（材料加工工程专业论文）基于节约型减量化的钢铁材料加工过程理论及实践研究.pdf

- o - 。_ _ _ _ 一_ _ 。_ _ _ _ _ _ _ - 一 i i i1 ii ii1 1 i iii iu i y 171718 6 论及实践研究 重点实验室 工学 学科专业名称：材糊口工工程 论文提交日期：2 0 0 9 年5 月2 0 日论文答辩日期：2 口口障7 目三日 学位授予日期：2 0 0 9 月日 答辩委员会主席：才勿蟛芝 评阅人 ： 东北大学 2 0 0 9 年5 月 i - 工 t、- n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y m a y 2 0 0 9 i r o na n d o ns a v i n g 一i 一 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 = 艺 思。 学位敝作者繇形秽 日 2 0 0 ? 、7 1 1 1 弓 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文 的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年衫一年半口两年口 学位论文作者签名：蒯 签字日期：加。f 7 哆 导师签名：矶习彳考 签字日期：伽刁争71 , 3 歹j a 东北大学博士学位论文摘要 基于节约型减量化的钢铁材料加工过程理论及实践研究 摘要 本论文以循环经济条件下的钢铁材料加工过程为背景，针对节约型减量化的钢 铁材料加工过程的理论和实践过程的关键技术和重点问题，进行了系统研究，结合 实验室研究工作及相关研究成果的工业推广应用，阐述了节约型减量化工艺技术的 实际应用效果。 结合我国当前钢铁工业能耗高，资源、能源以及环境压力日益增大的发展现状， 本文指出钢铁材料加工过程的节约型减量化是钢铁工业发展循环经济的重要组成部 分，已成为钢铁工业可持续发展的必然选择。 在分析当前钢铁材料加工技术发展状况的基础上，针对钢铁材料加工过程的能 源、资源消耗，结合钢铁材料的节约型减量化目标，建立节约型减量化钢铁材料加 工过程的评价指标体系，包括节约热能、节约水电、节约资源和环境减排4 个一级 指标和1 5 个二级指标。将定性分析与定量研究相结合，提出了基于层次分析法和模 糊综合评价方法的钢铁生产减量化评价模型。采用层次分析法计算各级指标对上级 指标的影响权重，通过模糊综合评判钢铁企业的减量化生产等级。结果表明该理论 是客观有效的，能够定量评价减量化生产的评价等级，对企业实施减量化生产有明 确的指导作用。在此基础上，进一步阐述了现代钢铁企业的减量化生产运作机制。 钢铁材料加工过程的减量化技术是与钢铁产品生产流程密切相关的，对于钢铁 产品生产制造过程，最基本的原则在于减少进入生产和消费过程的资源和能源量， 从源头开始节省资源、提高利用率、防止废物产生，而不是将重点放在产生废物后 的治理上。因此，减量化的工艺技术体现，一方面在于减量化的成份设计，减少资 源如铁矿石、合金元素的使用量；另一方面在于减量化的工艺设计，通过生产工艺 技术进步，减少工序流程，从而降低能源消耗，提高综合效率。实际上，减量化的 成份设计通常需要工艺技术进步的支撑，而减量化的工艺设计，又通常体现在成份 设计的减量化。钢铁材料加工过程中随着温度的不同，钢材内部发生着复杂的相变 过程，通过成分设计和热处理工艺可得到性能范围极宽的不同规格特性的产品，这就 是钢铁材料加工过程实现减量化的基础。本文针对钢铁材料加工流程，结合对传统 t m c p 技术的分析，阐述了新一代t m c p 技术的实现条件以及其在棒线材、板带材 等领域的实验室研究及潜在应用。 一i 一 东北大学博士学位论文摘要 基于钢铁材料的加工特性，钢铁材料加工过程的减量化还体现在基于组织性能 控制的柔性化轧制技术上。基于新一代钢铁材料开发过程实践，采用同一种化学成 分的坯料生产不同性能的产品已成为可能，其最为显著的效益及应用在于适度解放 炼钢。 生命周期的减量化是节约型钢铁材料的重要组成部分，关系到钢铁材料的再循 环和再利用。结合产品生命周期评价的相关理论与方法及钢铁材料加工过程特征， 建立了钢铁产品的生命周期评价方法一基于多目标规划的l c a 模型，探析钢铁材料 生命周期的减量化问题，并通过应用算例说明了模型的有效性和可行性。 最后，结合韶钢生产实际，将节约型减量化技术应用于广东省韶关钢铁集团公 司生产实践，促进企业循环经济发展，满足企业节能减排需要。 关键词：钢铁；加工过程；节约型；减量化；评价体系；轧制技术；生命周期 一i i t h e t h e o r ya n dp r a c t i c er e s e a r c ho f i r o na n d s t e e lm a t e r i a lf o r m i n g p r o c e s sb a s e d o ns a v i n g ，t u c i n gq u a n t i t 3 t y p e r e d u c i n gq u a n t i t y ，- a b s t r a c t u n d e rt h eb a c k g r o u n do fc i r c u l a re c o n o m y , t h i st h e s i sw a sc o m p l e t e do nt h eb a s eo fi r o n m a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s s a i m i n ga tk e yt e c h n o l o g i e sa n dk e yp o i n t sw h i c hw a sf o u n do u t d u r i n gt h et h e o r ya n de x e r c i s es t e e lm a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s se q u i p p e dw i t hs a v i n g 。t y p e q u a n t i t a t i v e r e d u c t i o nt h e o r y , s e v e r a ls y s t e m a t i z e dr e s e a r c hw a sc a r r i e do u t ，a n dt h e n , c o m b i n i n gw i t hl a b o r a t o r yw o r ka n d i t si n d u s t r i a la p p l i c a t i o n , s a v i n g - t y p eq u a n t i t a t i v e r e d u c t i o nt e c h n o l o g y sp r a c t i c a la p p l i c a t i o ne f f e c tw a si l l u s t r a t e d a c c o r d i n gt oc u r r e n ts t e e li n d u s t r y sd e v e l o p m e n ts t a t u so fh i g he n e r g yc o n s u m p t i o n , h i g hr e s o u r c e s e n e r g ys t r e s s a n ds e r i o u se n v i r o n m e n tp r o b l e m ，t h i st h e s i sp o i n t e do u tt h a t s t e e lm 舢e r i a lf o r m i n gp r o c e s s ss a v i n g - t y p eq u a n t i t a t i v er e d u c t i o nw a sa c h i e fp a r to fs t e e l i n d u s t r yd e v e l o p m e n tc i r c u l a re c o n o m y , a n dw a sr e g a r d e da s ai n e v i t a b l ec h o i c eo fs t e e l i n d u s t r ys u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o nt 1 1 eb a s eo fa n a l y z i n gc u r r e n ts t e e lm a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s sd e v e l o p m e n ts t a t u s ， a c c o u n t i n gi n t ot h ee n e r g yr e s o u r c ec o n s u m p t i o nd u r i n gs t e e lm a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s s ，a n d c o m b i n i n gw i t ht h et a r g e to fs t e e lm a t e r i a ls a v i n g - t y p eq u a n t i t a t i v er e d u c t i o n , s t e e lm a t e r i a l f o r m i n gp r o c e s se v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mw a se s t a b l i s h e d t h i ss y s t e mi n c l u d e d4 f i r s tg r a d e i n d e x e s ( w h i c hw e r es a v i n gh e a te n e r g y , s a v i n gw a t e ra n de l e c t r i c i t y , s a v i n g r e s o u r c ea n d r e d u c i n ge n v i r o n m e n te m i s s i o n ) a n d15s e c o n di n d e x a f t e rc o n s i d e r i n gq u a l i t a t i v ea n a l y s i s a n dq u a n t i t a t i v es t u d y , s t e e lq u a n t i t a t i v e r e d u c t i o na n a l y s i sm o d e lw a sp r o p o s e do nt h e g r o u n do fa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa n df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d t ob em o r e s p e c i f i c ，a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sw a su s e d t oc a l c u l a t ee a c hi n d e x si n f l u e n c ew e i g h tt oi t s h i g h e ri n d e xa n df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n m e t h o dw a su s e dt oe v a l u a t es t e e l e n t e r p r i s e sq u a n t i t a t i v er e d u c t i o np r o d u c t i o ng r a d e s t h ep r a c t i c es h o w e d t h a tt h e s et h e o r i e s w e r ea b l et oe v a l u a t eq u a n t i t a t i v er e d u c t i o np r o d u c t i o ng r a d e ，a n da l s ow e r ea b l et og u i d e e n t e r p r i s ef o rq u a n t i t a t i v er e d u c t i o np r o d u c t i o n o nt h ef o u n d a t i o no ft h a t ，m o d e ms t e e l e n t e r p r i s eq u a n t i t a t i v er e d u c t i o np r o d u c t i o no p e r a t i o n m e c h a n i s mw a se l a b o r a t e df u r t h e r l y 一l 一 s t e e lm a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s s sq u a n t i t a t i v er e d u c t i o nt e c h n o l o g yw a s c l o s e l yr e l a t e dt o s t e e lp r o d u c t s p r o d u c t i o np r o c e s s a sf o r t h es t e e lp r o d u c t sp r o d u c t i o nm a n u f a c t u r i n g p r o c e s s ， t h eb a s i cp r i n c i p l ew a sr e d u c i n gt h e e n e r g yr e s o l t c ew h i c he n t e r e di n t op r o d u c t i o na n d c o n s u m p t i o np r o c e s s ，t h a ti s ，r e s o u r c ew a ss a v e da tt h eb e g i n n i n ga n dt h e nu t i l i z a t i o nr a t i o w a si n c r e a s e da n dw a s t em a t e r i a lw a s p r o h i b i t e d t h e r e f o r e ，q u a n t i t a t i v er e d u c t i o n t e c h n o l o g yw a s ，o nt h eo n eh a n d ，r e f l e c t e do nt h ef a c eo fc h e m i c a lc o m p o s i t i o nd e s i g n s u c h a sr e d u c i n gi r o no r ea n da l l o yc o n t e n t ，a n d ，o nt h eo t h e rh a n d ，r e f l e c t e do nt h e a s p e c to f t e c h n o l o g yp r o c e s sd e s i g n , s u c ha s r e d u c i n gw o r k i n gp r o c e d u r e t od e c r e a s e e n e r g y c o n s u m p t i o n i nf a c t ，c h e m i c a lc o m p o s i t i o n d e s i g n w a s s u p p o r t e db yt e c h n o l o g y i m p r o v e m e n ta n dt e c h n o l o g yp r o c e s sd e s i g nw a sa l s or e f l e c t e db yc h e m i c a lc o m p o s i t i o n d e s i g nq u a n t i t a t i v er e d u c t i o n d u r i n gt h es t e e lm a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s s ，s t e e lt e m p e r a t u r e w a sv a r i e d ，a n dt h e nc o m p l i c a t e dp h a s et r a n s i t i o nw a so c c u r r e d ，t h e r e f o r e ，a j l k i n d so f c h a r a c t e r i s t i cw a so b t a i n e dt h r o u g h c h e m i c a lc o m p o s i t i o n d e s i g na n dh e a tt r e a t m e n t t e c h n o l o g y t h i sw a st h ef o u n d a t i o no fs t e e lm a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s sq u a n t i t a t i v er e d u c t i o n i nt h i st h e s i s ，a c c o r d i n gt os t e e lm a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s s i n gf l o wa n dt h e nc o m b i n i n gw i t h t r a d i t i o n a lt m c pt e c h n o l o g y a n a l y s i s ，n e wg e n e r a t i o nt m c pt e c h n o l o g y ，sr e a l i z a t i o n c o n d i t i o na n di t sl a b o r a t o r yr e s e a r c ha n dp o t e n t i a la p p l i c a t i o ni nw i r ea n dr o da n d p l a t e s t r i p f i e l d sw a sd i s c u s s e d a sf o rs t e e lm a t e r i a l sf o r m i n gp r o p e r t i e s ，s t e e lm a t e r i a lf o r m i n gp r o c e s sq u a n t i t a t i v e r e d u c t i o nw a sa l s or e f l e c t e di nt h ef i e l do ff l e x i b l er o l l i n gt e c h n o l o g yw h i c hw a s b a s e do n m i c r o s t r u c t u r ec o n t r 0 1 o nt h eb a s eo fn e w g e n e r a t i o ns t e e lm a t e r i a ld e v e l o p m e n tp r a c t i c e ， d i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i cp r o d u c t sp r o d u c e db yt h es a m ec h e m i c a lc o m p o s i t i o nw a sr e a l i z e d ， a n di t sm o s ts i g n i f i c a n tb e n e f i t sw a st h a ts t e e l m a k i n g p r o c e s sw a sl i b e r a t e df u r t h e r l y l i f ec y c l eq u a n t i t a t i v er e d u c t i o nw h i c hr e l a t e dt os t e e lm a t e r i a l sr e c y c l ea n dr e u s ew a s o n eo ft h em o s tc o m p o n e n t so fs a v i n g t y p es t e e l m a t e r i a l c o m b i n i n gw i t hl i f ec y c l e e v a l u a t i o nt h e o r ya n ds t e e lm a t e r i a l sf o r m i n g p r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c ，s t e e lp r o d u c t sl i f ec v c i e e v a l u a t i o nm e t h o d sw a se s t a b l i s h e d t ob em o r es p e c i f i c ，t h em o d e lw a sl c a m o d e lb a s e do n m u l t i o b j e c t i v ep r o g r a m m i n g t h em o d e l s e f f i c i e n c ya n df e a s i b i l i t yw a sp r o v e db y a p p l i c a t i o ne x a m p l e i nt h e e n d ，c o m b i n i n gw i t hs h o wg u a ns t e e lc o r p o r a t i o np r o d u c t i o np r a c t i c e ， s a v i n g 。帅eq u a n t i t a t i v er e d u c t i o nt e c h n o l o g yw a su t i l i z e di nt h a tc o r p o r a t i o n t h r o u g h 一2 一 一3 一 东北大学博士学位论丈目 录 目录 独创性声明。i 学位论文版权使用授权书i 摘要i a b s t r a c t 1 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 钢铁行业发展现状3 1 3 钢铁产业与循环经济6 1 3 1 循环经济的相关概念7 1 3 1 1 循环经济的概念与发展特征7 1 3 1 2 循环经济中的“减量化”原则。8 1 3 1 3 工业生态学与生态工业1 0 1 3 1 4 清洁生产1 0 1 3 2 循环经济是钢铁工业发展的必由之路1 2 1 4 钢铁材料加工过程的节约减量化1 4 1 4 1 节约型减量化的钢铁材料加工过程的必要性1 4 1 4 2 节约型减量化生产的基本概念1 5 1 4 3 国内外减量化生产工艺的发展现状1 6 1 5 本文主要研究工作l7 第2 章钢铁材料加工技术发展及现状1 9 2 1 钢铁材料加工技术发展1 9 2 1 1 炼铁技术1 9 2 1 2 炼钢技术2 2 东北大学博士学位论文 目录 2 1 2 1 转炉炼钢法2 2 2 1 2 1 电炉炼钢技术2 7 2 1 2 3 我国炼钢技术的发展趋势2 8 2 1 - 3 连续铸钢技术2 9 2 1 4 轧制技术3 1 2 2 钢铁材料加工过程的资源与能源消费3 2 2 2 1 冶炼工序能源消耗3 3 2 2 2 轧钢工序能耗分析3 4 2 2 3 我国与发达国家钢铁企业能耗差距3 4 2 3 钢铁材料加工过程对环境影响现状3 5 第3 章节约型减量化钢铁材料加工过程的评价指标体系3 8 3 1 建立减量化指标体系的背景与原则3 8 3 1 1 减量化指标体系的背景。3 8 3 1 2 减量化指标体系的原则。3 8 3 2 钢铁产品生产减量化评价方法3 9 3 2 1 层次分析法基本原理。4 0 3 2 2 模糊数学综合评价方法4 2 3 2 2 1 模糊综合评价的基本原理4 3 3 2 2 2 模糊综合评价的基本步骤4 4 3 2 3a h p 模糊综合评价在钢铁企业节约型减量化的应用4 5 3 3 节约型减量化加工过程的现代钢铁企业运行机制4 9 第4 章节约型减量化背景下的钢铁材料轧制技术研究5 1 4 1 钢铁材料轧制工艺流程的工艺技术特点5 1 4 1 1 钢铁材料加工过程减量化的基础。5 1 4 1 2 钢铁材料加工过程t m c p 技术的实质5 2 4 2 以超快速冷却为核心新一代t m c p 技术研究5 4 4 2 1 新一代t m c p 技术背景及实现条件研究5 4 4 2 2 棒线材新一代t m c p 技术研究5 5 2 一 东北大学博士学位论文 目录 4 2 3 热轧板材新一代t m c p 技术的可行性研究及应用潜力5 6 4 3 钢铁材料加工过程的柔性轧制工艺技术研究5 8 4 3 1 柔性化轧制技术的实现背景及可行性研究5 8 4 3 2 基于组织性能控制的柔性化轧制技术实现途径5 9 4 4 节约型减量化背景下轧制工艺技术发展探析6 0 第5 章钢铁产品生命周期减量化6 1 5 1 产品生命周期评价相关理论与方法6 1 5 1 1 生命周期评价产生的背景与概念6 1 5 1 2 生命周期评价的实施框架。6 3 5 1 3 生命周期评价的评价指标体系6 7 5 1 4 产品生命周期评价的意义6 7 5 2 钢铁产品生命周期理论6 8 5 2 1 绿色制造与绿色钢铁产品生命周期6 9 5 2 2 生命周期评价对钢铁企业的作用7 0 5 3 钢铁产品生命周期影响评价方法7 1 5 3 1 经济输入输出与过程模型7 2 5 3 2 多目标优化模型7 2 5 3 3 基于模糊多目标规划的l c a 模型7 3 5 4 生态化环境友好型钢铁产品7 8 第6 章韶钢节约型减量化生产过程实践8 0 6 1 韶钢减量化生产背景8 0 6 1 1 背景说明8 0 6 1 2 韶钢概况8 l 6 1 3 循环经济与减量化8 1 6 2 韶钢减量化生产模式8 3 6 2 1 减量化生产指导思想8 4 6 2 2 减量化生产总体目标8 4 6 2 3 韶钢减量化生产思路8 5 3 一 东北大学博士学位论文 目录 6 3 韶钢发展节约减量化及循环经济的实践及成果8 6 6 3 1 大力发展节能新技术8 6 6 3 1 1 韶钢t r t 项目8 6 6 3 1 2 韶钢蓄热式燃烧技术在五轧厂加热炉上的应用项目9 0 6 3 2 提高水资源利用效率韶钢轧机冷却水系统改造项目9 5 6 3 3 大力推广生产工艺减量化技术9 7 6 3 3 1 韶钢控轧控冷工艺技术改造项目9 7 6 3 3 2 韶钢2 5 0 0 中厚板生产线控轧控冷工艺应用项目1 0 0 6 3 4 钢铁渣高价值的利用1 0 6 6 4 韶钢未来减量化生产方向与展望11 0 6 4 1 面临挑战。1 1 0 6 4 2 韶钢未来减量化生产任务1 1 1 6 4 3 未来展望1 1 2 第7 章结论1 1 4 参考文献1 1 5 攻读博士学位期间发表的论文与科研工作1 2 0 撰写的论文1 2 0 获得的科技成果奖励1 2 0 致谢1 2 1 作者简介1 2 2 4 一 东北大学博士学位论文第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着科学技术和经济的飞跃发展，人类社会进入了一个新的阶段。研究及应用现状 表明，尽管其它材料如铝、玻璃、塑料等不断挤占其传统应用领域，钢铁作为工业发展 的基础性材料是不可代替的【1 1 ，钢铁工业仍将是我国乃至世界现代化进程中最重要的基 础工业之。 近一个世纪以来，钢铁工业得到了长足发展，大型高炉冶炼、炉外精炼、重载高刚 度轧机等冶炼与轧制装备及技术的系列化发展，以及钢铁流程生产线的规模化发展，曾 使钢铁工业成为一个国家发展水平的标志，同时复杂的钢铁流程过程控制自动化更使之 成为了现代化大工业生产的典例。但钢铁材料的生产是典型的流程制造过程，根据钢铁 材料的生产流程，钢铁工业的发展在外部条件上依赖于煤炭、矿山采掘、电力能源、水 资源及至运输工业等能源与资源部门的配合和发展；在钢铁工业流程内部，依赖于冶炼、 轧制等钢铁材料加工过程技术的发展和进步；同时钢铁制造流程工序多、结构复杂，制 造流程伴随着大量的物质和能量排放，钢铁工业相关链条及流程过程所产生的废弃物如 废气、废水及固体废弃物的排放最终又严重影响着人类赖以生存的地球环境。2 0 0 7 年， 世界钢铁产量已达1 3 4 3 5 亿吨，其中我国钢铁产量4 。8 9 亿吨【2 1 ，居世界首位，占到世界 钢铁产量的3 6 4 。巨大的钢铁产量，导致我国乃至世界钢铁工业在环境、能源、资源 等方面的压力空前巨大。因此，对于仍处于继续发展过程中的钢铁工业必须寻求新的发 展模式。 现代工业的发展在使人类创造了巨大物资财富的同时，也付出了巨大的资源和环境 代价。随着能源环境的代价越来越高，人类越来越关注和重视能源环境问题。兼顾环境、 友好共处、和谐发展的人类社会进步理念日益得到人们的共鸣。新的发展模式和要求已 不断提升到人类社会可持续发展的高度。 2 0 0 2 年联合国环境规划署在巴黎以“日益恶化的全球环境呼唤循环经济 为题，发 布全球环境综合报告，循环经济开始受到世界各国的普遍关注。循环经济是按生态 学规律进行物质运行的一种方式，它以“减量化、再利用、资源化”为原则，以“低消 耗、低排放、高效率 为特征，是对“大量生产、大量消费、大量废弃 的传统增长模 式的根本变革。这既非常适合钢铁工业发展中缓解资源、能源短缺的需要，又非常适合 钢铁工业向高端发展必须加强环境治理的需要p j 。 东北大学博士学位论文第1 章绪论 1 9 9 7 年，联合国气候变化框架公约第3 次缔约方大会在日本京都召开，1 4 9 个 国家和地区的代表通过了旨在限制温室气体排放量以抑制全球变暖的京都议定书。 我国于1 9 9 8 年5 月签署并于2 0 0 2 年8 月核准了该议定书。为此，以二氧化碳等6 种温 室气体的减排已成为当今世界各国关注的热点，也是我国高度重视的政治和经济任务。 尽管改革开放以来我国钢铁工业在产品结构以及生产技术上取得了巨大进步，但我国钢 铁工业在节能减排方面仍存在很大问题。目前，国内钢铁企业的能耗和污染物排放高于 国外同类先进钢铁企业，污染物排放仍不达标，更是满足不了日益严格的环境要求。据 统计，我国钢铁行业能耗占全国能耗的1 5 ，污染物排放占总量的1 4 左右，仍属于典 型的高污染、高能耗行业。随着全球能源和环境压力的加大，特别是我国国民经济快速 发展所面临的巨大能源和环境压力，使得高能耗和环境污染严重的钢铁工业的生存和发 展仍面临着更加严峻的挑战。 针对我国国民经济快速发展所带来的巨大能源需求和环境压力，2 0 0 6 年3 月2 4 日 十届人大四次会议通过我国第十一个五年规划纲要提出，单位国内生产总值能源消耗降 低2 0 。国家发改委颁布的节能中长期专项规划中提出：2 0 1 0 年我国主要产品( 工 作量) 单位能耗指标总体达到或接近2 0 世纪9 0 年代初期国际先进水平，其中大中型企 业达到本世纪初国际先进水平。针对国内高能耗、高污染的钢铁工业，我国进一步制定 了钢铁产业发展政策，规定2 0 0 5 年到2 0 1 0 年钢铁产业发展的目标是：“大力降低能 耗，综合能耗 7 0 0 千克标煤吨钢”。因此，发展循环经济，实现节能减排，不仅是未 来钢铁工业发展的主旋律，更是钢铁工业生存和发展面临的紧迫的历史使命。 实际上，发展循环经济，履行节能减排职责，既是环境、社会发展的需要，同时也 是企业拓展发展空间、降低成本的需要。随着原材料以及能源价格上涨，钢铁企业已明 显感受到原材料成本的巨大压力。原材料价格上涨是不以企业意志为转移的，钢材价格 上涨幅度很难高于能源价格上涨幅度。如何提高能源利用效率，大幅降低生产成本已成 为钢铁企业迫在眉睫的课题。而提高钢材性能质量节约钢材使用量更是节能降耗的重要 途径。 对于具有资源密集、能耗密集等特点的钢铁工业，其生产及发展过程中面临的社会、 资源、环境制约和要求已成为钢铁工业发展必须面对的重要课题。尤其对于我国钢铁工 业，巨大的产能、低层次的产品结构导致在环境、能源、资源等方面的压力更为突出。 为此，对于我国仍处于继续发展过程中的钢铁工业必须寻求新的发展模式。社会发展对 古老的钢铁材料提出了越来越多的要求。但同时因为钢铁制造流程工序多、结构复杂， 制造流程伴随大量物质和能量排放，其中蕴含着诸多减量化、再利用、再循环的可能性1 4 】。 一2 东北大学博士学位论文第1 章绪论 因此，本文提出的节约型减量化的钢铁材料加工过程，对于如何实现减量化，生产节约 型钢铁产品，促进我国社会经济可持续发展具有重要的理论与实践意义，同时也是我国 钢铁企业的必然选择。 1 2 钢铁行业发展现状 2 0 0 7 年全球粗钢产量达到1 3 4 3 5 亿吨，较2 0 0 6 年增长7 5 ，创历史最高水平， 同时也是全球粗钢产量连续5 年增幅超过7 。中国依然是世界粗钢产量增长最重要的 动力，年增长率达到1 5 7 。表1 1 为2 0 0 7 年全球十大粗钢生产国粗钢产量及排名。 表1 1 全球1 0 大生产国排名单位：万吨 t a b l e1 1t o pt e np r o d u c t i o nc o u n t r yo f t h ew o r l d 我国已连续超过1 0 年粗钢产量超过l 亿吨，图1 1 为我国近1 0 年来的粗钢产量情 况。图1 2 为1 9 9 6 年以来我国铁矿石进口情况。 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 学4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 r 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 9 9 61 9 9 71 9 9 8 1 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 年份 图1 i 我国近十年来粗钢产量 f i g 1 1c r u d e s t e e lp r o d u c t i o no ft h el a s tt e ny e a r so fo u r c o u n t r y 可以看出，与粗钢产量的强劲增长相对应，我国铁矿石进口量也随之迅猛增长，使 我国钢铁工业生产的对外依存度加大。 一3 一 东北大学博士学位论文 第1 章绪论 4 0 0 0 0 3 5 0 0 0 3 0 0 0 0 督2 5 0 0 0 2 0 0 0 0 r1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 o 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 2 2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 6 2 0 0 7 年份 图1 21 9 9 6 年以来我国铁矿石进口量 f i g 1 2i r o no r ei m p o r tv o l u m eo fo u rc o u n t r yf r o m19 9 6 结合我国国民经济发展现状，针对当前国内钢铁行业的发展现状，我国钢铁行业发 展状况可总结如下： ( 1 ) 由于我国正处于实现工业化的进程中，钢铁材料市场需求将进一步增长，钢 铁工业还有较大的发展空间，钢铁产量将进一步持续增长；但增幅将继续趋向回落【5 】， 产业、产品结构将得到进一步调整。 改革开放以来随着国民经济快速的增长，国家建设需求以及居民消费需求的持续扩 大使我国钢铁产量也进入了快速增长期。根据对国外发达国家工业化发展过程中人均钢 产量问题的研究与分析可知，世界最发达的美、德、英、法人均钢产量在3 0 0 - - 一5 0 0 k g ， 发展中国家人均g n p 产值由1 0 0 0 美元增至4 0 0 0 5 0 0 0 美元时，人均钢产量有一个最 低值，约在1 0 0 一- - 1 1 0 k g 。尽管各国发展过程中人均钢产量差别悬殊，我国钢铁工业