《钢铁行业2020
——2035年技术发展预测报告》提要（中）

中国钢铁工业协会

（接上期）

（五）坚持绿色发展理念，可持续发展能力明显增强

进入21世纪，特别是近年来钢铁工业受环境和资源制约的矛盾愈加突出，大力加强节能降耗和环境保护，实现可持续发展成为钢铁工业重中之重。党的十八大以后，钢铁工业坚持绿色发展理念，全行业不断提升“三废”排放标准，推行清洁生产和采用节能环保技术，在节能降耗、资源综合利用和改善环保方面取得了明显的进步。

在节能降耗方面，全面淘汰了落后的平炉和侧吹转炉炼钢工艺，转炉炼钢实现了负能炼钢。2019年，转炉炼钢工序能耗为-13.85千克标准煤/吨。电炉利用系数从1978年的15.78吨/（百万伏安•日）提高到2019年的24.09吨/（百万伏安•日），电炉钢铁料消耗从1978年的1057千克/吨降至2019年的989.34千克/吨，冶炼电耗从1978年的677度/吨降到2019年的350.28度/吨。连铸比从1978年的3.5%提高至2019年的99.84%。高炉利用系数从1978年的1.43吨/（立方米•日）提高到2019年的2.64吨/（立方米•日），高炉入炉焦比从1978年的562千克/吨铁降至2019年的360.4千克/吨铁，喷煤比从1978年没有喷煤提升到2019年的144.17千克/吨铁。氧气顶吹转炉利用系数从1978年的14.27吨/（吨•日）提高到2019年的31吨/（吨•日），转炉金属料消耗从1978年的1202千克/吨降至2019年的1086.27千克/吨，钢铁料消耗从1978年的1184千克/吨降低到2019年的1064.57千克/吨。

在环保减排方面，我国通过引进和开发“转炉煤气回收技术，高炉顶压发电 TRT技术，低热值煤气发电技术以及高炉渣、转炉渣、电炉渣等处理回收技术”等，在钢铁企业广泛推广应用“三废”综合利用技术，在处理新产生“三废”的同时，还将过去大量堆积的废渣进行了回收利用。进入21世纪，钢铁企业的废气处理率和处理废气达标率逐步提高，吨钢外排大气污染物大幅减少，水重复利用率大大提高，外排废水中污染物总量大幅度降低。根据钢协统计，2015-2019年，重点统计钢铁企业平均吨钢综合能耗由574千克标煤降至553千克标煤；吨钢二氧化硫排放由0.90千克下降到0.47千克，削减幅度达到48%；吨钢烟粉尘排放由0.79千克下降到0.48千克，削减幅度为39%。2019年重点统计企业水重复利用率达到97.94%。在废气利用中，焦炉煤气利用率达到99.62%，高炉煤气利用率达到94.3%，转炉煤气利用率达到97.41%。在固体废物利用中，钢铁企业尘泥综合利用率达到99.32%。其中，含铁尘泥综合利用率99.84%，高炉渣利用率达到91.49%，转炉渣利用率达到100%，电炉渣综合利用率达到100%。企业在环保减排方面，基本上做到“三废”全部综合利用，首钢迁钢已经实现超低排放，其他企业已经完成或正在实施相应的技术改造。

（六）产业布局调整取得积极进展，产业组织进一步优化

鞍钢鲅鱼圈、首钢京唐、宝武湛江、山钢日照、柳钢防城港等沿海钢厂建设，以及原有的沿江钢厂布局，标志着我国钢铁产业布局从资源依托型向临近沿海、沿江地区和靠近钢铁产品消费市场区域转变的趋势，并初步形成消费主导型与资源主导型相结合的产业布局。

新中国成立71年来，也是我国钢铁企业规模不断扩大，产业组织不断优化，竞争力不断提升的71年。1978年中国只有鞍钢年产钢量超过500万吨，到2019年末已有37家年产钢500万吨以上的企业，其中年产钢2000万吨以上的8家，1000万～2000万吨的14家，500万～1000万吨的15家。2019年全球前20家大型钢铁企业集团中，中国企业有10家。2019年，进入《财富》世界500强的19家钢铁企业中，中国就占了13家。中国宝武钢铁集团有限公司由原宝钢集团有限公司和武汉钢铁（集团）公司联合重组而成，于2016年12月1日揭牌成立。2019年9月19日，中国宝武对马钢集团实施联合重组。2020年8月21日，中国宝武钢铁集团有限公司与山西省国有资本运营有限公司签署无偿划转协议，山西国资运营公司将太原钢铁（集团）有限公司51%股权无偿划转给中国宝武。我国钢铁行业正在通过兼并重组扩大优势企业规模，促进产业组织优化，为不断提升中国钢铁工业竞争力奠定了基础。

（七）坚持对外开放，国际化水平不断提高

改革开放以来，我国钢铁工业始终坚持“两种资源、两个市场”的开放战略，对外开放取得了显著成效。一是引进技术装备提升了钢铁工业水平。从改革开放初期引进国外先进工艺技术和先进装备，快速缩小了与世界先进水平的差距。进入21世纪，我国工艺技术研究开发和大型冶金装备研制，以及自我创新能力显著提高，开发的一些技术和成套装备处在世界领先水平。 二是钢铁产品的进出口呈现大开放格局。大量利用境外铁矿资源保障了钢铁工业的发展。进口铁矿石从1978年的908万吨增加到2019年的10.68亿吨，增长了118倍。同时，一些企业通过多种方式获取国外铁矿石资源。钢材进出口格局发生巨大变化。到2005年我国实现钢材进出口数量基本平衡，2006年起我国成为粗钢净出口国。三是国际产能合作呈现更高水平。40多年来，钢铁行业完成了从境内合资合作的“请进来”，到海外并购、建厂，开展国际产能合作“走出去”的发展过程。特别是近年来，钢铁企业抓住国家“一带一路"倡议的机遇，深化国际产能合作，在海外并购或投资建设大型项目的步伐进一步加快。我国钢铁技术装备不但基本实现了自主可控，还伴随着“一路一带”战略项目实现了走出去，为河钢塞钢、青山集团印尼不锈钢基地、盛隆冶金马中关丹产业园综合钢厂、德龙钢铁印尼德信综合钢厂等海外投资钢厂提供了保障，实现了中国钢铁科技进步成果与世界共享。

（八）供给侧结构性改革取得积极成效，行业运行质量明显改善

经过三年化解钢铁过剩产能工作，到2018年底，我国钢铁工业完成了1.5亿吨去产能任务并彻底清除了“地条钢”。因去产能离岗的职工得到妥善安置，产能严重过剩矛盾有效缓解，产能利用率基本恢复到合理区间，钢铁行业公平的市场竞争环境初步形成，优质产能得到发挥，企业效益明显好转。重点统计钢铁企业2015年亏损846.88亿元，2019年实现利润1889.94亿元。

1.3 技术发展趋势

随着新一轮科技革命和产业变革的兴起，全球科技创新呈现出新的发展态势和特征，一方面学科交叉融合加速，新兴学科不断涌现。另一方面信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术广泛渗透，带动了人类社会几乎所有的领域，发生了以绿色、智能等为特征的技术革命。进入新世纪，特别是“十三五”以来，中国乃至世界钢铁工业的发展环境也发生了深刻变化。冶金原料优质资源开发殆尽，现有资源质量下降，原燃料价格高涨，二氧化碳减排及环境负荷等问题，以及来自其他材料的替代等压力，都对钢铁工业提出了更为苛刻的要求。同时钢铁行业作为基础原材料产业，其发展的最终目标是提高产品质量、降低成本、减少制造过程的消耗和排放，满足社会经济发展的需要。但作为支撑产业发展和目标实现的钢铁技术，一直以来都是以连续、高效、优质和降本为目标，并且随着产业的发展，在已有的基础上得到了延续和进一步的充实与丰富。近年来，在对人类社会经济发展的反思和重新认识的基础上，国际钢铁产业的发展，开始遵循可持续发展的模式，贯彻执行循环经济的理念。在这个大背景下，钢铁产业技术的发展也顺应了新一轮科技革命和产业的发展，相应出现了新的趋势，即强调在满足下游行业用钢需求的基础上，实现以资源、环境友好为导向的高效流程工艺与产品生产制造技术的研发。主要表现在：

（1）高端钢铁材料高效研发与优良加工服役性能

大数据、数字仿真等技术在钢铁材料研发设计中的作用将不断突出，集成计算材料工程、材料基因工程、增材制造、超材料设计等新理念、新方法不断涌现，改变了材料研发模式。利用信息化手段，基于材料基因工程设计理念，通过高通量计算模拟，钢铁材料从研发到应用的进程将得到空前加速。美国提出的材料基因组计划和欧洲提出的集材料学、计算学、信息学为一体的集成计算材料工程为材料研发、生产、应用全流程带来了重大变革，极大地缩短了新材料研发周期、降低了研发成本。Questek公司采用集成计算材料工程，仅用两年时间就开发设计出Ferrium S53和Ferrium M54两种高强高韧钢，分别用于美国空军和海军飞机制造，较传统试错法效率提高了一倍以上，成本节约了70%。

在更高强度和更为优异综合性能要求的背景下，钢铁作为关键工程材料，仍有很多研究的潜力以及性能提升的空间。近年来钢铁材料的研究方向逐渐从单一组织调控逐渐转向微结构、界面和成分不均匀性的协同精细控制，基于有序、无序结构与晶体缺陷交互作用的新型强韧化机理研究。利用临界热处理调控多相组织，在高强度中锰钢中获得了优异的延伸率；利用Q＆P工艺调控中碳钢多相组织，大幅提高了超高强钢的塑性，在低温纳米贝氏体钢、无碳化物贝氏体钢、新型TRIP钢中都有进展；通过马氏体、铁素体和奥氏体等多相调控多尺度组织调控，可以获得高强度与高韧性的优异匹配。上述理论已经在钢铁材料研发与生产过程中得到应用，开发出了系列高性能、高质量、高附加值产品。

为保持钢铁材料作为基础原材料的主导地位，需要持续开展相关基础理论的探索，研究开发更高技术含量、高附加值产品。如超高强度钢、高强高韧钢、高强高塑钢、低密度高强度钢等高性能钢，节镍节钼高耐蚀新型不锈钢，长寿命、抗疲劳轴承钢以及高端工模具等特种钢，高耐蚀、耐候、耐火、耐热、耐低温、耐磨、抗震、抗压、防爆、阻尼等功能型新钢种，高端装备制造、海洋工程、先进能源、交通运输、建筑桥梁以及军工等领域亟需的高端钢材及复合材料等。

钢铁材料的高性能、多功能化对生产制造和成型加工工艺提出了更高的要求，对应用技术和应用环境的匹配性和融合性的要求越来越突出，柔性加工技术、近终形制造技术、无头轧制技术、直接轧制技术、在线热处理技术、热冲压成形技术等将成为钢铁材料制造加工技术的重要方向。

材料表征技术及工程应用中服役安全评价技术提升也成为促进材料应用和保障产业链安全、助力材料质量提升和产业链升级的重要发展方向。钢铁材料及其部件在服役环境下组织结构、性能演变与损伤行为测试评价与模拟仿真、寿命预测与延寿技术，成为钢铁材料生命周期解决方案的重要研究内容。

（2）钢铁制造流程高效动态有序运行

在未来15年内，不论是高炉-转炉长流程，还是全废钢电炉短流程，因其全过程温度起伏大，涉及多物质多种形态（气、液、固）的转变，运行规律复杂，过程控制参数多变（可测与不可测共存），控制参数为海量多源异构（文本数据、图像数据、音频数据等）等特征，不同工序的运行机理和逻辑关系存在本质差异，实现流程动态有序运行和智能化转型的难度很大，不可控的因素还很多。必须从系统规划、顶层设计、关键工序技术（含界面技术）突破、多工序（装置）工艺数字化和各单体控制模型的智能互联贯通、示范工程的正确引导等多措并举的持续协同攻关，构建和完善先进的钢铁流程信息物理系统，实现高效动态有序运行和最终的智能化转型。要从理论上明晰绿色智能钢铁制造流程的本构特征及其动态有序运行规律，建立或匹配覆盖全流程的离线/在线监测装置，开发和丰富全流程联动的数据库、工艺规则库与控制模型，将所有离散运行特征的单工序（或装置）技术（如自动精准配料、高炉专家系统、一键脱硫、一键式炼钢、一键式精炼、高效恒拉速多炉连浇、铸轧一体化运行、钢材成分组织性能精准预报与闭环调控等）通过与之上、下游物理衔接的若干界面技术进行工艺贯通和运行参数群的合理匹配，实现钢铁流程物质流、能量流和信息流三流高度协同的运行，解决全流程视野下的各工序功能定位合理、控制难度均衡、运行时间匹配、过程参数平稳可控、运行效率倍增、产品质量窗口收窄、全流程绿色减排与效益持续增值等系统集成问题，并通过建设绿色智能协同的钢铁流程虚拟工厂，动态精准预报钢铁流程运行效率和效益，全面提升钢铁制造流程的运行质量和效率水平。

（3）钢铁行业绿色化发展

世界钢铁产业目前尚未出现突破性的替代传统流程的钢铁制造流程，研究重点主要在低碳、高效、低成本以及提高企业竞争力等方面。近年来，欧盟、日本、美国等国家和地区致力于研发低碳技术以应对未来的“低碳挑战”。要实现本质上的低碳冶金，目前可选择的替代还原剂是氢，氢冶金已成为未来低碳、清洁冶金技术的主要内容。

在习近平总书记生态文明思想的总体要求下，我国钢铁工业的绿色发展内容与国际钢铁业的比较赋予了更多的内涵。我国钢铁工业绿色发展是按照循环经济的基本原则，以清洁生产为基础，以资源高效利用、节能减排和低碳为重点，探索制造流程创新，全面实现钢铁产品制造、能源转换、废弃物消纳处理和再资源化等三大功能，积极参与循环型社会建设，与其他行业实现生态链接，使钢铁工业成为我国绿色发展的生力军。

在钢铁产品制造功能方面，以节能低碳和近终产品为特征的钢铁制造技术，成为行业未来绿色发展的重点内容；以钢材品种质量满足经济社会发展和产业结构调整的需要为目标，在高档数控机床和机器人、航空航天设备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、生物医药及高性能医疗器械等领域的基础材料实现自主可控。

在能源转换功能方面，煤气高效、高价值利用，高炉熔渣等余热回收利用，清洁能源、无碳能源比例提高，界面模式优化及与物质流协同运行的能量流网络集成优化技术广泛应用，钢铁生产吨钢综合能耗和碳排放将进一步降低。

在废弃物处理、消纳及再资源化功能方面，钢铁行业通过废气超低排放，企业主要污染物排放强度将进一步降低，工业固体废物利用率和高价值利用逐步提高；以资源高效利用为核心，钢铁行业与石化、化工、建材等其它行业创新建立工业生态链接；钢铁企业在消纳城市生活垃圾、建筑垃圾，利用城市中水，报废汽车回收利用以及处置部分危险废物等领域，亦将大有作为。

（4）两化深度融合驱动钢铁工业智能化

近年来，工业互联网、大数据、云计算等信息技术不断取得突破，特别是新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合所形成的新一代智能制造技术，成为新一轮工业革命的核心驱动力，对现代钢铁工业有着深刻影响和巨大渗透力。钢铁工业的智能化水平，不仅是改变传统钢铁产业的锐利武器，也是衡量钢铁生产现代化水平的重要标志。数字化、网络化、智能化，成为国内外钢铁行业提高自身竞争力、实现可持续协调发展的战略选择。其中：

欧盟设立钢铁智能制造技术重大研究项目，优先研发高度自动化的生产链技术、全面过程控制技术和模拟仿真优化技术，通过新检测技术或改进物理模型，提高在线测量和控制机械性能，集成过程监控、控制和技术管理，实现生产率、资源效率和产品质量多目标优化。通过碳钢研发基金(RFCS)，支持启动了DynergySteel（多过程集成）、PreSed（大数据）、I2MSteel（自组织生产）等集成智能制造旗舰示范项目。

美国大河钢铁公司，借助德国SMS GROUP最先进的特种钢生产技术并融合了美国本土科技公司Noodle.ai研发的AI应用技术，建成智能工厂。BRS工厂通过广泛分布的传感器收集数据发送至BEAST平台，具有千万亿次计算能力并训练每个客户端的应用程序允许处理大量的计划场景，帮助工厂在维护计划、生产线调度、物流运营和环境保护等领域取得突破性进展，全厂600人满负荷每年可生产300万吨钢铁。

浦项钢铁公司构建了PosFrame智能工厂平台，对钢铁生产过程中产生的海量数据进行管理，通过有效分析，提高生产效率，预测产品质量，预防设备故障，实现“快节奏、多品种”生产，全面提高钢铁业务的综合竞争力。通过人工智能技术和物联网（IoT）传感器寻找实时出现的细微问题，并及时对工艺进行改进，提高了产品质量和生产效率。

国内为加快推进智能制造建设，工业和信息化部自2015年起实施智能制造试点示范专项行动，取得了良好的示范效应。其中，宝钢为更好地适应和应对市场变化，近年来围绕生产制造与供应链环节的智能决策问题，研发并应用了铸轧智能排程、原料采购决策、成品销售决策等智能化技术；河钢唐钢针对传统五级信息化架构存在的诸多问题，进行了整体信息自动化系统的改造，新增了工厂数据库系统、过程质量管理系统、APS、QMS、设备全生命周期管理、无人化天车系统等，搭建了面向智能制造的信息系统架构，构建纵向贯通、横向集成、协同联动的支撑体系。

钢铁工业智能化发展趋势为：从企业生产经营全过程和企业发展全局的多目标优化视角，构建企业经营管控纵向集成、供应链横向集成、产品开发到使用端到端集成的信息物理系统，具备灵敏感知、智能决策、精准执行、深度服务等特征，实现动态精准设计、协同优化运行、高效一体化管理、安全低库存供应链、差异化服务等功能。

1.4 现存主要问题

（1）资源、环境的制约

2019年，我国粗钢产量为9.96亿吨，占全球粗钢产量的份额由2017年的50.3%上升到53.26%，远高于同期国产矿增长水平，由此导致铁矿石需求量迅猛增长。而我国优质铁矿资源匮乏、复杂难选铁矿石利用率低，呈现国内铁矿石市场严重供不应求和国际铁矿石市场整体供求失衡状态。我国铁矿石对外依存度长期在80%以上，导致价格不稳定性暴涨。铁矿石进口成本的大幅增加造成国内铁矿石价格、能源价格，甚至居民消费品价格的联动性上涨，这不仅对我国钢铁产业造成严重影响，对国民经济的健康可持续发展也构成了巨大威胁。通过有效的技术手段提高自有矿产资源的开采效率和利用率，是我国钢铁工业良性安全发展的基本保障。另外，钢铁工业能源消耗占全国总能耗的1/8左右，污染物排放占全国的1/6左右，巨大的排放总量加重了环境的负荷，影响了人类的生存空间。由于我国产业布局导致的环境承载力“过载”和国家环保法律法规及新的排放标准的实施，钢铁企业普遍面临着资金投入和运行成本增加的巨大压力，而化解这些压力的根本出路是通过技术创新和系统的节能环保技术的应用减少企业的排放。

（2）市场同质化竞争加剧，以创新为主导的差异化不明显

近几年来，产品定位的同质化加剧了市场的同质化竞争。在这种情况下，多数企业开始考虑推行差异化发展战略。但钢铁企业对差异化战略的认识还有待进一步加强。差异化的本质是创造出个性突出的产品和服务，在经济学上的意义就是制造稀缺，是企业对某一产品在供求平衡或供大于求的市场结构中制造产品某一方面或产品经营过程中某一环节的有别于竞争对手的稀缺，即局部的供不应求，从而使自己的产品产生竞争优势，以及获得创新的超额价值。拥有较强的差异化能力，企业才能在在竞争中脱颖而出。

从根本上讲，差异化的形成依赖于企业的自主创新能力和生产制造能力，包括新产品、新材料的开发和持续提升能力，这就要求企业不仅要有捕捉市场需求包括未来需求的能力，并将需求快速转化为能够满足应用的产品的能力，更要求企业能有创造需求，建立新的产品消费市场的能力，围绕国民经济发展需要，满足相关产业不断提升的需求是钢铁企业的责任。

（3）产品质量稳定性和一致性较差

目前我国一些高端钢材产品的最好指标已能达到国际先进水平，但就产品质量的稳定性来看，一些产品批次间质量波动较大。其主要原因是，与国际上先进的专业化生产线相比，我国生产工艺控制水平还不够高，生产管理控制指标宽松，造成产品存在洁净度差、化学成分控制精确度低、组织均匀性低等问题，直接导致产品质量批次间的稳定性差。国内产品质量稳定性差、性能波动较大，难以满足用户对产品质量一致性越来越高的要求。

提高产品质量的稳定性，一方面要强化生产流程的稳定性和生产系统的匹配；另一方面，要加强产品制造过程质量窄窗口稳定控制技术的研究，实现产品质量的在线闭环控制；另外，加大产品质量在线检测技术的开发与应用也是实现产品质量一致性的关键。同时，加快新工艺的开发，实现工艺对质量的保证，可以从根本上解决产品质量的稳定性问题。

（4）原创性工艺技术及核心装备的自主创新不足

虽然我国冶金技术成套装备或整机装备大部分能够国产化，但在关键零部件和元器件制造上与先进国家仍存在较大差距。在关键核心技术领域，创新短板依然突出。原创性技术成果不足，基础理论产业融通技术研究还有待加强，一些前沿技术、核心技术、关键技术缺失，智能化仍需深入等问题还存在。有些装备硬件能够跟上，但软件差距明显。

（未完待续）