冶金工程技术学科的发展.ppt

冶金工程技术学科的发展,一、近一年来钢铁生产形势简介 二、冶金工程技术学科的发展现状 三、冶金工程技术学科的国内外比较 四、冶金工程技术学科的展望与对策,一、近一年来钢铁生产形势简析 1、已走出低谷，实现了较快增长,2009年1月10月粗钢累计产量47215万吨（相当于全年粗钢57000万吨的生产水平）,图1 2008年-2009年全国粗钢日产水平,2009年6月份以后，粗钢日产水平一直在160万吨以上。,2、仍然存在着很大的困难 虽然产量增长很快，但仍有很多困难： 市场供应量增加近亿吨，承受力已接近极限 价格很难稳定 企业利润空间大幅度缩小，有的企业今年仍累计亏损 原燃料供应和环境压力的“瓶颈”效应更加突出。,3、关于钢铁产业调整和振兴规划 规划实际上是在当前受金融危机冲击条件下，对2006年钢铁行业产业发展政策的调整。规划指出钢铁产业是国民经济的重要支柱产业，同时指出了产能过剩，创新能力不强、布局不合理、产业集中度低、资源控制能力弱、流通秩序混乱的六大问题，提出总量恢复到合理水平，淘汰落后产能、联合重组、技术进步、自主创新、节能减排的6个重点目标，明确产业调整与振兴的八项重点任务和十二项政策措施。这是钢铁产业走出当前困境的可行之路，必须认真贯彻实施。,从全国经济总体走向看二季度开始宏观调控对经济的拉动作用已经显现。当然对钢铁行业的稳定与发展创造了良好的条件。规划要求抓好几件大事，真正实现行业的调整与振兴。 一是有效控制产量增长过快的趋势。 二是真正淘汰能耗高、污染重的落后产能。 三是大力推动科技创新、实现高效、低耗、优质、少排、低成本生产，提高企业竞争能力。但实施的难度的确很大。,一季度GDP增长6.1% 第一产业增长3.5% 第二产业5.3% 第三产业7.4% 上半年GDP增长7.1%，其中投资拉动6.2% 消费拉动3.8%，进口拉动2.9% 19月GDP增长7.9% 全年GDP增长8%的目标有希望实现。,国家确定的下一步重点工作中几个方面对拉动钢铁有利 优化投资结构，加大对重点基础设施、灾后恢复重建的投入 家电下乡和新一轮农村电网改造 稳定汽车、房地产等大宗消费 清理限制出口的政策和规章制度 带动工程机械、电力、通讯和冶金设备出口,一些启示： 海尔开发“个人洗衣间”小洗衣机供日本年轻公寓住户，海尔销量增8%。经验：“坐商”无出路。 日本一个株式会社针对中国重点基础设施投资增加，一季度多向中国出口1万台挖掘机。 韩国商社们研究中国4万亿元投资政策，瞄准“家电下乡”“汽车下乡”，扩大在华销售队伍。 美国通用09年一季度国内销售创历史新低，通用中国销量增加27%。 结论：利用良好政策，瞄准新的目标，积极主动出击，坚定树立信心，保护拓展市场，前景一定光明。,4、对当前形势几种不同的看法,还应当发展更快一些 与国民经济发展基本一致，是正常的 发展快了，中国市场根本用不了这么多钢 调整失败了，不正常的增长将给行业带来灾难 我赞成第二种看法： 国民经济的需求（主要反映在市场上）是唯一的标准 ，离开这个标准妄评多少、快慢是错误的 国民经济没出现大的结构不平衡矛盾，很正常，即使 有也不可能，不应该以钢产量人为控制多或少来扭转。,总的趋势钢铁生产会像国民经济一样继续发展， 未到顶 当前更应意识到只有加强科技创新，才能确保行 业健康发展 关于产能过剩的看法：淘汰落后最关键，不过剩 不能以当前市场需求与产能完全相同为计算、判断标准,二、冶金工程技术学科的发展现状,（一）冶金工程技术学科发展的主要成就 1.我国钢铁产品升级与结构调整取得重大突破 两年来高效、低成本洁净钢生产平台建设取得重大进展以及控轧控冷等轧钢先进技术的应用与优化取得新成就，因此我国钢铁产品水平档次有了很大提高。,洁净钢不仅是具有质量涵义而且具有经济涵义，是钢厂竞争力的重要标志。殷瑞钰院士还进一步提出了洁净钢平台集成技术包括铁水预处理、冶炼、二次冶金、连铸、流程网络和物流运行六个方面内容的新概念。,两年来我国轧钢新技术的优化和应用与洁净钢平台的建设相衔接，成为钢铁产品优化的最终工艺保证。最突出的是新一代控轧控冷技术（尤其是超快冷却技术）；板型、板宽、板厚控制技术；轧制过程钢材组织、性能预测与控制技术等技术在各类钢材中逐步扩大应用。,（1）细晶钢生产与规范化取得新进展。 目前我国细晶钢生产已覆盖板、管、型、线许多品种，年产量已达900万吨以上。我国开发的400MPa级的超级钢综合利用细晶化、复相化和晶粒适度细化的思想，通过轧制过程，特别是冷却过程的控制，生产出细晶板带产品和棒线材产品，在汽车结构件和建筑结构工程等方面得到广泛应用。细晶钢国家标准和使用规范已公布实施。,由世界著名出版商德国斯普林格（Speringer）公司主动约稿的英文版超细晶钢专著Ultra-fine Grained Steels已由中国金属学会理事长翁宇庆博士主持组织撰写，并于2008年在国外出版。,（2）汽车用钢（包括面板钢、高强度结构钢等）已大批量生产。占领国内市场并出口，产品达到国际先进水平。 大批量生产轿车用O5面板，在成材率和质量稳定上达到和保持了国际先进水平。 新型汽车用钢如DP双相钢、TRIP相变诱导塑性钢、CP多相复合钢、TWIP孪生诱导塑性钢等钢种的研发、试生产与应用方面也取得了重大进展。,（3）电工钢以冷代热的工作取得重大进展。 冷轧硅钢2007年突破300万吨，2008年已达到375.5万吨，与2007年比增长5.7%，其中无取向电工钢增长4.2%，取向电工钢增长6.7%，对终端用户和社会节电意义重大。,无取向中低牌号电工钢的内在质量和表面质量可与国外同类产品媲美，高牌号无取向电工钢的生产技术在武钢、太钢、宝钢都有新的突破和发展，最高牌号35W250已开始批量生产。 取向电工钢（HiB钢）的低温工艺技术在武钢、宝钢成功突破，2008年生产了5.54万吨HiB钢，打破国外长期技术封锁。宝钢2008年5月取向电工钢投产改变了长期以来国内武钢独家生产该品种的格局。鞍钢年产10万吨取向电工钢项目预计二季度投产。,（4）铁道用钢生产已达国际先进水平。高速、重载钢轨及100米长钢轨已可立足国内并出口。 装备了万能轧机、采用紧凑式连轧机万能轧制技术外，还先后优化了在线余热淬火技术等关键技术。 并利用我国铌、钒资源的独特优势，开发了系列产品，主导了国内市场消费。 100米长轨已由攀钢、包钢、鞍钢生产供应，为铁路建设提供了保证。 2008年，包钢“高速铁路钢轨生产技术的集成创新和应用”成果获国家科技进步二等奖。,（5）X80等高水平管线钢已在宝钢、鞍钢等多个企业批量生产，用于国内工程，具备了与国外企业竞争的强大能力。南钢、太钢等企业X100、X120等新钢种研制成功，进行了试生产。,（6）两年来我国不锈钢生产数量大幅度增长，2008年生产不锈钢材610万吨，世界第一。国产不锈钢材国内市场占有率达到84.87%。两年来我国新建大型不锈钢企业的技术和装备都居世界不锈钢行业的领先和先进行列，我国不锈钢冷轧材的表面和内在质量有了突破性的改进，总体上已达到国际先进水平。,（7）我国独创的离心铸造复层钢管坯热挤压（或冷轧）成型复合钢管全新工艺大大提高了复合材生产的效率和质量，属复合管生产世界领先水平。,两年来，钢铁产品获国家和冶金科技奖近十项，我国钢材的市场占有率和自给率逐年提高，其中电工钢的变化最为典型，如图1所示。,图1 我国钢材及电工钢市场占有率及自给率,2.新一代可循环钢铁流程工艺技术已建成第一个工程京唐钢铁公司 两年来，新一代可循环钢铁流程工艺技术有关理论，经过十五个课题研究取得了一批成果，并通过设计、制造、施工，已初步建成了具有新一代可循环钢铁流程特点的京唐钢铁公司。,首钢京唐钢铁公司区别于国内外钢厂的流程、工艺与装备特点及取得的研究成果主要有： （1）是一个以简捷的流程网络，具有动态、有序、连续、紧凑的运行特点，实现铁水全“三脱”，单个炼钢厂年产970万吨以上连铸坯的全新板带材生产厂。,（2）建成我国首个5500m3级特大型高炉，而且是世界上第一个5000m3 级全干法除尘的高炉。与其配套的有炭化室高度在7.63m以上的世界最大型焦炉，料层厚度720mm的大型烧结机。设计高炉利用系数 2.3t/dm3，煤比220kg/t、焦比270kg/t都属国际先进和领先。,（3）铁水罐多功能化（铁水罐定时定量从高炉接铁，运输、全量铁水脱硫、兑入脱磷转炉）实现取消鱼雷罐车运输、多罐倒包等环节，节省倒罐站建设，减少系统温降，节能高效。,（4）工艺设计上专用脱磷脱硅转炉与脱碳转炉分跨布置，互相衔接，高效、低耗。与同类型的日本住友金属和歌山厂最大的区别是不在高炉脱硅，保证了铁水预处理所需的系统热量，系统总渣量大大减少。,（5）脱碳转炉干法除尘，回收煤气和蒸汽指标先进、节能减排。 （6）快速RH真空精炼和高效连铸、高效轧制技术水平世界一流。快速RH精炼在终点C15ppm条件下，周期将达25min，2个处理工位和3个待机位的新设计；2m/min的高连铸铸速；具有减量化轧制和超快冷却等特点的板卷轧制技术等。,（7）全面实现烧结烟气脱硫、干熄焦技术的优化，而且研究成果证明，炼焦过程可添加1%3%废塑料。京唐公司的干熄焦设备能力达260t/h，是目前世界上最大的。 近期出台的钢铁振兴规划已将工程成果中的一部分纳入了今后新建钢铁企业与钢铁厂改造的推广项目。,殷瑞钰院士在流程功能的理论探索上还进一步提出了钢铁厂能量流网络的新概念。他指出，在钢厂制造流程中，不仅存在着铁素物质流网络及相关的运行程序，而且也存在着与铁素物质流转换有关的能量流网络及其运行程序。研究钢厂的能源转换功能的方法时，不能停留在物料平衡、热平衡的方法上，而应该以动态的输入-输出概念和能量流网络的概念来进一步推动钢厂的节能减排工作。,图2 曹妃甸京唐钢铁公司流程示意图,曹妃甸京唐钢铁公司是新一代可循环钢铁工艺流程的代表之一，我国一些已建、正建和筹建的工程部都在总体上考虑生产高品质钢铁产品，能源高效转换和消纳社会废弃物三大功能的前提下采用了多种形式。 如鞍钢鲅鱼圈钢厂最终全风力发电的绿色能源供应和海水淡化水为主的水源供给；重钢长寿新厂铁厂钢厂间无铁路运输紧凑布置和全厂余能、余热总体应用高效发电的技术与全新投资机制，为我国今后钢铁企业新建与改造提供了新途径。,3.钢铁行业节能减排技术开发与应用取得重要进展 （1）把系统节能作为指标方针、降耗与回收利用相结合，使钢产量大幅度增加，同时能耗增加始终比钢产量增加少几个百分点左右。,（2）“三干”（炼焦干熄焦、高炉干法除尘、转炉干法除尘）技术取得突出成绩，推动了企业节能环保减排水平迅速提高。干熄焦技术已系列化并向高温高压的优化方向发展、超大型炼焦炉干熄焦和超大型高炉干法除尘已在京唐钢铁公司投产，推动了钢铁行业节能减排技术发展。转炉干法除尘技术也可基本立足国内。,（3）单位产品污染物排放量继续大幅度下降。 2008年国家公布了环境保护标准。钢铁行业中烧结、高炉、炼铁、炼钢等标准相继公布实施。我国钢铁生产单位产品污染物排放量大幅下降。其中吨钢粉尘排放量、COD排放量达到新颁布的国家清洁生产级标准，SO2排放量达到国家级标准。新水用量、污水排放和工业粉尘排放总量均实现了下降。,(4)炼钢厂节能的主要思路,a.高效化生产的节能措施 高效化是流程工业节能的最重要措施，高效化使物料、能耗最低化。 -大型化 -高速化 转炉功能解析、重新集成（转炉预脱磷、脱硅、少渣冶炼）； 高效精炼； 高效连铸； 金属液容器的保温； 紧凑流程（减少厂内各工序间衔接时间，近终形连铸直接轧制， 连续炼钢？！）,b. 实现能源高效转化和应用,- 冶金煤气高回收率和优质化（干法除尘、延长回收期、提高CO比例）； -高效率回收蒸汽（提高回收量、中高压回收）； -煤气、蒸汽高品质应用（化工原料、燃料、焙烧活性石灰、供真空精炼气源或发电）； -煤气蒸汽回收极值和两者数量匹配最佳值的研究； -转炉已可实现工序能耗为负值，电炉还有巨大潜力。,c. 高效、全量的余热回收利用,-连铸坯全热送、高热装率与加热炉匹配对不同钢种选用最佳热装温度的研究； -炉渣余热利用（水、汽）研究； -废水余热回收和利用； -金属（固、液）生产及转运过程中散热利用研究； -回收利用极限值研究（90%？零放散？！）。,e. 认真研究炼钢厂能源网络结构及运行特点，从网络最优化运行的高度实现最大限度的节能。 -是钢铁企业运行温度最高的工序； -能源转化与能源流运行特点； -必须纳入钢铁企业能源管控中心的统一控制。,-多吃废钢、降低铁钢比； -全厂用电设备功率、转速随工艺变化的智能化控制）； -机械真空泵用于真空精炼（RH、VD、VOD）； -精炼炉终点控制技术。,d. 其他节能技术思路,4.薄（中厚）板坯连铸连轧、薄带连铸、COREX-3000等钢铁前沿技术研究、试验、生产优化又取得新进展 （1）薄（中厚）板坯连铸连轧在生产线数量与年产量、生产效率方面继续保持世界领先地位；品种研发与生产、半无头轧制、薄规格产品生产等方面研究与工艺优化不断取得新成绩；一批新生产线的建设正顺利进行。 薄（中厚）板坯连铸连轧技术创新这两年主要在品种开发与质量稳定提高、薄规格产品比例上升和工艺装备优化三方面取得进展。,（2）薄带连铸技术继续在宝钢、东北大学、重庆大学进行试生产与研究开发，并在碳钢、高磷钢、铁素体不锈钢晶粒可控、取向硅钢、高强度并热轧易开裂的钢种薄带坯生产试验中有了进展。东大还向江苏某企业进行了商业化转让。,（3）2007年11月世界上首台COREX-3000非高炉炼铁竖炉在宝钢引进并建成投产。在一年多的时间中不断改进操作、维修技术，并发现了设计和操作上必需研究改进的许多问题。,（4）太阳能光伏炼钢、H2冶金等彻底消除“涉碳”反应的全新冶金方法理论与实验室的试验取得了新的进展，是完全消除钢铁企业产生CO2、SO2污染全新途径的重要探索。 （5）低温冶金技术研究取得初步成果，为节能型钢铁冶金开阔了新思路。,5.学术交流繁荣、创新成果众多 两年中 学术会191次（其中国际11次），发表论文11692篇（外方301篇），参加23878人次。 新版技术著作40种，11万册。 国家发明奖、国家科技进步奖14项，冶金科技奖152项，国家青年科技奖2人，冶金青年科技奖15人。 人才培养多样性：高校本科与研究生（含与企业联合培养）。企业首席专家（工程师）、技术专家（带头人）,以上五个方面是冶金工程技术学科最重要的具有综合性的发展成果。更确切地讲冶金装备科技创新实现由跟踪为主向自主创新为主的转变是同等重要的综合性成果。这些成果总体上满足了我国钢铁工业持续高速增长的需要，并使钢铁工业成为经济朝循环经济方向发展的最好切入点之一。,（二）冶金工程技术学科有关二级学科的主要发展成就 1.冶金物理化学的主要进展 （1）冶金新工艺、新技术从源头上避免或减少污染。如利用可控氧流冶金新理论采用固体电解质透氧膜法（SOM）高效、无污染制备金属铬、铌；亚熔盐法氧化钛清洁冶金新工艺。例如转炉渣中氧化钒富集利用；碳热还原与熔盐电解结合从高钛渣中获取钛等。 （2）冶金物化理论应用与冶金废渣的回收利用。,2.冶金反应工程学的主要进展 （1）已普遍从冶金流程工程学和冶金系统工程学的广度和深度上进行研究。 （2）已逐渐应用时空多尺度结构与效应的原理和方法去解析冶金反应工程中的有关问题，研究解决的方法，大大提高了效率。,3.冶金技术二级学科中粉末冶金的主要进展 汽车、工具、信息行业已成为粉末冶金发展的最大动力和用户。 （1）粉末冶金技术。主要有热气流雾化粉末制备技术；包括注射成形、温压、热锻、雾化沉积在内的粉末压制技术；粉末烧结理论与技术；粉末零件后续处理技术。 （2）粉末冶金新材料。主要有金属粉末多孔材料；纳米晶和梯度结构硬质合金；粉末轻金属合金；粉末冶金功能材料；烧结硬化低合金钢；粉末冶金高速工具钢等。,4.钢铁冶金二级学科之炼铁、炼钢新进展 （1）炼铁 除前面已提到的成就外，还有如下进展：7米级焦炉（已建12座）、世界最大的6.25米捣固焦炉、煤调湿技术开发与推广、焦化废水的深度处理；大型烧结机720mm厚料层烧结技术、烧结余热发电技术；低燃料比高喷煤比理论与技术、高炉高风温系统技术、高炉冷却壁优化技术；转底炉等非高炉炼铁、尘泥处理技术。,（2）炼钢 除前面已提到的成就外，还有转炉高供氧强度技术、顶吹O2+CO2技术、集束氧枪在转炉电炉中应用与优化技术、连铸恒速浇铸与转炉连铸专线化生产技术、全自动转炉炼钢终点控制技术、洁净钢生产高效低成本技术。,5.轧制二级学科新进展 主要有有限元模拟技术在板带轧制应用日益广泛；型、棒、线材尺寸精度分析预测；三辊轧制、2Hi精密轧制等多变量控制；超快冷却技术；氧化铁皮结构和厚度控制；冷却路径控制相变强化技术应用由棒材转向板卷、中板；中板离线淬火技术；碳锰双相钢CSP生产线生产技术；板坯定宽压力机最大侧压量可达350mm;世界领先水平的H型钢成套关键技术；引进三辊限定芯棒无缝管轧制技术的优化；轧材组织性能数值模拟与预测等。,6.冶金机械及其自动化 自主创新是近两年来本二级学科发展的主旋律，总体上实现由仿制到创新的转变；大型热板轧机、冷连轧机组已可出口国外；大型宽厚板轧机已可完全自主设计制造；厚度400mm宽板坯铸机和800mm合金钢圆坯铸机已在建设和生产；冶金生产自动控制技术在采矿、选矿、炼铁、炼钢、轧钢与管理工程中全面运用与优化。,三、 本学科国内外比较分析,1. 新一代可循环钢铁流程工艺技术已实现产业化，世界领先。 2. 细晶钢生产规模、规范程度世界领先。 3. 薄板坯连铸连轧效率世界领先。,（一）学科总体上达到国际先进或领先水平,4. 超高速冷却、复合管生产新工艺等一些单体技术世界领先。 5. 世界最大的COREX-3000在中国首先投产，新能源利用（如太阳能光伏炼钢）在中国首先开展实验室试验。 6. 大、中企业工艺、装备水平及高质量钢生产批量性、稳定性总体达到国际先进水平，自主创新的大型冶金设备在国际上具有明显的性价比优势。,1. 淘汰落后产品、装备和工艺的工作远未完成。总体上影响了学科发展水平。如II级钢筋仍占多数；热轧硅钢尚未淘汰；高耗、污染严重的小钢厂仍占一定比例等等。,（二）还存在的不足与差距,2. 行业信息化、优化的全线物流、质量、成本、能源、设备在线监控技术发展不平衡，与国外某些先进钢厂仍有差距，这也是质量稳定性、单位产品污染物排放量等方面与国外领先水平存在差距的原因所在。 3. 前沿科技开发与应用无论是投入强度、全面程度、成果产业化程度和进展等方面总体上与国外还有一定的差距。,四、冶金工程技术学科展望与对策,（一）冶金工程技术学科展望,今后两年学科发展的战略重点主要有以下几个方面： 1. 已建成的京唐钢铁公司在实践中验证、完善、优化新一代可循环钢铁流程的理论、目标与工程技术。,2. 高效、低成本洁净钢生产系统的进一步优化，先进轧制技术的进一步完善开发，冶金生产全面智能化的基础上，全面淘汰落后产品，与用户结合开发需求的高性能产品，开展钢铁产品深加工，延长产业链的研发工作，实现产品结构优化与升级及换代，达到世界先进和领先水平。 3. 研发具有自主知识产权的熔融还原技术、新型低排放钢铁冶金新技术、纳米科技在冶金产品、环保、检测领域应用的新技术等。全面提高我国在世界的引领作用。,（二）冶金工程技术学科发展对策,1. 要抓好新一代可循环钢铁流程工艺技术知识的普及与宣传，改变人们传统上认为钢铁只是“双高”产业的观念，支持钢铁行业作为循环经济的优先切入点，为国民经济发挥更大更好的支撑作用。 2. 国家支持钢铁产业振兴，支持自主创新技术、装备、产品的研发和应用体制、机制的建设，彻底转变自主创新成果产业化慢的局面。 3. 加大学科理论研究的支持强度（尤其是跨学科综合性研究领域），实现前沿技术研发的尽快突破。,（三）低碳经济对冶金科技创新的要,1、低碳经济与低碳技术 低碳经济是以低能耗和低污染为基础的。低碳技术主要包括4个方面：能效技术，改善燃油经济性、提高建筑能效、提高电厂能效；减碳技术：天然气替代煤炭、风力发电、光伏发电、氢能、生物燃料、核聚变；碳封存、富氧燃烧捕集；碳汇技术：森林管理、农业土地管理。,2、发展低碳经济是当前十分紧迫的任务,十一月十七日发布的中美联合公报第五点强调： “ 双方一致认为，向绿色经济、低碳经济转型十分关键 ”，“ 就碳捕集与封存技术的开发、利用、推广和转让立即开展工作 ”，“ 两国将就大规模利用风能、太阳能、先进生物燃料和现代电网制订路线 ”,3、钢铁工业在发展低碳经济中的作用及应作出的贡献,3.1 CO2减排是钢铁生产发展最重大的瓶颈 传统钢铁生产90%以上CO2排放源自能耗 钢铁厂能耗中含碳能源占主导 电能生产也以含碳能源为主导 传统钢铁生产发展，CO2排放总量只能增加，不 会减少,3.2 “少碳”（甚至非“涉碳”）钢铁生产是重 要发