李新創(chuàng)
作為國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，鋼鐵是支撐國家發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的工業(yè)脊梁，也是反映一個國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。新中國成立70多年來繪就了一幅波瀾壯闊的鋼鐵畫卷，在世界鋼鐵舞臺的中心散發(fā)出璀璨耀眼的光芒。粗鋼產(chǎn)量占據(jù)世界半壁江山，品種結(jié)構(gòu)極大豐富，產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提升，節(jié)能環(huán)保水平更是引領(lǐng)著世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工藝技術(shù)裝備的創(chuàng)新與進(jìn)步為鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了強(qiáng)力支撐和動力。但在關(guān)鍵技術(shù)工藝、核心裝備等方面，我們與高質(zhì)量發(fā)展的要求尚有一定距離，特別是在當(dāng)前國際環(huán)境日益復(fù)雜、疫情防控常態(tài)化的背景下，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、促進(jìn)國產(chǎn)化已是勢在必行。
我國鋼鐵行業(yè)工藝技術(shù)和裝備發(fā)展現(xiàn)狀
在焦化工序方面，自2006年引進(jìn)7.63米特大型焦?fàn)t開始，我國焦?fàn)t大型化發(fā)展的步伐加快，配套水平不斷提高。2008年我國自主設(shè)計的7米焦?fàn)t在鞍鋼鲅魚圈投產(chǎn)，2009年第一座6.25米搗固焦?fàn)t投產(chǎn)，標(biāo)志著我國焦?fàn)t大型化及配套裝備水平又邁上了一個新臺階。目前，我國已設(shè)計研發(fā)出8米頂裝超大容積焦?fàn)t，其技術(shù)達(dá)國際領(lǐng)先水平，7米焦?fàn)t相關(guān)技術(shù)裝備已成功輸出海外。截至2019年底，我國炭化室高5.5米及以上（含搗固）先進(jìn)水平焦?fàn)t產(chǎn)能已占55.6%。另外，干熄焦、上升管余熱利用、循環(huán)氨水余熱利用、焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝、酚氰廢水深度處理等先進(jìn)技術(shù)在企業(yè)得到推廣和應(yīng)用，我國焦化行業(yè)技術(shù)裝備整體水平已達(dá)到國際先進(jìn)。
在煉鐵及鐵前工序方面，新中國成立初期國內(nèi)僅有7座高爐，到2000年已增至3000多座，生鐵年產(chǎn)量也由25萬噸增長至1.3億噸。隨著煉鐵高爐大型化，截至2019年底，全國高爐數(shù)量逐步減少至900多座，重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)1000立方米及以上高爐由2001年的近50座增加至450座，130平方米以上燒結(jié)機(jī)占比由15%增加至75%，單機(jī)生產(chǎn)能力≥120萬噸/年的球團(tuán)裝備產(chǎn)能增加至1.5億噸，占比達(dá)到60%左右。
在煉鋼及連鑄工序方面，我國煉鋼裝備大型化取得突破性進(jìn)展。2005年，我國100噸及以上轉(zhuǎn)爐數(shù)量為89座，占比僅為26%，其中300噸及以上轉(zhuǎn)爐僅為3座，50噸以下轉(zhuǎn)爐為主力爐型。截至2019年底，100噸以上轉(zhuǎn)爐數(shù)量達(dá)到了440余座，占比接近50%，其中300噸以上轉(zhuǎn)爐數(shù)量達(dá)到了14座，100噸級轉(zhuǎn)爐成為主力爐型。連鑄工序方面，我國在改革開放后開始了對國外連鑄技術(shù)的消化和移植，之后連鑄比快速提高，2002年達(dá)到90%以上，2005年達(dá)到98.42%，2019年已提升至接近100%。
在軋鋼工序方面，改革開放初期，我國大量引進(jìn)日本、德國等國家的先進(jìn)工藝技術(shù)。進(jìn)入新世紀(jì)后，由于國內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)和電氣控制行業(yè)國產(chǎn)化能力的提升，軋制工藝技術(shù)以國產(chǎn)化為主，并通過不斷創(chuàng)新，使我國軋制工藝技術(shù)裝備已經(jīng)整體接近、個別超越世界先進(jìn)水平，鋼廠建設(shè)成本大幅度下降。當(dāng)前，我國基本上已經(jīng)淘汰了橫列式型鋼軋機(jī)等落后軋制工藝及裝備，70%以上的軋機(jī)都達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，并且有一大批國際領(lǐng)先水平的板材軋機(jī)裝備投產(chǎn)，如攀鋼百米鋼軌全長余熱淬火工藝技術(shù)、鞍鋼鲅魚圈5500毫米寬厚板軋機(jī)、本鋼2300毫米熱連軋機(jī)都是在立足于國產(chǎn)化的基礎(chǔ)上建成投產(chǎn)的。
在公輔設(shè)施方面，隨著鋼企設(shè)備大型化、電機(jī)容量提升，且對于生產(chǎn)質(zhì)量要求日益嚴(yán)格，鋼企逐步提高對于電能質(zhì)量的要求，由原有FC的固定補(bǔ)償方式或采用由接觸器控制的分步投切的自動補(bǔ)償方式逐步過渡為靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）和靜止無功發(fā)生器（SVG）。此外，在電氣設(shè)備使用方面，二級能效以上的高效節(jié)能變壓器被廣泛用于替代S9及以下高耗能變壓器，在負(fù)載損耗相同的情況下，空載損耗明顯降低。傳統(tǒng)電機(jī)多進(jìn)行更新?lián)Q代或采取各類新型電機(jī)（如永磁調(diào)速電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等），節(jié)能潛力巨大。
我國冶金類制氧機(jī)流程已經(jīng)發(fā)展到第六代，其流程特點(diǎn)是：分子篩純化、板翹式換熱器、增壓透平膨脹機(jī)、規(guī)整填料塔精餾、無氫制氬、智能DCS（分布式控制系統(tǒng)）控制、大型化和超大型化。冶金空分設(shè)備投資成本下降了約60%，已步入了每小時12萬立方米等級以上空分設(shè)備攻堅期，制造技術(shù)已日趨完善，空分裝置的技術(shù)隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展而同步發(fā)展。
近年來，鋼企不斷提升余熱余能利用水平，熱電工藝技術(shù)和裝備逐步高效化、現(xiàn)代化。以煤氣發(fā)電為例，全燃煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù)在過去20多年中為我國鋼鐵工業(yè)的二次能源利用做出重要貢獻(xiàn)，逐步由中溫中壓發(fā)電向高溫高壓、高溫超高壓、超高溫超高壓、超高溫亞臨界等高參數(shù)發(fā)電技術(shù)方向發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2019年底，我國重點(diǎn)統(tǒng)計鋼鐵企業(yè)建有亞臨界機(jī)組（含煤氣煤粉混燒）75臺，占比為11%；高溫超高壓機(jī)組（含超高溫超高壓）約300臺，占比為45%；高溫高壓機(jī)組170臺，占比為25%；中溫中壓及以下機(jī)組130臺，占比為19%。
鋼鐵行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和裝備存在的主要問題
其一，先進(jìn)自動控制軟件和系統(tǒng)國產(chǎn)化欠缺。
目前國內(nèi)鋼鐵行業(yè)裝備基本實(shí)現(xiàn)本地化、自主化，但配套的國產(chǎn)化軟件和控制系統(tǒng)仍有欠缺。鋼企基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)多采用分布式控制系統(tǒng)（DCS）或可編程邏輯控制器（PLC）。由于PLC比DCS更穩(wěn)定可靠，功能也強(qiáng)，可擴(kuò)充性好，PLC使用率遠(yuǎn)高于DCS。國內(nèi)PLC研制按照行業(yè)通用型設(shè)計生產(chǎn)，因此產(chǎn)品、技術(shù)水平等均與國外公司差距較大。目前，鋼鐵企業(yè)PLC市場基本由ABB、西門子、施耐德、歐姆龍等歐美制造商控制。DCS系統(tǒng)基本由國外業(yè)內(nèi)強(qiáng)者所把持，但本土廠商如和利時、中控、新華等企業(yè)目前也在逐漸發(fā)展壯大。由于DCS技術(shù)含量高，很多對產(chǎn)品的需求都建立在項目的基礎(chǔ)上，因此對DCS的需求也將有一個周期性較長的過程，在短時間內(nèi)難有較大改變。
其二，少數(shù)關(guān)鍵工藝技術(shù)水平不高。
近幾年國內(nèi)潔凈鋼生產(chǎn)水平有了一定提高，但真正具備生產(chǎn)潔凈鋼條件的廠家較少，主要為一些大型企業(yè)和部分特鋼廠，普及率不高，同時在脫硫、終點(diǎn)控制、生產(chǎn)調(diào)度、保護(hù)澆注、爐渣管理、耐材使用等方面與國外先進(jìn)水平相比仍有一定差距。
部分先進(jìn)軋鋼工藝技術(shù)仍然需要引進(jìn)，如帶鋼無頭軋制技術(shù)（ESP）和薄帶鑄軋技術(shù)（CASTRIP）等。部分軋鋼工藝技術(shù)水平與世界領(lǐng)先水平存在差距，特別是高強(qiáng)鋼、耐熱鋼、耐候鋼、耐蝕鋼等熱處理工藝，處理機(jī)理研究、處理后性能提升、質(zhì)量穩(wěn)定性都有提升空間。
其三，部分先進(jìn)裝備需要進(jìn)口。
在非高爐煉鐵方面，受資源條件的限制，我國最早研究開發(fā)的非高爐煉鐵裝備主要集中在煤基直接還原鐵工藝上，由于生產(chǎn)效率低、成本高、環(huán)保水平低等原因基本均已停產(chǎn)。目前，我國在運(yùn)行的非高爐煉鐵裝備主要有寶鋼集團(tuán)八一鋼鐵COREX 3000和山東墨龍石油機(jī)械有限公司HIsmelt熔融還原裝備。這兩種工藝分別是從奧鋼聯(lián)和澳大利亞力拓引入中國，經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐，在生產(chǎn)規(guī)模和成本上具備了與高爐工藝競爭的條件，但是關(guān)鍵設(shè)備仍然依賴進(jìn)口，技術(shù)成熟度和裝備自給率與高爐仍有一定差距。另外，比較適合中國原燃料條件的FINEX熔融還原裝備和專利技術(shù)由韓國浦項掌控，限制了其在中國的發(fā)展。
在電爐冶煉方面，我國鋼企應(yīng)用電弧爐的形式日益豐富，引進(jìn)了包括連續(xù)加料電爐、廢鋼預(yù)熱式電爐，在此基礎(chǔ)上，能夠自主研發(fā)全套電爐裝備，但市場普及率遠(yuǎn)不如普銳特、達(dá)涅利等國外成套設(shè)備公司，先進(jìn)電爐裝備仍需進(jìn)口。
在軋制工藝方面，常規(guī)軋鋼生產(chǎn)工藝裝備基本實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計建造，但是在革命性、關(guān)鍵性工藝裝備方面仍然依賴進(jìn)口。比如，作為熱軋領(lǐng)域革命性技術(shù)之一的無頭軋制技術(shù)，目前在國內(nèi)廣泛建設(shè)的無頭軋制生產(chǎn)線主要依靠進(jìn)口，即日照鋼鐵ESP生產(chǎn)線、沙鋼CASTRIP生產(chǎn)線以及首鋼京唐MCCR（多模式全連續(xù)鑄軋）生產(chǎn)線分別來自意大利阿維迪、美國紐科以及意大利達(dá)涅利。再如，作為棒線材生產(chǎn)線關(guān)鍵工藝裝備的減定徑機(jī)組，目前國內(nèi)先進(jìn)棒線材生產(chǎn)線仍然采用德國KOCKS公司或美國摩根公司的技術(shù)裝備。國內(nèi)大型冷連軋機(jī)組的焊機(jī)、退火爐等關(guān)鍵設(shè)備也主要依靠進(jìn)口。
大力推進(jìn)鋼鐵行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和裝備國產(chǎn)化
未來，在規(guī)范發(fā)展的前提下，如何提升勞動生產(chǎn)效率、如何提高成材率、如何提高產(chǎn)品質(zhì)量、如何降低能源消耗成為事關(guān)企業(yè)生存發(fā)展的頭等大事，這些均與工藝技術(shù)裝備息息相關(guān)。比如，日鋼ESP生產(chǎn)線成材率平均提高1個~2個百分點(diǎn)，輥耗降低約2%，單位能耗比常規(guī)熱連軋降低50%以上；沙鋼CASTRIP產(chǎn)線全長僅有50米，30秒內(nèi)鋼水直接變成鋼卷，單位能耗僅為常規(guī)熱連軋的1/5；太鋼聚焦“新材料、新工藝、新領(lǐng)域”，著眼“首創(chuàng)”“首發(fā)”“首位”，開發(fā)新品種，創(chuàng)造新需求，研發(fā)對其貢獻(xiàn)率達(dá)到75%以上，引領(lǐng)著世界不銹鋼的高質(zhì)量發(fā)展。
實(shí)踐證明，世界鋼鐵工業(yè)中心的轉(zhuǎn)移、中國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，均離不開工藝技術(shù)裝備的創(chuàng)新與進(jìn)步；未來中國鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，更是離不開工藝技術(shù)裝備的創(chuàng)新與進(jìn)步。但當(dāng)前及未來，國際環(huán)境更加復(fù)雜多變，特別是大國戰(zhàn)略競爭更加激烈，因此，在高質(zhì)量發(fā)展的今天，著手關(guān)鍵工藝技術(shù)、核心裝備的研發(fā)與國產(chǎn)化不僅必要，而且必須，是中國鋼鐵工業(yè)自主創(chuàng)新、做大做強(qiáng)的必由之路。
其一，攻克關(guān)鍵技術(shù)和裝備，保障行業(yè)安全。一是需要加強(qiáng)材料基礎(chǔ)研究和夾雜物控制、潔凈鋼冶煉等關(guān)鍵工藝技術(shù)研發(fā)，從應(yīng)用角度出發(fā)開展腐蝕、疲勞等服役性能研究，提升研發(fā)生產(chǎn)和服務(wù)水平。二是加快智能制造提升步伐，從全生命周期角度提升產(chǎn)品研發(fā)速度、質(zhì)量控制水平，構(gòu)建健康有序的生態(tài)鏈。三是加快推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新，可利用成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，參與產(chǎn)業(yè)鏈合資、參股、并購等手段，打破因行政、行業(yè)、企業(yè)性質(zhì)等因素形成的壁壘，加強(qiáng)與下游行業(yè)融合；多措并舉強(qiáng)化協(xié)同創(chuàng)新能力，打造多產(chǎn)業(yè)融通創(chuàng)新生態(tài)圈，提升產(chǎn)業(yè)鏈整體水平，攻克關(guān)鍵技術(shù)和裝備難題。
其二，加大研發(fā)投入力度，提升創(chuàng)新能力。
當(dāng)前，我國鋼鐵行業(yè)研發(fā)投入比例較低，部分核心工藝技術(shù)及裝備不掌握，包括設(shè)備制造和整體設(shè)計能力與國外一流水平還有差距。為此，鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈上各方需要加強(qiáng)研發(fā)投入，不斷完善研發(fā)體系，全面提升技術(shù)創(chuàng)新能力和管理水平，形成具有企業(yè)自身特色的科技創(chuàng)新體制。此外，各方還應(yīng)積極探索多元化的科研投入機(jī)制，拓展創(chuàng)新投入的社會化渠道，搭建多種形式的科技金融合作平臺，探索建立創(chuàng)新風(fēng)險基金，吸引更多的社會資本參與鋼鐵行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，降低鋼鐵企業(yè)科技創(chuàng)新負(fù)擔(dān)與風(fēng)險，激發(fā)企業(yè)創(chuàng)新活力。
其三，加強(qiáng)上下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同，構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)鏈條。
要充分發(fā)揮市場配置資源的決定性作用，充分認(rèn)識技術(shù)創(chuàng)新對生產(chǎn)力提升的巨大推動作用，充分調(diào)動鋼鐵企業(yè)、設(shè)計院、科研院所及裝備制造企業(yè)在鋼鐵行業(yè)技術(shù)裝備創(chuàng)新方面的積極性，凝聚共識，強(qiáng)化協(xié)同，進(jìn)一步完善關(guān)鍵技術(shù)裝備攻堅體制機(jī)制建設(shè)，形成突破“瓶頸”的合力。要強(qiáng)化鋼鐵企業(yè)在關(guān)鍵技術(shù)裝備攻關(guān)中的創(chuàng)新主體地位，鼓勵鋼鐵企業(yè)采用新技術(shù)、新裝備，支持增加研發(fā)投入；尊重設(shè)計院和科研院所的設(shè)計研發(fā)成果，加快成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用；提高下游裝備制造企業(yè)在關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)中的參與度，更好地實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。要著力打通各方之間的限制性環(huán)節(jié)，營造互動、互助、互促、互惠的良性循環(huán)新格局，形成集成創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新的新發(fā)展趨勢，打造關(guān)鍵技術(shù)裝備創(chuàng)新新生態(tài)。
其四，健全人才體系，培育源源不斷的發(fā)展動力。
在人才配置方面，鋼企要創(chuàng)新研發(fā)體制機(jī)制，全面推行項目負(fù)責(zé)制，以項目負(fù)責(zé)人為龍頭、以項目為紐帶整合科研資源，實(shí)現(xiàn)科研人才資源高效配置；在人才供應(yīng)鏈建設(shè)方面，依托產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，建立以客戶服務(wù)為平臺的大客戶營銷體制，通過共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等方式，積極實(shí)施先期介入，通過“借腦引智”，將產(chǎn)業(yè)鏈向下游汽車、家電、海洋工程等高端制造企業(yè)延伸；在人才培育方面，不斷完善企業(yè)技術(shù)人才的引進(jìn)、晉升通道，暢通技術(shù)人員的上升通道，并通過股權(quán)激勵、創(chuàng)新獎勵等方面給予技術(shù)人員充分的激勵，建立鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才蓄水池，為推動鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新提供不竭動力。
中國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展離不開鋼鐵。進(jìn)入新時代，站在新的歷史方位，要把科技創(chuàng)新作為鞏固鋼鐵產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，強(qiáng)化鋼鐵產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先地位的關(guān)鍵一環(huán)，加大研發(fā)投入，增強(qiáng)科技創(chuàng)新的發(fā)展后勁，不斷夯實(shí)鋼鐵行業(yè)科技創(chuàng)新基礎(chǔ)，進(jìn)而推動鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
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