加强技术创新-推动钢铁工业迈进中高端(2015.7.6).doc

加强技术创新推动钢铁工业迈进中高端 2015-07-06 王国栋院士 世界金属导报 世界金属导报 世界金属导报 习近平主席指出，即将出现的新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，为我们实施创新驱动发展战略提供了难得的重大机遇。我们要充分利用这一重大机遇，坚持创新驱动，提质增效，转型发展，解决我们发展中面临的资源、能源、环境、人口等方面的问题，推动钢铁工业向中高端水平迈进。钢铁行业要实现中高端发展，提升行业竞争力，必须坚持绿色化的发展方向，构建生态化技术体系。生态化的技术体系，就是要坚持减量化、低碳化、数字化。从减量化角度来看，生态化的技术体系是通过提高单位资源效率的方法来增加产品总量，在生产、分配、交换和消费等全部经济、社会过程中，减少资源消耗和废物产生，对废物进行资源化和再利用。从低碳化的角度来看，生态化技术体系是以清洁能源包括太阳能、风能、生物能、水能等可再生能源为依托，把排放和污染维持在大自然自洁能力的范围以内。从数字化角度来看，生态化的技术体系是以数字化为基础，把原子世界引入比特世界，从而使物与物、人与人、人与物之间联系起来，可以在生产的每一个环节和生活的全部过程，实时感知、分析和控制。只要我们把握住绿色化这个大方向，沿着绿色化这个大方向配置我们的资源，组织我们的力量，安排我们的研究与创新，就一定可以实现我国钢铁工业领跑世界钢铁工业发展的中国钢铁梦。我们钢铁行业一定要明确国际上钢铁科技发展的趋势，努力跟踪全球钢铁科技发展方向。同时，又要从我国国情出发，以国家的重大需求为牵引，明确我国钢铁科技创新主攻方向和突破口。因此，我们要高度重视原始性钢铁专业基础理论突破，保证基础性、系统性、前沿性钢铁技术研究和技术研发持续推进，不断推出一批具有颠覆性的重大钢铁技术，强化我国钢铁行业自主创新成果的源头供给。我们还要准确把握钢铁行业重点领域科技发展的战略机遇，选准关系钢铁全局和长远发展的战略必争领域和优先方向，通过高效合理的资源优化配置，深入推进协同创新和开放创新，构建高效强大的钢铁共性关键技术供给体系，努力实现钢铁关键技术重大突破，把钢铁关键技术掌握在自己手里。本文根据国际钢铁行业发展的趋势和国家的需求，以及各方面的研究成果，整理出一部分钢铁行业的关键共性技术（产品）和可期的颠覆性技术（产品），以供大家参考。1关键共性技术（产品）1)炼钢二次资源高效利用技术作为钢铁生产过程的副产物，钢渣的产量是粗钢产量的10%-15%。2014年我国粗钢产量8.2亿吨，钢渣产量大约为0.82亿-1.2亿吨，大约70%的钢渣处于堆存和填埋状态。相比国外，美国的钢渣利用率在98%以上，德国和日本在95%以上。如果循环利用这些钢渣，不仅能回收大量的有价金属，而且能减轻环境负担。因此，我国钢铁企业必须开展钢渣的高效利用技术研究开发，以实现钢铁企业的“生态化”。研究主要围绕以下四个方面，即提高所开发产品的附加值、有效回收钢渣中有价组元、充分利用炉渣的物理显热、直接利用含锌量较高的电炉粉尘等。2)高品质连铸坯生产工艺与装备目前，连铸坯特别是微合金钢连铸坯往往存在裂纹、偏析、疏松等质量缺陷，严重制约高端产品开发生产。微合金钢占我国钢产量的30%，属量大面广产品。因此要提高连铸坯质量，特别是提高微合金钢连铸坯质量。研究目标主要围绕以下三个方面：集成高品质连铸坯生产工艺、装备与控制技术；稳定生产高致密度、均质化连铸坯；表面无清理率99.5%、合格率99.9%，质量指标达到世界领先。具体技术分为铸坯表面裂纹控制技术，包括采用全弧形锥度结晶器，大冷速晶界强化工艺；铸坯内裂纹控制技术，包括采用二冷智能控温；铸坯致密均质化技术，包括采用液芯负压补缩工艺和电搅与重压下复合工艺。3)热轧钢材组织性能控制90%以上的钢材要经过热轧工序，故在热轧工序降低资源和能源消耗（合金用量），使量大面广的热轧钢材升级换代具有重要意义。同时，提高热轧产品的稳定性和均匀性也是非常突出的问题。研究主要围绕以下四个方面，即新一代控制轧制技术与装备，包括热轧中的温度制度、压下制度制定和均匀性、稳定性控制；新一代控制冷却技术与装备拓展应用到棒材、线材、管材等各种热轧过程；控制轧制与控制冷却的耦合与协调控制，即材料组织的协同调控；一体化组织性能预测与控制，含工艺制度制定。4)极限规格板材先进热处理装备及工艺技术这主要是针对极限规格淬火工艺与装备的需求，其中极薄是指厚度4-10mm的薄规格；特厚是指厚度100-250mm的厚规格。另外，为满足一些高端特种钢板回火热处理的装备需求，需要开发先进绿色的回火技术。开发的技术与设备将满足能源储备、军工、海洋等行业的重要需求。研究主要围绕以下方面：热处理装备研制包括极限板厚淬火机：处理板厚4-10mm和100-250mm的极限规格；高精度低温回火炉：新型热风循环加热高精度中低温回火（100650）热处理炉（精度3），产品屈服强度大于1GPa。代表性产品包括超高强结构用钢（Max 1300MPa）、耐磨钢 (Max HB600)钢板的研制；主要技术包括极限薄钢板（4-10mm）高平直度淬火技术；特厚钢板（100-250mm）淬火工艺研制，极限冷速淬火技术等。5)薄板坯半无头轧制+无酸洗涂镀制备热轧AHSS发展节能减排，改善环境的短流程工艺技术，低成本生产热轧AHSS（DP、TRIP、Mn-B、HSLA、Q&P、Nanosteel等）的优质涂层板具有重大需求。研究主要围绕以下三个方面：即高质量、薄规格热轧带钢半无头/无头轧制技术，包括板形控制、均匀性稳定轧制、动态变规格、高速切断、自动控制；热轧AHSS成分设计和一体化组织性能控制技术；热轧板无酸洗还原退火-热镀锌一体化生产技术研究。6)高精度冷轧板形控制技术与装备技术当前，我国冷轧板形控制技术、边部减薄控制装备与技术基本依靠引进，多数轧机板形控制手段成为瓶颈，提高板形质量是刻不容缓的关键技术难题，因此要加强这方面的研究。研究主要围绕以下方面：板形控制系统推广应用和边部减薄控制核心技术的研发与工业应用。重点开发六辊冷轧机两侧带有锥形段的工作辊窜辊硅钢边部减薄控制技术，工作辊窜辊机械结构（含液压系统）设计、改造与优化，轧辊辊形开发与设计和边部减薄控制系统开发与在线调优。7)先进连续退火与涂镀技术当前，先进高强钢（AHSS）、深冲板、家用电器用板等高质量、高性能冷轧、涂镀产品需求迫切。同时减量化技术需求强烈，要求降低基板合金含量，节省镀层金属，因此绿色化连退热处理与涂镀技术需求迫切。研究主要围绕以下方面进行：即冷轧薄带钢快速加热技术与装备；冷轧薄带钢快速冷却技术与装备；GA技术与装备；热镀锌镀层厚度与均匀性控制技术与装备；冷轧镀锌板表面质量检测系统；连续热镀锌线加热炉数学模型系统开发及应用；清洗段机械消泡技术研发等。8)真空制坯轧制复合板技术金属复合板可以发挥其组元金属材料各自性能优势，实现单一金属不能满足的大厚度、高强度、耐蚀、耐磨等性能，可以节约贵重金属，降低成本。金属复合板在大型机械、船舶、海洋平台、压力容器等领域有大量需求。研究主要围绕以下方面，即多坯真空焊接制坯装备与技术；复合坯轧制工艺与装备；复合板界面产物控制技术；复合板精整工艺与装备。9)旨在大规模定制的钢材智慧制造系统在两化融合，智能制造方面，钢铁作为连续大规模生产行业，需要研发满足大规模定制的智慧制造需求。研发在企业CPS框架下的一体化组织性能控制系统（IMPS），具体来讲包括一体化组织调控理论；一体化组织调控工艺技术与关键装备；一体化组织调控数字化、智能化自动控制系统；一体化组织调控管理信息系统；绿色化的热轧钢材成分和工艺体系等。目标是使钢铁行业在连续生产的条件下，实现大规模的定制化、个性化、智能化、优质化生产。2颠覆性工艺技术（产品）1)复杂难选铁矿石预富集-悬浮焙烧-磁选技术鉴于我国铁矿石复杂难选的资源禀赋特点以及钢铁工业对铁矿石的大量需求，我国必须开发适合我国国情的先进选矿技术，高效开发利用复杂难选铁矿资源，例如鞍山式铁矿、攀西地区高铬型钒钛磁铁矿等。研究主要围绕以下五个方面：微细粒铁矿石各阶段物料的工艺矿物学及给料优化；微细粒铁矿石悬浮焙烧过程中热力学及动力学研究；悬浮焙烧气固两相流化特性及数值模拟；工业化连续型悬浮焙烧装备结构及全流程优化研究。目标达到铁精矿TFe品位65%，铁作业回收率80%。2)低碳炼铁技术与高炉相比，非高炉炼铁有利于摆脱焦煤资源短缺的困扰，改变能源结构，节能减排，保护环境，是钢铁工业实现节能减排、低碳生产和可持续发展的重要方向和手段。非高炉炼铁的典型技术有Hismelt熔融还原技术，COREX熔融还原，FINEX，以及煤制气-竖炉直接还原等。目前，韩国浦项在非高炉炼铁领域研究比较突出，有 POIST工艺，混合氢还原工艺，核氢还原工艺等。另外在高炉炼铁领域，日本钢铁业也在研究低碳高炉技术，采用全氢高炉、全氧高炉、含碳块矿等方法，以期大幅度降低焦比，减少碳排放。3)连铸-高温轧制一体化技术通过液芯重压下与利用最终凝固点之后的高温粘塑性区轧制或锻压变形（1250-1450）消除中心偏析、夹杂和疏松等心部组织缺陷、细化高温析出物、改善铸坯组织；连铸机内除鳞，控制表面质量。连铸机的改进方案：增设除鳞机，增设轧机，其中液芯段的重压下和粘塑性区轧制，轧制机架数量等都要慎重考虑。另外压下量、铸坯厚度、轧制厚度、轧制后长度、加热炉（均热炉）、再加热轧制、直接轧制、轧机配置、粘塑性区变形规律、组织演变规律等都是要考虑的因素。这项技术对于轴承钢、高强钢丝、重轨等型材和中厚板、热连轧等板材的心部质量改善和夹杂物控制总体水平的提高具有重要意义。4)薄带连铸短流程技术短流程技术因其节能减排、环境友好而成为钢铁工业发展的重要前沿技术。短流程技术应用的关键在于充分利用短流程技术特点，发挥其技术优势，生产常规流程难于生产或不能生产的个性化、特色化的低成本、高性能产品。薄带铸轧短流程工艺、装备与产品的研究内容是：针对特定的产品，开发薄带连铸-热轧-冷轧-热处理成套工业化技术、装备；成分设计与全流程组织与织构控制理论及加工技术；全流程的板形与表面质量控制技术；高性能产品开发与工业化生产。具体产品包括超高性能电工钢、汽车用冷轧纳米化先进高强钢、双相不锈钢等。目前东北大学正在研究薄带连铸制备超高性能硅钢，主攻方向是全新生产工艺和成分设计、Si含量从0.5%-6.5%的取向和无取向硅钢。5)改进型热带无头轧制短流程工艺、装备及产品提高冶金、重机、信息行业的交叉与融合，对国外的ESP过程进行实质性改进，生产优质薄规格热轧带钢，提高产品表面质量和降低中间加热能耗，“以热代冷”，生产汽车用热轧（或涂镀）先进高强钢（AHSS）等高端品种，大幅度降低生产成本。研究主要围绕ESP全套工艺、装备、自动化系统；全流程控制，改善表面质量；高温粘塑性区粗轧技术；中间坯高效节能加热均温技术；AHSS组织、性能控制技术等。6)无酸洗涂镀制备热轧AHSS涂层板消除酸洗工序，利用还原性气氛还原氧化铁皮，然后进行热镀锌，生产热轧镀锌板。这项技术节能减排，改善环境，可低成本生产热轧AHSS涂层板（DP、TRIP、Mn-B、HSLA、Q&P、Nanosteel）等高附加值产品。研究主要围绕热轧板氧化铁皮控制技术、热轧板无酸洗还原退火技术、无酸洗还原退火热轧板热镀锌技术展开。7)新一代钢包喷射冶金工艺传统流程长，包括铁水预处理、转炉冶炼、钢包精炼