观点丨钢铁关键技术和装备国产化势在必行
钢铁关键技术和装备国产化
势在必行
冶金工业规划研究院党委书记、总工程师
李新创
作为国民经济的重要基础产业，钢铁是支撑国家发展和经济建设的工业脊梁，也是反映一个国家综合实力的重要标志。新中国成立70多年来绘就了一幅波澜壮阔的钢铁画卷，在世界钢铁舞台的中心散发出璀璨耀眼的光芒。粗钢产量占据世界半壁江山，品种结构极大丰富，产品质量持续提升，节能环保水平更是引领着世界钢铁产业的发展，工艺技术装备的创新与进步为钢铁行业高质量发展提供了强力支撑和动力。但在关键技术工艺、核心装备等方面，我们与高质量发展的要求尚有一定距离，特别是在当前国际环境日益复杂、疫情防控常态化的背景下，加强技术创新、促进国产化已是势在必行。
◎来源：中国冶金报
我国钢铁行业工艺技术和装备发展现状
在焦化工序方面，自2006年引进7.63米特大型焦炉开始，我国焦炉大型化发展的步伐加快，配套水平不断提高。2008年我国自主设计的7米焦炉在鞍钢鲅鱼圈投产，2009年第一座6.25米捣固焦炉投产，标志着我国焦炉大型化及配套装备水平又迈上了一个新台阶。目前，我国已设计研发出8米顶装超大容积焦炉，其技术达国际领先水平，7米焦炉相关技术装备已成功输出海外。截至2019年底，我国炭化室高5.5米及以上（含捣固）先进水平焦炉产能已占55.6%。另外，干熄焦、上升管余热利用、循环氨水余热利用、焦炉烟道气脱硫脱硝、酚氰废水深度处理等先进技术在企业得到推广和应用，我国焦化行业技术装备整体水平已达到国际先进。
在炼铁及铁前工序方面，新中国成立初期国内仅有7座高炉，到2000年已增至3000多座，生铁年产量也由25万吨增长至1.3亿吨。随着炼铁高炉大型化，截至2019年底，全国高炉数量逐步减少至900多座，重点钢铁企业1000立方米及以上高炉由2001年的近50座增加至450座，130平方米以上烧结机占比由15%增加至75%，单机生产能力≥120万吨/年的球团装备产能增加至1.5亿吨，占比达到60%左右。
在炼钢及连铸工序方面，我国炼钢装备大型化取得突破性进展。2005年，我国100吨及以上转炉数量为89座，占比仅为26%，其中300吨及以上转炉仅为3座，50吨以下转炉为主力炉型。截至2019年底，100吨以上转炉数量达到了440余座，占比接近50%，其中300吨以上转炉数量达到了14座，100吨级转炉成为主力炉型。连铸工序方面，我国在改革开放后开始了对国外连铸技术的消化和移植，之后连铸比快速提高，2002年达到90%以上，2005年达到98.42%，2019年已提升至接近100%。
在轧钢工序方面，改革开放初期，我国大量引进日本、德国等国家的先进工艺技术。进入新世纪后，由于国内机械制造行业和电气控制行业国产化能力的提升，轧制工艺技术以国产化为主，并通过不断创新，使我国轧制工艺技术装备已经整体接近、个别超越世界先进水平，钢厂建设成本大幅度下降。当前，我国基本上已经淘汰了横列式型钢轧机等落后轧制工艺及装备，70%以上的轧机都达到国内先进水平，并且有一大批国际领先水平的板材轧机装备投产，如攀钢百米钢轨全长余热淬火工艺技术、鞍钢鲅鱼圈5500毫米宽厚板轧机、本钢2300毫米热连轧机都是在立足于国产化的基础上建成投产的。
在公辅设施方面，随着钢企设备大型化、电机容量提升，且对于生产质量要求日益严格，钢企逐步提高对于电能质量的要求，由原有FC的固定补偿方式或采用由接触器控制的分步投切的自动补偿方式逐步过渡为静止无功补偿装置（SVC）和静止无功发生器（SVG）。此外，在电气设备使用方面，二级能效以上的高效节能变压器被广泛用于替代S9及以下高耗能变压器，在负载损耗相同的情况下，空载损耗明显降低。传统电机多进行更新换代或采取各类新型电机（如永磁调速电机、开关磁阻电机等），节能潜力巨大。
我国冶金类制氧机流程已经发展到第六代，其流程特点是：分子筛纯化、板翘式换热器、增压透平膨胀机、规整填料塔精馏、无氢制氩、智能DCS（分布式控制系统）控制、大型化和超大型化。冶金空分设备投资成本下降了约60%，已步入了每小时12万立方米等级以上空分设备攻坚期，制造技术已日趋完善，空分装置的技术随着钢铁工业的发展而同步发展。
近年来，钢企不断提升余热余能利用水平，热电工艺技术和装备逐步高效化、现代化。以煤气发电为例，全燃煤气锅炉发电技术在过去20多年中为我国钢铁工业的二次能源利用做出重要贡献，逐步由中温中压发电向高温高压、高温超高压、超高温超高压、超高温亚临界等高参数发电技术方向发展。据不完全统计，截至2019年底，我国重点统计钢铁企业建有亚临界机组（含煤气煤粉混烧）75台，占比为11%；高温超高压机组（含超高温超高压）约300台，占比为45%；高温高压机组170台，占比为25%；中温中压及以下机组130台，占比为19%。
钢铁行业关键技术和装备存在的主要问题
其一，先进自动控制软件和系统国产化欠缺。
目前国内钢铁行业装备基本实现本地化、自主化，但配套的国产化软件和控制系统仍有欠缺。钢企基础自动化控制系统多采用分布式控制系统（DCS）或可编程逻辑控制器（PLC）。由于PLC比DCS更稳定可靠，功能也强，可扩充性好，PLC使用率远高于DCS。国内PLC研制按照行业通用型设计生产，因此产品、技术水平等均与国外公司差距较大。目前，钢铁企业PLC市场基本由ABB、西门子、施耐德、欧姆龙等欧美制造商控制。DCS系统基本由国外业内强者所把持，但本土厂商如和利时、中控、新华等企业目前也在逐渐发展壮大。由于DCS技术含量高，很多对产品的需求都建立在项目的基础上，因此对DCS的需求也将有一个周期性较长的过程，在短时间内难有较大改变。
其二，少数关键工艺技术水平不高。
近几年国内洁净钢生产水平有了一定提高，但真正具备生产洁净钢条件的厂家较少，主要为一些大型企业和部分特钢厂，普及率不高，同时在脱硫、终点控制、生产调度、保护浇注、炉渣管理、耐材使用等方面与国外先进水平相比仍有一定差距。
部分先进轧钢工艺技术仍然需要引进，如带钢无头轧制技术（ESP）和薄带铸轧技术（CASTRIP）等。部分轧钢工艺技术水平与世界领先水平存在差距，特别是高强钢、耐热钢、耐候钢、耐蚀钢等热处理工艺，处理机理研究、处理后性能提升、质量稳定性都有提升空间。
其三，部分先进装备需要进口。
在非高炉炼铁方面，受资源条件的限制，我国最早研究开发的非高炉炼铁装备主要集中在煤基直接还原铁工艺上，由于生产效率低、成本高、环保水平低等原因基本均已停产。目前，我国在运行的非高炉炼铁装备主要有宝钢集团八一钢铁COREX 3000和山东墨龙石油机械有限公司HIsmelt熔融还原装备。这两种工艺分别是从奥钢联和澳大利亚力拓引入中国，经过多年的生产实践，在生产规模和成本上具备了与高炉工艺竞争的条件，但是关键设备仍然依赖进口，技术成熟度和装备自给率与高炉仍有一定差距。另外，比较适合中国原燃料条件的FINEX熔融还原装备和专利技术由韩国浦项掌控，限制了其在中国的发展。
在电炉冶炼方面，我国钢企应用电弧炉的形式日益丰富，引进了包括连续加料电炉、废钢预热式电炉，在此基础上，能够自主研发全套电炉装备，但市场普及率远不如普锐特、达涅利等国外成套设备公司，先进电炉装备仍需进口。
在轧制工艺方面，常规轧钢生产工艺装备基本实现了自主设计建造，但是在革命性、关键性工艺装备方面仍然依赖进口。比如，作为热轧领域革命性技术之一的无头轧制技术，目前在国内广泛建设的无头轧制生产线主要依靠进口，即日照钢铁ESP生产线、沙钢CASTRIP生产线以及首钢京唐MCCR（多模式全连续铸轧）生产线分别来自意大利阿维迪、美国纽科以及意大利达涅利。再如，作为棒线材生产线关键工艺装备的减定径机组，目前国内先进棒线材生产线仍然采用德国KOCKS公司或美国摩根公司的技术装备。国内大型冷连轧机组的焊机、退火炉等关键设备也主要依靠进口。
大力推进钢铁行业关键技术和装备国产化
未来，在规范发展的前提下，如何提升劳动生产效率、如何提高成材率、如何提高产品质量、如何降低能源消耗成为事关企业生存发展的头等大事，这些均与工艺技术装备息息相关。比如，日钢ESP生产线成材率平均提高1个~2个百分点，辊耗降低约2%，单位能耗比常规热连轧降低50%以上；沙钢CASTRIP产线全长仅有50米，30秒内钢水直接变成钢卷，单位能耗仅为常规热连轧的1/5；太钢聚焦“新材料、新工艺、新领域”，着眼“首创”“首发”“首位”，开发新品种，创造新需求，研发对其贡献率达到75%以上，引领着世界不锈钢的高质量发展。
实践证明，世界钢铁工业中心的转移、中国钢铁工业的快速发展，均离不开工艺技术装备的创新与进步；未来中国钢铁工业高质量发展，更是离不开工艺技术装备的创新与进步。但当前及未来，国际环境更加复杂多变，特别是大国战略竞争更加激烈，因此，在高质量发展的今天，着手关键工艺技术、核心装备的研发与国产化不仅必要，而且必须，是中国钢铁工业自主创新、做大做强的必由之路。
其一，攻克关键技术和装备，保障行业安全。一是需要加强材料基础研究和夹杂物控制、洁净钢冶炼等关键工艺技术研发，从应用角度出发开展腐蚀、疲劳等服役性能研究，提升研发生产和服务水平。二是加快智能制造提升步伐，从全生命周期角度提升产品研发速度、质量控制水平，构建健康有序的生态链。三是加快推进产学研用协同创新，可利用成立产业联盟，参与产业链合资、参股、并购等手段，打破因行政、行业、企业性质等因素形成的壁垒，加强与下游行业融合；多措并举强化协同创新能力，打造多产业融通创新生态圈，提升产业链整体水平，攻克关键技术和装备难题。
其二，加大研发投入力度，提升创新能力。
当前，我国钢铁行业研发投入比例较低，部分核心工艺技术及装备不掌握，包括设备制造和整体设计能力与国外一流水平还有差距。为此，钢铁产业链上各方需要加强研发投入，不断完善研发体系，全面提升技术创新能力和管理水平，形成具有企业自身特色的科技创新体制。此外，各方还应积极探索多元化的科研投入机制，拓展创新投入的社会化渠道，搭建多种形式的科技金融合作平台，探索建立创新风险基金，吸引更多的社会资本参与钢铁行业创新发展，降低钢铁企业科技创新负担与风险，激发企业创新活力。
其三，加强上下游产业协同，构筑产业链条。
要充分发挥市场配置资源的决定性作用，充分认识技术创新对生产力提升的巨大推动作用，充分调动钢铁企业、设计院、科研院所及装备制造企业在钢铁行业技术装备创新方面的积极性，凝聚共识，强化协同，进一步完善关键技术装备攻坚体制机制建设，形成突破“瓶颈”的合力。要强化钢铁企业在关键技术装备攻关中的创新主体地位，鼓励钢铁企业采用新技术、新装备，支持增加研发投入；尊重设计院和科研院所的设计研发成果，加快成果转化和推广应用；提高下游装备制造企业在关键技术装备研发中的参与度，更好地实现成果转化与应用。要着力打通各方之间的限制性环节，营造互动、互助、互促、互惠的良性循环新格局，形成集成创新、协同创新的新发展趋势，打造关键技术装备创新新生态。
其四，健全人才体系，培育源源不断的发展动力。
在人才配置方面，钢企要创新研发体制机制，全面推行项目负责制，以项目负责人为龙头、以项目为纽带整合科研资源，实现科研人才资源高效配置；在人才供应链建设方面，依托产学研用协同创新机制，建立以客户服务为平台的大客户营销体制，通过共建联合实验室等方式，积极实施先期介入，通过“借脑引智”，将产业链向下游汽车、家电、海洋工程等高端制造企业延伸；在人才培育方面，不断完善企业技术人才的引进、晋升通道，畅通技术人员的上升通道，并通过股权激励、创新奖励等方面给予技术人员充分的激励，建立钢铁产业技术人才蓄水池，为推动钢铁产业技术创新提供不竭动力。
中国经济高质量发展离不开钢铁。进入新时代，站在新的历史方位，要把科技创新作为巩固钢铁产业优势，强化钢铁产业领先地位的关键一环，加大研发投入，增强科技创新的发展后劲，不断夯实钢铁行业科技创新基础，进而推动钢铁行业高质量发展。
来源：冶金工业规划研究院