李新創
作為國民經濟的重要基礎產業，鋼鐵是支撐國家發展和經濟建設的工業脊梁，也是反映一個國家綜合實力的重要標志。新中國成立70多年來繪就了一幅波瀾壯闊的鋼鐵畫卷，在世界鋼鐵舞臺的中心散發出璀璨耀眼的光芒。粗鋼產量占據世界半壁江山，品種結構極大豐富，產品質量持續提升，節能環保水平更是引領著世界鋼鐵產業的發展，工藝技術裝備的創新與進步為鋼鐵行業高質量發展提供了強力支撐和動力。但在關鍵技術工藝、核心裝備等方面，我們與高質量發展的要求尚有一定距離，特別是在當前國際環境日益復雜、疫情防控常態化的背景下，加強技術創新、促進國產化已是勢在必行。
我國鋼鐵行業工藝技術和裝備發展現狀
在焦化工序方面，自2006年引進7.63米特大型焦爐開始，我國焦爐大型化發展的步伐加快，配套水平不斷提高。2008年我國自主設計的7米焦爐在鞍鋼鲅魚圈投產，2009年第一座6.25米搗固焦爐投產，標志著我國焦爐大型化及配套裝備水平又邁上了一個新臺階。目前，我國已設計研發出8米頂裝超大容積焦爐，其技術達國際領先水平，7米焦爐相關技術裝備已成功輸出海外。截至2019年底，我國炭化室高5.5米及以上（含搗固）先進水平焦爐產能已占55.6%。另外，干熄焦、上升管余熱利用、循環氨水余熱利用、焦爐煙道氣脫硫脫硝、酚氰廢水深度處理等先進技術在企業得到推廣和應用，我國焦化行業技術裝備整體水平已達到國際先進。
在煉鐵及鐵前工序方面，新中國成立初期國內僅有7座高爐，到2000年已增至3000多座，生鐵年產量也由25萬噸增長至1.3億噸。隨著煉鐵高爐大型化，截至2019年底，全國高爐數量逐步減少至900多座，重點鋼鐵企業1000立方米及以上高爐由2001年的近50座增加至450座，130平方米以上燒結機占比由15%增加至75%，單機生產能力≥120萬噸/年的球團裝備產能增加至1.5億噸，占比達到60%左右。
在煉鋼及連鑄工序方面，我國煉鋼裝備大型化取得突破性進展。2005年，我國100噸及以上轉爐數量為89座，占比僅為26%，其中300噸及以上轉爐僅為3座，50噸以下轉爐為主力爐型。截至2019年底，100噸以上轉爐數量達到了440余座，占比接近50%，其中300噸以上轉爐數量達到了14座，100噸級轉爐成為主力爐型。連鑄工序方面，我國在改革開放后開始了對國外連鑄技術的消化和移植，之后連鑄比快速提高，2002年達到90%以上，2005年達到98.42%，2019年已提升至接近100%。
在軋鋼工序方面，改革開放初期，我國大量引進日本、德國等國家的先進工藝技術。進入新世紀后，由于國內機械制造行業和電氣控制行業國產化能力的提升，軋制工藝技術以國產化為主，并通過不斷創新，使我國軋制工藝技術裝備已經整體接近、個別超越世界先進水平，鋼廠建設成本大幅度下降。當前，我國基本上已經淘汰了橫列式型鋼軋機等落后軋制工藝及裝備，70%以上的軋機都達到國內先進水平，并且有一大批國際領先水平的板材軋機裝備投產，如攀鋼百米鋼軌全長余熱淬火工藝技術、鞍鋼鲅魚圈5500毫米寬厚板軋機、本鋼2300毫米熱連軋機都是在立足于國產化的基礎上建成投產的。
在公輔設施方面，隨著鋼企設備大型化、電機容量提升，且對于生產質量要求日益嚴格，鋼企逐步提高對于電能質量的要求，由原有FC的固定補償方式或采用由接觸器控制的分步投切的自動補償方式逐步過渡為靜止無功補償裝置（SVC）和靜止無功發生器（SVG）。此外，在電氣設備使用方面，二級能效以上的高效節能變壓器被廣泛用于替代S9及以下高耗能變壓器，在負載損耗相同的情況下，空載損耗明顯降低。傳統電機多進行更新換代或采取各類新型電機（如永磁調速電機、開關磁阻電機等），節能潛力巨大。
我國冶金類制氧機流程已經發展到第六代，其流程特點是：分子篩純化、板翹式換熱器、增壓透平膨脹機、規整填料塔精餾、無氫制氬、智能DCS（分布式控制系統）控制、大型化和超大型化。冶金空分設備投資成本下降了約60%，已步入了每小時12萬立方米等級以上空分設備攻堅期，制造技術已日趨完善，空分裝置的技術隨著鋼鐵工業的發展而同步發展。
近年來，鋼企不斷提升余熱余能利用水平，熱電工藝技術和裝備逐步高效化、現代化。以煤氣發電為例，全燃煤氣鍋爐發電技術在過去20多年中為我國鋼鐵工業的二次能源利用做出重要貢獻，逐步由中溫中壓發電向高溫高壓、高溫超高壓、超高溫超高壓、超高溫亞臨界等高參數發電技術方向發展。據不完全統計，截至2019年底，我國重點統計鋼鐵企業建有亞臨界機組（含煤氣煤粉混燒）75臺，占比為11%；高溫超高壓機組（含超高溫超高壓）約300臺，占比為45%；高溫高壓機組170臺，占比為25%；中溫中壓及以下機組130臺，占比為19%。
鋼鐵行業關鍵技術和裝備存在的主要問題
其一，先進自動控制軟件和系統國產化欠缺。
目前國內鋼鐵行業裝備基本實現本地化、自主化，但配套的國產化軟件和控制系統仍有欠缺。鋼企基礎自動化控制系統多采用分布式控制系統（DCS）或可編程邏輯控制器（PLC）。由于PLC比DCS更穩定可靠，功能也強，可擴充性好，PLC使用率遠高于DCS。國內PLC研制按照行業通用型設計生產，因此產品、技術水平等均與國外公司差距較大。目前，鋼鐵企業PLC市場基本由ABB、西門子、施耐德、歐姆龍等歐美制造商控制。DCS系統基本由國外業內強者所把持，但本土廠商如和利時、中控、新華等企業目前也在逐漸發展壯大。由于DCS技術含量高，很多對產品的需求都建立在項目的基礎上，因此對DCS的需求也將有一個周期性較長的過程，在短時間內難有較大改變。
其二，少數關鍵工藝技術水平不高。
近幾年國內潔凈鋼生產水平有了一定提高，但真正具備生產潔凈鋼條件的廠家較少，主要為一些大型企業和部分特鋼廠，普及率不高，同時在脫硫、終點控制、生產調度、保護澆注、爐渣管理、耐材使用等方面與國外先進水平相比仍有一定差距。
部分先進軋鋼工藝技術仍然需要引進，如帶鋼無頭軋制技術（ESP）和薄帶鑄軋技術（CASTRIP）等。部分軋鋼工藝技術水平與世界領先水平存在差距，特別是高強鋼、耐熱鋼、耐候鋼、耐蝕鋼等熱處理工藝，處理機理研究、處理后性能提升、質量穩定性都有提升空間。
其三，部分先進裝備需要進口。
在非高爐煉鐵方面，受資源條件的限制，我國最早研究開發的非高爐煉鐵裝備主要集中在煤基直接還原鐵工藝上，由于生產效率低、成本高、環保水平低等原因基本均已停產。目前，我國在運行的非高爐煉鐵裝備主要有寶鋼集團八一鋼鐵COREX 3000和山東墨龍石油機械有限公司HIsmelt熔融還原裝備。這兩種工藝分別是從奧鋼聯和澳大利亞力拓引入中國，經過多年的生產實踐，在生產規模和成本上具備了與高爐工藝競爭的條件，但是關鍵設備仍然依賴進口，技術成熟度和裝備自給率與高爐仍有一定差距。另外，比較適合中國原燃料條件的FINEX熔融還原裝備和專利技術由韓國浦項掌控，限制了其在中國的發展。
在電爐冶煉方面，我國鋼企應用電弧爐的形式日益豐富，引進了包括連續加料電爐、廢鋼預熱式電爐，在此基礎上，能夠自主研發全套電爐裝備，但市場普及率遠不如普銳特、達涅利等國外成套設備公司，先進電爐裝備仍需進口。
在軋制工藝方面，常規軋鋼生產工藝裝備基本實現了自主設計建造，但是在革命性、關鍵性工藝裝備方面仍然依賴進口。比如，作為熱軋領域革命性技術之一的無頭軋制技術，目前在國內廣泛建設的無頭軋制生產線主要依靠進口，即日照鋼鐵ESP生產線、沙鋼CASTRIP生產線以及首鋼京唐MCCR（多模式全連續鑄軋）生產線分別來自意大利阿維迪、美國紐科以及意大利達涅利。再如，作為棒線材生產線關鍵工藝裝備的減定徑機組，目前國內先進棒線材生產線仍然采用德國KOCKS公司或美國摩根公司的技術裝備。國內大型冷連軋機組的焊機、退火爐等關鍵設備也主要依靠進口。
大力推進鋼鐵行業關鍵技術和裝備國產化
未來，在規范發展的前提下，如何提升勞動生產效率、如何提高成材率、如何提高產品質量、如何降低能源消耗成為事關企業生存發展的頭等大事，這些均與工藝技術裝備息息相關。比如，日鋼ESP生產線成材率平均提高1個~2個百分點，輥耗降低約2%，單位能耗比常規熱連軋降低50%以上；沙鋼CASTRIP產線全長僅有50米，30秒內鋼水直接變成鋼卷，單位能耗僅為常規熱連軋的1/5；太鋼聚焦“新材料、新工藝、新領域”，著眼“首創”“首發”“首位”，開發新品種，創造新需求，研發對其貢獻率達到75%以上，引領著世界不銹鋼的高質量發展。
實踐證明，世界鋼鐵工業中心的轉移、中國鋼鐵工業的快速發展，均離不開工藝技術裝備的創新與進步；未來中國鋼鐵工業高質量發展，更是離不開工藝技術裝備的創新與進步。但當前及未來，國際環境更加復雜多變，特別是大國戰略競爭更加激烈，因此，在高質量發展的今天，著手關鍵工藝技術、核心裝備的研發與國產化不僅必要，而且必須，是中國鋼鐵工業自主創新、做大做強的必由之路。
其一，攻克關鍵技術和裝備，保障行業安全。一是需要加強材料基礎研究和夾雜物控制、潔凈鋼冶煉等關鍵工藝技術研發，從應用角度出發開展腐蝕、疲勞等服役性能研究，提升研發生產和服務水平。二是加快智能制造提升步伐，從全生命周期角度提升產品研發速度、質量控制水平，構建健康有序的生態鏈。三是加快推進產學研用協同創新，可利用成立產業聯盟，參與產業鏈合資、參股、并購等手段，打破因行政、行業、企業性質等因素形成的壁壘，加強與下游行業融合；多措并舉強化協同創新能力，打造多產業融通創新生態圈，提升產業鏈整體水平，攻克關鍵技術和裝備難題。
其二，加大研發投入力度，提升創新能力。
當前，我國鋼鐵行業研發投入比例較低，部分核心工藝技術及裝備不掌握，包括設備制造和整體設計能力與國外一流水平還有差距。為此，鋼鐵產業鏈上各方需要加強研發投入，不斷完善研發體系，全面提升技術創新能力和管理水平，形成具有企業自身特色的科技創新體制。此外，各方還應積極探索多元化的科研投入機制，拓展創新投入的社會化渠道，搭建多種形式的科技金融合作平臺，探索建立創新風險基金，吸引更多的社會資本參與鋼鐵行業創新發展，降低鋼鐵企業科技創新負擔與風險，激發企業創新活力。
其三，加強上下游產業協同，構筑產業鏈條。
要充分發揮市場配置資源的決定性作用，充分認識技術創新對生產力提升的巨大推動作用，充分調動鋼鐵企業、設計院、科研院所及裝備制造企業在鋼鐵行業技術裝備創新方面的積極性，凝聚共識，強化協同，進一步完善關鍵技術裝備攻堅體制機制建設，形成突破“瓶頸”的合力。要強化鋼鐵企業在關鍵技術裝備攻關中的創新主體地位，鼓勵鋼鐵企業采用新技術、新裝備，支持增加研發投入；尊重設計院和科研院所的設計研發成果，加快成果轉化和推廣應用；提高下游裝備制造企業在關鍵技術裝備研發中的參與度，更好地實現成果轉化與應用。要著力打通各方之間的限制性環節，營造互動、互助、互促、互惠的良性循環新格局，形成集成創新、協同創新的新發展趨勢，打造關鍵技術裝備創新新生態。
其四，健全人才體系，培育源源不斷的發展動力。
在人才配置方面，鋼企要創新研發體制機制，全面推行項目負責制，以項目負責人為龍頭、以項目為紐帶整合科研資源，實現科研人才資源高效配置；在人才供應鏈建設方面，依托產學研用協同創新機制，建立以客戶服務為平臺的大客戶營銷體制，通過共建聯合實驗室等方式，積極實施先期介入，通過“借腦引智”，將產業鏈向下游汽車、家電、海洋工程等高端制造企業延伸；在人才培育方面，不斷完善企業技術人才的引進、晉升通道，暢通技術人員的上升通道，并通過股權激勵、創新獎勵等方面給予技術人員充分的激勵，建立鋼鐵產業技術人才蓄水池，為推動鋼鐵產業技術創新提供不竭動力。
中國經濟高質量發展離不開鋼鐵。進入新時代，站在新的歷史方位，要把科技創新作為鞏固鋼鐵產業優勢，強化鋼鐵產業領先地位的關鍵一環，加大研發投入，增強科技創新的發展后勁，不斷夯實鋼鐵行業科技創新基礎，進而推動鋼鐵行業高質量發展。
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