《鋼鐵行業2020
——2035年技術發展預測報告》提要（中）

中國鋼鐵工業協會

（接上期）

（五）堅持綠色發展理念，可持續發展能力明顯增強

進入21世紀，特別是近年來鋼鐵工業受環境和資源制約的矛盾愈加突出，大力加強節能降耗和環境保護，實現可持續發展成為鋼鐵工業重中之重。黨的十八大以后，鋼鐵工業堅持綠色發展理念，全行業不斷提升“三廢”排放標準，推行清潔生產和采用節能環保技術，在節能降耗、資源綜合利用和改善環保方面取得了明顯的進步。

在節能降耗方面，全面淘汰了落后的平爐和側吹轉爐煉鋼工藝，轉爐煉鋼實現了負能煉鋼。2019年，轉爐煉鋼工序能耗為-13.85千克標準煤/噸。電爐利用系數從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。氧氣頂吹轉爐利用系數從1978年的14.27噸/（噸?日）提高到2019年的31噸/（噸?日），轉爐金屬料消耗從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。

在環保減排方面，我國通過引進和開發“轉爐煤氣回收技術，高爐頂壓發電 TRT技術，低熱值煤氣發電技術以及高爐渣、轉爐渣、電爐渣等處理回收技術”等，在鋼鐵企業廣泛推廣應用“三廢”綜合利用技術，在處理新產生“三廢”的同時，還將過去大量堆積的廢渣進行了回收利用。進入21世紀，鋼鐵企業的廢氣處理率和處理廢氣達標率逐步提高，噸鋼外排大氣污染物大幅減少，水重復利用率大大提高，外排廢水中污染物總量大幅度降低。根據鋼協統計，2015-2019年，重點統計鋼鐵企業平均噸鋼綜合能耗由574千克標煤降至553千克標煤；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年重點統計企業水重復利用率達到97.94%。在廢氣利用中，焦爐煤氣利用率達到99.62%，高爐煤氣利用率達到94.3%，轉爐煤氣利用率達到97.41%。在固體廢物利用中，鋼鐵企業塵泥綜合利用率達到99.32%。其中，含鐵塵泥綜合利用率99.84%，高爐渣利用率達到91.49%，轉爐渣利用率達到100%，電爐渣綜合利用率達到100%。企業在環保減排方面，基本上做到“三廢”全部綜合利用，首鋼遷鋼已經實現超低排放，其他企業已經完成或正在實施相應的技術改造。

（六）產業布局調整取得積極進展，產業組織進一步優化

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，以及原有的沿江鋼廠布局，標志著我國鋼鐵產業布局從資源依托型向臨近沿海、沿江地區和靠近鋼鐵產品消費市場區域轉變的趨勢，并初步形成消費主導型與資源主導型相結合的產業布局。

新中國成立71年來，也是我國鋼鐵企業規模不斷擴大，產業組織不斷優化，競爭力不斷提升的71年。1978年中國只有鞍鋼年產鋼量超過500萬噸，到2019年末已有37家年產鋼500萬噸以上的企業，其中年產鋼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家大型鋼鐵企業集團中，中國企業有10家。2019年，進入《財富》世界500強的19家鋼鐵企業中，中國就占了13家。中國寶武鋼鐵集團有限公司由原寶鋼集團有限公司和武漢鋼鐵（集團）公司聯合重組而成，于2016年12月1日揭牌成立。2019年9月19日，中國寶武對馬鋼集團實施聯合重組。2020年8月21日，中國寶武鋼鐵集團有限公司與山西省國有資本運營有限公司簽署無償劃轉協議，山西國資運營公司將太原鋼鐵（集團）有限公司51%股權無償劃轉給中國寶武。我國鋼鐵行業正在通過兼并重組擴大優勢企業規模，促進產業組織優化，為不斷提升中國鋼鐵工業競爭力奠定了基礎。

（七）堅持對外開放，國際化水平不斷提高

改革開放以來，我國鋼鐵工業始終堅持“兩種資源、兩個市場”的開放戰略，對外開放取得了顯著成效。一是引進技術裝備提升了鋼鐵工業水平。從改革開放初期引進國外先進工藝技術和先進裝備，快速縮小了與世界先進水平的差距。進入21世紀，我國工藝技術研究開發和大型冶金裝備研制，以及自我創新能力顯著提高，開發的一些技術和成套裝備處在世界領先水平。 二是鋼鐵產品的進出口呈現大開放格局。大量利用境外鐵礦資源保障了鋼鐵工業的發展。進口鐵礦石從1978年的908萬噸增加到2019年的10.68億噸，增長了118倍。同時，一些企業通過多種方式獲取國外鐵礦石資源。鋼材進出口格局發生巨大變化。到2005年我國實現鋼材進出口數量基本平衡，2006年起我國成為粗鋼凈出口國。三是國際產能合作呈現更高水平。40多年來，鋼鐵行業完成了從境內合資合作的“請進來”，到海外并購、建廠，開展國際產能合作“走出去”的發展過程。特別是近年來，鋼鐵企業抓住國家“一帶一路"倡議的機遇，深化國際產能合作，在海外并購或投資建設大型項目的步伐進一步加快。我國鋼鐵技術裝備不但基本實現了自主可控，還伴隨著“一路一帶”戰略項目實現了走出去，為河鋼塞鋼、青山集團印尼不銹鋼基地、盛隆冶金馬中關丹產業園綜合鋼廠、德龍鋼鐵印尼德信綜合鋼廠等海外投資鋼廠提供了保障，實現了中國鋼鐵科技進步成果與世界共享。

（八）供給側結構性改革取得積極成效，行業運行質量明顯改善

經過三年化解鋼鐵過剩產能工作，到2018年底，我國鋼鐵工業完成了1.5億噸去產能任務并徹底清除了“地條鋼”。因去產能離崗的職工得到妥善安置，產能嚴重過剩矛盾有效緩解，產能利用率基本恢復到合理區間，鋼鐵行業公平的市場競爭環境初步形成，優質產能得到發揮，企業效益明顯好轉。重點統計鋼鐵企業2015年虧損846.88億元，2019年實現利潤1889.94億元。

1.3 技術發展趨勢

隨著新一輪科技革命和產業變革的興起，全球科技創新呈現出新的發展態勢和特征，一方面學科交叉融合加速，新興學科不斷涌現。另一方面信息技術、生物技術、新材料技術、新能源技術廣泛滲透，帶動了人類社會幾乎所有的領域，發生了以綠色、智能等為特征的技術革命。進入新世紀，特別是“十三五”以來，中國乃至世界鋼鐵工業的發展環境也發生了深刻變化。冶金原料優質資源開發殆盡，現有資源質量下降，原燃料價格高漲，二氧化碳減排及環境負荷等問題，以及來自其他材料的替代等壓力，都對鋼鐵工業提出了更為苛刻的要求。同時鋼鐵行業作為基礎原材料產業，其發展的最終目標是提高產品質量、降低成本、減少制造過程的消耗和排放，滿足社會經濟發展的需要。但作為支撐產業發展和目標實現的鋼鐵技術，一直以來都是以連續、高效、優質和降本為目標，并且隨著產業的發展，在已有的基礎上得到了延續和進一步的充實與豐富。近年來，在對人類社會經濟發展的反思和重新認識的基礎上，國際鋼鐵產業的發展，開始遵循可持續發展的模式，貫徹執行循環經濟的理念。在這個大背景下，鋼鐵產業技術的發展也順應了新一輪科技革命和產業的發展，相應出現了新的趨勢，即強調在滿足下游行業用鋼需求的基礎上，實現以資源、環境友好為導向的高效流程工藝與產品生產制造技術的研發。主要表現在：

（1）高端鋼鐵材料高效研發與優良加工服役性能

大數據、數字仿真等技術在鋼鐵材料研發設計中的作用將不斷突出，集成計算材料工程、材料基因工程、增材制造、超材料設計等新理念、新方法不斷涌現，改變了材料研發模式。利用信息化手段，基于材料基因工程設計理念，通過高通量計算模擬，鋼鐵材料從研發到應用的進程將得到空前加速。美國提出的材料基因組計劃和歐洲提出的集材料學、計算學、信息學為一體的集成計算材料工程為材料研發、生產、應用全流程帶來了重大變革，極大地縮短了新材料研發周期、降低了研發成本。Questek公司采用集成計算材料工程，僅用兩年時間就開發設計出Ferrium S53和Ferrium M54兩種高強高韌鋼，分別用于美國空軍和海軍飛機制造，較傳統試錯法效率提高了一倍以上，成本節約了70%。

在更高強度和更為優異綜合性能要求的背景下，鋼鐵作為關鍵工程材料，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控逐漸轉向微結構、界面和成分不均勻性的協同精細控制，基于有序、無序結構與晶體缺陷交互作用的新型強韌化機理研究。利用臨界熱處理調控多相組織，在高強度中錳鋼中獲得了優異的延伸率；利用Q＆P工藝調控中碳鋼多相組織，大幅提高了超高強鋼的塑性，在低溫納米貝氏體鋼、無碳化物貝氏體鋼、新型TRIP鋼中都有進展；通過馬氏體、鐵素體和奧氏體等多相調控多尺度組織調控，可以獲得高強度與高韌性的優異匹配。上述理論已經在鋼鐵材料研發與生產過程中得到應用，開發出了系列高性能、高質量、高附加值產品。

為保持鋼鐵材料作為基礎原材料的主導地位，需要持續開展相關基礎理論的探索，研究開發更高技術含量、高附加值產品。如超高強度鋼、高強高韌鋼、高強高塑鋼、低密度高強度鋼等高性能鋼，節鎳節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、先進能源、交通運輸、建筑橋梁以及軍工等領域亟需的高端鋼材及復合材料等。

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

材料表征技術及工程應用中服役安全評價技術提升也成為促進材料應用和保障產業鏈安全、助力材料質量提升和產業鏈升級的重要發展方向。鋼鐵材料及其部件在服役環境下組織結構、性能演變與損傷行為測試評價與模擬仿真、壽命預測與延壽技術，成為鋼鐵材料生命周期解決方案的重要研究內容。

（2）鋼鐵制造流程高效動態有序運行

在未來15年內，不論是高爐-轉爐長流程，還是全廢鋼電爐短流程，因其全過程溫度起伏大，涉及多物質多種形態（氣、液、固）的轉變，運行規律復雜，過程控制參數多變（可測與不可測共存），控制參數為海量多源異構（文本數據、圖像數據、音頻數據等）等特征，不同工序的運行機理和邏輯關系存在本質差異，實現流程動態有序運行和智能化轉型的難度很大，不可控的因素還很多。必須從系統規劃、頂層設計、關鍵工序技術（含界面技術）突破、多工序（裝置）工藝數字化和各單體控制模型的智能互聯貫通、示范工程的正確引導等多措并舉的持續協同攻關，構建和完善先進的鋼鐵流程信息物理系統，實現高效動態有序運行和最終的智能化轉型。要從理論上明晰綠色智能鋼鐵制造流程的本構特征及其動態有序運行規律，建立或匹配覆蓋全流程的離線/在線監測裝置，開發和豐富全流程聯動的數據庫、工藝規則庫與控制模型，將所有離散運行特征的單工序（或裝置）技術（如自動精準配料、高爐專家系統、一鍵脫硫、一鍵式煉鋼、一鍵式精煉、高效恒拉速多爐連澆、鑄軋一體化運行、鋼材成分組織性能精準預報與閉環調控等）通過與之上、下游物理銜接的若干界面技術進行工藝貫通和運行參數群的合理匹配，實現鋼鐵流程物質流、能量流和信息流三流高度協同的運行，解決全流程視野下的各工序功能定位合理、控制難度均衡、運行時間匹配、過程參數平穩可控、運行效率倍增、產品質量窗口收窄、全流程綠色減排與效益持續增值等系統集成問題，并通過建設綠色智能協同的鋼鐵流程虛擬工廠，動態精準預報鋼鐵流程運行效率和效益，全面提升鋼鐵制造流程的運行質量和效率水平。

（3）鋼鐵行業綠色化發展

世界鋼鐵產業目前尚未出現突破性的替代傳統流程的鋼鐵制造流程，研究重點主要在低碳、高效、低成本以及提高企業競爭力等方面。近年來，歐盟、日本、美國等國家和地區致力于研發低碳技術以應對未來的“低碳挑戰”。要實現本質上的低碳冶金，目前可選擇的替代還原劑是氫，氫冶金已成為未來低碳、清潔冶金技術的主要內容。

在習近平總書記生態文明思想的總體要求下，我國鋼鐵工業的綠色發展內容與國際鋼鐵業的比較賦予了更多的內涵。我國鋼鐵工業綠色發展是按照循環經濟的基本原則，以清潔生產為基礎，以資源高效利用、節能減排和低碳為重點，探索制造流程創新，全面實現鋼鐵產品制造、能源轉換、廢棄物消納處理和再資源化等三大功能，積極參與循環型社會建設，與其他行業實現生態鏈接，使鋼鐵工業成為我國綠色發展的生力軍。

在鋼鐵產品制造功能方面，以節能低碳和近終產品為特征的鋼鐵制造技術，成為行業未來綠色發展的重點內容；以鋼材品種質量滿足經濟社會發展和產業結構調整的需要為目標，在高檔數控機床和機器人、航空航天設備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、生物醫藥及高性能醫療器械等領域的基礎材料實現自主可控。

在能源轉換功能方面，煤氣高效、高價值利用，高爐熔渣等余熱回收利用，清潔能源、無碳能源比例提高，界面模式優化及與物質流協同運行的能量流網絡集成優化技術廣泛應用，鋼鐵生產噸鋼綜合能耗和碳排放將進一步降低。

在廢棄物處理、消納及再資源化功能方面，鋼鐵行業通過廢氣超低排放，企業主要污染物排放強度將進一步降低，工業固體廢物利用率和高價值利用逐步提高；以資源高效利用為核心，鋼鐵行業與石化、化工、建材等其它行業創新建立工業生態鏈接；鋼鐵企業在消納城市生活垃圾、建筑垃圾，利用城市中水，報廢汽車回收利用以及處置部分危險廢物等領域，亦將大有作為。

（4）兩化深度融合驅動鋼鐵工業智能化

近年來，工業互聯網、大數據、云計算等信息技術不斷取得突破，特別是新一代人工智能技術與先進制造技術深度融合所形成的新一代智能制造技術，成為新一輪工業革命的核心驅動力，對現代鋼鐵工業有著深刻影響和巨大滲透力。鋼鐵工業的智能化水平，不僅是改變傳統鋼鐵產業的銳利武器，也是衡量鋼鐵生產現代化水平的重要標志。數字化、網絡化、智能化，成為國內外鋼鐵行業提高自身競爭力、實現可持續協調發展的戰略選擇。其中：

歐盟設立鋼鐵智能制造技術重大研究項目，優先研發高度自動化的生產鏈技術、全面過程控制技術和模擬仿真優化技術，通過新檢測技術或改進物理模型，提高在線測量和控制機械性能，集成過程監控、控制和技術管理，實現生產率、資源效率和產品質量多目標優化。通過碳鋼研發基金(RFCS)，支持啟動了DynergySteel（多過程集成）、PreSed（大數據）、I2MSteel（自組織生產）等集成智能制造旗艦示范項目。

美國大河鋼鐵公司，借助德國SMS GROUP最先進的特種鋼生產技術并融合了美國本土科技公司Noodle.ai研發的AI應用技術，建成智能工廠。BRS工廠通過廣泛分布的傳感器收集數據發送至BEAST平臺，具有千萬億次計算能力并訓練每個客戶端的應用程序允許處理大量的計劃場景，幫助工廠在維護計劃、生產線調度、物流運營和環境保護等領域取得突破性進展，全廠600人滿負荷每年可生產300萬噸鋼鐵。

浦項鋼鐵公司構建了PosFrame智能工廠平臺，對鋼鐵生產過程中產生的海量數據進行管理，通過有效分析，提高生產效率，預測產品質量，預防設備故障，實現“快節奏、多品種”生產，全面提高鋼鐵業務的綜合競爭力。通過人工智能技術和物聯網（IoT）傳感器尋找實時出現的細微問題，并及時對工藝進行改進，提高了產品質量和生產效率。

國內為加快推進智能制造建設，工業和信息化部自2015年起實施智能制造試點示范專項行動，取得了良好的示范效應。其中，寶鋼為更好地適應和應對市場變化，近年來圍繞生產制造與供應鏈環節的智能決策問題，研發并應用了鑄軋智能排程、原料采購決策、成品銷售決策等智能化技術；河鋼唐鋼針對傳統五級信息化架構存在的諸多問題，進行了整體信息自動化系統的改造，新增了工廠數據庫系統、過程質量管理系統、APS、QMS、設備全生命周期管理、無人化天車系統等，搭建了面向智能制造的信息系統架構，構建縱向貫通、橫向集成、協同聯動的支撐體系。

鋼鐵工業智能化發展趨勢為：從企業生產經營全過程和企業發展全局的多目標優化視角，構建企業經營管控縱向集成、供應鏈橫向集成、產品開發到使用端到端集成的信息物理系統，具備靈敏感知、智能決策、精準執行、深度服務等特征，實現動態精準設計、協同優化運行、高效一體化管理、安全低庫存供應鏈、差異化服務等功能。

1.4 現存主要問題

（1）資源、環境的制約

2019年，我國粗鋼產量為9.96億噸，占全球粗鋼產量的份額由2017年的50.3%上升到53.26%，遠高于同期國產礦增長水平，由此導致鐵礦石需求量迅猛增長。而我國優質鐵礦資源匱乏、復雜難選鐵礦石利用率低，呈現國內鐵礦石市場嚴重供不應求和國際鐵礦石市場整體供求失衡狀態。我國鐵礦石對外依存度長期在80%以上，導致價格不穩定性暴漲。鐵礦石進口成本的大幅增加造成國內鐵礦石價格、能源價格，甚至居民消費品價格的聯動性上漲，這不僅對我國鋼鐵產業造成嚴重影響，對國民經濟的健康可持續發展也構成了巨大威脅。通過有效的技術手段提高自有礦產資源的開采效率和利用率，是我國鋼鐵工業良性安全發展的基本保障。另外，鋼鐵工業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境的負荷，影響了人類的生存空間。由于我國產業布局導致的環境承載力“過載”和國家環保法律法規及新的排放標準的實施，鋼鐵企業普遍面臨著資金投入和運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創新和系統的節能環保技術的應用減少企業的排放。

（2）市場同質化競爭加劇，以創新為主導的差異化不明顯

近幾年來，產品定位的同質化加劇了市場的同質化競爭。在這種情況下，多數企業開始考慮推行差異化發展戰略。但鋼鐵企業對差異化戰略的認識還有待進一步加強。差異化的本質是創造出個性突出的產品和服務，在經濟學上的意義就是制造稀缺，是企業對某一產品在供求平衡或供大于求的市場結構中制造產品某一方面或產品經營過程中某一環節的有別于競爭對手的稀缺，即局部的供不應求，從而使自己的產品產生競爭優勢，以及獲得創新的超額價值。擁有較強的差異化能力，企業才能在在競爭中脫穎而出。

從根本上講，差異化的形成依賴于企業的自主創新能力和生產制造能力，包括新產品、新材料的開發和持續提升能力，這就要求企業不僅要有捕捉市場需求包括未來需求的能力，并將需求快速轉化為能夠滿足應用的產品的能力，更要求企業能有創造需求，建立新的產品消費市場的能力，圍繞國民經濟發展需要，滿足相關產業不斷提升的需求是鋼鐵企業的責任。

（3）產品質量穩定性和一致性較差

目前我國一些高端鋼材產品的最好指標已能達到國際先進水平，但就產品質量的穩定性來看，一些產品批次間質量波動較大。其主要原因是，與國際上先進的專業化生產線相比，我國生產工藝控制水平還不夠高，生產管理控制指標寬松，造成產品存在潔凈度差、化學成分控制精確度低、組織均勻性低等問題，直接導致產品質量批次間的穩定性差。國內產品質量穩定性差、性能波動較大，難以滿足用戶對產品質量一致性越來越高的要求。

提高產品質量的穩定性，一方面要強化生產流程的穩定性和生產系統的匹配；另一方面，要加強產品制造過程質量窄窗口穩定控制技術的研究，實現產品質量的在線閉環控制；另外，加大產品質量在線檢測技術的開發與應用也是實現產品質量一致性的關鍵。同時，加快新工藝的開發，實現工藝對質量的保證，可以從根本上解決產品質量的穩定性問題。

（4）原創性工藝技術及核心裝備的自主創新不足

雖然我國冶金技術成套裝備或整機裝備大部分能夠國產化，但在關鍵零部件和元器件制造上與先進國家仍存在較大差距。在關鍵核心技術領域，創新短板依然突出。原創性技術成果不足，基礎理論產業融通技術研究還有待加強，一些前沿技術、核心技術、關鍵技術缺失，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）