STEEL CONSTRUCTIONTODAY & TOMORROW（第 46 期，2015 年 12 月）
日本钢铁联盟与日本钢结构协会会刊
中文版
第 46 期（2015 年 12 月）∶目录

英 文 版 期 刊 《 Steel Construction Today &Tomorrow》每年出版 3 期，以相关的企业高管、各工业行业的公司以及管理机构为对象，面向全球发
行。本刊的主要目的是介绍有关钢结构的标准和规
范、建筑施工和土木工程领域的先进建设项目实例
以及最新施工技术和材料等。
为了更便于中国的读者理解这些内容，我们对
本刊的文字部分编辑了中文版，与英文版一并提供。
有关文中的照片和图表，我们仅用中文提供其标题，因此，关于其内容请参照英文版。另外，也请参照
英文版确认技术性说明和具体的技术内容。

特集：LCA与钢铁循环利用关于建筑领域钢结构LCA的讨论 --------------------- 1
日本的LCA模型的事例及课题 ------------------------ 2
考虑钢材产品回收利用效果的环境评估方法 ------ 5
钢铁库存与钢材的回收率 ------------------------------ 9
构建环保型社会的建筑用钢材 ----------------------- 13
日本钢结构建设技术的介绍 -------------------------- 16
日本钢铁联盟开展的活动 -------------------------- 封底
注：页数为英文版第 46 期的页数
中文版∶©一般社团法人日本钢铁联盟 2015关于照片和图表，其英文版附在各段文章的最后一页。

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东京都中央区日本桥茅场町 3－2－10
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电话∶81-3-3669-4815
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URL http://www.jisf.or.jp1（1 页）

关于建筑领域钢结构 LCA 的讨论
日本钢铁联盟建设环境研究会
关于对日本国内公共事业的招标制度以及绿色
采购法采用 LCA 方法，日本钢铁联盟建设环境研究会正在开展讨论，通过与高炉法、电炉法的回收利
用协作以及通过高性能钢材降低环境负荷等，为了
确立钢材的优异环保性能的相关评估方法而着手推进，并且开展促进环保型建筑用钢材的普及活动。
同时，为了理解钢结构的杰出环保性能，我们以从事建筑行业工作的各种人员为对象，每年在东京举办“绿色钢材研讨会”。
作为这些活动的一个部分，2010 年，我们在日本钢结构协会内成立了由学识渊博人士、钢材厂商
以及用户构成的“建筑领域的钢结构 LCA 讨论分会”，针对建设领域的 LCA 方法开展信息收集和研
究，同时对钢材的 LCA 应有状态开展讨论。去年，我们对研究成果进行了总结。
关于分会的这些活动成果，我们在建设环境研究会于 2014 年 11 月 27 日举办的第 4 届绿色钢材研讨会（GSS）上，发表了以“有关社会资本的整建
和生命周期的最新工作推进～钢材在建筑领域的回收利用优势～”为主题的报告（表、照片）。
本期概要介绍在 GSS 会议上发表的讨论分会的部分活动成果，并介绍日本钢铁行业对保护地球环
境做出的贡献。
表：主题、讲师名录
照片：第 4 届绿色钢材研讨会2

A List of Lecture Themes and Lecturers at 4th Green Steel Seminar
Keynote lecture:
Recent Trends and Future
Directions Involved in LCA

Matsunori Nara, Dr. Eng.
Professor, Department of Computer andMedia Engineering, Tokyo University of Science, Suwa

Methods to Treat Structural
Steel Members Left Behind

Dr. Yoshikazu ShinoharaGroup Leader, Eco-energy Group, National Institute forMaterials Science

Introduction of LCA Approaches
to Take Account of Recycling
Effects of Steel Products andSimulation Examples

Tomohisa Hirakawa
Vice Chairman, Committee on Environment-friendly Steelfor Construction, The Japan Iron and Steel Federation

Assessment Approaches forEnvironmental Influence
Caused by Use of Steel
Products

Dr. Minoru Fujii
Senior Researcher, Eco-city Systems Research Program
Project Leader, Environmental Urban Systems Section,
Center for Social and Environmental Systems Research,
National Institute for Environmental Studies

Fourth Green Steel Seminar held in November 20143

用。

（2～4 页）日本的 LCA 模型的事例及课题诹访东京理科大学工学部
奈良

在循环利用的回收工艺方面，使用磁铁可容易
地完成钢材分离也是优点。如果金属与其他金属或教授

其他材料形成一体（结合）使用，难以将这些材料

松范分离的示例较多，无法开展回收利用。在建筑领域，钢材（钢铁材料）作为钢骨结构单独使用，即使采LCA 的概要
关于生命周期评估（LCA），国际标准化组织

用 RC 结构也可将钢材与混凝土分离，便于在使用（ISO）从 1993 年开始着手开展规格化作业，1997

后进行分离和回收，因此钢铁与其他金属材料相比，

年公布了 ISO 14040：LCA 的原则与框架、ISO 14041：

属于易回收利用的状况。

盘查分析、ISO 14049：盘查分析事例。1995 年设立

然而，对于这样的回收利用性能高、可多次反了产官学联合的 LCA 日本论坛推进研究。2007 年，

复使用的钢材，目前还没有对其环保特性予以妥善钢结构协会也开始进行有关钢材、钢结构的 LCA 研

评估的方法。生态环保标志等环保标签以及绿色采究。此外，在 2009 年制定绿色采购法时，国土交通

购法的目的是，通过妥善评估材料或产品的环境负

省也开始讨论公共事业的 LCA。目前，虽然开展许

荷，支援其购买，促进构建低环境负荷的社会。但多 LCA 的理论研究和事例研究，但是获取盘查数据是作为当前的环境影响评估方法，无法评估多次回耗费了大量劳力。由于建筑业的多数企业协作进行

收利用的效果。目前的状况无法区别仅可回收利用 1单品订货生产形成了多重结构，因此造成盘查数据次、与可多次回收利用材料的环保性能的差异。作的收集困难。然而近年来，国土交通省国土技术政为一般民众是否也应该会考虑，回收利用次数越高策综合研究所与土木学会开展合作研究，也正在向越节省资源、或者环境负荷越低。鉴于上述观点，

着解决这个课题的方向努力，在公共事业方面也使

今后希望制定考虑到回收利用的方便性以及回收利得盘查分析（LCI）成为可能。这是并用产业相关的

用次数的环境影响评估方法。

报表和累积数据的混合型盘查数据，能够以二氧化另一方面，为了强调钢材的环保性能，也需要

碳排放量及金额等为评估参数对材料、工艺以及建积累有关钢材回收利用优点的数据，通过努力获得筑物实施 LCA。

人们的广泛认可。日本的钢铁制造工艺即使在全球也属于顶级的低环境负荷型工艺。但是在钢铁制造方面付出的降低环境负荷的努力并未结束，仍存在LCA 的课题
关于日本建筑领域 LCA 的运用，在新的尝试方

今后进一步改善的余地或可能性。降低资源、能源

面也存在课题，包括适用范围限定在材料制造、建的用量，废水、废气的高度净化以及减少废弃物等

筑阶段的生命期，将二氧化碳排放量作为主体而有

是零排放型钢铁厂商的追求目标。但是，消费枯竭关其他环境负荷的评估（与交易、综合性指标等的型资源、能源未必增加环境负荷、或者不会直接导关联）不充分，钢材等多次回收利用的效果没有定

致可持续性的降低，妥善利用枯竭型资源有时也能

量化等。

够降低作为地球总体的环境负荷。

将使用过的钢材（钢铁材料）作为废钢回收多
LCA 事例

次使用，对此人们往往认为理所当然，但实际上与其他材料相比，这种反复的回收利用对于降低环境关于 LCA 的事例分析，我们以 122 号国道跨越负荷是突出的特性。换而言之，与许多材料的降级

利根川部分的公路桥、即昭和桥旧桥为对象，根据循环利用相比，钢铁等金属材料可实现同级循环利

在《全部社会资本生命周期的环境评估技术的开发》

4

国土技术政策综合研究所）中提出

和稀少材料的使用状况、以及数代未来的状况，通的方法（以下简称“综合项目方法”）进行了 LCA过长期规划和未来环境预测进行评估。这也是预测计算。这项工作的目的是，将综合项目方法适用于

钢铁的未来。另外，对产品进行经济性评估也不可实际事例进行实际结构体的 LCA 试算，同时对钢桥或缺。在市场上，不仅要求具备良好的环境性能，在各生命期的二氧化碳排放量进行比较。

也要求具备降低内部及外部不经济的经济性优点。

（国土交通省我们对符合实际的桥梁结构体履历的生命周期关于经济性，通过以削减被称为废品的废弃物等的以及按照目前的技术水平反映社会环境的设想生命

内部不经济为目的的物料流量成本分析（MFCA），

周期两种案例进行二氧化碳排放量的试算。计算案

可对环境经济性能进行评估。

例 1 是在昭和桥旧桥的实际使用期间（44 年期间）如上所述，我们希望在战略性环境评估方面的的二氧化碳排放量，案例 2 是将昭和桥旧桥作为样作业程序透明，评估结果具备科学性，便于任何人

板案例假设今后建造同样的桥梁，将讨论的对象期

理解，并且充分反映民众的意见。从易于理解环境间设为 200 年（建造的 100 年后重建）时的二氧化影响的角度考虑，LCA 是有效的方法，定量化的性

碳排放量。案例 1 的生命周期二氧化碳排放量如图 1

能可获得民众理解。此外，由于贯穿整个生命周期

所示，案例 2 的生命周期二氧化碳排放量如图 2 所

的 MFCA 将环境性能置入经济系统，所以是有效的

示。

手段。因此，今后钢铁可能应该用“LCA 经济学”
的说法来表述，讨论可多次回收利用材料的优点以图1

44 年期间生命周期的二氧化碳排放量（案例 1）

及这些材料对降低成本的贡献。为此，通过确立 LCA

图2

200 年期间生命周期的二氧化碳排放量（案例方法妥善评估钢铁的环保性能，同时通过 ISO 及 JIS

2）

等实现规格化，在获得社会共识的同时，持续研究其运用方法至关重要。
（表 3）
对钢桥在各生命期的二氧化碳排放量进行比较
图3

的结果表明，这两个案例同样，设计、建造阶段与
解体、回收阶段合计的二氧化碳排放量超过全部生命周期二氧化碳排放量的 90%，计划时的材料及工艺选择的决策对 LCA 的结果产生重要影响。同样，这两个案例在维持和管理阶段的二氧化碳排放量都
很少，但解体、回收阶段的二氧化碳排放量竟达到设计、建造阶段数值的 25%，显然产生了较大的环境影响。
为了在整个结构体的生命周期减少二氧化碳排放量，不仅需要减少因制造建造时使用的材料产生
的环境负荷，还需要考虑结构体在解体时的回收方
便性以及回收后的循环使用性。
今后的展开
今后，我们考虑以可持续性为切入口评估材料
的环境性能。对于可持续性，必须考虑枯竭型资源

5

环境、成本以及社会的三足鼎立

Fig. 1 CO2 Emissions in 44-year Life Cycle at Old Showa Bridge (Case 1)
Change in CO2 emissions in life cycle (44 years) of old Showa Bridge

CO2 emissions (accumulated total, tons)

Demolition

Repainting

Repainting

Pavement replacement

Pavement replacement

Repainting
Repainting

Floor slab repair
Construction

Pavement replacement

Pavement replacement

Lapse of years

Fig. 2 CO2 Emissions in 200-year Life Cycle at Model Bridge (Case 2)

CO2 emissions (accumulated total, tons)

Change in CO2 emissions in life cycle (200 years) of model bridge
Pavement
replacement

Pavement
replacement

Pavement
replacement

Construction

Repainting

Pavement
replacement

Demolition

Pavement
replacement

Pavement
replacement

Pavement
replacement

Pavement
replacement

Pavement
replacement
Pavement
replacement

Pavement
replacement

Demolition/
construction

Pavement
replacement

Repainting

Lapse of years

6

Repainting

Repainting

Fig. 3 Ratio and Tonnage of CO2 Emissions in 44-year Life Cycle by Life Stage at
Old Showa Bridge (Case 1)
Demolition/recovery
1717.3
Demolition/recovery (18%)÷Design/construction (72%)=25.0%
18%
Maintenance1003.5
Design/construction
10%5856.972%

Fig. 4 Ratio and Tonnage of CO2 Emissions in 200-year Life Cycle by Life Stage atModel Bridge (Case 2)
Demolition/recovery
3435.5
Demolition/recovery (19%)÷Design/construction (74%)=25.7%
19%
Maintenance1227.1
Design/construction
7%13770.5
74%

Fig. 5 Striking a Balance between Environment, Cost and Society

LCA

Lifecycle
assessment

MFCA

Material ﬂow
cost analysis

CSR

Corporate social
responsibility7

（5～8 页）要熔解废钢生产钢材产品（电炉产品）的总体性方考虑钢材产品回收利用效果的环境评估
方法

法。其概念如图 2 所示。

日本钢铁联盟建设环境研究会

关于钢材产品制造的高炉法与电炉法的关系

平川

副委员长

在钢铁生产中，高炉法表示通常在高炉将铁矿

智久石熔化成铁（铁水）、然后送入转炉炼钢的高炉/转炉
工艺；电炉法表示通常使用电炉重新熔解废钢，将关于钢材产品的回收利用
以下介绍的钢材产品二氧化碳单位排放量的计废钢转换成新钢的电炉工艺。然而如图 3 所示，高算方法（以下简称“LCI 计算方法”）以国际钢铁

炉法并不仅限于高炉产品，电炉法也并不仅限于电协会（worldsteel）提出的 LCI 计算方法[worldsteel

炉产品。例如，在高炉产品的制造中，一般将 10～（2011）]为基础。这种方法将开环循环利用和闭环

20%左右的废钢作为铁源使用；在电炉产品的制造

循环利用（同级循环利用）予以明确区分。

中，有时将还原铁等作为原料使用。对于钢材产品，
可认为按照一定比例合理地采用高炉法和电炉法两开环循环利用将材料回收后用于新的其他产品

种工艺生产。

的系统、以及改变固有物性的系统（降级循环利用或热能回收）；闭环循环利用不改变物性，适用于可循环利用于相同用途的产品。
在建材领域，以钢骨及钢筋等为代表的钢材产图2生命终结法的概念

图3

高炉法与电炉法的关系品如表 1 所示，在回收利用中不改变基本物性制成
新的钢材，可重新用于相同用途的产品。也就是说，考虑回收利用效果的 LCIEOL 计算方法

钢材产品可实现同级循环利用。

◆废钢的 LCI
以下让我们对于废钢的 LCI（废料 LCI）考虑

表1“采用电炉法从 1kg 的废钢制造 Y kg 钢材代替采用

不同材料回收利用的区别

高炉法制造 Y kg 钢材的 LCI”。Y 是采用高炉法制
作为以钢材产品为代表的可同级循环利用的材

造钢材时的生产效率（成品率）。如果以 Xre 表示电

料，即使反复进行回收利用，材料本身的价值也不炉法的钢材 LCI（以 100%废钢为前提的理论值）、

会降低，基本上没有废弃和浪费，在社会中循环。

以 Xpr 表示高炉法的钢材 LCI（以 0%废钢为前提的钢材产品在日本国内的循环状况如图 1 所示。

理论值），则废钢 LCI 可按以下定义。
废钢 LCI ＝ Xpr・Y – Xre・Y = (Xpr - Xre )・Y---图1

日本的钢铁循环图

①

考虑回收利用效果的评估构想◆LCIEOL 的计算公式虽然考虑回收利用的 LCI 计算有多种方法，但对于钢材产品的 LCIEOL，可考虑从不计回收利国际钢铁协会建议考虑生命终结的方法。这种方法用效果的钢材产品的 LCI（X）中，扣除对应废钢回以钢材产品可同级循环利用为前提，将某产品制造

收利用率（RR）的废钢 LCI，并且加上（重新分配）所产生的温室效应气体排放量向下一代产品重新分

对应制造时的废钢使用率（S）的废钢 LCI 的合计。

配，使钢材产品制造中的环境负荷均等。也就是不对此进行整理如下式所示。各要素的定义见表 2。

区分还原铁矿石生产的钢材产品（高炉产品）和主

LCIEol = X - RR・废钢 LCI + S･废钢 LCI---②8

根据①，废钢 LCI = (Xpr - Xre)･Y，因此LCIEol = X - (RR - S)・(Xpr - Xre)･Y---③
表2

LCIEol 公式的各要素定义◆LCIEol 的计算例
在这里以普通钢钢板为例，对于上述公式的各要素带入表 3 所示的设定值试算 LCIEol。结果表明，
LCIEol 为 0.76（kg-CO2/kg），与不计回收利用效果的LCI（X）相比，作为高炉为 0.76/1.97→减少 62%，
作为电炉 0.76/0.66→增加 15%。对此，将来自铁矿
石最初制造的钢材产品产生的温室效应气体排放量
向下一代产品稀释重新分配，可考虑不区分高炉钢
材和电炉钢材实现环境负荷的均等。
表3

LCIEol 的试算例结语
目前在土木工程和建筑领域，如图 4 所示，对于钢材产品的环境负荷，主要采用对从原料采购到
制造、发货的过程分割作为系统分界计算 LCI 的方法。这是仅对钢材产品生命周期的一个断面进行评估的方法，本来应选择考虑回收利用效果（回收利用终结）的 LCI 计算方法。
目前，日本钢铁联盟与国际钢铁协会协作，针对以上介绍的考虑回收利用效果的 LCI 计算方法正
在推进实现国际标准化。此外，根据该方法，以从
参与企业收集的制造数据为基础，采用该方法计算
各品种的具体 LCI 数值，计划在 2016 年 3 月前后公布。
通过本文的内容，如果大家对钢材产品出色的
回收利用性能以及运用该特性的 LCI 计算方法予以
理解，我们将感到非常荣幸。
图4

计算钢材产品 LCI 时的系统分界

9Material recycling

Table 1 Difference in Recycling by Material
Horizontal recycling

Of recycling systems, the horizontal recycling denotes the process
in which a material after recycling is used for the application similar
to that before recycling.
Ex.: Steel frame, reinforcing bar (structure) → Steel frame, reinforcing bar (structure)

Cascade recycling(Down cycle)

Of recycling systems, the cascade recycling denotes the process inwhich a material after recycling is used for the application different
from that before recycling.
Ex.: Concrete (structure) → Concrete (roadbed material)

Thermal recycling

In thermal recycling, scrap, wastes and other materials are incinerated torecover thermal energy, or called the thermal recovery system.
(Distinguished from material recycling)
Ex.: Lumber, plywood → Fuel source

Fig. 1 Circulation of Iron and Steel Products in Japan (FY2010)

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Scrap import 0.56

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Production
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2

ort

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(unit: million tons)
Source: The Japan Iron and Steel Federation

10

Fig. 2 Concept of End-of-Life Approach (worldsteel 2011)

Virgin material
Recycled material
Scrap remelting
Use phase

Redistribution ofenvironmental value

Disposal
Avoided production

Production

Use

End of life

Deduction ofenvironmental value

Fig. 3 Relation between Blast Furnace Method and Electric Arc Furnace Method

Iron ore
Blast furnace method
Coal

Electric arc
furnacemethod

Blast furnace

Limestone

Blast
furnacemethodScrap

Electricarc
furnacemethodElectric arc furnace

11

Basic oxygen
furnaceTable 2 Definition of Respective Elements in LCIEoL Equation
Element in equation

Definition

LCIEoL

Steel product LCI (kg-CO2/kg) that takes account of recycling effect;
System boundary for LCI calculation of steel products is set to coverproduct life stages from raw material procurement, production andshipment to external scrap recovery, intermediate treatment, recycling
process and scrap LCI; EoL: End of life

Scrap LCILCI of external scrap (kg-CO2/kg); External scrap denotes steel scrap
recovered from end-of-life end-use product and does not include
process scrap and steel shop scrap

X

Steel product LCI (kg-CO2/kg) that does not take account of recycling
effect; System boundary for LCI calculation of steel products is set tocover product life stages from raw material procurement to production
and shipment (cradle to gate)

Xpr

LCI (kg-CO2/kg) of steel product produced by blast furnace method: On
the premise of 0% in scrap application rate

Xre

LCI (kg-CO2/kg) of steel product produced by electric arc furnace
method: On the premise of 100% in scrap application rateRR

RR (recycling rate) in calculation equation for LCI EoL proposed byworldsteel; In its report, RR is shown using the ratio (kg/kg) of theexternal scrap recovery amount (kg/y) to the external scrap generation
potential (kg/y); RR does not cover yielding in steelmaking employing
recovered external steel scrap

Y

Production efficiency in electric arc furnace steelmaking (yield kg/kg);
Ratio of steel production to external scrap input (more than 1 kg ofexternal scrap is required to produce 1 kg of steel)S

Application rate of external steel scrap used in iron- and steelmaking
process (kg/kg); The equation does not target process scrap and steel
shop scrap

Table 3 Example of Trial Calculation of LCIEoL
X
Steelworks I(Blast furnace method image)

1.97

Steelworks II(Electric arc furnace method image)

0.66

RR

0.88

Xpr

2.04

Xre

0.47

Y

S

LCIEoL

0.05

0.76

0.95

0.76

0.93

12

Fig. 4 System Boundary for LCI Calculation of Steel Products with EoL Recycling

An entire amount of steel
scrap (recovered usedsteel products) is effectively reused as the material in iron and steelmaking
process.

In the recycling process,steel products are easily
recovered by use of magnetic force as the scrap,
which is used again as thematerial in electric arc furnace steelmaking.

Nearly an entire amountof steel products appliedin respective purposes arerecovered as the scrap,
which is then used tomake renewed steel products.

13

（9～12 页）量）的自上而下方法。上述的推测结果采用了后者

钢铁库存与钢材的回收率的方法。该推测的难点是排出量的计算。为了推测

东京大学工学系研究科特任副教授

包括正在使用的库存、隐藏库存在内的全部钢铁库

醍醐存量，作为排出量，采用了回收的废钢量。另一方

市朗面，在推测正在使用的库存量时，需要计算包括在作为排出量已经使用的全部产品中的钢材（废钢发钢材库存的核算[D1]目前，全球每年生产超过 15 亿吨的钢材，用于

生潜能）。前者是图 2 右侧所示的流量，后者是左侧桥梁、铁塔、建筑物、汽车以及机械等各种用途。[D2]19

所示的流量。作为后者，虽然难以实际测定，但可世纪 50 年代发明了采用贝塞麦工艺的炼钢技术，可通过动态分析推测。动态分析是采用钢材的各种用

用较低的成本生产大量钢材。从此开始在大约 160

途产品的使用期间分布（图 3），对从以往起各年度

年期间生产的钢材积累在人工物圈，形成了钢材的

向各种用途投入的数量中推测该在年度的 1 年期间

物质库存。由于钢材便于回收利用的特性，这种物

的排出量的方法。
图 4 说明了已使用的钢材的流量。

质库存也具有称为使用后的二次资源潜能的侧面。

除了已使用的产品以及废钢的进出口外，还有在回

首先，让我们简要说明钢材的物质库存。钢材

收利用的中途散失的损耗以及被填埋的部分。对于

作为构件成为上述的各种产品向社会投放后，在使

没有回收的钢材，可以考虑用于建筑物基础的基础

用地点按照产品的使用期限不断发挥作用。我们将桩在建筑物解体后没有拔出而留在原地的情况。此发挥这种作用状态的钢材库存量称为使用中的库存

外，如照片 3 所示，在废弃的隧道前面无人通过的（照片 1）。如果要问是否还有其他的钢材库存状态，道路旁设置的护栏等也是其中的一例。

那么在产业生态的学术领域提出了被称为隐藏库存
或者冬眠库存的区分。隐藏库存指钢材在完成作用图2钢材的使用后流量

后成为不使用的状态，是仍存在于人工物圈中的钢

图3

日本的钢材产品的使用期限

材库存。冬眠库存指如同冬眠的动物在春天苏醒那

照片 3

样，在隐藏库存中也存在将来被回收的可能性。日示例）

设置在不使用的道路旁的护栏（冬眠库存的

本的钢材库存变化状况如图 1 所示。这里的基础设废钢材的回收能够超过发生潜能施库存指钢材以外的材料几乎看不到、只要继续存我们将考虑回收利用效果的 LCA 模型变量之一在就可发挥作用、其使用期限为半永久性的、用于

的 RR 称为使用后回收率[d4]。关于该名称，由于回基础设施用途的钢材。
（照片 2）。

收利用率[d5]存在各种定义，因此是为了与其他定义
照片 1
图1

明确区分的名称。钢材的使用后回收率是将废钢发

正在使用的钢材库存

生的潜能作为分母、将回收的废钢量作为分子的比

日本的钢材库存的变化状况（1980 年～2000

例。分母、分子的各量如上所述。

年）
照片 2

在图 4（a）中，对日本的废钢发生潜能与废钢梳子坝（作为基础设施库存的示例）

回收量的推测值从 1987 年开始进行比较。对于 2007
年和 2008 年的两年期间，可理解为分别在 1 年期间，

物料流和库存分析[D3]实际回收的废钢超过了来自使用后产品的发生潜能。

钢材库存的推测方法大致可分为两种。一种是计算现有全部产品的自下而上方法，另一种是按照

但是，对于该发生潜能的推测，采用了如图 3 所示

时序计算投入量与排出量之差（将其称为累积顺增

的产品使用期限，也考虑其不确定性，最大、最小14时分别如图 4（b）、
（c）所示。即使考虑不确定性，图 6至少在该两年期间，回收了超过其发生潜能的废钢，收率的变化状况

可以得出这样的结论。

图7

这两年期间是资源价格较高、钢材需求量也较
多的时期，可认为以往使用过的、没有回收而残留
的钢材产品在该时期被集中回收。例如，在回收成
本较高的郊区发生的废产品，即使残留在那里也无
影响时，如果作为废钢的变卖利润无法承担回收成本，则没有回收的积极性。这种残留的废产品作为
冬眠库存存在，可理解为在这两年期间被回收的结果。
图4

废钢发生潜能与回收的废钢的比较：（a）最有力值、（b）最大值、（c）最小值。
钢铁的高效可回收利用性[D6]
本次的推测揭示了很多新的事实。关于图 5 所示的废钢的使用后回收率，在日本，过去的 20 多年
来较高，超过了 80%。此外，回收率随着价格以及供需状况从大约 80%至 110%大幅变化。鉴于这种较
大的变化，作为考虑回收利用效果的 LCA 模型变量之一的 RR，没有采用单年的评估结果，希望采用长期评估结果的平均值。如图 6 所示，根据价格以及供需状况进行回收、或者没有回收的废钢可认为是重废钢，其中特别为低级侧的重废钢。
在价格高涨期，显示存在甚至回收冬眠库存的
可能性，同时表明这并不是相对总体量可忽视的数量（图 7）。因此，钢材目前没有被回收并不等于不存在将来被回收的机会，在存在于人工物圈的期间，
可以说具有成为未来二次资源的潜能。钢材的优异
回收利用性能包括利用磁性可简单地与其他材料分
离，无须电解即可在制钢时去除杂质，以及杂质的
允许浓度较高，此外，包括时间缓冲在内，使用过
产品的高回收率也可认为是优点之一。
图51987 年至 2010 年的钢材使用后回收率的变化状况

15废钢的使用后回收率的变化状况与重废钢回废钢回收机理中的冬眠库存的作用Photo 1 In-use stock of steel

Fig. 1 Steel Stock in Japan during 1980 to 2000
Obsolete stock

Stock (million tons)

Infrastructural stockIn-use stock(Year end)
Fig. 2 Material Flows of Steel after Discarding as End-of-life Products
Import ofscrap

Hibernatingstock

Recoveredsteel scrap

In-use stocks

Domestic disusedmaterials

Export ofused products
or parts

Steel scrap
generation
potentials

Domesticallyrecycled
obsoletescrap

RemainingLandﬁll(Obsolete
stock )
Loss during recycling
processes, e.g., mixing
into other material cycles(dissipative ﬂow)

Export ofsteel scrap
Hibernating stock
Obsolete stock16

Fig. 3 Lifetime of End-use Products with a Range of Uncertainty(Regarding buildings and automobiles, actual lifetimes for them can be obtained by statistics.)

Lifetime of products (years)

Photo 2 Slit dam as a case of infrastructural stock
Photo 3 Crush barriers on a disused road as acase of hibernating stock17

Fig. 4 Comparison between the Steel Scrap Generation Potentials and the Recovered Steel Scrap(in the cases of the most likely value (a), the maximum value (b), andFig. 4 Comparison
betweenthe (c))Steel Scrap Generation Potentials and the Recovered Steel Scrap
the minimum
value(in the cases of the most likely value (a), the maximum value (b), and the minimum value (c))

Steel scrap (million tons)(a) Most likely value

Steel scrap (million tons)(b) Maximum value

Steel scrap (million tons)(C) Minimum value

18

Fig.
5 End-of-life Recycling Rate of Steel in Japan
Fig. 5 End-of-life Recycling Rate of Steel in Japan

End-of-life reccyling rate

(The
upper
and
lower
boundsa ofrangeof uncertainty.)(The upper
and
lower
boundsshowshowa rangeuncertainty.)

Upper boundLower boundSteel scrap [million tons]

Fig.6 6
Amountof Heavy
Scrap by
Recoveredby Category
Fig.
Amountof Heavy
Scrap Recovered
Category relative
to its EoL-RRrelative to its EoL-RR

Fig. 7of theRoleRoleof Hibernating
StockStockin Recovery
Mechanisms
Fig.
7 Schematic
SchematicIllustration
Illustrationof theof Hibernating
in Recovery
Mechanisms

Pool of hibernating materials (hibernating stock)In-use stock

Recovered
scrap

19

（13～16 页）

定程度，作为电炉钢原料的废钢不会发生，虽然存构建环保型社会的建筑用钢材

在从发达国家向发展中国家的国际性流通，但并非日本钢铁联盟

是可全部满足发展中国家需求的发生量。因此，仅北野建设环境研究会

委员长

靠电炉的生产无法满足全球的钢铁需求，高炉的生

新治产不可或缺。
作为电炉，因为通过电力熔解废钢，与采用煤

“铁”是我们身边最常见的金属，金属产品的
90%以上是用“铁”制造的。在日常生活中，由“铁”

炭还原铁矿石的高炉相比，具有二氧化碳的发生量构成的产品不计其数。此外，我们生活的地球重量

较少的特点。但是在高炉生产的钢材产品最终将变的约 30%是“铁”，也堪称是最丰富的资源。另外，成废钢，成为电炉的主要原料。如上所述，如果从

由于“铁”可被磁化，容易与其他物质分离，因此长期视点考虑这些钢材，可发现形成了一体化的循废弃后也便于回收。

环体系。所有钢材产品通过这种循环体系进行多次
循环利用，在总体上对节省资源和能源作出贡献（图最近，虽然诞生了各种新材料，迎来了材料的

3）。

多样化时代，然而“铁”的资源丰富，不仅完美地

即使日本国内的钢铁制造工艺从高炉转换到电兼备功能性和经济性，而且也是回收利用性出色的炉，也不会对地球总体的 CO2 减排发挥作用。这是

材料。
本文介绍生产这种性能优异材料——“铁”的因为从日本出口的废钢减少的部分导致在其他国家

日本钢铁行业开展的地球环保工作以及环保型建筑的高炉产量增加，相反，由于其他国家能源效率较

钢材。

差的高炉产量增加，导致所谓碳泄漏，使地球总体
的二氧化碳排放量增加。

钢铁行业（高炉法、电炉法）与钢铁生产钢材可分为以铁矿石和煤炭等天然原料为主要

图1

制钢工艺

原料在高炉-转炉钢铁厂生产的转炉钢、以及以废钢图2

全球粗钢产量为主要原料在电炉等生产的电炉钢。

图3铁的循环概念作为转炉法，在高炉使用煤炭将铁矿石还原、
熔化获得生铁，然后送入转炉吹入氧气冶炼，是制钢铁行业为了防止地球温室化采取的措施

造高级钢材的工艺。另一方面，作为电炉法，对在

◆通过生产工艺防止地球温室化
日本的钢铁行业积极推进环境保护工作。不仅市面上回收的废钢通过电弧熔解冶炼，是制造特种

实现了全球最先进的能源效率，而且还开展副产品钢或普通钢的工艺。

的有效利用、大气和水质保护、钢铁厂内的绿化等钢铁产业根据其地点和产品品种，发挥高炉法

综合性环保对策。

和电炉法的各自特点，向市场提供各种产品。
（图 1）
随着中国和印度等新兴国家的经济发展，全球尤其是对于在钢铁厂内副生的巨大能源，通过

的钢铁需求在中长期范围不断扩大。世界的粗钢产

各种工序进行回收重新利用。在焦炉、高炉、转炉

量至上世纪 90 年代为止在 7 亿吨前后徘徊。进入 21

发生的副产煤气成为其他各种设备的能源。

世纪，随着新兴国家、尤其是中国急速的生产规模

此外，关于副生煤气以外的能源也同样，采用扩大，在去年度已增加到 16 亿吨以上。在这样的变

TRT（高炉煤气余压发电）以及 CDQ（干法熄焦设化中，与电炉钢的增加率相比，转炉钢的增加率非备）等工艺进行回收。目前在日本国内钢铁厂采用

常高（图 2）。这是由于如果社会资本没有积累到一的节能相关技术如图 4 所示。另外如图 5 所示，随20

着持续性改进工作的推进，日本钢铁行业实现了全

某处使用的桥梁移设到其他地点有效利用的事例

球最先进的能源效率。

（图 7）。
—长寿命建筑物今后，我们仍将进一步开展工作，并将日本采可实现大跨度、不依赖于抗震壁的钢骨结构是

取的措施和取得的经验向全球推广，积极推进国际适合扩建和改建的建筑结构，可灵活应对将来的用协作。

途变更，能够成为长寿命的建筑物。
图4

钢铁厂内的节能、节省资源的相关技术图5关于钢铁行业单位能耗的国际水平比较

图7◆钢材使用阶段的 CO2 减排效果常磐线 利根川桥梁的重新利用◆对与自然的协调作出贡献的建筑用钢材
发挥钢材具备的强度和加工性能等特性，我们钢材用于各种用途和产品。其中的很多用于大量、高效地运送人员或物资以及能源的有效利用，开发了对与自然的协调作出贡献的各种建筑用钢材。

对温室效应气体的减排作出贡献。

作为以自然为对象的建筑施工，与自然的协调和保关于 2013 年度当时因采用日本制造的高性能钢护自然尤为重要。这些钢材不会明显破坏原有的自材的产品对 CO2 减排贡献的推测，日本国内为 976

然状态，为了保护各种自然状态在默默地发挥作用。

万吨，出口为 1582 万吨（图 6）。其中节能效果最大此外，在结束了长期发挥的作用之后，这些钢材被的产品是汽车用高强度钢板，汽车的轻量化对改善

再次有效地回收利用。

燃耗发挥了作用。船舶用高强度钢板也同样改善了—透水性钢板桩燃耗。此外，变压器用取向性电磁钢板降低了电力

采用设有透水孔的钢板桩，可以不影响原有的损耗，锅炉用耐热高强度钢管对提高发电效率作出

水循环，形成有利于生态系和环境的钢板桩墙。分贡献。

析 结 果 表 明 ， 如 果 开 孔 率 为 0.4 ％ （ φ55 ～φ70@1000）左右，能够保证原流量的 80%以上（图

图6

8）
。

高性能钢材发挥的节能、CO2 减排效果

—设有栽植翼片的钢板桩将绿化用栽植翼片安装在钢板桩防波堤上保持对保护地球环境作出贡献的建筑用钢材

土壤，形成多年生草本水生植物的培育基础，可避◆对减轻环境负荷发挥作用的建筑用钢材

免这种结构性功能的损失，覆盖钢板桩表面实现绿

通过钢材的高强度化，除了可以减少钢材用量之外，作为建筑用钢材，在减少建筑废材、节省资

化（图 9）。

源以及实现设备的长寿命等各个方面对减轻地球的—透过型钢制防砂堤堰
透过型堤堰（梳子坝）在发生泥石流或洪水时环境负荷作出贡献。
—减少建筑废材

拦截巨石和流木，使后续的泥沙流向下游，但平时

因为钢材可以回收利用，所以不存在建筑废材，

对溪流的流水没有影响，可促进砂砾流动，不妨碍不仅可以削减废弃物的处理成本，而且也可以对延动植物的迁移，因此能够在保留自然状态的同时控长紧迫的最终处分场地的寿命作出贡献。

制自然灾害的发生。平时不影响泥沙的流动，可防—节省资源

止河床降低以及海岸线后退等，具有保护生态系的效果（图 10）。

钢材便于解体和重新组装，可以反复重新使用，—非透过型钢制防砂堤堰

是十分理想的环保型材料。在日本国内，也有将在21

利用在现场发生的土砂、砂砾作为填充材料（生态环保标志认定标准：70%以上），可形成不影响生态环境的堤堰。能够大幅度减少废弃物（残留土方的处置），降低环境负荷（图 11）。
图8

透水性钢板桩

图9

设有栽植翼片的钢板桩图 10

透过型钢制防砂堤堰

图 11

非透过型钢制防砂堤堰

结语解决地球环境问题对于产业界而言，未来的重要性将不断增加。今后，我们不仅继续推进生产过
程中的节省资源和节能工作，而且开发高性能、环
保型钢材，为了防止地球温室化、实现循环型社会
贡献力量。

22

Fig. 1 Iron- and Steelmaking Process

Fig. 2 Crude Steel Production in the World
1800

Crude steel production (million tons)

1600

Other

1400

Electric arc furnace steel

1200

Basic oxygen furnace steel

1000
800
600
400
200
0

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

Fig. 3 Concept of Steel Recycling
Scrap

Iron ore Reduction Iron ore
capacity
Small
Large

Electric arc furnace process

2008

2010

Scrap

Blast furnace/basic oxygen furnace process

Primary steel product(use mainly of iron ore)
Secondary product (use of scrap)
Circulation pool of steel product (scrap)
Source : LCA Methodology Report (worldsteel, 2011)

23

2012

2014

Fig. 4 Major Energy- and Resources-saving Technologies Applied in Steelworks
,
70s

,

1）Process innovation：

Continuous casting,continuous annealing

Process improvement：,

80s

Pulverized coal injection, coal moisture control

Hot charge rolling,
automatic combustion control Artiﬁcial intelligence, supply chain network

Continued improvement
Continued improvement

Gas holder, high-efﬁciency gas turbine
compound power generation

TRT, CDQ,
10s

Continued improvement

Regeneration burner Continued improvement

Continued improvement

Net consumption

Process innovation
Process improvement

Recovery

Total energy consumption*4）Utilization of wastes：Plastic waste,
used tire, biomass Gasiﬁcation

Ferro-coke2）Byproduct gas recovery, highly efﬁcient utilization
3）Waste heat recovery：

,
00s

90s

Byproduct gas utilization

Waste heat recovery
Waste material utilization*COURSE-55: Research project on the technology to reduce blast furnace CO2 emissions and to separate/recover CO2 from blast furnace gas

Source: Commitment to a Low-Carbon Society (The Japan Iron and Steel Federation)

Fig. 5 International Comparison of Unit Energy Consumption in the Steel Industry
Unit energy consumption in steel industry(blast furnace/basic oxygen furnace process)Index set at 100 for Japan

Japan

Korea

Germany

France

U.K.

India

BrazilU.S.A.

Source: Indexing of data in “Estimate for Unit Energy in 2010”
prepared by Research Institute of Innovative Technology for the Earth24

RussiaFig. 6 Effects of CO2 Emissions Reduction Attainedin Five Major End Products (Estimates for 2013)
Domestic use

ExportTransformer

Transformer

Reduction of
CO2emissions
9.76 million tons

Ship

Ship

Reduction of
CO2 emissions
15.82 million tons

Train
Automobile

Power generation
boilerAutomobile

Power generation
boilerCO 2 emissions reduction: 25.50 million tons (target steel products: 7.52 million tons)
Source: The Institute of Energy Economics, Japan*Five steel products of automotive steel sheet, oriented electrical steel sheet, shipbuilding steel plate, boiler tube and stainless steel plate;
3.677 million tons in domestic use and 3.845 million tons for export in FY2013, totaling to 7.522 million tons
*Start of assessment for CO 2 emissions reduction: Domestic use from FY1990, export (automobile sheet and shipbuilding plate) from FY2003,
boiler tube from FY1998, and electrical sheet from FY1996

Fig. 7 Case of Demolition and Reuse of Steel Structure (Tonegawa Bridge on Joban Line)The eight-span Tonegawa Bridge on the Joban Line in Ibaragi Prefecture, constructed in 1916,
was dismantled to three sections, each of which is currently reused as the railway bridge in threelocations: Aganogawa Bridge spanning Agano River in Niigata Prefecture, Shogawa bridge
spanning Sho River in Toyama Prefecture, and Daini-Takahara Bridge spanning Daini-Takahara
River in Gifu Prefecture.
Aftertransfer

B：Shogawa BridgeAftertransfer

A：Aganogawa BridgeAftertransfer

C：Daini-Takahara Bridge

Dismantling Tonegawa Bridge
on Joban Line
into A, B, and C

Fig. 8 Water-permeable Steel Piling25

Fig. 9 Steel Pile Embankment Using Planting Fin

Fig. 10 Water-permeable Steel Dam to Prevent Sand Buildup

Fig. 11 Impermeable Steel Dam to Block Sand26

通过，发生泥石流时能够可靠拦截有害物体。

（17～18 页）

日本钢结构建设技术的介绍图透过型结构堤堰的实际应用

我们已在本刊 No.43 期说明过，根据日本国土桥梁用耐候性钢材

交通省（Ministry of Land, Infrastructure, Transport
and Tourism）提出的要求，日本钢铁联盟于 2014 年

耐候性钢材添加了铜、镍、铬等元素，在表面归纳了钢结构建设技术的整套资料。为了便于在海

形成保护性锈层。这种保护性锈层致密均匀，锈蚀

外利用日本的建设技术，该资料对建筑和土木工程

的进展速度非常缓慢。因此，无须表面涂装可长期

两个领域的 27 类钢结构建设技术以及建设用钢材进

使用，能够降低钢桥的维护成本。

行了简要介绍。这些内容均登载在日本钢铁联盟的网站上，大家可自由阅览。

图（http://www.jisf.or.jp/en/activity/sctt/index.html）

照片

以下介绍该资料中的 4 项内容。
建筑结构用高强度钢材（SA440、H-SA700）
SA440（抗拉强度 590N/mm2 级钢材）、H-SA700（780N/mm2 级钢材）是为建筑结构用途开发的高强
度钢。采用这些高强度钢，可减轻超高层大厦的立
柱钢骨等大型、极厚钢骨断面的尺寸，减轻重量。
此外，还可有效实现屋顶桁架等重量构件的轻量化。
图SA440、H-SA700 的各项指标图SA440、H-SA700 的重量减少

耐火钢材（FR 钢）
与一般的建筑用钢材相比，耐火钢材是在高温
下强度较高的钢材。在 600℃时的强度可保证常温规格强度的三分之二以上。如果采用耐火钢材，可减
少或省略立体停车场等建筑物的耐火被覆，由此能够实现降低成本、缩短工期以及改善作业环境等。
图
照片耐火钢材的高温性能
立体停车场的应用例

采用钢材的泥石流对策工艺
采用冲击吸收性能优异的钢管构成透过型结构的堤堰。平时不会阻隔河流，使流水和无害的泥沙27

耐候性钢桥的生命周期成本
耐候性钢桥High-strength Steel for Buildings (SA440, H-SA 700)
SA440 (tensile strength: 590 N/mm2-grade steel) and H-SA700(tensile strength: 780 N/mm2-grade steel) are high-strength steels
developed for building construction. Use of these high-strength
steels permits downsizing and weight reduction, especially for
Dimension ofConventional
SN490Blarge-size and extra-heavy sections of steel frames, e.g. steel
framing columns for high-rise buildings. These steel materials
are also effective in reducing the weight of roof trusses and other heavy members.
Reduction of Steel Weight Attained
by Use of High-strength SA440 and H-SA700

Reduced Sectional Dimension of SA440 and
H-SA700 due to Higher Strength

Weight/equivalent strength

100%
80%

66%

60%

42%

40%
20%
0%

Fire-resistant Steel
Fire-resistant steel exhibits higher strength at high temperatures
than do conventional steel building materials. It is guaranteed thatat 600°C the proof stress of this material is at least two-thirds theproof stress specified at room temperature. Fire-resistant steel al-100%

SN490B

SA440Blows the reduced use or elimination of fire protection in the construction of multistory parking facilities and other buildings. Thismeans that such advantages as lower cost, a shorter construction
period, and a better working environment can be expected.

High-temperature Performance of Fire-resistant Steelat Elevated Temperatures
Yield strength (N/mm 2)
400

YP
Fire-resistant steel

300

217 (N/mm 2)

200

YP
General steel (SN490)

100

YP：Yield point

0

20

100

200

300

400

500

Temperature (°C)

600

700

800

H-SA700

Example of application of ﬁre-resistant steel in multi-story car park28

Steel Slit Dams for Controlling Debris Flow
This is a permeable steel slit dam built by joining together steel tubes that have outstanding
shock absorption. This structure shows particular concern for the environment, as it is designed not to disturb normal river flow, thus
allowing the unimpeded passage of water andinoffensive earth and sand. However, once a
debris flow occurs, any offensive matter is certain to be captured.

Control of Debris Flow by Steel Slit Dam
Normal condition：

Water and harmlesssediments ﬂow down
under normal conditions.

In case of debris ﬂood：

Shift-type structures is designed considering the ecosystem, which does not disrupt river ﬂow.

Weathering Steel for Bridges
Weathering steel forms protective rust on every surface due to theaddition of such elements as Cu, Ni, and Cr. This protective coating of rust is tight and homogeneous, and is characterized by anextremely slow rate of corrosion. This property allows weathering steel to serve a long time without surface painting. This leads
to reduced maintenance costs for steel bridges.

Image of Lifecycle Cost Reduction in Weathering Steel Bridges

Cost for corrosion protection

Weathering steel (without painting)
Weathering steel (surface-treated)
Painted steel (C5 paint)Years after construction
Application of weathering steel bridge in remote mountainous area

29

（封底）

日本钢铁联盟开展的活动
在泰国举办的两个研讨会2015 年 10 月，日本钢铁联盟与泰国钢铁协会在曼谷联合举办了两个研讨会。这两个研讨会都是作
为日本－泰国经济合作协定的协作事业的一部分策
划实施的。
一个是于 13 日～14 日举办的钢桥研讨会，泰国
的两名专家和来自日本的两名专家发表了有关桥梁
的设计以及桥梁用钢材的演讲。另一个是于 15 日举
办的有关环境与节能的研讨会，来自日本的两名专家发表了演讲。这两个研讨会都有许多人员参加，气氛高涨，场面热烈。
关于日本－泰国的协作事业，此外还有计划在
日本举办以泰国的技术人员为对象的钢结构建设研
讨会以及研修课程。
照片研讨会的盛况

实施 SCT&T 读者问卷调查
如本刊已在 42 期～44 期上登载的那样，在 2014
年 8 月至 2015 年 6 月期间，我们开展了读者问卷调查。以下介绍调查结果的部分内容。以东南亚各国
为中心，我们收到了 58 份问卷调查的回答。在此向提供回答的各位表示衷心感谢。
在回答中有 97%的人员表示本刊对他们目前的
工作有所帮助。此外，有 88%的人员在目前或者以往的工作中有过使用钢结构的经验。在钢结构中使
用最多的钢材是结构用型钢。另外，关于没有采用钢结构时的理由，回答“成本高”的最多，其次是“业主单位的意向”。关于今后希望本刊登载的主题，回答“桥梁”的最多，其他较多的还有“建筑”、“高速公路”、“防腐”、“抗震”以及“铁路”等。
我们已决定将本次问卷调查的结果向今后的期
刊反映。

30

Seminar on steel bridges

Mr. Nattapon
Mr. Nuttapon
Ratanamalee (ISIT) Suttitam (ISIT)

Seminar on the environment and energy conservation

Mr. Toru Watabiki(JFE Engineering
Corporation)

Mr. Hiroyuki Okada(Nippon Steel &Sumitomo Metal
Corporation)(from left to right) JISF staff, Mr. Noriji Numata (JFE
Steel Corporation), Mr. Songwoot Graiparpong (ISIT),
Mr. Teruo Furuyama (Nippon Steel & Sumitomo Metal
Corporation)

Usefulness of Steel Construction Today &Tomorrow for your current work (%)
Not so helpful Not helpful
3.4
0.0

Comparatively
helpful34.5

Very
helpful62.1

Is the steel structure used in your current work? (%)
Not used
until now
12.1

Unknown
3.4
Used in thecurrent work
65.5

Used in thepast work
22.4

31