《鋼鐵行業(yè)2020
——2035年技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)報(bào)告》提要（中）

中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)

（接上期）

（五）堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，可持續(xù)發(fā)展能力明顯增強(qiáng)

進(jìn)入21世紀(jì)，特別是近年來鋼鐵工業(yè)受環(huán)境和資源制約的矛盾愈加突出，大力加強(qiáng)節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為鋼鐵工業(yè)重中之重。黨的十八大以后，鋼鐵工業(yè)堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，全行業(yè)不斷提升“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)，推行清潔生產(chǎn)和采用節(jié)能環(huán)保技術(shù)，在節(jié)能降耗、資源綜合利用和改善環(huán)保方面取得了明顯的進(jìn)步。

在節(jié)能降耗方面，全面淘汰了落后的平爐和側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，轉(zhuǎn)爐煉鋼實(shí)現(xiàn)了負(fù)能煉鋼。2019年，轉(zhuǎn)爐煉鋼工序能耗為-13.85千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸。電爐利用系數(shù)從1978年的15.78噸/（百萬伏安?日）提高到2019年的24.09噸/（百萬伏安?日），電爐鋼鐵料消耗從1978年的1057千克/噸降至2019年的989.34千克/噸，冶煉電耗從1978年的677度/噸降到2019年的350.28度/噸。連鑄比從1978年的3.5%提高至2019年的99.84%。高爐利用系數(shù)從1978年的1.43噸/（立方米?日）提高到2019年的2.64噸/（立方米?日），高爐入爐焦比從1978年的562千克/噸鐵降至2019年的360.4千克/噸鐵，噴煤比從1978年沒有噴煤提升到2019年的144.17千克/噸鐵。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐利用系數(shù)從1978年的14.27噸/（噸?日）提高到2019年的31噸/（噸?日），轉(zhuǎn)爐金屬料消耗從1978年的1202千克/噸降至2019年的1086.27千克/噸，鋼鐵料消耗從1978年的1184千克/噸降低到2019年的1064.57千克/噸。

在環(huán)保減排方面，我國通過引進(jìn)和開發(fā)“轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)，高爐頂壓發(fā)電 TRT技術(shù)，低熱值煤氣發(fā)電技術(shù)以及高爐渣、轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣等處理回收技術(shù)”等，在鋼鐵企業(yè)廣泛推廣應(yīng)用“三廢”綜合利用技術(shù)，在處理新產(chǎn)生“三廢”的同時(shí)，還將過去大量堆積的廢渣進(jìn)行了回收利用。進(jìn)入21世紀(jì)，鋼鐵企業(yè)的廢氣處理率和處理廢氣達(dá)標(biāo)率逐步提高，噸鋼外排大氣污染物大幅減少，水重復(fù)利用率大大提高，外排廢水中污染物總量大幅度降低。根據(jù)鋼協(xié)統(tǒng)計(jì)，2015-2019年，重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)鋼鐵企業(yè)平均噸鋼綜合能耗由574千克標(biāo)煤降至553千克標(biāo)煤；噸鋼二氧化硫排放由0.90千克下降到0.47千克，削減幅度達(dá)到48%；噸鋼煙粉塵排放由0.79千克下降到0.48千克，削減幅度為39%。2019年重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)企業(yè)水重復(fù)利用率達(dá)到97.94%。在廢氣利用中，焦?fàn)t煤氣利用率達(dá)到99.62%，高爐煤氣利用率達(dá)到94.3%，轉(zhuǎn)爐煤氣利用率達(dá)到97.41%。在固體廢物利用中，鋼鐵企業(yè)塵泥綜合利用率達(dá)到99.32%。其中，含鐵塵泥綜合利用率99.84%，高爐渣利用率達(dá)到91.49%，轉(zhuǎn)爐渣利用率達(dá)到100%，電爐渣綜合利用率達(dá)到100%。企業(yè)在環(huán)保減排方面，基本上做到“三廢”全部綜合利用，首鋼遷鋼已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超低排放，其他企業(yè)已經(jīng)完成或正在實(shí)施相應(yīng)的技術(shù)改造。

（六）產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整取得積極進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)組織進(jìn)一步優(yōu)化

鞍鋼鲅魚圈、首鋼京唐、寶武湛江、山鋼日照、柳鋼防城港等沿海鋼廠建設(shè)，以及原有的沿江鋼廠布局，標(biāo)志著我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局從資源依托型向臨近沿海、沿江地區(qū)和靠近鋼鐵產(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)區(qū)域轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，并初步形成消費(fèi)主導(dǎo)型與資源主導(dǎo)型相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)布局。

新中國成立71年來，也是我國鋼鐵企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)組織不斷優(yōu)化，競(jìng)爭(zhēng)力不斷提升的71年。1978年中國只有鞍鋼年產(chǎn)鋼量超過500萬噸，到2019年末已有37家年產(chǎn)鋼500萬噸以上的企業(yè)，其中年產(chǎn)鋼2000萬噸以上的8家，1000萬～2000萬噸的14家，500萬～1000萬噸的15家。2019年全球前20家大型鋼鐵企業(yè)集團(tuán)中，中國企業(yè)有10家。2019年，進(jìn)入《財(cái)富》世界500強(qiáng)的19家鋼鐵企業(yè)中，中國就占了13家。中國寶武鋼鐵集團(tuán)有限公司由原寶鋼集團(tuán)有限公司和武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司聯(lián)合重組而成，于2016年12月1日揭牌成立。2019年9月19日，中國寶武對(duì)馬鋼集團(tuán)實(shí)施聯(lián)合重組。2020年8月21日，中國寶武鋼鐵集團(tuán)有限公司與山西省國有資本運(yùn)營有限公司簽署無償劃轉(zhuǎn)協(xié)議，山西國資運(yùn)營公司將太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司51%股權(quán)無償劃轉(zhuǎn)給中國寶武。我國鋼鐵行業(yè)正在通過兼并重組擴(kuò)大優(yōu)勢(shì)企業(yè)規(guī)模，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)組織優(yōu)化，為不斷提升中國鋼鐵工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)。

（七）堅(jiān)持對(duì)外開放，國際化水平不斷提高

改革開放以來，我國鋼鐵工業(yè)始終堅(jiān)持“兩種資源、兩個(gè)市場(chǎng)”的開放戰(zhàn)略，對(duì)外開放取得了顯著成效。一是引進(jìn)技術(shù)裝備提升了鋼鐵工業(yè)水平。從改革開放初期引進(jìn)國外先進(jìn)工藝技術(shù)和先進(jìn)裝備，快速縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。進(jìn)入21世紀(jì)，我國工藝技術(shù)研究開發(fā)和大型冶金裝備研制，以及自我創(chuàng)新能力顯著提高，開發(fā)的一些技術(shù)和成套裝備處在世界領(lǐng)先水平。 二是鋼鐵產(chǎn)品的進(jìn)出口呈現(xiàn)大開放格局。大量利用境外鐵礦資源保障了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。進(jìn)口鐵礦石從1978年的908萬噸增加到2019年的10.68億噸，增長了118倍。同時(shí)，一些企業(yè)通過多種方式獲取國外鐵礦石資源。鋼材進(jìn)出口格局發(fā)生巨大變化。到2005年我國實(shí)現(xiàn)鋼材進(jìn)出口數(shù)量基本平衡，2006年起我國成為粗鋼凈出口國。三是國際產(chǎn)能合作呈現(xiàn)更高水平。40多年來，鋼鐵行業(yè)完成了從境內(nèi)合資合作的“請(qǐng)進(jìn)來”，到海外并購、建廠，開展國際產(chǎn)能合作“走出去”的發(fā)展過程。特別是近年來，鋼鐵企業(yè)抓住國家“一帶一路"倡議的機(jī)遇，深化國際產(chǎn)能合作，在海外并購或投資建設(shè)大型項(xiàng)目的步伐進(jìn)一步加快。我國鋼鐵技術(shù)裝備不但基本實(shí)現(xiàn)了自主可控，還伴隨著“一路一帶”戰(zhàn)略項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了走出去，為河鋼塞鋼、青山集團(tuán)印尼不銹鋼基地、盛隆冶金馬中關(guān)丹產(chǎn)業(yè)園綜合鋼廠、德龍鋼鐵印尼德信綜合鋼廠等海外投資鋼廠提供了保障，實(shí)現(xiàn)了中國鋼鐵科技進(jìn)步成果與世界共享。

（八）供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革取得積極成效，行業(yè)運(yùn)行質(zhì)量明顯改善

經(jīng)過三年化解鋼鐵過剩產(chǎn)能工作，到2018年底，我國鋼鐵工業(yè)完成了1.5億噸去產(chǎn)能任務(wù)并徹底清除了“地條鋼”。因去產(chǎn)能離崗的職工得到妥善安置，產(chǎn)能嚴(yán)重過剩矛盾有效緩解，產(chǎn)能利用率基本恢復(fù)到合理區(qū)間，鋼鐵行業(yè)公平的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境初步形成，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能得到發(fā)揮，企業(yè)效益明顯好轉(zhuǎn)。重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)鋼鐵企業(yè)2015年虧損846.88億元，2019年實(shí)現(xiàn)利潤1889.94億元。

1.3 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的興起，全球科技創(chuàng)新呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢(shì)和特征，一方面學(xué)科交叉融合加速，新興學(xué)科不斷涌現(xiàn)。另一方面信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)廣泛滲透，帶動(dòng)了人類社會(huì)幾乎所有的領(lǐng)域，發(fā)生了以綠色、智能等為特征的技術(shù)革命。進(jìn)入新世紀(jì)，特別是“十三五”以來，中國乃至世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展環(huán)境也發(fā)生了深刻變化。冶金原料優(yōu)質(zhì)資源開發(fā)殆盡，現(xiàn)有資源質(zhì)量下降，原燃料價(jià)格高漲，二氧化碳減排及環(huán)境負(fù)荷等問題，以及來自其他材料的替代等壓力，都對(duì)鋼鐵工業(yè)提出了更為苛刻的要求。同時(shí)鋼鐵行業(yè)作為基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展的最終目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、減少制造過程的消耗和排放，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。但作為支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的鋼鐵技術(shù)，一直以來都是以連續(xù)、高效、優(yōu)質(zhì)和降本為目標(biāo)，并且隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在已有的基礎(chǔ)上得到了延續(xù)和進(jìn)一步的充實(shí)與豐富。近年來，在對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的反思和重新認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，國際鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，開始遵循可持續(xù)發(fā)展的模式，貫徹執(zhí)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。在這個(gè)大背景下，鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展也順應(yīng)了新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)出現(xiàn)了新的趨勢(shì)，即強(qiáng)調(diào)在滿足下游行業(yè)用鋼需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)以資源、環(huán)境友好為導(dǎo)向的高效流程工藝與產(chǎn)品生產(chǎn)制造技術(shù)的研發(fā)。主要表現(xiàn)在：

（1）高端鋼鐵材料高效研發(fā)與優(yōu)良加工服役性能

大數(shù)據(jù)、數(shù)字仿真等技術(shù)在鋼鐵材料研發(fā)設(shè)計(jì)中的作用將不斷突出，集成計(jì)算材料工程、材料基因工程、增材制造、超材料設(shè)計(jì)等新理念、新方法不斷涌現(xiàn)，改變了材料研發(fā)模式。利用信息化手段，基于材料基因工程設(shè)計(jì)理念，通過高通量計(jì)算模擬，鋼鐵材料從研發(fā)到應(yīng)用的進(jìn)程將得到空前加速。美國提出的材料基因組計(jì)劃和歐洲提出的集材料學(xué)、計(jì)算學(xué)、信息學(xué)為一體的集成計(jì)算材料工程為材料研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用全流程帶來了重大變革，極大地縮短了新材料研發(fā)周期、降低了研發(fā)成本。Questek公司采用集成計(jì)算材料工程，僅用兩年時(shí)間就開發(fā)設(shè)計(jì)出Ferrium S53和Ferrium M54兩種高強(qiáng)高韌鋼，分別用于美國空軍和海軍飛機(jī)制造，較傳統(tǒng)試錯(cuò)法效率提高了一倍以上，成本節(jié)約了70%。

在更高強(qiáng)度和更為優(yōu)異綜合性能要求的背景下，鋼鐵作為關(guān)鍵工程材料，仍有很多研究的潛力以及性能提升的空間。近年來鋼鐵材料的研究方向逐漸從單一組織調(diào)控逐漸轉(zhuǎn)向微結(jié)構(gòu)、界面和成分不均勻性的協(xié)同精細(xì)控制，基于有序、無序結(jié)構(gòu)與晶體缺陷交互作用的新型強(qiáng)韌化機(jī)理研究。利用臨界熱處理調(diào)控多相組織，在高強(qiáng)度中錳鋼中獲得了優(yōu)異的延伸率；利用Q＆P工藝調(diào)控中碳鋼多相組織，大幅提高了超高強(qiáng)鋼的塑性，在低溫納米貝氏體鋼、無碳化物貝氏體鋼、新型TRIP鋼中都有進(jìn)展；通過馬氏體、鐵素體和奧氏體等多相調(diào)控多尺度組織調(diào)控，可以獲得高強(qiáng)度與高韌性的優(yōu)異匹配。上述理論已經(jīng)在鋼鐵材料研發(fā)與生產(chǎn)過程中得到應(yīng)用，開發(fā)出了系列高性能、高質(zhì)量、高附加值產(chǎn)品。

為保持鋼鐵材料作為基礎(chǔ)原材料的主導(dǎo)地位，需要持續(xù)開展相關(guān)基礎(chǔ)理論的探索，研究開發(fā)更高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品。如超高強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)高韌鋼、高強(qiáng)高塑鋼、低密度高強(qiáng)度鋼等高性能鋼，節(jié)鎳節(jié)鉬高耐蝕新型不銹鋼，長壽命、抗疲勞軸承鋼以及高端工模具等特種鋼，高耐蝕、耐候、耐火、耐熱、耐低溫、耐磨、抗震、抗壓、防爆、阻尼等功能型新鋼種，高端裝備制造、海洋工程、先進(jìn)能源、交通運(yùn)輸、建筑橋梁以及軍工等領(lǐng)域亟需的高端鋼材及復(fù)合材料等。

鋼鐵材料的高性能、多功能化對(duì)生產(chǎn)制造和成型加工工藝提出了更高的要求，對(duì)應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用環(huán)境的匹配性和融合性的要求越來越突出，柔性加工技術(shù)、近終形制造技術(shù)、無頭軋制技術(shù)、直接軋制技術(shù)、在線熱處理技術(shù)、熱沖壓成形技術(shù)等將成為鋼鐵材料制造加工技術(shù)的重要方向。

材料表征技術(shù)及工程應(yīng)用中服役安全評(píng)價(jià)技術(shù)提升也成為促進(jìn)材料應(yīng)用和保障產(chǎn)業(yè)鏈安全、助力材料質(zhì)量提升和產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)的重要發(fā)展方向。鋼鐵材料及其部件在服役環(huán)境下組織結(jié)構(gòu)、性能演變與損傷行為測(cè)試評(píng)價(jià)與模擬仿真、壽命預(yù)測(cè)與延壽技術(shù)，成為鋼鐵材料生命周期解決方案的重要研究內(nèi)容。

（2）鋼鐵制造流程高效動(dòng)態(tài)有序運(yùn)行

在未來15年內(nèi)，不論是高爐-轉(zhuǎn)爐長流程，還是全廢鋼電爐短流程，因其全過程溫度起伏大，涉及多物質(zhì)多種形態(tài)（氣、液、固）的轉(zhuǎn)變，運(yùn)行規(guī)律復(fù)雜，過程控制參數(shù)多變（可測(cè)與不可測(cè)共存），控制參數(shù)為海量多源異構(gòu)（文本數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)等）等特征，不同工序的運(yùn)行機(jī)理和邏輯關(guān)系存在本質(zhì)差異，實(shí)現(xiàn)流程動(dòng)態(tài)有序運(yùn)行和智能化轉(zhuǎn)型的難度很大，不可控的因素還很多。必須從系統(tǒng)規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)、關(guān)鍵工序技術(shù)（含界面技術(shù)）突破、多工序（裝置）工藝數(shù)字化和各單體控制模型的智能互聯(lián)貫通、示范工程的正確引導(dǎo)等多措并舉的持續(xù)協(xié)同攻關(guān)，構(gòu)建和完善先進(jìn)的鋼鐵流程信息物理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效動(dòng)態(tài)有序運(yùn)行和最終的智能化轉(zhuǎn)型。要從理論上明晰綠色智能鋼鐵制造流程的本構(gòu)特征及其動(dòng)態(tài)有序運(yùn)行規(guī)律，建立或匹配覆蓋全流程的離線/在線監(jiān)測(cè)裝置，開發(fā)和豐富全流程聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)庫、工藝規(guī)則庫與控制模型，將所有離散運(yùn)行特征的單工序（或裝置）技術(shù)（如自動(dòng)精準(zhǔn)配料、高爐專家系統(tǒng)、一鍵脫硫、一鍵式煉鋼、一鍵式精煉、高效恒拉速多爐連澆、鑄軋一體化運(yùn)行、鋼材成分組織性能精準(zhǔn)預(yù)報(bào)與閉環(huán)調(diào)控等）通過與之上、下游物理銜接的若干界面技術(shù)進(jìn)行工藝貫通和運(yùn)行參數(shù)群的合理匹配，實(shí)現(xiàn)鋼鐵流程物質(zhì)流、能量流和信息流三流高度協(xié)同的運(yùn)行，解決全流程視野下的各工序功能定位合理、控制難度均衡、運(yùn)行時(shí)間匹配、過程參數(shù)平穩(wěn)可控、運(yùn)行效率倍增、產(chǎn)品質(zhì)量窗口收窄、全流程綠色減排與效益持續(xù)增值等系統(tǒng)集成問題，并通過建設(shè)綠色智能協(xié)同的鋼鐵流程虛擬工廠，動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)鋼鐵流程運(yùn)行效率和效益，全面提升鋼鐵制造流程的運(yùn)行質(zhì)量和效率水平。

（3）鋼鐵行業(yè)綠色化發(fā)展

世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)目前尚未出現(xiàn)突破性的替代傳統(tǒng)流程的鋼鐵制造流程，研究重點(diǎn)主要在低碳、高效、低成本以及提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面。近年來，歐盟、日本、美國等國家和地區(qū)致力于研發(fā)低碳技術(shù)以應(yīng)對(duì)未來的“低碳挑戰(zhàn)”。要實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上的低碳冶金，目前可選擇的替代還原劑是氫，氫冶金已成為未來低碳、清潔冶金技術(shù)的主要內(nèi)容。

在習(xí)近平總書記生態(tài)文明思想的總體要求下，我國鋼鐵工業(yè)的綠色發(fā)展內(nèi)容與國際鋼鐵業(yè)的比較賦予了更多的內(nèi)涵。我國鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展是按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本原則，以清潔生產(chǎn)為基礎(chǔ)，以資源高效利用、節(jié)能減排和低碳為重點(diǎn)，探索制造流程創(chuàng)新，全面實(shí)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)品制造、能源轉(zhuǎn)換、廢棄物消納處理和再資源化等三大功能，積極參與循環(huán)型社會(huì)建設(shè)，與其他行業(yè)實(shí)現(xiàn)生態(tài)鏈接，使鋼鐵工業(yè)成為我國綠色發(fā)展的生力軍。

在鋼鐵產(chǎn)品制造功能方面，以節(jié)能低碳和近終產(chǎn)品為特征的鋼鐵制造技術(shù)，成為行業(yè)未來綠色發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容；以鋼材品種質(zhì)量滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要為目標(biāo)，在高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天設(shè)備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料實(shí)現(xiàn)自主可控。

在能源轉(zhuǎn)換功能方面，煤氣高效、高價(jià)值利用，高爐熔渣等余熱回收利用，清潔能源、無碳能源比例提高，界面模式優(yōu)化及與物質(zhì)流協(xié)同運(yùn)行的能量流網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化技術(shù)廣泛應(yīng)用，鋼鐵生產(chǎn)噸鋼綜合能耗和碳排放將進(jìn)一步降低。

在廢棄物處理、消納及再資源化功能方面，鋼鐵行業(yè)通過廢氣超低排放，企業(yè)主要污染物排放強(qiáng)度將進(jìn)一步降低，工業(yè)固體廢物利用率和高價(jià)值利用逐步提高；以資源高效利用為核心，鋼鐵行業(yè)與石化、化工、建材等其它行業(yè)創(chuàng)新建立工業(yè)生態(tài)鏈接；鋼鐵企業(yè)在消納城市生活垃圾、建筑垃圾，利用城市中水，報(bào)廢汽車回收利用以及處置部分危險(xiǎn)廢物等領(lǐng)域，亦將大有作為。

（4）兩化深度融合驅(qū)動(dòng)鋼鐵工業(yè)智能化

近年來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)不斷取得突破，特別是新一代人工智能技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合所形成的新一代智能制造技術(shù)，成為新一輪工業(yè)革命的核心驅(qū)動(dòng)力，對(duì)現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)有著深刻影響和巨大滲透力。鋼鐵工業(yè)的智能化水平，不僅是改變傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的銳利武器，也是衡量鋼鐵生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，成為國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)提高自身競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。其中：

歐盟設(shè)立鋼鐵智能制造技術(shù)重大研究項(xiàng)目，優(yōu)先研發(fā)高度自動(dòng)化的生產(chǎn)鏈技術(shù)、全面過程控制技術(shù)和模擬仿真優(yōu)化技術(shù)，通過新檢測(cè)技術(shù)或改進(jìn)物理模型，提高在線測(cè)量和控制機(jī)械性能，集成過程監(jiān)控、控制和技術(shù)管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率、資源效率和產(chǎn)品質(zhì)量多目標(biāo)優(yōu)化。通過碳鋼研發(fā)基金(RFCS)，支持啟動(dòng)了DynergySteel（多過程集成）、PreSed（大數(shù)據(jù)）、I2MSteel（自組織生產(chǎn)）等集成智能制造旗艦示范項(xiàng)目。

美國大河鋼鐵公司，借助德國SMS GROUP最先進(jìn)的特種鋼生產(chǎn)技術(shù)并融合了美國本土科技公司Noodle.ai研發(fā)的AI應(yīng)用技術(shù)，建成智能工廠。BRS工廠通過廣泛分布的傳感器收集數(shù)據(jù)發(fā)送至BEAST平臺(tái)，具有千萬億次計(jì)算能力并訓(xùn)練每個(gè)客戶端的應(yīng)用程序允許處理大量的計(jì)劃場(chǎng)景，幫助工廠在維護(hù)計(jì)劃、生產(chǎn)線調(diào)度、物流運(yùn)營和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，全廠600人滿負(fù)荷每年可生產(chǎn)300萬噸鋼鐵。

浦項(xiàng)鋼鐵公司構(gòu)建了PosFrame智能工廠平臺(tái)，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，通過有效分析，提高生產(chǎn)效率，預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量，預(yù)防設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)“快節(jié)奏、多品種”生產(chǎn)，全面提高鋼鐵業(yè)務(wù)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。通過人工智能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器尋找實(shí)時(shí)出現(xiàn)的細(xì)微問題，并及時(shí)對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

國內(nèi)為加快推進(jìn)智能制造建設(shè)，工業(yè)和信息化部自2015年起實(shí)施智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)，取得了良好的示范效應(yīng)。其中，寶鋼為更好地適應(yīng)和應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，近年來圍繞生產(chǎn)制造與供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的智能決策問題，研發(fā)并應(yīng)用了鑄軋智能排程、原料采購決策、成品銷售決策等智能化技術(shù)；河鋼唐鋼針對(duì)傳統(tǒng)五級(jí)信息化架構(gòu)存在的諸多問題，進(jìn)行了整體信息自動(dòng)化系統(tǒng)的改造，新增了工廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、過程質(zhì)量管理系統(tǒng)、APS、QMS、設(shè)備全生命周期管理、無人化天車系統(tǒng)等，搭建了面向智能制造的信息系統(tǒng)架構(gòu)，構(gòu)建縱向貫通、橫向集成、協(xié)同聯(lián)動(dòng)的支撐體系。

鋼鐵工業(yè)智能化發(fā)展趨勢(shì)為：從企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營全過程和企業(yè)發(fā)展全局的多目標(biāo)優(yōu)化視角，構(gòu)建企業(yè)經(jīng)營管控縱向集成、供應(yīng)鏈橫向集成、產(chǎn)品開發(fā)到使用端到端集成的信息物理系統(tǒng)，具備靈敏感知、智能決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、深度服務(wù)等特征，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行、高效一體化管理、安全低庫存供應(yīng)鏈、差異化服務(wù)等功能。

1.4 現(xiàn)存主要問題

（1）資源、環(huán)境的制約

2019年，我國粗鋼產(chǎn)量為9.96億噸，占全球粗鋼產(chǎn)量的份額由2017年的50.3%上升到53.26%，遠(yuǎn)高于同期國產(chǎn)礦增長水平，由此導(dǎo)致鐵礦石需求量迅猛增長。而我國優(yōu)質(zhì)鐵礦資源匱乏、復(fù)雜難選鐵礦石利用率低，呈現(xiàn)國內(nèi)鐵礦石市場(chǎng)嚴(yán)重供不應(yīng)求和國際鐵礦石市場(chǎng)整體供求失衡狀態(tài)。我國鐵礦石對(duì)外依存度長期在80%以上，導(dǎo)致價(jià)格不穩(wěn)定性暴漲。鐵礦石進(jìn)口成本的大幅增加造成國內(nèi)鐵礦石價(jià)格、能源價(jià)格，甚至居民消費(fèi)品價(jià)格的聯(lián)動(dòng)性上漲，這不僅對(duì)我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重影響，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展也構(gòu)成了巨大威脅。通過有效的技術(shù)手段提高自有礦產(chǎn)資源的開采效率和利用率，是我國鋼鐵工業(yè)良性安全發(fā)展的基本保障。另外，鋼鐵工業(yè)能源消耗占全國總能耗的1/8左右，污染物排放占全國的1/6左右，巨大的排放總量加重了環(huán)境的負(fù)荷，影響了人類的生存空間。由于我國產(chǎn)業(yè)布局導(dǎo)致的環(huán)境承載力“過載”和國家環(huán)保法律法規(guī)及新的排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，鋼鐵企業(yè)普遍面臨著資金投入和運(yùn)行成本增加的巨大壓力，而化解這些壓力的根本出路是通過技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用減少企業(yè)的排放。

（2）市場(chǎng)同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)加劇，以創(chuàng)新為主導(dǎo)的差異化不明顯

近幾年來，產(chǎn)品定位的同質(zhì)化加劇了市場(chǎng)的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)。在這種情況下，多數(shù)企業(yè)開始考慮推行差異化發(fā)展戰(zhàn)略。但鋼鐵企業(yè)對(duì)差異化戰(zhàn)略的認(rèn)識(shí)還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。差異化的本質(zhì)是創(chuàng)造出個(gè)性突出的產(chǎn)品和服務(wù)，在經(jīng)濟(jì)學(xué)上的意義就是制造稀缺，是企業(yè)對(duì)某一產(chǎn)品在供求平衡或供大于求的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)中制造產(chǎn)品某一方面或產(chǎn)品經(jīng)營過程中某一環(huán)節(jié)的有別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的稀缺，即局部的供不應(yīng)求，從而使自己的產(chǎn)品產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，以及獲得創(chuàng)新的超額價(jià)值。擁有較強(qiáng)的差異化能力，企業(yè)才能在在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

從根本上講，差異化的形成依賴于企業(yè)的自主創(chuàng)新能力和生產(chǎn)制造能力，包括新產(chǎn)品、新材料的開發(fā)和持續(xù)提升能力，這就要求企業(yè)不僅要有捕捉市場(chǎng)需求包括未來需求的能力，并將需求快速轉(zhuǎn)化為能夠滿足應(yīng)用的產(chǎn)品的能力，更要求企業(yè)能有創(chuàng)造需求，建立新的產(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)的能力，圍繞國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，滿足相關(guān)產(chǎn)業(yè)不斷提升的需求是鋼鐵企業(yè)的責(zé)任。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性較差

目前我國一些高端鋼材產(chǎn)品的最好指標(biāo)已能達(dá)到國際先進(jìn)水平，但就產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性來看，一些產(chǎn)品批次間質(zhì)量波動(dòng)較大。其主要原因是，與國際上先進(jìn)的專業(yè)化生產(chǎn)線相比，我國生產(chǎn)工藝控制水平還不夠高，生產(chǎn)管理控制指標(biāo)寬松，造成產(chǎn)品存在潔凈度差、化學(xué)成分控制精確度低、組織均勻性低等問題，直接導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量批次間的穩(wěn)定性差。國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、性能波動(dòng)較大，難以滿足用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量一致性越來越高的要求。

提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，一方面要強(qiáng)化生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性和生產(chǎn)系統(tǒng)的匹配；另一方面，要加強(qiáng)產(chǎn)品制造過程質(zhì)量窄窗口穩(wěn)定控制技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的在線閉環(huán)控制；另外，加大產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量一致性的關(guān)鍵。同時(shí)，加快新工藝的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)工藝對(duì)質(zhì)量的保證，可以從根本上解決產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性問題。

（4）原創(chuàng)性工藝技術(shù)及核心裝備的自主創(chuàng)新不足

雖然我國冶金技術(shù)成套裝備或整機(jī)裝備大部分能夠國產(chǎn)化，但在關(guān)鍵零部件和元器件制造上與先進(jìn)國家仍存在較大差距。在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域，創(chuàng)新短板依然突出。原創(chuàng)性技術(shù)成果不足，基礎(chǔ)理論產(chǎn)業(yè)融通技術(shù)研究還有待加強(qiáng)，一些前沿技術(shù)、核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)缺失，智能化仍需深入等問題還存在。有些裝備硬件能夠跟上，但軟件差距明顯。

（未完待續(xù)）