李新創(chuàng)
作為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，鋼鐵是支撐國家發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)的工業(yè)脊梁，也是反映一個國家綜合實力的重要標志。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)新與進步為鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了強力支撐和動力。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，特別是在當前國際環(huán)境日益復雜、疫情防控常態(tài)化的背景下，加強技術(shù)創(chuàng)新、促進國產(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7.63米特大型焦爐開始，我國焦爐大型化發(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米焦爐在鞍鋼鲅魚圈投產(chǎn)，2009年第一座6.25米搗固焦爐投產(chǎn)，標志著我國焦爐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米頂裝超大容積焦爐，其技術(shù)達國際領(lǐng)先水平，7米焦爐相關(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）先進水平焦爐產(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、焦爐煙道氣脫硫脫硝、酚氰廢水深度處理等先進技術(shù)在企業(yè)得到推廣和應(yīng)用，我國焦化行業(yè)技術(shù)裝備整體水平已達到國際先進。
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)機占比由15%增加至75%，單機生產(chǎn)能力≥120萬噸/年的球團裝備產(chǎn)能增加至1.5億噸，占比達到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)量達到了440余座，占比接近50%，其中300噸以上轉(zhuǎn)爐數(shù)量達到了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年達到90%以上，2005年達到98.42%，2019年已提升至接近100%。
在軋鋼工序方面，改革開放初期，我國大量引進日本、德國等國家的先進工藝技術(shù)。進入新世紀后，由于國內(nèi)機械制造行業(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、個別超越世界先進水平，鋼廠建設(shè)成本大幅度下降。當前，我國基本上已經(jīng)淘汰了橫列式型鋼軋機等落后軋制工藝及裝備，70%以上的軋機都達到國內(nèi)先進水平，并且有一大批國際領(lǐng)先水平的板材軋機裝備投產(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、本鋼2300毫米熱連軋機都是在立足于國產(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、電機容量提升，且對于生產(chǎn)質(zhì)量要求日益嚴格，鋼企逐步提高對于電能質(zhì)量的要求，由原有FC的固定補償方式或采用由接觸器控制的分步投切的自動補償方式逐步過渡為靜止無功補償裝置（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，在負載損耗相同的情況下，空載損耗明顯降低。傳統(tǒng)電機多進行更新?lián)Q代或采取各類新型電機（如永磁調(diào)速電機、開關(guān)磁阻電機等），節(jié)能潛力巨大。
我國冶金類制氧機流程已經(jīng)發(fā)展到第六代，其流程特點是：分子篩純化、板翹式換熱器、增壓透平膨脹機、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，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，我國重點統(tǒng)計鋼鐵企業(yè)建有亞臨界機組（含煤氣煤粉混燒）75臺，占比為11%；高溫超高壓機組（含超高溫超高壓）約300臺，占比為45%；高溫高壓機組170臺，占比為25%；中溫中壓及以下機組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，可擴充性好，PLC使用率遠高于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、終點控制、生產(chǎn)調(diào)度、保護澆注、爐渣管理、耐材使用等方面與國外先進水平相比仍有一定差距。
部分先進軋鋼工藝技術(shù)仍然需要引進，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，特別是高強鋼、耐熱鋼、耐候鋼、耐蝕鋼等熱處理工藝，處理機理研究、處理后性能提升、質(zhì)量穩(wěn)定性都有提升空間。
其三，部分先進裝備需要進口。
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，我國在運行的非高爐煉鐵裝備主要有寶鋼集團八一鋼鐵COREX 3000和山東墨龍石油機械有限公司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，引進了包括連續(xù)加料電爐、廢鋼預熱式電爐，在此基礎(chǔ)上，能夠自主研發(fā)全套電爐裝備，但市場普及率遠不如普銳特、達涅利等國外成套設(shè)備公司，先進電爐裝備仍需進口。
在軋制工藝方面，常規(guī)軋鋼生產(chǎn)工藝裝備基本實現(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組，目前國內(nèi)先進棒線材生產(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)大型冷連軋機組的焊機、退火爐等關(guān)鍵設(shè)備也主要依靠進口。
大力推進鋼鐵行業(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，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)對其貢獻率達到75%以上，引領(lǐng)著世界不銹鋼的高質(zhì)量發(fā)展。
實踐證明，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)新與進步。但當前及未來，國際環(huán)境更加復雜多變，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。三是加快推進產(chǎn)學研用協(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，加強與下游行業(yè)融合；多措并舉強化協(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)新負擔與風險，激發(fā)企業(yè)創(chuàng)新活力。
其三，加強上下游產(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，強化協(xié)同，進一步完善關(guān)鍵技術(shù)裝備攻堅體制機制建設(shè)，形成突破“瓶頸”的合力。要強化鋼鐵企業(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)體制機制，全面推行項目負責制，以項目負責人為龍頭、以項目為紐帶整合科研資源，實現(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)學研用協(xié)同創(chuàng)新機制，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)合實驗室等方式，積極實施先期介入，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、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)濟高質(zhì)量發(fā)展離不開鋼鐵。進入新時代，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，增強科技創(chuàng)新的發(fā)展后勁，不斷夯實鋼鐵行業(yè)科技創(chuàng)新基礎(chǔ)，進而推動鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
?。ㄗ髡呦狄苯鸸I(yè)規(guī)劃研究院黨委書記）
