徐匡迪谈中国钢铁发展大趋势

人类用铁、冶铁的历史可追溯到3000年前。铁质工具的采用大大促进了远古农业文明的发展,以至于史学界把它定义为铁器时代。

在近代工业革命过程中,钢铁也扮演了不可或缺的角色。从蒸汽机、内燃机到发电机、电动机等动力机械,再到汽车、火车、轮船等运载工具,无一不是用钢铁制成的。即使到了信息时代的今天,钢铁仍然发挥着主要金属材料的作用。究其原因,不仅是因为在地球上铁的资源量大、矿藏集中、易于规模化开采,而且还因为铁矿只要在一定温度下用碳就可还原成铁,生产成本低。除此以外,使用后的废钢铁还可以回炉再炼,资源的反复利用几乎无限制。更重要的一点是,铁与不同含量的碳或合金,经过不同的加工、热处理,可以获得各种各样性能的钢材。

中国是拥有13亿人口的发展中大国,到2050年前都处于工业化、城镇化的进程中,对钢铁的需求将长期维持在一个较高的水平上。正因为此,我们很有必要对“中国钢铁大趋势”进行分析、研讨。

回顾过去100年世界钢铁工业迅猛发展所走过的道路,不难看出有两大力量支撑着它。一是整体社会工业水平的不断提高。如果没有蒸汽透平,就不可能有大型高炉;大功率电机的出现造就了大型轧钢机;工业化大规模制氧技术的成熟,使氧气转炉脱颖而出,取代了少、慢、差、费的平炉。简而言之,只有在工业革命成功和装备制造业不断发展的基础上,才会出现由大型化设备组成的现代钢铁联合企业。二是从上世纪中叶开始的信息革命风起云涌。信息技术在钢铁工业中的应用,促进了钢铁工业的各个生产过程进入了连续化、智能化、高效化的新时代。与50年前相比,钢铁工业的劳动生产率提高了近10倍,资源及能源消耗降低了30%~50%。

当然,除了近代物质文明的贡献外,钢铁冶金过程的理论研究也起到了十分关键的支撑作用。150年前,钢铁冶金还是一门传统工艺技术,它的基础是千百年生产经验的积累。19世纪中叶以后,化学热力学日臻成熟,并开始应用于钢铁冶金,形成了以系统状态为考察对象的经典冶金学。从20 世纪30年代起,为研究冶金过程的速率现象,首先发展了以分子动力学为基础的微观冶金动力学,试图从纯化学反应的角度来描述冶金过程的速率现象。但在经典冶金学中无论是宏观的热力学分析还是微观的动力学描述,都不能直接用于冶金过程控制,形成了事实上的“冶金原理”与“冶金工艺”的脱节。20世纪50年代开始的工业过程自动控制,计算机技术在各行各业的广泛应用,催生了冶金过程自动化的研究。到20世纪80年代则进而发展到基于神经网络逻辑和链接权的人工智能表述,无论是传输过程还是人工智能都要借助于常、偏微分方程组的数学工具。在此基础上再结合反应器的设计、研究,形成了冶金反应工程学的学科分支,为冶金过程现代化、信息化提供了完备的理论支撑。从此,钢铁冶金从工艺技术走向了工程科学。

回顾过去通常是展望未来的基础,只有正确总结过去,认真分析现在,才有可能预测未来的大趋势。未来中国钢铁有哪些大趋势呢?

首先,钢铁工业已成为当前国人关注的焦点,其原因不外乎现有钢铁企业的工艺、设备还不够先进,产品质量未能普遍达到世界先进水平,而其能耗却占到全国总能耗的12%左右,污染物排放则近于总排放的16%(含CO2、SO2、COD及固体废弃物),被列为国家节能减排的重点行业。故而中国钢铁工业要生存、发展,满足国民经济与社会发展的首要前提,已从经济规模与效益转为能否建成资源节约型与环境友好型的钢铁工业。这将是中国钢铁工业首要的大趋势,也是钢铁工业贯彻落实科学发展观的应有之义。

本世纪初,由中国工程院组织钢铁冶金院士和专家集体酝酿、研究提出的新一代钢铁生产流程,就是这一趋势的具体工程化方案。其核心内容是把钢铁企业由过去单纯生产优质钢材的功能拓展为具有充分回收、高效利用各种余热、烟气进行发电或提取清洁能源(氢或甲醇)的转化功能,同时又要具有吸纳废塑料、废钢铁等社会废弃物的功能,充分利用炉渣等可再生固体废弃物取代宝贵的自然资源生产建筑材料。除此以外,还应采用干熄焦,高炉、转炉煤气干法除尘,铁水三脱,少渣吹炼,炉渣成分控制,冷却造粒后作为水泥熟料等等。这一流程的工程方案,已在曹妃甸首钢京唐钢铁厂的建设中得到体现。

其次,随着我国工业化的进程,社会钢铁的积蓄量正在快速增加,预计到2015年后,高排放汽车、使用10年以上的家电将陆续被淘汰,从而使废钢供应量增加,价格相对下降。同时为应对全球气候变化及CO2减排的需要,在钢铁工业的生产流程中,短流程(废钢—电炉—连铸—连轧)的比重将逐步提高,从现在的不到15%,提高到30%~40%。与此同时,长流程中的还原工序,也会因减少焦炭消耗、熔融还原技术的成熟和完善,而逐渐扩大直接还原、熔融还原的比重,以减少碳的排放。这将是中国钢铁发展的另一个大趋势。

再其次,通过洁净钢生产技术和凝固、轧制、冷却过程控制技术,生产洁净度和均匀度高、晶粒细化、相变强化的钢,从而节省或少用合金资源,生产出高强度、超高强度的资源节约型钢材,这是中国钢铁工业品种、质量发展的新趋势。

此外,尽管我国钢铁产量已连续10多年居世界第一位,但钢铁工业的集中度较低,产能占前五位的大型企业,在全国产出中所占的份额不足 20%。这与发达国家(日、美、德、韩等)有很大差距。产能分散就很难避免重复建设、结构雷同。下一步,将通过市场的力量和政策导向,推动有实力的大钢铁集团兼并、重组不同地区的中型骨干企业,形成5~6个大集团,并拥有全国50%以上的总产能。这是中国钢铁工业由大到强的必由之路,是客观经济形势下,增强企业综合竞争力的大趋势。

从清末洋务运动开始,中国有现代钢铁工业不过百年左右,但一直到新中国成立时,总产能仅百万吨左右,1949年新中国成立时的实际产量仅为15.8万吨。20世纪五六十年代,中国钢铁工业的骨架初创,建成了鞍钢、包钢、武钢、首钢、酒钢、攀钢、上钢、唐钢、太钢等大中型钢铁企业,到“文革”结束时,钢铁产能达到4000万吨左右。改革开放30年来,国内市场强劲需求,使中国钢铁工业超常发展,目前产能已过剩,资源与环境制约凸显。中国钢铁工业必须在科学发展观的指导下,淘汰落后产能,认真进行结构调整,真正建成资源节约型和环境友好型钢铁工业,为全面建设小康社会、到本世纪中把中国建设成中等发达国家作出贡献!

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