未來鋼鐵技術將怎樣發展？

2014-11-19 09:04:31來源：作者：

    11月18日，中國鋼鐵工業協會在京召開2014年鋼鐵行業技術創新大會暨科技負責人會議。在會議召開前夕，《中國冶金報》記者就鋼鐵行業2015～2025年技術發展的方向和重點等有關問題采訪了鋼協發展與科技環保部副主任姜尚清。據她介紹，由中國鋼鐵工業協會組織，數十位專家參與編寫、論證的《鋼鐵行業2015～2025年技術發展預測報告》（以下簡稱《報告》）已正式對行業發布。《報告》不僅為行業指明了未來10年技術發展的方向和重點，還將為我國實施創新驅動發展戰略助力。

    世界鋼鐵產業技術發展呈現三大新趨勢

    “《報告》提出，要順應新一輪的科技革命和產業的發展，世界鋼鐵產業技術發展相應地出現了新的趨勢，即強調在滿足下游行業用鋼需求的基礎上實現以資源、環境友好為導向的高效流程工藝與產品生產制造技術的研發。”姜尚清指出。她認為，新趨勢主要表現在以下3個方面。

    一是鋼鐵制造流程高效、綠色、可循環。美、歐，日先后宣布，以后鋼鐵工業的技術發展目標為高效、環保的技術，研究和開發的重點應放在對流程的改進和開發上，從而能處理一些焦點問題，例如資源、能源、環保和回收，以及為滿足客戶的需要而進行的產品開發和應用技術研究。其中，歐盟投入巨資開展的低碳技術研究，內容包括提高能源使用效率、增加可再生能源所占比例、低碳發電、溫室氣體減排技術等，并結合鋼鐵工業實際實施了超低二氧化碳煉鋼項目（ULCOS）；日本實施了環境和諧型煉鐵工藝技術項目（COURSE50），主要開展減少高爐二氧化碳排放量技術和從高爐煤氣中分離、回收二氧化碳技術開發；美國主要通過提高能源效率實現二氧化碳減排，正在進行的研究包括利用熔融氧化物電解（MOE）方式分離鐵，利用氫或其他燃料煉鐵。

    二是鋼鐵材料高性能、低成本、高質量、近終型、易加工。為提高鋼鐵工業的競爭力，國內外鋼鐵企業都在積極利用工藝技術的進步開發研究高技術含量、高附加值、低成本產品。如高強度鋼（HSS）和超高強度鋼（AHSS）品種，少鎳少鉬的高耐蝕新型不銹鋼，長壽命、抗疲勞的軸承鋼和工模具鋼，具有耐腐蝕、耐火、耐熱、耐低溫、耐磨、抗震等功能的建筑用鋼、裝備制造用鋼以及交通用鋼，具有抗壓、防爆功能的容器鋼、裝甲鋼，具有止裂功能的特厚板以及適應不同應用要求的復合材料等。而成型方式和工藝技術的進步將進一步推動鋼鐵材料的發展，材料的高性能、多功能不僅對成型工藝提出了較高的要求，對應用技術和應用環境的匹配性和融合性的要求也越來越突出。因此，未來鋼鐵材料的研究，在充分考慮材料本身的同時更加強調應用技術和應用環境與應用條件的協同發展。

    三是兩化融合驅動鋼鐵制造智能化、定制化。目前，世界先進國家強調人性化、安全化的管理模式，實現生產高度自動化，在向著“無人化”車間邁進。生產車間采用信息化管理系統對車間作業計劃進行數字化、智能化管理，其最終發展方向是少人甚至“無人化”運作模式。“無人化”車間是制造業由傳統工業化向現代工業化轉型的重要體現，其示范和推廣應用對于提升鋼鐵制造業的整體技術水平具有重要的戰略意義。

    同時，無線傳感器網絡、物聯網、云技術的開發與應用也將是鋼鐵工業技術發展的一個重點，利用無線傳感器達到精準、快速化檢測與控制，將生產線裝備各類信息進行整合。很多國外鋼鐵企業已經搭建了融合核心業務的信息網，成為企業生產經營的重要設施，為生產線的高度信息化管理奠定了堅實的硬件基礎。很多發達國家政府已經把物聯網與云技術列為戰略性新興產業，在冶金裝備研發領域，物聯網技術、云技術也擁有較大的應用空間。借助于先進的物聯網平臺，企業可以自動、實時、準確、詳細地獲取鋼鐵生產中各方面的信息，并有效進行篩選與集成，為企業提供系統化的數據源，還為企業管理與系統維護提供更好的服務。物聯網和云技術已經成為鋼鐵強國的“必爭之地”。

    此外，世界先進國家正在展開對工業智能化制高點的爭奪，特別是日本，對工業機器人的研究已經開展了幾十年，遠遠領先于國際平均水平。目前，在鋼鐵產業中，智能機器人應用較少，各大公司正在競相開發這一領域。智能機器人和全工序無人控制系統，將是未來一段時間應關注的另一個重點領域。

    我國鋼鐵產業工藝技術發展十大方向

    談到未來5～10年我國鋼鐵工業技術發展方向時，姜尚清認為，主要有以下10個重點方向：

    一是綠色、可循環鋼鐵制造流程技術。以優質、高效、節能、環保、低成本為目標，通過鋼鐵流程結構優化和物質流、能量流、信息流網絡集成構建，對涉及高爐—轉爐長流程和廢鋼—電爐短流程的關鍵界面匹配、二次能源高效轉化、低品質余熱回收利用、低碳綠色制造工藝、鋼鐵流程3個功能的價值提升等關鍵技術進行深度開發，其范圍涵蓋整個鋼鐵制造過程，是在各項單體技術研發基礎上的系統集成、優化和匹配。

    二是低碳鋼鐵制造技術。包括高效節能減排和清潔生產技術、全生命周期能耗和二氧化碳排放評價導向下的生態鋼鐵材料生產工藝技術、碳俘獲與存儲（CCS）技術、廢鋼回收工藝的精細化研究、替代能源（太陽能、生物能、原子能等）非碳冶金技術等。

    三是高效資源開發及綜合利用技術。以節能降耗為原則，面向深部、復雜難采選資源，發展安全高強度采礦技術與特色選礦工藝；強化綜合利用與資源循環，發展共伴生組分與尾礦資源的綜合利用技術，國內鐵礦、錳礦、鉻礦、焦煤等資源科學勘探技術，鐵礦露天轉地下開采和深部開采以及低品位難選礦綜合利用技術。

    四是高效、節能、長壽綜合冶煉技術。包括高爐的高頂壓、高風溫、高富氧、高噴煤、高利用系數和長壽化技術，高爐專家系統應用技術（包括智能操作指導和監測技術），高效TRT技術，開發實用高檔耐火材料技術等。同時，積極探索非高爐煉鐵技術，爭取在直接還原（氣基、煤基）及熔融還原技術方面有所突破。

    五是高效、低成本潔凈鋼生產系統技術。主要由鐵水預處理技術、轉爐（電爐）冶煉與高精度終點控制技術、快速—協同的鋼水精煉技術、高效恒速的全連鑄技術這四項基礎支撐型技術，以及優化—簡捷的流程網絡和動態—有序運行的物流技術這兩項集成技術組成。重點是進一步深入研究以多工序“動態—有序”“連續—緊湊”“協同—穩定”運行為核心的潔凈鋼平臺系統技術，實現整個體系更加高效率、低成本運行。深入進行各種鐵水預處理工藝和裝備的適用性研究及技術經濟比較；深入進行二次精煉（包括吹氬）工藝和裝備的適用性研究及技術經濟比較；大力推進真空精煉裝備和技術優化，特別是高效RH精煉技術研究；大力推進連鑄工序的高效恒速技術優化研究；在煉鋼廠新建或改造的設計過程中，要高度重視平面布置圖(流程網絡)的合理化研究等。

    六是高性能、低成本鋼鐵材料設計與制造技術。主要包括：低成本、高性能微合金化技術，組織和性能精確控制技術，表面質量控制技術，細晶化和均質化技術，特種成型技術，大型鍛件生產技術，高等級特鋼型材、不銹鋼無縫管、高質量合金鋼生產技術以及應用、成型、防腐等加工技術。

    七是高精度、高效軋制及熱處理技術。主要包括以下共性技術：高精度軋制技術、高性能交直交軋機主傳動技術、新一代控軋控冷技術、多功能柔性超高強鋼冷軋板連續退火生產技術、在線熱處理技術、特種鋼板熱處理技術、三輥軋機/高精度棒線材定減徑機組技術、直接軋制技術、溫度梯度軋制技術、變截面軋制技術、低溫增塑軋制技術、無頭與半無頭軋制技術以及長材綠色制造技術。

    八是復合材料制造技術。復合材料是一種節材、節能、節約資源的綠色材料，對于提高材料綜合使用性能和利用效率有重要意義。基于鋼鐵材料的復合材料制造目前主要應用機械、爆炸、爆炸/軋制等傳統復合方法，生產效率低，品種少，質量差。需要進一步研究與開發高效率、高界面強度、特殊用途的復合材料產品，并得到工程應用，關鍵技術包括：材料設計及高效率組坯技術、復合界面相變與組織控制技術、界面擴散阻隔材料設計與性能控制技術、特殊用途金屬間化合物軋制復合與熱處理制備技術、全軋制過程協調變形與控制技術、粉末復合軋制技術以及復合材料的成形技術。

    九是面向全流程質量穩定控制的綜合生產技術。開展新一代的鋼鐵生產過程控制技術研究，包括鋼水精煉的精準控制、連鑄坯料質量控制技術、全流程板形及表面質量控制技術、精準熱處理技術、基于智能建模及數據挖掘的產品質量優化及決策支持、微觀組織性能在線閉環控制、生產異常檢測及故障診斷，解決控制系統在生產批次之間、品種規格之間的適應性問題，大幅提高復雜工況下產品質量的控制能力和穩定性。

     十是信息化、智能化的鋼鐵制造技術。主要包括：大型裝備的智能化嵌入式軟件開發與應用，關鍵檢測、檢驗技術裝備及數據采集分析系統，基于物聯網和云技術的鋼鐵生產信息化技術，鋼鐵生產復雜流程智能化自動控制系統，基于大數據技術的鋼鐵行業大數據庫平臺系統。

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