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自主創(chuàng)新,實現(xiàn)鋼鐵領(lǐng)域高水平科技自立自強

2021-06-04 09:34:00

中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
王國棟 袁國
 
  習近平總書記指出,科技自立自強成為決定我國生存和發(fā)展的基礎(chǔ)能力,要加快建設(shè)科技強國,實現(xiàn)高水平科技自立自強,堅決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)。鋼鐵是工業(yè)社會最重要的基礎(chǔ)原材料,對我國的國防軍工、裝備制造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和人民生活等,都起到了不可替代的支撐作用,有力推動了中國工業(yè)化和現(xiàn)代化的進程。持續(xù)穩(wěn)定地獲得高質(zhì)量鋼鐵產(chǎn)品,與掌握石油、糧食等戰(zhàn)略資源具有同等重要的地位。
  經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,我國鋼鐵行業(yè)取得了長足進步,但在高端鋼鐵材料和關(guān)鍵工藝技術(shù)創(chuàng)新等方面仍然存在大而不強的問題。從發(fā)展需求和世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢來看,綠色化和智能化又成為新一輪鋼鐵領(lǐng)域技術(shù)競爭的焦點。我國鋼鐵材料及產(chǎn)業(yè)目前迫切需要攻克三座高峰,實現(xiàn)“三化”:第一是高端特種材料存在“卡脖子”問題,高品質(zhì)鋼鐵材料存在穩(wěn)定性難題,“產(chǎn)品高質(zhì)化”需求強烈。第二是鋼鐵材料生產(chǎn)面臨資源、能源限制,鐵礦石對外單一依存度大,碳達峰、碳中和已成為國家重要戰(zhàn)略,鋼鐵產(chǎn)業(yè)壓力巨大;推動我國鐵礦資源安全可靠穩(wěn)定供給,實現(xiàn)全流程“工藝綠色化”愈發(fā)迫切。第三是生產(chǎn)裝備與工藝過程的穩(wěn)定性,產(chǎn)品的均勻性、一致性差,產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化賦能鋼鐵材料與工藝技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展勢在必行,裝備智能化迫在眉睫。
  鋼鐵是以應(yīng)用為導向的多工序流程制造產(chǎn)業(yè)。實現(xiàn)鋼鐵領(lǐng)域科技自立自強,就是要面向世界科技前沿、面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大戰(zhàn)略需求、面向人民生命健康,聚焦高質(zhì)化鋼鐵材料、關(guān)鍵工藝技術(shù)自主高效供給和產(chǎn)業(yè)綠色化數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級,全流程一體化創(chuàng)新,突破高端及特種鋼鐵產(chǎn)品制備核心關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)與環(huán)境友好相適應(yīng)的綠色化生產(chǎn)工藝,并以數(shù)字化、智能化技術(shù)賦能鋼鐵材料與工藝技術(shù)創(chuàng)新,保障我國國防建設(shè)和民生需求的高端高品質(zhì)鋼鐵材料自主供給和產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展。具體來講,我國鋼鐵領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展應(yīng)重點面向如下戰(zhàn)略任務(wù): 
  任務(wù)一:
  突破“卡脖子”核心工藝和材料技術(shù),提升重大工程與國防建設(shè)用高端特種鋼鐵材料自主保障能力。高品質(zhì)特殊鋼是保障國家工業(yè)化和國防安全不可缺少的重要基礎(chǔ)材料,我國特殊鋼產(chǎn)能約有7000萬噸,但產(chǎn)品檔次不高、產(chǎn)能過剩,國防軍工、重大裝備及工程所需的高端特種鋼鐵材料仍有部分完全依賴進口,存在“卡脖子”問題和風險。同時,海工、能源、電力、交通、裝備制造等重點領(lǐng)域高等級鋼鐵材料也面臨關(guān)鍵技術(shù)指標不高、關(guān)鍵核心技術(shù)有待突破、質(zhì)量不穩(wěn)定等瓶頸難題。創(chuàng)新超高強韌鋼鐵材料理論,突破關(guān)鍵核心技術(shù),確保重大工程和高端裝備用鋼鐵材料自主保障,是鋼鐵材料領(lǐng)域首要重大戰(zhàn)略任務(wù)。
  任務(wù)二:
  創(chuàng)新綠色化生產(chǎn)工藝,突破資源、能源等方面的限制,破解排放、污染等環(huán)境問題。目前,我國鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)鐵礦石對外依存度已持續(xù)多年達85%以上,已成為經(jīng)濟安全運行的重大隱患。而實際上我國及權(quán)益礦山貧雜鐵礦石儲量達300億噸以上,但資源稟賦差、采用常規(guī)選礦技術(shù)無法有效利用,且世界上類似的貧雜鐵礦石儲量高達數(shù)千億噸,創(chuàng)新綠色高效分選方法,實現(xiàn)貧雜鐵礦石資源化利用,對于我國鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)資源自主保障意義重大。同時,鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)是實現(xiàn)減排、碳中和國家戰(zhàn)略的重點領(lǐng)域,工藝綠色化勢在必行。研發(fā)能源高效利用、低碳冶金、鋼鐵-化工聯(lián)產(chǎn)等低碳前沿技術(shù),自主創(chuàng)新潔凈化冶煉、薄帶鑄軋、無頭軋制等綠色化短流程生產(chǎn)工藝,實現(xiàn)綠色化轉(zhuǎn)型升級,是碳達峰、碳中和國家戰(zhàn)略實施的重要支撐。
  任務(wù)三:
  數(shù)字化、智能化技術(shù)賦能鋼鐵材料和工藝發(fā)展與創(chuàng)新,推動“數(shù)字鋼鐵”建設(shè),支撐鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。加快建設(shè)“數(shù)字中國”,實施數(shù)據(jù)驅(qū)動創(chuàng)新發(fā)展,已成為國家重要戰(zhàn)略。鋼鐵生產(chǎn)制造過程不確定性極強,工序內(nèi)物料基本為“黑箱”且工序間交叉耦合,限制了產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)穩(wěn)定性的進一步提升。同時,材料設(shè)計多通過“試錯法”重復實驗和模擬擇優(yōu)進行,生產(chǎn)過程與產(chǎn)品使役過程未能形成信息共享及協(xié)同。推進制造過程數(shù)字化、智能化和大數(shù)據(jù)集成運用,構(gòu)建鋼鐵材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施平臺,采用大數(shù)據(jù)、機器學習等方法揭示材料成分、工藝與組織性能之間的復雜關(guān)系,加快材料與工藝創(chuàng)新;研究生產(chǎn)過程數(shù)字孿生模型,開發(fā)生產(chǎn)全流程與產(chǎn)品全生命周期的信息物理系統(tǒng),實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型,提升產(chǎn)品質(zhì)量、消除產(chǎn)品缺陷、穩(wěn)定生產(chǎn)過程、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率,是鋼鐵材料與工藝技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的迫切需求。
  我國已多年來位居世界鋼鐵產(chǎn)量首位,中國的鋼鐵業(yè)已站在世界的最前沿。創(chuàng)新,尤其是自主創(chuàng)新的歷史責任已責無旁貸地落到中國鋼鐵人身上。在黨的堅強領(lǐng)導下,鋼鐵人通過自主創(chuàng)新,已經(jīng)在全流程工藝、裝備以及鋼鐵產(chǎn)品、超低排放等領(lǐng)域取得了很好的成績。在吸收世界優(yōu)秀科技成果的基礎(chǔ)上,在新的歷史形勢下,我們更有理由和信心,通過自主創(chuàng)新,自立自強,加快我國鋼鐵領(lǐng)域科技創(chuàng)新,引領(lǐng)世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
  實現(xiàn)鋼鐵領(lǐng)域高水平科技自立自強,我們要面向民生發(fā)展和國防安全對鋼鐵材料和產(chǎn)業(yè)的實際需求,結(jié)合鋼鐵產(chǎn)業(yè)特點,要充分調(diào)動創(chuàng)新要素,匯聚創(chuàng)新資源,共同做好鋼鐵領(lǐng)域的科技自主創(chuàng)新突破。為此,應(yīng)特別注意貫徹執(zhí)行如下幾點:
  (1)以企業(yè)為主體,產(chǎn)學研深度融合,協(xié)同創(chuàng)新,“揭榜掛帥”共同做好科技創(chuàng)新與高效突破。以企業(yè)為主體,就是要通過企業(yè)充分梳理產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和重大科技問題,出題“出榜”,并共同做好科技的中試和成果轉(zhuǎn)化實施工作。高校、科研機構(gòu)要以鋼鐵產(chǎn)業(yè)國家重大戰(zhàn)略目標和任務(wù)為導向,加強基礎(chǔ)研究與創(chuàng)新突破,用高質(zhì)量科技成果“揭榜”。協(xié)同創(chuàng)新,就是要材料、加工、機械、控制、信息等多學科交叉,多行業(yè)協(xié)同,產(chǎn)學研用融合,工藝-裝備-產(chǎn)品-服務(wù)一體化創(chuàng)新,將創(chuàng)新優(yōu)勢資源匯聚到制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和重大科技問題上來,加快科技創(chuàng)新與關(guān)鍵技術(shù)突破,形成高效強大的共性技術(shù)供給體系,提高科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化成效。同時,充分發(fā)揮我們社會主義制度的優(yōu)越性,集中力量突破系列共性技術(shù),實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)“共享”,推動全行業(yè)技術(shù)共同進步。
  (2)加強鋼鐵領(lǐng)域基礎(chǔ)研究/應(yīng)用基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用實踐之間的雙向互動、融通發(fā)展,基礎(chǔ)研究支撐關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新,應(yīng)用實踐牽動基礎(chǔ)研究深化,加快技術(shù)創(chuàng)新和成果熟化進展。應(yīng)用實踐是科技創(chuàng)新的檢驗標準,鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天,為我們鋼鐵人提供了宏大而真實的場景,更為科技創(chuàng)新提供了寬廣的舞臺,鋼鐵材料與工藝的研究創(chuàng)新,應(yīng)用實踐檢驗比以往任何時候都更加容易和便捷。我們既要注重提升基礎(chǔ)研究的深度、成果熟化的程度和支撐度,更要注重在技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用實踐中提煉科學問題。實際應(yīng)用結(jié)果用來指導和深化基礎(chǔ)理論研究,作為新的創(chuàng)新原點,倒逼基礎(chǔ)研究深化,螺旋式上升,甚至是工程再創(chuàng)新,才能將科研成果真正應(yīng)用于實際,才能真正實現(xiàn)創(chuàng)新價值,實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展。在創(chuàng)新進程中,基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研究雙向互動,融通發(fā)展,才能有效加快創(chuàng)新步伐。而實際上,高水平科技創(chuàng)新,基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新之間的界限愈發(fā)模糊,更多的是二者復合,更加需要鋼鐵科技工作者,打通創(chuàng)新的分工壁壘與界限。
  (3)注重全流程全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新,系統(tǒng)化解決問題;深化供給側(cè)改革,全心全意服務(wù)需求側(cè)。鋼鐵材料制造是典型的流程工業(yè),并具有典型的“遺傳效應(yīng)”,最終產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,是由“礦-冶-鑄-軋-材”全流程的各個工序環(huán)節(jié)共同決定的,關(guān)鍵核心技術(shù)的突破涉及全流程多工序環(huán)節(jié),需要全流程一體化解決問題。鋼鐵作為基礎(chǔ)原材料,用戶需求變化多端,縱觀鋼鐵材料發(fā)展歷程,無不是用戶不斷提升的需求提高推動了鋼鐵領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。因此,我們不僅要做好鋼鐵制造過程,同時更要注重需求側(cè)的使役、服役性能要求,倒逼鋼鐵材料制造過程的成分設(shè)計、工藝方法以及裝備手段創(chuàng)新升級,開發(fā)出質(zhì)量更好、性能更優(yōu)的鋼鐵產(chǎn)品。
  (4)適應(yīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和材料研究轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢,注重研究方法創(chuàng)新,推動鋼鐵材料重大原始創(chuàng)新突破。面對第四次工業(yè)革命浪潮,鋼鐵材料科學正在經(jīng)歷數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型,以實驗工具、數(shù)據(jù)、計算工具組成的鋼鐵材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),將改變鋼鐵材料科學與技術(shù)研發(fā)策略。同時,加快材料發(fā)現(xiàn)與研發(fā)進程,降低材料研發(fā)成本,也是當前材料研究共同關(guān)注的問題。在當前大數(shù)據(jù)、機器學習背景下,創(chuàng)新材料研究方法,構(gòu)建金屬材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施,協(xié)同金屬材料集成計算,將有望大大加快材料原始創(chuàng)新突破。實踐證明,基于大數(shù)據(jù)、機器學習方法可快速構(gòu)建材料工藝參數(shù)與組織性能間的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合材料集成計算和實驗方法與手段,逆向解析相關(guān)基本原理,對于建立重大原創(chuàng)理論體系,推動金屬材料基本原理發(fā)展,進一步助力鋼鐵新材料新工藝開發(fā)意義重大。
  展望未來,從民生發(fā)展和國防安全對鋼鐵材料和產(chǎn)業(yè)的實際需求出發(fā),只要秉承“創(chuàng)新、求真、落地”的科研精神,勇于擔當,堅定自信,我們必將能夠創(chuàng)新鋼鐵冶金與材料科學,在鋼鐵發(fā)展歷史上留下中國人的科技印記,建設(shè)一個滿足國家民生和國防發(fā)展需求,綠色化、數(shù)字化,具有創(chuàng)新生態(tài)的鋼鐵產(chǎn)業(yè),實現(xiàn)我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)率先進入國際領(lǐng)先制造業(yè)集群。

來源:中國工程院

編輯:陳燦

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