò thổi trong tương lai. Tuy nhiên, sẽkhông thể đạt được cấp độ giảm nhiệt độ trung bìnhtoàn cầu dài hạn đã đặt ra trong Thỏa thuận Paris khi
chỉ áp dụng các biện pháp như vậy. Do đó cần phảiphát triển các công nghệ cải tiến triệt để so với các
công nghệ hiện nay. (Tham khảo kịch bản giới thiệu
các công nghệ cải tiến triệt để trình bày trong Hình 7).
Để đạt được mục tiêu đó, ngành công nghiệp thépNhật Bản tập trung vào kiến thức thu thập được khi
phát triển COURSE50 và ferro coke làm nền tảng đểthúc đẩy ba thử thách chính: công nghệ chế tạo sắtgiảm hydro cho thép ạt được lượng khí phát thải bằng0, CCS (cô lập và lưu trữ cacbon) trong đó lượng khí
C02 thải ra trong quá trình chế tạo sắt được tách riêng,thu thập và lưu trữ, CCU (thu thập và tận dụng cacbon)
với các lợi ích khi sử dụng CO2 làm nguyên liệu.
Vì khí hydro được sử dụng trong quá trình chế tạosắt giảm hydro không chỉ được dùng làm nguyên liệuđể chế tạo sắt mà còn là nguồn nhiên liệu sử dụng cho
ô-tô và cho các lĩnh vực dân dụng khác, điều kiện ban
đầu cơ bản là sự phát triển và cải tiến công nghệ vàHình 7 Bản đồ (kịch bản) hướng đến sự phát triển của
các công nghệ cải tiến triệt để
Các sáng kiến hướng tới giảm nhẹ trái đất nóng lênmột cách bền vữngNgành công nghiệp thép Nhật Bản đã xử lý các vấnđề môi trường tập trung vào các công nghệ tiên tiến đãtrình bày ở trên. Trong tương lai, để Nhật Bản đạt tớimục tiêu mức độ trung hạn (năm 2030) nêu trong Thỏathuận Paris, ngành công nghiệp phải liên tục thúc đẩy“Kế hoạch thực hiện để đạt tới xã hội tiêu thụ cacbon
thấp”. Cùng lúc đó, theo mục tiêu mức độ dài hạn (saunăm 2030) để sản xuất “thép không cacbon”, cần đưara các sáng kiến để làm giảm nhẹ trái đất nóng lên ởmức độ dài hạn đạt được nhờ việc thúc đẩy các sảnphẩm sinh thái, các quá trình sinh thái và giải pháp sinhthái, và phát triển các công nghệ chế tạo sắt tiên tiến.

4

Fig. 1 Development of Eco-processes in the Japanese Steel Industry

’70s

’80s

First oil crisis’90s● Innovation and improved

’00s

’10s

Kyoto Protocol

Artificial intelligence, improved
logistics efficiency

efficiency of process

Continuous casting, continuous Pulverized coke injection, Next-generationcoal moisture control
coke-oven technology
annealing and processing line
● Effective utilization ofGas holder, gas turbine
compound power generation

byproduct gas● Recovery of

Blast furnace top-pressure recovery
waste energy turbine, coke dry quenching

Regeneration
burner● Recycling use ofwaste material

Waste plastics, used
tire, dust, sludge

Fig. 2 International Comparison of Unit Energy Consumption
in the Steel Industry
Index set Japan as 100 (unit consumption per ton of steel produced)
140
130

116

117

Korea Germany China

UK

120
110
100

100

103

109

122

123

France Brazil

India

119

128

130

Russia

USA

90
80
70

Japan

Source: RITE-Estimate of Unit Energy Consumption for 2015; Conversion to indices by
the Japan Iron and Steel Federation

Fig. 3 Basic Concept for Long-term Measure to Mitigate Global Warming in the Japan
Iron and Steel Federation (Three ecos+Innovative technology development)
Eco-process

Further improvement of world-classenergy use efficiency in iron- andsteelmaking processes

Eco-productContribution towards CO2 emissions
reduction at the stage of steel application as theend product through supply of high-performancesteel products-eco-products are indispensable
in structuring low-carbon society

Eco-solution

Contribution towards CO2 emissions reduction
on a global scale through transfer of Japanese
steel industry’s world-class energy-saving
technologies mainly to developing nations
and their diffusion in those nations

Innovative technology: COURSE50, ferro coke
Extremely-innovative technology: hydrogen-applied reduction process, CCS, CCU

5

Fig. 4 Transition in International Cooperation Programs to Support Eco-solutions
2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

Japan-China Steel Industry Environmental Protection and Energy Conservation Technology Conference (2005~)
The Public and Private Collaborative Meeting between
Indian and Japanese Iron and Steel Industry (2011~)

Bilateral and regional
cooperation programs

ASEAN-Japan Steel
Initiative (2014~)

Multilateral
cooperation
programs

APP (Asia Pacific Partnership)
Steel TF (2006~2010)

ENCO (Environment Committee) (~2009)

GSEP (Global Superior Energy Performance
Partnership) Steel WG (2010~2015)

EPCO (Environmental Policy
Committee) (2010~2013)

ECO (Environment Committee)(2014~)“CO2 Breakthrough Program”: Participating with COURSE50 (2003~)
CO2 Data Collection (2007~)

International Cooperation
Programs (World Steel
Association and others)

Development of ISO 14404 (2009~)• ISO 14404-”International standard for the calculation of CO emission from steel plants”• Issue of the standard for steel plant with blast furnace and electric arc furnace in22013 and steel plant with electric arc furnace and DRI facility in 2017

Fig. 5 International Comparison of Energy Saving Potentials in the Steel Industry (2011)
7

0.45

9

6

3

3

2

0.30

6

0.25
0.20

3

0.15

GJ/t steel

4

EJ

EJ

6

GJ/t steel

0.35

5

0.10

1
0

9

0.40

0.05
World China

0

0.00

CDQ (or advanced wet quenching)0OECD Russia Ukraine United Brazil
Korea Japan Canada South
Other
EuropeStatesAfricaCOG recovery
Blast furnace improvement
Improved BOF gas recovery
Switch from OHF to BOF
India

Efficiency power generation from BF gas

Reduced electricity use from continuous casting

Source: Energy Technology Perspective 2014 of IEA

Photo 1 Steel products conducive to reducing CO2 emissions
Motors for hybrid and electric vehicles:
Improved fuel efficiency, higher output
and downsizing of motors attained by
the use of high-efficient, non-oriented
electrical steel sheet

Automobile and industrial machinery parts:
Multi-stepping, downsizing and lighter weight oftransmission gears attained by the use of high-strength
gear steel→Improved fuel efficiency

6

Savings potential (GJ/t steel)Fig. 6 Development of High-strength Steel Products and Future Development Potential
1960s

1970s

High economic
growthFuel efficiency
improvement

Automotive steel sheet

0

1

1990s

Collision safety

Global warming

High-strength steel~440 MPa
grade

Mild steel(ease of processing)

Bridge cable
2

1980s

3

2000s

2010s

Kyoto Protocol

Paris Agreement

Change in social background and need

Steel cord
4

Extrahigh-strength steel
780~980 MPa
1,180 MPa
grade
grade~~580 MPa
grade

Potential for higher tensile strength
Piano wire
Theoretical tensile strength: 10.4 GPa
5
6
7
8
9
10
11
Tensile strength (GPa)Table 1 Targets for CO2 Emissions Reduction by the Use of Three Ecosin the Japanese Steel Industry
Phase II
Phase I(~2030)(~2020)9,000,000 tons-CO2
5,000,000 tons-CO2*
Eco-process(reduction from BAU)
(reduction from BAU)
Eco-solution
80,000,000 tons-CO2
70,000,000 tons-CO2
Eco-product34,000,000 tons-CO2
42,000,000 tons-CO2*Of the emissions reduction target of 5,000,000 tons-CO2, while concentrating on the reductionof 3,000,000 tons-CO2 by means of energy savings and other self-efforts, the emissions
reduction attained by the increased collection of plastic wastes and other waste materials
compared to the FY2005 collection return is to be counted as the emissions reduction return.
Implementation of Plan toAchieve Low Carbon Society

Fig. 7 Roadmap towards (Scenario for) Development of Extremely-Innovative Technologies
Technological development peculiar to the steel industry
Hydrogen-applied reduction method in blast
COURSE50
furnace process (hydrogen inside steelworks)
Hydrogen-applied reduction method in blast
Super COURSE50
furnace process (hydrogen outside steelworks)
Hydrogen-applied
Hydrogen-applied reduction process
reduction process
without use of blast furnace
CCS

Recovery of CO2 from blast furnace gas

2010

2030

Development
Stepping-up

Development
Stepping-up

Development

Conversion of CO2 arising at steelworks
to valuables
CCS: Carbon capture and sequestration CCU: Carbon capture and utilization
Technological development for socially common infrastructure
Zero emissions in system power supply by use of
Zero emissions at
nuclear power and renewable energy
power source
Low-cost mass production technology by use of nuclear
Carbon-free
power and renewable energyhydrogen
CCU

CCS/CCU

2020

Development of low-cost storage technology, selectionof burying site, conversion to valuables

7

Development

2040

2050

2100

Practical
operation

Development

Practical
operation
Practical
operation
Practical
operation

Development

Practical
operation

Development

Practical
operation

Development

Practical
operation(Trang 5-8)
Các bài nổi bật: Tái chế và Đánh giá vòng đời các
sản phẩm thép (2)pháp tính toán thống kê vòng đời cho các sản phẩmthép vào tháng 11/2018 và JIS Q 20915 có nội dunggần như tương tự vào tháng 6/2019.
Trong khi phạm vi hệ thống thông thường (phạm viáp dụng tính toán LCI) dùng cho phương pháp tínhtoán LCI thường bao gồm các quá trình từ khai thácnguyên liệu đến vận chuyển sản phẩm thì Tiêu chuẩn
mới ban hành bao trùm các quá trình từ khai thácnguyên liệu đến vận chuyển sản phẩm có xét tới hiệuquả tái chế thông qua việc thu hồi và sử dụng phế liệuthép (Hình 1). Khi sử dụng Tiêu chuẩn để tính toán
LCI, LCI có được khi thêm LCI (B1) sinh ra do đầu
vào phế liệu và LCI (B2, giá trị âm) có được khi tái chếphế liệu vào LCI (A) có được trong các quá trình từ khaithác nguyên liệu đến vận chuyển sản phẩm (Hình 2).
Liên đoàn Thép Nhật Bản và Hiệp hội Thép thế giớiđịnh kỳ thu thập thông tin từ các ngành chế tạo thép
trong nước và trên thế giới về vận hành các số liệu kếtquả từ các công ty thành viên để tính toán và công bố
các giá trị trung bình của khả năng nóng lên toàn cầu(GWP) gắn liền với các sản phẩm thép chính. Số liệuGWP được công bố trên các trang web của hai tổ chứcnày.
Ba phần tiếp theo của bài báo trình bày bối cảnh vàtriết lý của Tiêu chuẩn.

Tiêu chuẩn hóa phương pháp tính toán
LCI cho các sản phẩm thép và sự pháttriển ở Nhật Bản
Tác giả Tomohisa Hirakawa

Phó chủ tịch Ủy ban Thép xây dựng thân thiện với
môi trường – Liên đoàn Thép Nhật BảnTiêu chuẩn hóa các phương pháp tính toán LCI có
xét đến hiệu quả tái chế
Khi đánh giá hiệu quả về môi trường của nhiều sảnphẩm sử dụng trong đời sống hàng ngày của chúng ta,
có thể tập trung vào giai đoạn sản xuất và sử dụng các
sản phẩm, nhưng hiệu quả môi trường có thể khôngđược đánh giá chính xác nếu chỉ xét tới các giai đoạnnày. Thực ra, cần đánh giá hiệu quả về môi trường của
các sản phẩm trên toàn bộ vòng đời của sản phẩm bao
gồm các quá trình từ khai thác nguyên liệu thô đến chếtạo và sử dụng sản phẩm, hơn nữa là quá trình tái chế
sau khi bỏ đi sản phẩm đã dùng. Vì vậy, đánh giá vòngđời (LCA) có vai trò quan trọng trong đánh giá hiệuquả môi trường của các sản phẩm.
Hầu hết các sản phẩm thép được thu hồi làm phếliệu thép sau khi ô-tô và các sản phẩm khác sử dụngthép kết thúc tuổi thọ khai thác. Thép phế liệu được thu
hồi và chế tạo lại thành các sản phẩm thép mới đượcdùng cho các sản phẩm cuối cùng mới. Quá trình nàyđược lặp lại nhiều lần cho nhiều loại sản phẩm cuốicùng khác nhau.
Trong lúc đó, các tiêu chuẩn chưa được xây dựng đểđánh giá các vấn đề môi trường trong suốt vòng đờicủa sản phẩm, bao gồm cả việc thu hồi phế liệu sau khibỏ đi các sản phẩm cuối cùng. Vì thế, ISO20915“Phương pháp tính toán thống kê vòng đời cho các sảnphẩm thép và JIS Q 20915 “Phương pháp tính toánthống kê vòng đời cho các sản phẩm thép (sau đây gọi
là “Tiêu chuẩn”) được ban hành đã cho phép tính toánthống kê sử dụng để đánh giá các vấn đề môi trường
trong toàn bộ vòng đời của sản phẩm thép.
Tiêu chuẩn bắt nguồn từ phương pháp tính toán LCI
do Viện nghiên cứu quốc tế Sắt và Thép thực hiện (hiệnnay là Hiệp hội Thép thế giới) bằng phương pháp tínhtoán kiểm kê vòng đời (LCI) năm 1997, xé đến việctái chế phế liệu từ các sản phẩm sắt và thép sử dụngBáo cáo phương pháp do Viện nghiên cứu xuất bản.
Năm 2015, Liên đoàn Thép Nhật Bản đề xuất Ủy ban
kỹ thuật ISO TC/17 tiêu chuẩn hóa phương pháp tínhtoán LCI dẫn tới việc ban hành ISO20915 “Phương

Hình 1 Các phạm vi hệ thống sử dụng trong phương
pháp tính toán LCIHình 2 Phương pháp tính toán LCI nêu trong JIS Q
20915
Ưu thế vượt trội về khả năng tái chếĐặc trưng đáng chú ý nhất của Tiêu chuẩn là xem
xét toàn bộ đặc trưng riêng biệt về hiệu quả tái chế của
các sản phẩm thép. Khi êu lên các ưu điểm của thépkhi tái chế, có năm ưu điểm chính, cho phép tái chế
khép kín các sản phẩm thép (bất kỳ sản phẩm cuốicùng nào nhiều lần).
 Dễ dàng phân táchNhư đã biết, nam châm hút sắt. Vì thế, ngay cả khi
các sản phẩm thép bị bỏ chung với các loại vật liệu thảikhác nhau, vẫn dễ dàng phân tách thép nhờ nam châm(Hình 3).
 Thiết lập việc tái chế theo kinh tế thị trường
Phế liệu thép không phải là vật liệu thải mà có giátrị, do dó phế thải thép ã được giao dịch trên toàn thếgiới dựa theo nguyên tắc thị trường (Hình 4).
 Ít ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình táitạoKhi quặng sắt được tinh chiết thành sắt (từ sắn
thành sắt), các vấn đề về môi trường trong giai đoạn8tiếp theo của việc tái tạo từ phế liệu thép thành thép sẽđược loại bỏ đến mức thấp nhất (từ thép ến thép) và
ngoài ra còn có thể lặp lại hoạt động không ảnh hưởng
đến môi trường trong mỗi quá trình tái tạo sau đó(Hình 5).
 Ít suy giảm chất lượng trong quá trình tái tạoỞ giai đoạn tái tạo từ phế liệu thép thành thép, cóthể loại bỏ hầu hết những tạp chất như xỉ và khí trong
phế liệu thép. Với những chất có hại không thể loại bỏđược trong quá trình tái tạo, có thể hòa tan chúng bằngsắt nóng chảy để giữ nguyên chất lượng của thép tái
tạo (Hình 6).
 Khả năng tái tạo nhiều loại sản phẩm thép khácnhau
Các cấu trúc kim loại của thép được tái tạo từ phếliệu thép đ ợc điều chỉnh ở giai đoạn trước khi làm
nóng chảy phế liệu thép, nhờ đó có thể tạo ra nhiều loạivà kiểu sản phẩm thép khác nhau khi kiểm soát vi cấu
trúc sử dụng công nghệ tích hợp hoạt động (Hình 7).

lượng phế liệu thép lại hạn chế.
Theo đó, phế liệu thép đ ợc tái sử dụng có hiệu quảtrong cả hai phương pháp lò thổi (BF) và phương pháplò hồ quang điện (EAF), lại có lượng dự trữ xã hội tăngdần do việc sử dụng các sản phẩm thép chế tạo từ lòthổi - thép lò oxy cơ bản. Lượng dự trữ thép theo đầungười ở các nước lớn như Nhật Bản, Mỹ và châu Âu làkhoảng 10 tấn, còn lượng dự trữ thép theo đầu người trêntoàn thế giới chỉ khoảng 4 tấn (Hình 9). Hiện nay, kỷnguyên sử dụng phù hợp phương pháp lò thổi (BF) vàphương pháp lò hồ quang điện (EAF) vẫn tiếp diễn, trongđó phương pháp BF được trông đợi đóng vai trò đầu tàuhướng đến việc phát triển dự trữ thép trong xã hội.

Hình 3 Phân tách các sản phẩm thép đ sử dụng từ vậtliệu phế thải bằng nam châmHình 4 Thu hồi phế liệu thép trong nền kinh tế thịtrườngHình 5 Các vấn đề về môi trường của quá trình tái tạo
các sản phẩm thépHình 6 Đảm bảo chất lượng trong quá trình tái tạoHình 7 Kiểm soát vi cấu trúc để tạo ra các đặc trưng
khác nhauTriết lý tính toán LCI của các sản phẩm thépViệc tính toán kiểm kê vòng đời (LCI) của các sảnphẩm thép đ ợc giải thích bằng cách lấy LCI từ quặng
sắt là Xpr, LCI từ phế liệu thép Xre, tỷ lệ thu hồi phếliệu (tỷ lệ tái chế) R và lợi nhuận thép nóng chảy trong
quá trình tái tạo phế liệu thép Y. Lấy Xpr=2,0 (t-CO2),
Xre-0,5 (t-CO2), R=0,9 và Y=0,9 thì các giá trị giảđịnh từ việc mô phỏng các trao đổi thực tế trong bốnđại lượng liên tiếp ở trên, để mở rộng hiểu biết triết lý
LCI. (Hình 10).
Khi sử dụng cả hai phương pháp lò thổi (BF) vàphương pháp lò hồ quang điện (EAF) để chế tạo sắt và
thép, LCI của các sản phẩm thép cần được tính toánnhư thế nào? LCI cần được tính toán riêng biệt cho các
sản phẩm thép bằng phương pháp BF hoặc phương
pháp EAF, hoặc bằng một quá trình kết nối đơn giảnbao gồm cả 2 phương pháp. Vì phế liệu thép sử dụngphương pháp EAF đến trực tiếp thông qua phương
pháp BF với quặng sắt được tinh chiết thành sắt, cómối quan hệ nhân quả giữa hai phương pháp vì thếkhông thể phân chia hai phương pháp để tính toán LCI.
Vì thế, hai phương pháp này được gộp thành một quátrình kết nối đơn, và việc đánh giá LCI của hai phương
pháp này sử dụng giá trị trung bình của tổng các LCIcủa các sản phẩm thép là dễ dàng (Hình 11).
Cụ thể là LCI được tính toán cho mỗi lần tái chế lặplại, kết quả là LCI thay đổi từ 2,0 (t-CO2) đến 0,79
(t-CO2). Trong Tiêu chuẩn, giá trị cuối cùng (giá trị
trung bình vòng đời) được lấy là LCI của các sản phẩmthép hư thể hiện trong Hình 12. Tiêu chuẩn coi giá trịcuối cùng này (trung bình vòng đời) là LCI của các sảnHình 8 Chế tạo các sản phẩm thép trên thế giới (cácsản phẩm thép bằng phương pháp lò thổi (BF) vàphương pháp lò hồ quang điện (EAF)Hình 9 Lưu thông các sản phẩm sắt và thép trên thếgiớiSử dụng phù hợp lò thổi và lò hồ quang điệnCó thể được phân loại các phương pháp chế tạo sắtvà thép hành phương pháp lò thổi (BF) và phương
pháp lò hồ quang điện (EAF). Trong phương pháp lòthổi (BF), gang được chế tạo chủ yếu từ quặng sắt, còncacbon chứa trong gang (sắt nóng chảy) được loại bỏbằng lò oxy cơ bản để chế tạo thép. Còn trong phương
pháp lò hồ quang điện (EAF), phế liệu thép ược nóngchảy trước bằng nhiệt hồ quang, khi đó thành phần hóa
học được điều chỉnh để chế tạo thép. Tuy nhiên, thépcũng được chế tạo từ phế liệu thép bằng phương pháplò thổi (BF) để tiết kiệm và gang được dùng để đảmbảo cấp độ chất lượng của thép bằng phương pháp lòhồ quang điện (EAF). (Tham khảo Hình 10).
Hình 8 thể hiện việc chế tạo các sản phẩm thép trênthế giới sử dụng phương pháp lò thổi (BF) và phương
pháp lò hồ quang điện (EAF). Việc phương pháp lòthổi (BF) được sử dụng rộng rãi hơn phương pháp lòhồ quang điện (EAF) và phương pháp lò thổi (BF) rõràng đáp ứng yêu cầu phát triển các sản phẩm thép. Lý
do là quặng sắt có thể được khai thác theo nhu cầu, còn

9phẩm thép (Hình 13).
Từ khái niệm trên, phép tính LCI có thể được biểuthị bằng phương trình LCI=XprR･Y (XprXre),nhưng hệ số sử dụng phế liệu không được tính đếntrong phương trình này. Như vậy, có thể nói rằng LCIgiống hệt với các sản phẩm thép ược sản xuất thôngqua phương pháp BF hoặc phương pháp EAF. Bêncạnh đó, LCI của các sản phẩm thép đ ợc thể hiệntrong Tiêu chuẩn là Xpr=A+B1, R･Y (XprXre)=B2.
(Tham khảo hình 14)Hình 10 LCI trong vòng đời của các sản phẩm thépHình 11 Triết lý tính toán LCI cho các sản phẩm thép
(trung bình vòng đời)Hình 12 Triết lý tính toán LCI cho các sản phẩm thépdựa trên tái chếHình 13 Số lượng vòng đời và dịch chuyển của LCIHình 14 Mối quan hệ giữa các LCI giữa phương trìnhcơ bản và phương trình tiêu chuẩn
♦♦♦Sự xâm nhập của triết lý LCI cho các sản phẩmthép ở Nhật BảnĐể phổ biến và xâm nhập triết lý phù hợp cho LCI
của các sản phẩm thép vào Nhật Bản, Liên đoàn ThépNhật Bản đang thúc đẩy các hoạt động nhằm phản hồi
các triết lý phù hợp dựa trên JIS Q 20915 trong các tiêuchuẩn và tài liệu tiêu chuẩn khi sử dụng thông thườngở Nhật Bản liên quan đến việc đánh giá các vấn đề môitrường. Kết quả là xét đến các vấn đề môi trường trong
xây dựng nhà, nội dung của JIS Q 20915 được công bố
trong xây dựng nhà khung thép trong Hướng dẫn quảnlý xây dựng nhà (2019) do Thư ký bộ trưởng bộ Đấtđai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch giám sát.
Ngoài ra, xét đến Tuyên bố sản phẩm môi trường
(EPD) dựa trên ISO14025, Liên đoàn đã kêu gọi Tổchức quản lý môi trường Nhật Bản trong công nghiệp
để phương pháp tính toán LCI dựa trên JIS Q 20915
phải đánh giá EPD, đưa tới việc ban hành vào tháng
6/2019 của Các điều luật loại sản phẩm (PCR) dùnglàm tiêu chuẩn đánh giá EPD. Trước tình hình đó, có
thể nói kết quả của EPD cho các sản phẩm thép và các
sản phẩm thứ cấp dùng sản phẩm thép sẽ được thúcđẩy ở Nhật Bản.

10

Fig. 1 System Boundaries Used in LCI Calculation Methodology
Conventional system boundary
From raw material mining to product shipment

Production ofiron and steel
products

Mining of raw
materials

Application ofsteel products

Service life ofsteel products

System boundary in ISO 20915 and JIS Q 20915
From raw material mining to product shipment in which the recycling effect is taken into account
Production ofiron and steel
products

Mining of raw
materials

Use ofsteel scrap

Application ofsteel products

Service life ofsteel products

Taking into account the recycling effect

Recovery ofsteel scrap

Fig. 2 LCI Calculation Methodology Adopted in JIS Q 20915
Environmental effect (index)
2.0
1.5
Scrap recycling effect

1.0
0.5
0.0

A : LCI covering the process B1 : LCI occurring
B2 : LCI occurring
due to scrap input
from mining of naturaldue to scrap
resources to shipment ofrecoveryiron and steel products(Scrap recycling effect is nottaken into account)

-0.5
-1.0
-1.5

A+B1+B2 :LCI that reflects scrap
recycling effectSource: “Fig. 3 Concept of LCI Calculation for Steel Products” in JIS Q 20915

Fig. 3 Scrap Recycling under Market Economy (2017)
921
(USA)

38,20039,465EU15
29,093

10,403

4,119
(USA)

1,382

CanadaCIS

1,489

1,058 2,458
3,364

Middle East
1,094

451

100
(USA)
494

147

232

3,173
15,016

919

Japan

USA

384
482

206

2,615
Oceania

Transaction volume
Export amount
Area

108

Import amount(Transaction volume
less than 1,000 tons:
Eliminated)

Source: International Steel Statistics Bureau, World Steel Association, the Japan Ferrous Raw Material Association

11425(Africa)
2,292

2,575

664

1,986

(European nations)
4,119

4,636

6,766

4,960 31,349

Africa
2,477

8,208

8,143

Asia

(European nations)
921

2,115

6,792

1,954
1,891

425
(USA)

3,135

4,409

595

5,787

Other
Europeannations
24,875(unit: 1,000 tons)(Middle East)
494

Central andSouth America
2,644Fig. 4 Environmental Burdens Occurring during Regeneration of Steel Products
Iron ore

Naturalresource

Even after the “end products” reach an end of their service life,the “material” used for producing the end product is regenerated
while maintaining the characteristic properties peculiar to iron.

Iron

Iron- andsteelmaking
process

Steelproduct

End of service
life of fabricatedproduct

Fabricated(end)product

Steel
scrap

Iron

Iron- andsteelmaking
process

Steelproduct

Fig. 5 Maintaining of Quality during Regeneration
Gas
phase

Molten
slag

Ce
Nb
Cr

Photo 1 Magnetic separation of used steel
products from waste materials

Photo: The Japan Iron and Steel Federation

Ti

Si

Ca

B

Mn

V

Ni

Molten
metal

Zn

Zn

Pb

Mg

Impurities can be removed
Ca

Mg

Mg
Ca

Al
Ce

Co
Sn

Cu
Mo

Zn

Pb

Co

Ce

Al

Pb Co

Nb
Ti
Tibe removed
Nbthat cannot
B Substance
B
Si
Si
Mn
Mn
V
V
Cu
Cu
Cr
Cr
Fe
Fe
Ni Mo
Ni Mo
Sn
Sn

Ce
B
Fe

Co

Pb
V
Sn

Si
Cr

Al

Nb

Mn

Cu
Ni

Mo

Iron (Fe)Aluminum (Al)
Magnesium (Mg)
Titanium (Ti)
Source: Modification of the “Report 232_269 by Taketo Hiraki et al” submitted at the 23rd
Annual Conference of Japan Society of Material Cycles and Waste Management (2012)

Fig. 6 Microstructure Control to Impart Diverse Properties

Reheating Roughing Finishing
Process Continuous➡ mill➡ Hot leveler ➡ Online water cooling process
casting ➡ furnace ➡ millChange of rolling
temperatures
Reheating RoughrollingFinishrolling

Further reinforcement of toughness by
the combined use of rolling and cooling
CoolingChange of metallic
structures
Grain growth
Accelerated
Intermediate
Slow cooling:
Recrystallization Drawing
controlcooling: Martensite cooling: Bainite Ferrite/Perlite
More than 800 MPa 600~800 MPa 500~600 MPa
Source: Nippon Steel Monthly (June 2007)

12

Fig. 7 Production of Steel Products in the World (Steel Products via Blast
Furnace Method and Electric Arc Furnace Method)

Fig. 10 Concept of LCI Calculation for
Steel Products(Lifecycle Average)(million tons)
1,800■ Other methods

1,600■ Blast furnace method

1,400

CO2 emissions in steel
product lifecycle (t-CO2)=

Average value(t-CO2/t)

Lifecycle productionof steel products (t)■ Electric arc furnace

method

1,200
1,000
800
600

520

530

290

290

560

610

650

750

820

880

880

870

990

1,210
1,210 1,230 1,210 1,200
1,070 1,100

Fig. 11 Concept of LCI Calculation for
Steel Products Based on(∞th recycling)
Recycling
2.00

Environmental burdens occurringfrom steel products (t-CO2)
CO2
0.41
0.33 0.27 0.22
+ CO2 + CO2 + CO2 + CO2 += 0.79(t-CO2/t)
+
+
+
+
+

400
310

320

350

370

400

430

430

360

420

450

450

420

430

400

410

470

0

0.66 0.53 0.43
1.00
0.81
Production of steel products (tons)

Source: World Steel Association

Fig. 8 Circulation of Iron and Steel Products in the World (2018)

e
lim
ne
sto oalecl
Lim king c
Ca
Co
ore
s
ron
illion ton
alce Irun: 100 m
o
t
ir
r
d
a
e
u
c
Produced using N so
redu
lag
Lo
*Directly
natural resource: re
es
ss
ac
n
r
Pig
iron・DRI*
Scrap from obsolete
30
u
f
P
t
u
B
,
s
b
1
350
milliontons
end product
m
uild
lic w
Bla
i
o
illi
n
r
g
k
(external scrap)
s
Mac
con
on
A
s
h
t
S
u
r
i
u
ner
eco
tom
to
c
Steel scraptionyCo ndansobnta
630 million
ine ry pro ile
r
tons
duc
Consumptiontof ferrous
Social steel stock
material
About 32,400 million tons
=4.4 tons/capita
h
C
ls
c
a st
ro
Stee
pro
P
duct
Cru
ct
er
Contain dary produ
steedeSteelnprod loce
S
productbileuAutomo1 ctiomill ,810 n output
n
d
inery
n
E
c
a
ion
M h constructio
1,720
tons
duct
ro
g
p
in
d
il
million to
s
u
k
r
B
wo
ns
Publicdines s cr

es

p

s cra

Xpr =2.0 (t-CO2/t)
Xre =0.5 (t-CO2/t)
Y =0.9RR =0.9

1.60
1.20
0.80

n=∞ → LCI= Xpr - RR･Y (Xpr-Xre)= 0.79 (t-CO2/t)

0.40
0.00
1

I

I

3

I

I

5

I

I

7

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

9 11 13 15 17 19 21 23 25
Lifecycle (numbers)

ap

1,2

Elec

rc
ca
ctri ce ons
Ele furnail ion tm gen
520 oxy e ons
sic ac n t
Ba furn mil io
90

op

Fig. 12 Number of Lifecycle andTransition of LCI
2.00
LCI (t-CO2/t)

200

tric

arc

Fig. 13 Relationship of LCIs between
Basic Equation and Standards’
Equation
LCI= Xpr - RR･Y (Xpr-Xre)

a
furn

lag

ce s

Source: Steel Recycling Research(World Steel in Figures 2019 and World Steel Recycling in Figures 2014-2018)

Xpr【 B2 】【 A + B1 】

Fig. 9 LCI in Lifecycle of Iron and Steel Products
Iron ore
Coal

Iron ore-derived
LCI Xpr: 2.0
Pig iron

0* Basic oxygen
Limestone Blast furnace
furnace
Molten steel
yield during
2.0
regeneration ofsteel scrap Y: 0.9
Steel
Scrap scrap-derived Electric arc Refining
furnaceLCI Xre: 0.5
Recovery*0.5 in terms of calculation

Steel productsContinuous
casting

Continuous
casting

Rolling

Rolling

Application

Application

Plate

H-shape

Strip coilAngle

- RR･Y (Xpr-Xre)

Pipe
Reinforcing
and tube bar

Scrap recycling rate RR: 0.9
Source of Figs. 9~13:
The Japan Iron and Steel Federation

13

(Trang 9-12)
Các bài nổi bật: Tái chế và Đánh giá vòng đời các
sản phẩm thép (3)Hình 1 So sánh cường độ năng lượng cơ bản của thépgiữa các nước (Nhật Bản = 100)

Tái chế và tương lai của các vật liệu thépThị trường thép và nhu cầu tương lai
Một số mô hình ước tính dự đoán nhu cầu tương lai
của các vật liệu thép đ được đề xuất. Một trong số đólà mô hình “Cường độ giả thuyết sử dụng (IU)” trong
đó IU là lượng tiêu thụ một loại kim loại trên GDP.
Theo Hình 2, IU có hình dạng U ngược khi thu nhậptrên đầu người tăng lên. Nhiều dự đoán nhu cầu, bao
gồm cả giả thuyết IU được ngoại suy đến tương laibằng cách phân tích các yêu cầu (dòng) lịch sự trongchuỗi thời gian. Trong những năm gần đây, phương
pháp dựa trên nguồn cung cấp vật liệu gắn kết chặt chẽvới các dòng tiêu thụ được đề xuất và thử nghiệm.
Tuổi thọ của một sản phẩm xác định các vật liệuthép ược sử dụng trong thị trường bao lâu. Hình 3 môtả sự biến đổi trong thị trường thép của Nhật Bản. Theođó, có 1,5 tỷ tấn thép với 1 tỷ tấn thép thuộc về thịtrường đang sử dụng. Thị trường cơ sở hạ tầng (tức làlượng vật liệu thép tồn tại trong cơ sở hạ tầng bánthường xuyên ví dụ như các đập khe hở (xem Ảnh 1),
bu-lông neo v.v… tạo thành một phần chính trong thịtrường đang sử dụng này. Phần còn lại có thể được coilà các vật liệu thép đ ợc bỏ lại, ví dụ như thép rongcác công trình cũ (lưu ý là thị trường cũ (xem Ảnh 2)
tồn tại trong nhân quyển và lượng thép còn lại khó thuthập) và thị trường đóng băng (lưu ý là thép ở thịtrường đóng băng có thể được thu thập trong tương lai
khi giá tăng lên, v.v…). Thị trường đang sử dụng này ởNhật Bản đã bão hòa từ năm 2000, và các xu hướng
tương tự cũng đã được báo cáo ở các nước phát triển
khác.
Từ một quan điểm thị trường vật liệu, đồ thị của giảthiết IU đã nêu trên có thể được coi là một sự thay đổicủa đồ thị hình xích-ma (dạng chữ S) bão hòa về 1điểm xác định trên một vùng đồ thị cụ thể. Các vật liệuthể hiện được chức năng khi được sử dụng nhiều hơntiêu giả định, do đó để phù hợp hơn cho mối quan hệgiữa vật liệu và người sử dụng, nên diễn giải hiệntượng này là sự thay đổi chuỗi thời gian trong thịtrường vật liệu phụ thuộc vào lượng sử dụng vật liệu.
Vì vậy, sử dụng quy luật lý thuyết đã nêu cho xu hướng
bão hòa đề xuất ra “mô hình hướng thị trường”. Cụ thểhơn, các hàm số Logistic và Gompertz được triển khaiđể phát triển các mô hình hướng thị trường và do đó dựđoán được các thị trường vật liệu tương lai.
Trong các mô hình ước tính nhu cầu thép ương lai,lượng phế liệu thép sẵn có là một yếu tố quan trọng
trong việc định lượng lượng khí nhà kính phát thải.
Bảng 1 tổng hợp các ước tính gần đây cho các nhu cầu

Tác giả Ichiro Daigo và Pasan Dunuwila
Khoa Kỹ thuật vật liệu, Đại học TokyoGiới thiệu
Ngành công nghiệp thép đã sản xuất ra hơn 1,5 tỷtấn thép thô hàng năm từ 2010; ví dụ như đã sản xuấtra 1,63 tỷ tấn thép thô năm 2017. So sánh với bất kỳ
ngành công nghiệp sản xuất kim loại nào thì tác độngmôi trường do việc sản xuất thép là lớn do các nguồn
tiêu thụ lớn. Mặc dù quá trình lò thổi khi sản xuất thép
có hiệu quả cao, việc chế tạo thép trong tương lai là cóvấn đề căn cứ theo mục tiêu dài hạn của Thỏa thuận
Paris với việc giảm quyết liệt lượng phát thải khí nhà
kính toàn cầu đến năm 2050. Bài báo này dự đoántương lai của các sản phẩm thép từ quan điểm vòng đờivật liệu.
Các biện pháp chống nóng lên toàn cầu trong ngànhcông nghiệp thépKịch bản ổn định hóa thấp nhất của Ủy ban nănglượng quốc tế (IEA) trong RCP2.6 cho phép ngànhcông nghiệp thép tải ra 112 tỷ tấn CO2 trong 40 nămbắt đầu từ 2011 đến 2050. Để phù hợp với giới hạn đặcthù này, việc chuyển đổi các quá trình ít hiệu quả thànhcác quá trình có hiệu quả hơn bằng các biện pháp ví dụnhư làm mới thiết bị cũ là đáng mong đợi. Hình 1 sosánh các lượng tiêu thụ năng lượng chính để tạo ra mộtlượng đơn vị thép thô bằng các quá trình lò thổi (BF),lò oxy cơ bản (BOF) và lò hồ quang điện (EAF) ở cácnước khác nhau. Nhật Bản có ngành công nghiệp théptiêu thụ năng lượng thấp nhất, và có thể đóng góp vàohiệu quả năng lượng cao trong chế tạo thép.
Các phát triển công nghệ quá trình xuất phát từ dựán quốc gia có tên “Giảm cơ bản CO2 trong quá trình
chế tạo thép bằng công nghệ tiên tiến để trái đất mát 50(COURSE 50)” và chương trình Chế tạo thép có lượng
CO2 siêu thấp của châu Âu (ULCOS) có vai trò nổi bậtđể đạt được những yêu cầu nêu trên. Vì thế, Nhật Bảnphải tiếp tục tìm kiếm các công nghệ xử lý thép mới và
sáng tạo và sự phổ biến của các công nghệ này ra thếgiới. Mặt khác, từ quan điểm chính sách, không đượctạo ra lượng khí phát thải lớn hơn ở nơi khác khi cốgắng tối ưu hóa một hệ thống khép kín về địa lý. Thayvào đó là người làm chính sách phải xem xét những
thay đổi theo khu vực về các hiệu quả năng lượng.

14

thép và phế liệu thép cung cấp trong cả năm 2050 và
2100. Vì các ước tính này dựa trên các mô hình vàthông số khác nhau từ các nguồn khác nhau, các giá trị
có xu hướng thay đổi. Tuy nhiên, Bảng 1 cho thấyriêng phế liệu không thể đáp ứng nhu cầu tương lai của
thép ngay cả trong năm 2100. Tỷ lệ các nguồn sắt giảmtừ quặng sắt được ước tính ít nhất là 50% sản lượng
thép thô trong năm 2050 và 30% trong năm 2100. Hiệnnay, có nhiều nước và khu vực sẽ đạt được trạng thái“đã phát triển” trong tương lai, do đó thép và phế liệuvẫn sẽ tiếp tục được giao dịch trên thế giới. Ví dụ nhưthặng dư của phế liệu thép trong một nước sẽ đượcgiao dịch có hiệu quả tới một nước khác đang thiếu
nguồn sắt.

việc tiếp tục được tái sinh thành các sản phẩm khác
nhau trên toàn thế giới.
Hình 4 Biểu đồ triết lý về chuyển đổi trạng thái của cácdòng vật liệu thépHình 5 Biểu đồ triết lý về chuyển đổi trạng tháiHình 6 Sơ đồ khối cho (a) thép và (b) phế liệu thép
(2014, đơn vị: triệu tấn)Kết luận
Để làm giảm lượng khí nhà kính phát thải trong xãhội, việc làm giảm lượng khí nhà kính phát thải trong
ngành công nghiệp thép là bắt buộc. Nhu cầu về các
vật liệu thép sẽ tăng cao vì đó là nền móng cho cơ sởhạ tầng đóng góp cho xã hội tốt đẹp ở các nước đangphát triển. Mặc dù thép có khả năng tái chế cao, nhu
cầu thép trong tương lai vẫn không thể đáp ứng toàn bộchỉ nhờ vào việc tái chế phế liệu thép, vì vậy nhu cầusắt vẫn cần phải giảm xuống đến năm 2100 cùng vớiviệc chế tạo thép cacbon thấp.

Hình 2 Biểu đồ triết lý của giả thuyết IU
Hình 3 Xu hướng của các thị trường thép ở Nhật BảnẢnh 1 Đập xẻ rãnh thépẢnh 2 Thị trường cũBảng 1 Nhu cầu thép thô toàn cầu và nguồn cung cấpphế liệu trong năm 2050 và 2100
Tái chế thép
Thép được nhận định có khả năng tái chế cao.
Nhưng thép ó thể được sử dụng lại bao nhiêu lần?
Trong Hình 4, chúng tôi coi các vật liệu thép tồn tạidưới dạng thép thô, sản phẩm thép, phế liệu thép đangsử dụng, phế liệu thép ã sử dụng, v.v… và các dòngliên kết các quá trình trong Hình 4 là các chuyển đổigiữa các trạng thái trên. Vì vậy, thông tin dòng vật liệuđược xếp vào “khả năng chuyển đổi trạng thái”. Giảđịnh khuôn mẫu sử dụng thép hiện nay (các dòng vậtliệu) tiếp diễn vô tận, phương pháp đánh giá số lượngsố lần tái sử dụng trung bình được cải tiến bằng cácháp dụng mô hình chuỗi Markov. Số lượng số lần tái sửdụng trung bình ở đây là số lần thép được dùng trong
các sản phẩm nội địa từ trạng thái ban đầu (quặng sắt)trước khi được xuất khẩu hoặc tiêu hao. Ở Nhật Bản,như thể hiện trên Hình 6, lượng vật liệu và phế liệuthép lớn hơn được xuất khẩu ở thời điểm chuyển đổitrạng thái, vì vậy nếu tính toán đơn giản từ các dòngvật liệu, có hơn 80% thé ở trạng thái hấp thụ đượcxuất khẩu. Ở đây, giả định khuôn mẫu chế tạo và tiêuthụ của các vật liệu thép bên ngoài Nhật Bản là tươngtự với ở Nhật Bản, và dựa trên các dòng thép ở NhậtBản năm 2005 có thể ước tính thép được sử dụng lại
đến 5 lần ở Nhật Bản. Bằng cách áp dụng mô hình và
ước tính tỷ lệ sót lại toàn cầu theo thời gian, ước tínhđược khoảng một nửa các vật liệu thép chế tạo mới sẽvẫn được sử dụng ngay cả 300 năm sau. Vì vậy, các vậtliệu thép sẽ giúp ích cho nhiều thế hệ tiếp theo nhờ

15

Ichiro Daigo: Associate Professor at Department of Materials Engineering, Graduate
School of Engineering, The University ofTokyo. He received Ph.D., M.S. and B.E.
degrees from Kyoto University. He has developed many analytical models and tools andpioneered research in Industrial Ecology. His
achievement has been published in many
academic articles and books.

Pasan Dunuwila: Project Researcher, Department of Materials
Engineering, Graduate School of Engineering, The Universityof Tokyo. He acquired his B.Eng., M.Eng., and Ph.D. (Engineering) from Toyohashi University of Technology, Japan. His
research interests primarily lie on the upliftment of economic,
environmental and societal well-being of industries through thetools such as Material Flow Analysis, Material Flow Cost Accounting, and Environmental and Social Life Cycle Assessment.
His works have been published in several reputed journals.

Fig. 1. Comparison of Primary Energy Intensity of Steel by Country (Japan = 100)
Steel (BOF) 2015
Steel (EAF) 2010

Primary energy units (Japan=100)

160

Steel (BOF) 2010
Steel (EAF) 2005

Steel (BOF) 2005

140
120
100
80
60
40
20

U

kr

ai

ne

SA
U

a

ia
ss
Ru

di
In

il
Br

az

ce
an

d

Fr

an

En

gl

na
hi

m
er

C

an

y

a
re
G

Ko

Ja

pa

n

0

Fig. 2. Conceptual Diagram of IU Hypothesis(IU: intensity of use)
=Resource consumption/GDP

Servitization

Alternative technologies
Technological developments

Resource consumption per capita
Industrialization
GDP per capita

16

Accumulated amount of steel (million tons)

Fig. 3. Trend of Steel Stocks in Japan
Obsolete stock/landfill/cumulative dissipation

1,600

Permanent structures

1,400

In-use stock

1,200
1,000
800
600
400
200
0
1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

Year

Photo 1 Steel slit dam

Photo 2 Obsolete stock

Table 1 Global Crude Steel Demand and Scrap Supply
in 2050 and 2100
2050
Crude steel
Scrap
demandsupplyPauliuk et al. 2013

2.1

1.0

Oda et al. 2013*

2.2

0.9

2.1-2.3***

0.5-0.6

Morfeldt et al. 2015**(unit: billion tons/year)
2100
Crude steel
Scrap
References
demandsupply2.6

1.8

Not applicable
2.3-2.6

1.6-1.7* Reference case;** Results of scenario demand stagnation in 2050;*** The results of the three scenarios were denoted as a range

17

11)
12)
13)

Fig. 4. Conceptual Diagram for State Transitions of Steel-material Flows
ExportNatural Resource

State

Material flow

Blast furnace
Converter

Electric furnace

BF crude iron

BF in house
scrapsRolling

ExportBF steel
products

EF crude iron
Rolling

EF steel
products
Industrial
scrapsManufacturing

EF in house
scrapsUse in products (5 categories)
Obsolete scraps
from productsCollection

Landfill

Fig. 5. Conceptual Diagram for State Transitions
Number of transitions
0

1

2

3

4

Initial state

ExportWaste
Use in Japan18

Fig. 6. Flow Chart for (a) Steel and (b) Steel Scrap (2014, Unit: million tons)
(a)

Crude
steel

110.7

Final
steel

95.3

Domestic
steel
demandDomestic
input

39.1

61.5
Steel exports

Prompt scrap 7.3
Exports of finishedproducts 16.5

Ordinary steel 26.1
Special steel 7.1

Exports ofsemifinishedproducts

Home scrap
Prompt scrap
(b)

Used
products

Used
products(Recovered)

11.3
7.3
Obsoleteiron scrap

25.0
46.3

43.3

Exports of
miscellaneous
products

Domestic
consumption

36.7
Exports of scrap 8.1

Leftovers (hibernating stock)19

(Trang 13)
Các bài nổi bật: Tái chế và Đánh giá vòng đời các
sản phẩm thép (4)Hội thảo Thép xanh được tổ chứcỦy ban Thép xây dựng thân thiện với môi trường
Liên đoàn Thép Nhật BảnLiên đoàn Thép Nhật Bản xếp cách thức xử lý các
vấn đề môi trường phát sinh trong quá trình chế tạo
sắt và thép là một trong những nội dung chính trong
các hoạt đông của Liên đoàn. Trong các ủy ban thúc
đẩy các biện pháp để xử lý các vấn đề môi trường là
Ủy ban Thép xây dựng thân thiện với môi trường hỗtrợ nghiên cứu về các đánh giá hoạt động môi trường
của các sản phẩm thép xây dựng và các hoạt động đểnâng cao hiểu biết về ưu thế môi trường của các sảnphẩm này.
Để nâng cao hiểu biết về ưu thế môi trường cao của
các sản phẩm thép có lợi trong việc ngăn chặn trái đất
nóng lên, xây dựng một xã hội định hướng lưu thôngvà hài hòa với tự nhiên, ủy ban đã tổ chức “Hội thảoThép xanh” hàng năm từ năm 2011 ở Tokyo cho những
người công tác trong lĩnh vực xây dựng. Tháng
11/2019, ủy ban đã tổ chức hội thảo lần thứ 9 ở Tokyovà dự định tổ chức hội thảo lần đầu tiên ở Osaka vào
tháng 12 với nội dung tương tự hội thảo tổ chức ở
Tokyo.
Hội thảo lần thứ 9 được tổ chức theo chủ đề chính“Các biện pháp gần đây để cải thiện cơ sở hạ tầng xãhội và đánh giá vòng đời: Hiệu suất môi trường cao đặcbiết đối với các sản phẩm thép . Đặc biệt là bốn bàitrình bày tập trung vào việc áp dụng tuyên bố sản phẩmmôi trường (EPD), sự khác nhau giữa tái chế khép kín
và tái chế mở, ảnh hưởng đến đánh giá vòng đời (LCA)và phương pháp LCA để đạt tới khả năng tái chế caonhất của thép (xem bảng dưới đây).
Danh sách các bài trình bày và người trình bày tạiHội thảo Thép xanh lần thứ 9 năm 2019Tên bài trình bàyNgười trình bày
Ứng dụng Tuyên bố sản
Masayuki Kanzakiphẩm môi trường (EPD) – Giám đốc Trung tâm
một nhãn hiệu xanh dựa
LCA,theo ISO 13025 cho các
Hội Nghiên cứu quản lýsản phẩm sắt và thépbền vững
Sự khác nhau giữa tái chế Ichiro Daigo
khép kín và tái chế mở và Phó giáo sư Khoa Kỹảnh hưởng đến đánh giáthuật vật liệu, Trường sauvòng đời của các sảnđại học về Kỹ thuật, Đạiphẩm sắt và théphọc Tokyo

20Phương pháp đánh giávòng đời cho các sảnphẩm sắt và thép để đạttới khả năng tái chế cao
nhất

Hidekazu MatsubaraThư ký Ủy ban Thép xâydựng thân thiện với môitrường, Liên đoàn ThépNhật Bản

Vòng thép kết nối conngười với trái đất: Ưu thế
môi trường của thép và
các xu hướng gần đây của
các sáng kiến trong ngànhcông nghiệp thép NhậtBản để làm giảm nhẹ tráiđất nóng lên

Yuuki Yamamoto
Chủ tịch Ủy ban Thép xâydựng thân thiện với môitrường, Liên đoàn ThépNhật Bản

A List of Presentation Titles and Presentersat the Ninth Green Steel Seminar in 2019
Title
Application of Environmental ProductDeclaration (EPD) in Iron and Steel
Products

Presenter
Masayuki Kanzaki
Director, LCA Center, Sustainable
Management Promotion Organization

Deference between Closed-type Recycling
and Open-type Recycling and Its Reflection in
the Lifecycle Assessment of Iron and Steel
Products

Ichiro Daigo
Associate Professor, Department of Materials
Engineering, Graduate School of Engineering,
The University of Tokyo

Lifecycle Assessment Methodology for Iron
and Steel Products Making the Most of TheirHigh Recyclability

Hidekazu Matsubara
Secretary, Committee on Environment-friendly
Steel for Construction, The Japan Iron andSteel Federation

The Iron Cycle Connects People with the
Earth: Steel’s Environmental Performance andRecent Trends in the Japanese Steel
Industry’s Initiatives to Mitigate Global Warming

Yuki Yamamoto
Chairman, Committee on Environment-friendly
Steel for Construction, The Japan Iron andSteel Federation(Reference: Scenes of the 2018
Green Steel Seminar in Tokyo)21

(Trang 14)
Các bài nổi bật: Tái chế và Đánh giá vòng đời các
sản phẩm thép (5)Giới thiệu ISO20915 tại phiên toàn thểcủa Hội thảo thường niên SEAISIỦy ban Chiến lược môi trường quốc tếLiên đoàn Thép Nhật BảnViện nghiên cứu Sắt và Thép Đông Nam Á(SEAISI) tổ chức Hội thảo thường niên tại Băng-cốc,Thái Lan từ ngày 16 đến 20/6/2019. Tại hội thảo này,Ủy ban Chiến lược môi trường quốc tế của Liên đoànThép Nhật Bản cử TS. Shiro Watakabe, Trưởng nhómquản lý nhân sự, Nhóm Chính sách biên đổi khí hậu,Ban Quy hoạch kỹ thuật của Công ty Thép JFE. Ởphiên toàn thể II của Hội thảo thường niên, ông đãtrình bày bài thuyết trình giới thiệu ISO20915 được Tổchức Tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) tiêu chuẩn vào
tháng 11/2018.
Ông cũng tham gia thảo luận nhóm tại Phiên toànthể II với chủ đề chính “Tạo giá trị trong ngành thépbằng tư duy kinh tế lưu thông”. Ở phiên thảo luận,những người tham dự đã trình bày các nội dung liênquan đến quan điểm kinh tế lưu thông. Ông Wikrom
Vajragupta - chủ tịch đã nhấn mạnh “Quan điểm kinhtế lưu thông thay đổi theo các nước và tổ chức khác
nhau và trong tình hình nhiều nước ASEAN có lượng
nhập khẩu vượt quá xuất khẩu, có nhiều nhà lãnh đạođã tích cực suy nghĩ cách thức lĩnh hội nền kinh tế lưuthông, những nội dung trình bày của TS. Shiro
Watakabe và những người tham dự khác đã đem lạinhiều đề xuất thông tin”
Sau các bài trình bày là phần hỏi đáp, TS. Shiro
Watakabe đã nhấn mạnh các sản phẩm thép là vật liệuthân thiện nhất với môi trường từ quan điểm đánh giávòng đời. Ông kết thúc phần trình bày như sau:“ISO20915 được biên soạn để có thể đánh giá các hiệuquả tái chế thép theo phương pháp tầm nhìn, và tôi lấy
làm vinh hạnh khi các điểm chính trong bài trình bày
của tôi sẽ xâm nhập sâu sắc đến những cá nhân và tổchức có liên quan trong các nước ASEAN”.
Sự kiện cuối cùng của phiên toàn thể giới thiệu mộtvideo dài 30 giây do JISF thực hiện theo triết lý “Thựcra Thép nhẹ” để phổ biến việc đánh giá vòng đời của
các sản phẩm thép, các cảnh được lấy trong các tạp chí
thép lớn ở Nhật Bản để minh họa. Trong phiên họp, TS.
Nae Hee Han từ Liên đoàn Thép thế giới và ông Yap
Chin Seng, người đại diện chính thức của Thép giacường, Vương quốc Anh cũng tham gia trao đổi cùngvới TS. Shiro Watakabe.

22

23

(Trang 15 – Bìa cuối)Bài nhiều kỳ: Thiết kế mới nhất cho các tòa nhà thép
ở Nhật Bản (4)lịch sử trình diễn kabuki được mọi người yêu thích cầnphải được duy trì trong tương lai, và các công năngmới thỏa mãn thời kỳ đương đại cần phải được kết hợp
vào nhà hát Kabukiza mới. Việc xây dựng lại lần thứ 4
nhà hát Kabukiza chỉnh sửa tất cả các lần xây dựng lại
và sửa chữa nếu cần thiết, nhờ đó nhà hát được khaitrương mới lần thứ 5 về cơ bản duy trì các triết lý củalần thứ 4.
Tuy nhiên, chúng tôi nghĩ điều phù hợp là nhà hát
Kabukiza mới khai trương lần thứ 5 không chỉ đơngiản được thực hiện trên nhà hát cũ mà chắc chắn đã
thành công trong việc đạt được những gì mọi người hyvọng từ nhà hát lần thứ 4 trước đây. (Tham khảo Ảnh 2,
3 và Hình 2).

GINZA KABUKIZA

Xây dựng một tòa tháp văn phòng trên mộtkhông gian mở của nhà hát Kabukiza truyền thống
bằng một giàn lớn tầng trungTổng công ty Mitsubishi Jisho Sekkei
Kengo Kuma và cộng sự
Nhà hát Kabukiza ở Ginza, Tokyo đã được tái sinhthành Kabukiza là một tổ hợp công trình gồm nhà hát
Kabukiza mới và một tòa tháp văn phòng cao tầngTháp Kabukiza được xây dựng phía trên nhà hát
Kabukiza. Tháp cao 29 tầng trên mặt đất và 4 tầngngầm.
Chúng tôi đã thực hiện nhiệm vụ khó khăn để tái
tạo một thiết kế kiến trúc truyền thống đặc trưng củakiến trúc kiểu Nhật Bản bằng kết cấu thép, nhờ đó đãtạo ra một nhà hát Kabukiza nhẹ nhàng. Nhà hát cùnglúc kết hợp các công nghệ kết cấu tiên tiến. Trong phầnchuyển đổi từ nhà hát thành tháp văn phòng, bố trí dầmlớn là một thiết bị chủ yếu dưới dạng kết cấu nhà đượcbố trí để tạo ra một không gian nhà hát rộng lớn khôngvướng cột và tòa tháp văn phòng cao tầng được xâydựng phía trên nhà hát (Ảnh 1 và Hình 1).

Ảnh 2 Toàn cảnh nhà hát Kabukiza mới được thiết kếdựa trên nhà hát cũ
Ảnh 3 Các ghế ngồi trong nhà hát được bố trí theo thiếtkế của nhà hát cũHình 2 Mặt cắt của phần bố trí ghế ngồiThể hiện các kết cấu gỗ sử dụng dầm thépNhà hát Kabukiza lần thứ 4 là một kết cấu bê tôngcốt thép, và phần ngoài được hoàn thiện chủ yếu bằngbê tông. Tuy nhiên, trong dự án tái xây dựng hiện nay,vì tòa nhà văn phòng cao tầng được gắn liền với nhà
hát nên kết cấu thép đ ơng nhiên được sử dụng làm vậtliệu chính. Vì thế, ngay cả khi nhà hát mới giống như
nhà hát cũ thì vẫn không thể sử dụng cùng loại vật liệuđã sử dụng cho nhà hát cũ.
Đặc biệt là trong nhà hát mới, phần bên ngoài đượchoàn thiện bằng cách đóng các dầm đúc sẵn (PC) lênkhung thép. Bê ông gia cường sợi thủy tinh nhẹ đượcdùng cho nhóm dầm chìa, còn các cấu kiện nhôm đượcdùng cho các xà vì mái của nhà hát uốn lên nên kíchthước của các cấu kiện kết cấu không giống nhau. Theođó, các cấu kiện phù hợp được lựa chọn cho các vị trí
chính xác.
Đã nảy sinh một số lo ngại việc áp dụng kết cấu
thép sẽ gây ra hình ảnh kết cấu bê tông cốt thép của
nhà hát cũ. Tuy nhiên, nếu tất cả các cấu kiện kết cấuđược sử dụng cho nhà hát mới được sản xuất bằngphương pháp tạo hình bê tông, chi phí xây dựng sẽ tănglên và có thể nhà hát mới hoàn thành không thể cóđược hình ảnh cấu trúc nhẹ như vậy.
Ngoài ra, thiết kế kiến trúc của nhà hát Kabukizathể hiện kiến trúc gỗ truyền thống Nhật Bản, do đó hệthống khung thép và dầm PC được sử dụng cho nhà hát
mới dường như là lựa chọn đúng đắn, thay vì hệ thống
BTCT đã sử dụng cho nhà hát cũ. Vì kết cấu gỗ đượclắp ghép bằng cách nối từng chi tiết với nhau nên các

Ảnh 1 GINZA KABUKIZA là một tổ hợp công trình
có tòa tháp văn phòng cao tầng được xây dựng trên nhà
hátHình 1 Mặt cắt của GINZA KABUKIZAGiữ gìn tinh thần lịch sử của nhà hát Kabukiza
GINZA KABUKIZA là một dự án tái xây dựng nhà
hát Kabukiza là nơi có lịch sử trên 100 năm. Việc tái
xây dựng hiện nay là lần thứ 5. Nhà hát Kabukiza xâydựng lần thứ 4 được hoàn thành năm 1950 được thiếtkế bởi Isoya Yoshida – một kiến trúc sư nổi tiếng tronglĩnh vực kiến trúc kiểu Nhật Bản. Vì một số vướng mắc
như tính cổ xưa dần, khả năng chống động đất không
phù hợp, và thiếu hụt các thiết bị không rào chắn trong
nhà hát cũng nên cần phải xây dựng lại để bổ sung các
công năng mới. Hơn nữa, để tiếp tục biểu diễn Kabuki,
một loại hình nghệ thuật trình diễn truyền thống NhậtBản, nhà hát Kabukiza cần phải có tính kết nối thươngmại ổn định. Để đạt được các mục tiêu này, dự án
GINZA KABUKIZA được phát triển thành một dự ánphức hợp có một tòa nhà văn phòng cho thuê gắn liềnvới nhà hát Kabukiza.
Một mục tiêu quan trọng trong dự án hiện nay là

24Thiết kế chống động đất
The significant subject in the structural design stage
was the influence on seismic resistance of the column
arrangement in which most columns at the south side
(theatre front side) are supported using the mega truss
in order to treat south-north direction seismic
vibrations. While the columns at the north side of thehigh-rise tower are installed on the ground, those at thesouth side are supported by the mega truss. To that end,
repeated examinations on seismic resistance were madeemploying three-dimensional and other approaches toconfirm the seismic safety of the entire building.
Particularly for the high-rise office tower, a hybrid
response-controlled system was adopted by arranging
sets of both buckling-restrained braces and viscous oil
dampers. (Refer to Fig. 3)
Chủ đề quan trọng trong giai đoạn thiết kế kết cấulà ảnh hưởng của sự bố trí các cột chống đến khả năngchịu động đất trong đó hầu hết các cột chống ở phíanam (mặt trước của nhà hát) được giàn lớn đỡ để xử lýrung động theo hướng nam-bắc do động đất gây ra.
Trong khi các cột ở phía bắc của tòa tháp cao được lắpđặt trên mặt đất, thì các cột ở phía nam được hỗ trợ bởi
giàn lớn. Cuối cùng, các cuộc kiểm tra lặp đi lặp lại vềkhả năng chống địa chấn đã được thực hiện bằng cáchsử dụng các phương pháp ba chiều và các phương phápkhác để xác nhận sự an toàn địa chấn của toàn bộ tòa
nhà. Riêng đối với tòa tháp văn phòng cao tầng, một hệthống điều khiển phản ứng lai đã được áp dụng bằngcách sắp xếp các khung chống oằn và giảm chấn dầunhớt. (Tham khảo hình 3)
Các khung chống oằn được gắn bên dưới giàn lớn.
Như đã đề cập ở trên, dự án tái thiết hiện nay đưa ramột thiết kế kết cấu có các cấu trúc khung được phânchia rõ ràng cho nhà hát và cho các tòa nhà văn phòng
cao tầng. Trong phần thấp tầng, vì có nhà hát và nhiều
kết nối, kết cấu được thiết kế sao cho biến dạng khungcơ bản bị triệt tiêu đến mức tối thiểu và để khung làmviệc ở giai đoạn đàn hồi. Thiết kế được thực hiện đểphần kết cấu dưới giàn lớn không bị hóa dẻo nhiều.
Mặt khác, trong phần tháp cao tầng, dầm chính đượcthiết kế cho phép xuất hiện một số khu vực hóa dẻo khi
các trận động đất lớn xảy ra. Các thiết kế kết cấu tổchức tốt được áp dụng cho cả nhà hát và tòa tháp vănphòng cao tầng.

kỹ sư kết cấu đã tham gia thi công nhà hát lần thứ 3 và
4 vốn không thể tránh sử dụng kết cấu BTCT có thểgặp phải nhiều khó khăn. Với ý nghĩa như vậy, chỉ vìsự khác biệt của vật liệu kết cấu giữa nhà hát mới và
nhà hát cũ được hỗ trợ bởi việc sử dụng tối đa các côngnghệ đương đại, chúng tôi chắc chắn tin rằng việcchuyển các khái niệm kiến trúc từ các nhà hát cũ sangnhà hát mới đã đạt được thành công.
Chuyển đổi từ các tầng nhà hát ở dưới đến các tầngvăn phòng ở trênTrong dự án tái xây dựng nhà hát Kabukiza lần thứnăm, cần sử dụng một kết cấu thép ể tạo ra công trình
phức hợp bao gồm nhà hát và tòa tháp văn phòng.
Trong phần nhà hát, nhiều thiết bị khác nhau được kếthợp để tái tạo ra kiến trúc bằng gỗ sử dụng kết cấu thép.
Bởi vì tòa tháp văn phòng cao tầng nằm ngay phía trênnhà hát, một hệ thống giàn lớn đã đặt giữa nhà hát và
các phần tháp cao tầng. Cụ thể là hai giàn lớn được bố
trí ở tầng thứ năm và thứ sáu trong phần chuyển đổigiữa nhà hát và tòa tháp văn phòng cao tầng để tạo rakhông gian trước cửa không cột chống trong bốn lớpcủa phần nhà hát và cũng để hỗ trợ mười cột được lắpđặt trên phía nam (phía trước nhà hát) của tòa tháp cao
tầng. (Tham khảo Ảnh 4)
Hơn nữa, để truyền tải trọng êm thuận từ giàn lớnxuống đất, bố trí một cơ cấu dầm tường ở tầng hầm thứba và thứ tư để đỡ giàn lớn, qua đó tải trọng từ giàn lớnđược phân tán và chuyển xuống đất .
Trong tầng thứ năm của các tầng có giàn lớn, bố tríphòng triển lãm nhà hát Kabukiza và một khu vườntrên sân thượng, và trong tầng thứ sáu, bố trí các phòng
máy. Theo cách này, các thiết bị và các phương tiệnkhác được sử dụng chung cho cả nhà hát và tòa thápvăn phòng cao tầng có thể được bố trí gọn trong cáctầng bó giàn lớn nằm giữa nhà hát và các phần tháp cao
tầng. Trong mặt bằng lưu thông của toàn bộ tòa nhà, bố
trí một lối vào tòa tháp văn phòng tách biệt với lối vào
nhà hát và những người làm việc trong tòa tháp vănphòng chuyển từ thang máy sử dụng cho các tầng thấphơn sang thang máy cho tòa tháp văn phòng cao tầng ởtầng thứ bảy. Ghiếng của các thang máy này có thể vừa
khít vào sàn giàn lớn.
Chúng tôi nghĩ rằng việc chuyển đổi hệ thống giữanhà hát và văn phòng cao tầng đã được thực hiện thànhcông về mặt thiết kế kiến trúc, thiết bị, kết cấu và các
yếu tố khác liên quan đến tòa nhà GINZAKABUKIZA.

Hình 3 Thang máy khung hướng X
Các giàn lớn đỡ tòa tháp cao tầngGiàn lớn có chiều dài nhịp 38,4 m và chiều cao 13
m, và hai giàn được bố trí ở phía nam của tòa tháp cao

Ảnh 4 Kết cấu giàn lớn là kết cấu chuyển đổi giữa nhà
hát và tòa tháp văn phòng cao tầng25

tầng (phía trước nhà hát Kabukiza). Tải trọng dọc trụcdài hạn tác dụng lên hai giàn lớn lên tới 9.000 tấn, làcấp giàn lớn cao nhất được áp dụng trong các tòa nhà
cao tầng ở Nhật Bản. Thép cường độ cao (SA-440)
được áp dụng cho tất cả các thanh mạ thượng, thanhmạ hạ và các thanh giàn chéo có tiết diện hộp 900x900
mm. (Tham khảo Ảnh 5 và Hình 4)
Bởi vì giàn lớn là một cấu kiện có kích thước lớn,rất khó để nâng giàn đã được lắp ráp trên mặt đất lên.
Giàn lớn được lắp ráp bằng cách sử dụng cột chống
tạm và kiểm soát độ cân bằng bằng các kích thủy lực(Ảnh 6). Phần kết cấu ngay bên dưới giàn lớn là hầmhình chữ U của nhà hát, và do đó, dự báo trong dự án
tái thiết hiện nay, nếu cột chống tạm được lắp đặt trong
nhà hát, có thể sẽ gây trở ngại cho việc xây dựng tiếptheo của nhà hát. Vì vậy, cần phải nhanh chóng bỏ cộtchống tạm sau khi kết thúc quá trình lắp đặt giàn lớn,nhưng vẫn cần có thiết bị đặc biệt để lắp đặt khungphía trên giàn lớn.
Khi khung được đặt ở trên giàn lớn sẽ được lắp đặt
khi giàn lớn chịu tải trọng, giàn lớn sẽ bị võng xuống
khi tải trọng tăng lên, đồng thời độ võng của khungphía trên giàn cũng tăng lên. Tải trọng phụ thêm tácdụng lên giàn lớn, làm cho thiết kế khung lắp đặt phíatrên giàn không hợp lý.
Để ngăn chặn các tác động bất lợi như vậy xảy ra,lắp các kích thủy lực vào đế cột trên thanh mạ thượng,và lắp ráp dần khung cùng lúc với việc kiểm soátchuyển vị dọc của các khung phía trên giàn lớn (Ảnh 7).
Quy trình sau đây được sử dụng: khi lắp ráp dần các
khung xây dựng trên giàn lớn, giàn lớn bị võng xuống
do trọng lượng của các khung tăng lên gây ra võng các
khung đã được lắp ráp  độ võng của khung đượcchỉnh sửa bằng các kích để đảm bảo việc lắp ráp khung các quy trình này được lặp lại để lắp đạt các khungtiếp theo. Phần tòa nhà cao tầng được xây dựng khi đưa
các khung tòa nhà về trạng thái cân bằng giống như khi
đặt khung phía trên giàn lớn trên mặt đất.

trường hợp, đầu tiên mọi người cảm thấy một cảm giác
phi lý trong một nhà hát mới được xây dựng, nhưng
dần dần trở nên quen với nó. Nhưng nhà hát Kabukizamới đã giành được danh tiếng cao như vậy ngay từ khi
hoàn thành. Chúng tôi nghĩ rằng không phải nhà hát
mới nào cũng nhận được đánh giá cao như vậy từ côngchúng ngay từ giai đoạn mở cửa nhà hát.
Các diễn viên Kabuki, người hâm mộ và những
người có liên quan khác có hình ảnh riêng của họ về
nhà hát Kabukiza trong sâu thẳm trái tim họ. Bây giờchúng tôi cảm thấy hạnh phúc vì chúng tôi đã thànhcông trong việc xây dựng lại nhà hát thỏa mãn tất cảmọi người. Trong khi đó, khán giả Kabuki bao gồm rấtnhiều khách quen có kiến thức sâu sắc về nhà hát
Kabukiza thứ tư trước đây. Nhà hát thứ năm hiện tại rấtgiống nhà hát thứ tư đến mức chỉ cần chuyển vị trí củacác cửa hàng lưu niệm của nhà hát về phía ngược lại đã
làm một số khách hàng quen nhầm lẫn.
Hơn nữa, có không ít người không chắc chắn rằngnhà hát hiện tại đã được xây dựng lại, vẫn tin rằng nhà
hát thứ tư vẫn còn nguyên vẹn và chỉ thêm vào một tòa
tháp cao tầng ở phía sau. Cuối cùng, thậm chí có những
trường hợp chúng tôi đã được hỏi liệu có đúng làchúng tôi hoàn toàn dỡ tòa nhà nhà hát cũ để xây dựnglại hay không. Chúng tôi đã có một thời gian khó khăn,nhưng dự án xây dựng lại đã đặc biệt thành công.
Chúng tôi tin rằng chúng tôi đã hoàn thành tốt côngviệc với đội ngũ thiết kế của Tổng công ty Mitsubishi
Jisho Sekkei, Kengo Kuma và các cộng sự.
Phía trong nhà hát là không gian không cột chống
và xây dựng nhà hát Kabukiza mới bằng giàn lớn chỉthực hiện được nhờ ứng dụng linh hoạt các kết cấu thép.
Ở giai đoạn thiết kế ban đầu, chúng tôi đã có một số longại về sự xuất hiện của dao động và tiếng ồn do sửdụng kết cấu thép, n ưng những lo ngại này đã đượcgiải quyết hoàn toàn bằng cách áp dụng các công nghệkiến trúc đương đại. Dự án xây dựng lại hiện nay đượchoàn thành thành công là nhờ việc sử dụng tối đa tínhnăng cao mà thép và nỗ lực toàn diện để vượt qua cácgiới hạn ứng dụng cho kết cấu thép. Chúng tôi chấpnhận rằng dự án hiện tại có thể được định vị, theo mộtnghĩa nào đó, như một giải pháp kiểu mẫu trong việcsử dụng kết cấu thép. (Tham khảo Ảnh 8)

Ảnh 5 Giàn lớn có chiều dài nhịp 38,4 m và chiều cao
13 m, được chế tạo bằng thép ường độ cao SA440
Ảnh 6 Kích thủy lực dùng để đảm bảo cân bằng khi lắp
ráp các khungẢnh 7 Đo đạc chuyển vị khung trong quá trình lắp rápHình 4 Chi tiết khung thép giàn lớnẢnh 8 Mái ngói truyền thống của nhà hát Kabukiza và
mặt tiền dầm bố trí liên tiếp thẳng đứng của tòa nhà
Kabukiza của dự án GINZA KABUKIZA được hoànthiện nhờ việc sử dụng tối ưu kết cấu thépVượt lên những hạn chế khi sử dụng kết cấu thépVì cả các diễn viên Kabuki và người hâm mộ có
cảm giác đặc biệt với nhà hát Kabukiza, mối quan tâm
chính của chúng tôi là cách để họ đánh giá nhà hát mới
mở. Và nhà hát mới đã được đánh giá cao. Trong nhiều

26

Fig. 1 Section of GINZA KABUKIZA

Office floor

Mega truss
Rooftop garden

Kabukiza gallery

TheatrePhoto 1 GINZA KABUKIZA, a complex facility building where a high-riseoffice was installed on the Kabukiza Theatre

Photo 2 Full view of the new Kabukiza Theatre designed by carrying on the former theatre27

Fig. 2 Section of Theatre Seat Section

Profile line of former theatre

Photo 3 Theatre seats prepared by carrying on the design of the former theatre

Photo 4 Mega truss structure provided as the switchover structure between the theatre and high-riseoffice tower28

23,210133,220
5,050 8,850 6,000 4,900 3,750 7,500 6,350
6,130 4,250 4,250 4,250 4,250 4,600 4,200 4,200 4,200 4,200 4,200 4,400
4,200 5,000 3,750
4,250 4,250 4,250 4,250 5,000 4,200 4,200 4,200 4,200 4,200 4,200
5,800

GL

740

Fig. 3 X-direction Framing Elevation
29FL
28FL
27FL
26FL
25FL
24FL
23FL
22FL
21FL
20FL
19FL
18FL

Bucklingrestrained brace(LY225)

17FL
16FL
15FL
14FL
13FL
12FL

Oil damper

11FL
10FL
9FL
8FL
7FL
6FL

Mega truss(SA440)5FL

Bucklingrestrained brace(SN490)

4FL
3FL
2FL
1FL
B1FL
B2FL
B3FL
B4FL

Wall beam tosupportmega truss
9,380
X0

Photo 5 Mega truss with a span of 38.4 m and aheight of 13 m and manufactured
employing high-strength steel SA440

9,600 6,400 6,400 6,400 6,400 6,400 6,400 6,400 6,400 7,850
78,030
X2
X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12
X13

Fig. 4 Details of Mega Truss Steel Framing

Photo 6 Hydraulic jack used to secure level
assembly of frames○: SA440C high-strength steel
Unmarked: SN490B rolled steel for building structure

29

Photo 7 Measurement of displacement offrames during installation

Outline of GINZA KABUKIZA Project

Location: Ginza, Chuo-ku, Tokyo
Project owner: KS Building Capital Specific Purpose Company, Kabukiza Theatre
Development: Shochiku Co., Ltd. (trustee)
Main applications: Office, theatre, shop and parking lot
Area: Site area-6,995.85 m2
Building area-5,905.62 m2
Total floor area-93,530.40 m2
Material: Aboveground-Structural steel
Underground-Structural steel and reinforced concreteFoundation-Reinforced concrete
No. of stories: Four basements, 29 storeys aboveground, two-storey penthouse
Maximum height: 145,500 mm
Design: Mitsubishi Jisho Sekkei Inc., Kengo Kuma and Associates
Structural design: Mitsubishi Jisho Sekkei Inc.
Construction: Shimizu Corporation
Design term: January 2008 to September 2010
Construction term: October 2010 to February 2013

Photo courtesy

Mitsubishi Jisho Sekkei Inc.
Kengo Kuma and Associates
Taisuke Ogawa/Taisuke Ogawa Shashin Jimusho
Mitsumasa Fujitsuka/Helico
Shochiku Co., Ltd.
Kabukiza Theatre

Photo 8 Traditional tile roof of Kabukiza Theatre and vertically-narrow spaced lattice exterior of
Kabukiza Building of GINZA KABUKIZA completed by optimized use of steel structure30