钢铁行业2015-2025年技术发展预测

　　1钢铁行业技术发展现状

　　1.1现状与成就

　　1996年我国钢产量历史性地突破1亿t，首次跃居世界第一位。之后，在经济发展和固定资产投资增长的拉动下，我国钢产量出现阶梯增长，2013年达到了7.79亿t，连续多年成为世界第一产钢大国。中国钢铁工业技术的进步有力支撑了行业发展，取得了显著的成绩，主要体现在如下方面：

　　1)品种结构不断改善，产品质量得到提升

　　我国钢铁工业的持续增长有力支撑了国民经济的发展，尤其是大量高端钢铁产品的成功自主生产，为国民经济各主要用钢产业的发展和升级换代提供了保障。我国钢铁产品的开发能力不断增强，一批自主开发的关键钢材(2489, -7.00, -0.28%)品种达到国际先进水平，成功研制和生产出了一大批钢铁精品，如高速铁路用百米重轨，高钢级油气输送管线，高牌号无取向硅钢和高磁感取向硅钢，高级不锈钢，超深井、耐腐蚀、抗挤毁油套管、大规格镍基合金油管及核电蒸汽发生器用管等。

　　2)基本实现工艺流程装备的大型化、自动化、国产化

　　大中型企业主体设备已达国际先进水平，一些工艺创新已经进入世界先进行列，已基本实现钢铁制造主要工艺技术和主体装备的国产化，其中大型冶金设备国产化率达90%以上，吨钢投资明显下降。具备自主建设世界一流年产千万吨级现代化钢厂的能力，新一代钢铁流程工艺和装备技术实现产业化，大中型钢铁企业主流程工艺和装备基本实现了基础及过程二级计算机自动控制，工厂级、公司级的三、四级计算机管理和控制也在许多工厂中实现。

　　炼铁领域，高炉炼铁整体工艺、装备及生产技术处于世界先进水平。高炉大型化取得显著进展，目前，超过75%的铁水是由1000m3以上高炉生产，大中型高炉利用系数、风温已优于国外水平。国产的无料钟炉顶设备、铜冷却壁设备已在大型高炉上得到成功应用，高炉炉顶煤气分析、高炉冷却水高精度温差和热流强度监测、风口燃烧监测等技术在大型高炉上成功应用。自主研发的大型烧结、焦化设备和技术也已达到国际先进水平。

　　炼钢领域，我国转炉生产流程工艺与装备技术进步明显，初步建立起“铁水预处理、转炉炼钢、钢水精炼、恒拉速连铸”四位一体的洁净钢生产流程体系，并实现了有效运行，成为钢水质量提高，产品结构优化的可靠基础。转炉全自动吹炼技术和“负能”炼钢技术迅速发展并取得重大进步。一些企业正在积极尝试顶底复吹转炉双渣、留渣工艺的探索，也在加紧试验应用稳定造渣、滑动水口出钢等技术。电弧炉方面，我国已具备集束氧枪技术装备的自主研发制造能力。我国钢水精炼系统工艺和装备已可立足国内，RH工艺装备实现了出口，装备制造达到了世界先进水平。恒拉速连铸、薄板坯连铸等技术的突破与提升促进了我国连铸水平的提高。

　　轧钢领域，我国大部分轧钢企业装备了先进的生产线和生产设备，大型冷连轧机、热连轧机、高速线材(0, -2611.00, -100.00%)轧机、三辊轧管机、超快速冷却装置等一大批先进装备基本实现了国产化或自主集成，出现了宝钢“先进高强度薄带钢制造技术”、涟钢“薄板坯连铸连轧半无头轧制技术”等一批具有自主知识产权的技术装备成果。

　　3)节能减排、资源综合利用技术得到广泛应用

　　近年来，我国钢铁工业以装备大型化、现代化和采用先进技术促进节能减排。设备主体设施工序能耗、吨钢综合能耗不断下降。钢铁工业重点推广应用了以“三干三利用”为代表的重点领域节能减排措施，产生了较好的效果。污染综合治理与能源梯级利用系统优化，能源管控中心等技术推广应用，大大地提高了钢铁行业的清洁生产技术水平，行业综合能耗以及主要污染物排放大幅下降。

　　4)加大了矿产资源开发及利用技术的研究，为国内资源保障提供了支撑

　　在矿产资源方面，采矿技术与采场结构大型化相适应，采矿装备大型化、系列化、自动化趋势明显，尤其是在自动控制、优化控制及远程控制方面取得较大突破，遥控采矿、无人工作面等在国内已有应用。贫赤铁矿选矿技术取得重大突破，开发了高效圆锥破碎机、高压辊磨机、大型搅拌磨等新型高效节能装备，不断推进破碎机、球磨机、浮选机等装备的大型化。

　　贫铁矿石开发与利用方面，大型铁矿山露天井下协同开采及风险防控技术首创了露天井下协同开采理论与技术，创新了高陡边坡稳定性三维评价预警防控技术，防止了大型露天矿开采过程中重大地质灾害；系统集成并开发了电磁场等强干扰环境下采空区精准探测及预警风险防控技术，将众多隐患禁区转变为可用资源区，达到国际领先水平。

　　随着我国钢铁工业的技术进步，前沿性和前瞻性技术逐渐成为钢铁科技创新的重要内容，并已取得部分技术国际领先的成绩，如国际上先进的熔融还原技术已在国内率先实现产业化，一些关键技术得到不断改进；薄带铸轧技术的开发、薄板坯半无头连铸连轧技术、非石化能源在钢厂规模应用等也处在国际先进行列。

　　1.2技术发展趋势

　　进入新世纪，特别是“十二五”以来，中国乃至世界钢铁工业的发展环境发生了深刻变化。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问题、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。在这个大背景下，钢铁产业技术的发展也顺应新一轮的科技革命和产业的发展，相应地出现了新的趋势，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)钢铁制造流程高效、绿色、可循环

　　虽然世界钢铁产业尚未出现具有突破性的新的制造流程，但立足于高效、绿色流程体系的建立，世界钢铁业已在开展相应的核心技术研究，并将研发的重点放在了节能减排、降低成本以及提高企业竞争力等方面。而且，减少碳排放是当今世界的热点议题。近年来，欧盟、日本、美国等国家和地区的钢铁工业，通过研发新的低碳技术以应对未来的“碳挑战”。为此，欧盟投入巨资开展了低碳技术研究，内容包括提高能源使用效率、增加可再生能源所占比例、低碳发电、温室气体减排技术等，并结合钢铁工业实际实施了超低二氧化碳炼钢项目(ULCOS)。日本实施了“环境和谐型炼铁工艺技术项目(COURSE50)"，主要开展减少高炉二氧化碳排放量技术和从高炉煤气中分离、回收二氧化碳技术开发。美国主要通过提高能源效率实现二氧化碳减排，正在进行的研究包括利用熔融氧化物电解(MOE)方式分离铁，利用氢或其他燃料炼铁。近年来，我国钢铁工业也愈加重视低碳技术和短流程工艺的研发，在薄带铸轧技术、熔融还原技术、无头轧制技术等方面做出了大量的探索。

　　2)钢铁材料高性能、低成本、高质量、近终型、易加工

　　为保持钢铁材料作为基础原材料的主导地位，提高世界钢铁工业的竞争力，国内外钢铁企业都在积极利用工艺技术的进步开发研究高技术含量、高附加值、低成本产品。如高强度钢(HSS)和超高强度钢(AHSS)品种，少镍少钼的高耐蚀新型不锈钢，长寿命、抗疲劳的轴承钢以及工模具钢，具有耐腐蚀、耐火、耐热、耐低温、耐磨、抗震等功能的建筑用钢、装备制造用钢以及交通用钢，具有抗压、防爆功能的容器钢、装甲钢，具有止裂功能的特厚板以及适应不同应用要求的复合材料等。而成型方式和工艺技术的进步将进一步推动钢铁材料的发展，材料的高性能、多功能不仅对成型工艺提出了较高的要求，而对应用技术和应用环境的匹配陛和融合性的要求也越来越突出。因此，未来钢铁材料的研究，在充分考虑材料本身的同时更加强调应用技术和应用环境与应用条件的协同发展。

　　3)两化融合驱动钢铁制造智能化、定制化

　　钢铁工业的信息化水平，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。而钢铁工业要满足可持续协调发展的要求，必须在信息化和工业化深度融合的基础上，加快实现自动化、网络化、智能化制造进程，这是钢铁行业提高自身竞争力的战略选择，也是我国乃至世界钢铁工业发展的重要动力。

　　目前，世界先进国家强调人性化、安全化的管理模式，实现生产高度自动化，在向着“无人化”车间迈进。生产车间采用信息化管理系统对车间作业计划进行数字化、智能化管理，其最终发展方向是少人甚至是无人化运作模式。“无人化”车间是制造业由传统工业化向现代工业化转型的重要体现，其示范和推广应用对于提升钢铁制造业的整体技术水平具有重要的战略意义。

　　另外，无线传感器网络、物联网、云技术的开发与应用也将是钢铁工业技术发展的一个重点，利用无线传感器达到精准、快速化检测与控制，将生产线装备各类信息进行整合。很多国外钢铁企业已经搭建了融合核心业务的信息网，成为企业生产经营的重要设施，为生产线的高度信息化管理奠定了坚实的硬件基础。很多发达国家政府已经把物联网与云技术列为战略性新兴产业，在冶金装备研发领域，物联网技术、云技术也拥有较大的应用空间。借助于先进的物联网平台，企业可以自动、实时、准确、详细地获取钢铁生产中各方面的信息，并有效进行筛选与集成，为企业提供系统化的数据源，还为企业管理与系统维护提供更好的服务。物联网和云技术已经成为钢铁强国的“必争之地”。

　　智能机器人和无人控制系统的应用。现在世界先进国家正在展开对工业智能化制高点的争夺，特别是日本，对于工业机器人的研究已经开展了几十年，远远领先国际平均水平。目前在钢铁产业中智能机器人应用较少，各大公司正在竞相开发这一领域，智能机器人和全工序无人控制系统将是未来一段时间应关注的另一个重点领域。

　　1.3现存主要问题

　　1)资源、环境的制约

　　2012年，我国进口铁矿石7.44亿t，对外依存度高达68%，过高的对外依赖不仅制约了我国钢铁工业的竞争力，同时也威胁着国家经济安全。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证。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。随着国家环保法的公布和新的排放标准的实施，钢铁企业将普遍面临着环保不达标的压力，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量。

　　2)制造流程效率和能效水平低

　　我国钢铁生产单体工序能效和整体流程效率偏低，虽然在某几项单体工序上指标也能达到国际水平，但单体新技术和新装备基本都依靠引进，或者是引进后再逐渐国产化，缺乏原创性和前沿性的技术和设备产出，很难进一步提升，更谈不上整个制造流程上的革新。加强先进制造流程技术研究，利用现代化信息技术与智能化技术进一步完善现有流程界面技术，是实现钢铁流程高效率、高能效的重要支撑。

　　3)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。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。

　　4)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。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的质量控制，实现产品微观组织的在线闭环控制；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。

　　2钢铁行业技术发展目标及方向

　　2.1发展思路

　　为贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划》，以引领世界钢铁工业技术为目标，以流程优化和实现钢铁制造三项功能为重点，突破制约产业发展的关键共性技术，不断推进产品品种质量、工艺技术和标准的升级，通过原创性科技创新和信息化技术的深度融合，构建我国钢铁工业技术体系，提升我国钢铁工业竞争力。

　　2.2发展总体目标

　　未来5-10年我国钢铁工业技术发展的总体目标是，在重点企业、重点技术、重点产品和重大先进装备技术方面的技术创新取得突破性进展，切实推动我国钢铁工业实现产品结构调整和产业升级的关键陛和共性技术的发展，提升自主创新能力，在一批前沿技术研发上有所突破，并实现部分关键原创技术的产业化应用。

　　1)增强技术创新能力

　　部分优势企业具备原创性技术研发能力，产生一批对行业发展具有较大影响、世界领先的技术。

　　2)提升自主创新水平

　　完成一批具有自主知识产权的产业核心技术和关键技术，在解决制约钢铁工业发展的瓶颈问题上取得重大突破；在节能减排和低碳生产技术研发方面有较大提升；钢铁品种质量能够适应用户转型升级和

　　新兴产业发展的新要求；加快推广成熟的行业关键、共性技术，研究和探索对钢铁工业发展产生深远影响的前沿技术；使我国钢铁工业技术总体研究与开发水平达到国际先进水平，在若干重要领域达到国际领先水平。同时，将现有工艺装备生产水平在5-10年内向精细化方向发展，在现有基础上实现部分领域能够引领国际钢铁行业发展方向的目标。

　　2.3技术发展方向

　　2.3.1工艺技术发展方向

　　1)绿色、可循环钢铁制造流程技术

　　以优质、高效、节能、环保、低成本为目标，通过钢铁流程结构优化和物质流、能量流、信息流网络集成构建，对涉及高炉一转炉长流程和废钢一电炉短流程的关键界面匹配、二次能源高效转化、低品质余热回收利用、低碳绿色制造工艺、钢铁流程三个功能的价值提升等关键技术进行深度开发，其范围涵盖整个钢铁制造过程，是在各项单体技术研发基础上的系统集成、优化和匹配。

　　2)低碳钢铁制造技术

　　研发重点是：高效节能减排和清洁生产技术、全生命周期能耗和C02排放评价导向下的生态钢铁材料生产工艺技术、碳捕获与封存(CCS)技术、废钢回收工艺的精细化研究、替代能源(太阳能、生物能、原子能等)非碳冶金技术等。

　　3)高效资源开发及综合利用技术

　　技术发展总体趋势是以节能降耗为原则，面向深部、复杂难采选资源，发展安全高强度采矿技术与特色选矿工艺，强化综合利用与资源循环，发展共伴生组分与尾矿资源的综合利用技术，国内铁矿、锰矿、铬矿、焦煤等资源科学勘探技术，铁矿露天转地下开采和深部开采以及低品位难选矿综合利用技术。

　　4)高效、节能、长寿综合冶炼技术

　　高炉在相当长的时期内仍然是炼铁的主要流程，实现高炉高效、节能、长寿运行十分重要。这些综合技术包括：高炉的高顶压、高风温、高富氧、高喷煤、高利用系数和长寿化技术、高炉专家系统应用技术、高效TRT技术、开发实用高档耐火材料技术。同时，积极探索非高炉炼铁技术，争取在直接还原(气基、煤基)及熔融还原技术方面有所突破。

　　5)高效、低成本洁净钢生产系统技术

　　高效、低成本洁净钢生产系统技术，重点是进一步深入研究以多工序“动态一有序”、“连续一紧凑”“协同-稳定”运行为核心的洁净钢平台系统技术，实现整个体系更加高效率、低成本运行。深入进行各种铁水预处理工艺和装备的适用性研究及技术经济比较；深入进行二次精炼(包括吹氩)工艺和装备的适用性研究及技术经济比较；大力推进真空精炼装备和技术优化，特别是高效RH精炼技术研究；大力推进连铸工序的高效恒速技术优化研究；在炼钢厂新建或改造的设计过程中，要高度重视平面布置图(流程网络)的合理化研究等。

　　6)高性能、低成本钢铁材料设计与制造技术

　　钢铁材料产品要全面提高钢铁产品性能和实物质量，加快标准升级，有效降低生产成本，实现减量化生产。主要包括：低成本、高性能微合金化技术，组织和性能精确控制技术，表面质量控制技术，细晶化和均质化技术，特种成形技术，大型锻件生产技术，高等级特钢型材、不锈钢无缝管、高质量合金钢生产技术以及应用、成型及防腐等加工技术。

　　7)高精度、高效轧制及热处理技术

　　为适应产品质量提高、品种开发能力增强对工艺装备提出的更高要求，具有高精度轧制能力及多功能热处理能力的成套技术成为重要的发展方向，尤其是关键装备的国产化及产业化，主要包括以下共性技术：高精度轧制技术、高性能交直交轧机主传动技术、新一代控轧控冷技术、多功能柔性超高强钢冷轧板连续退火生产技术、在线热处理技术、特种钢板热处理技术、三辊轧机/高精度棒线材定减径机组技术、直接轧制技术、温度梯度轧制技术、变截面轧制技术、低温增塑轧制技术、无头与半无头轧制技术以及长材绿色制造技术。

　　8)复合材料制造技术。

　　关键技术包括：材料设计及高效率组坯技术，复合界面相变与组织控制技术，界面扩散阻隔材料设计与性能控制技术，特殊用途金属间化合物轧制复合与热处理制备技术，全轧制过程协调变形与控制技术，粉末复合轧制技术以及复合材料的成形技术。

　　9)面向全流程质量稳定控制的综合生产技术

　　为适应国家产业转型升级需要，钢铁企业在未来较长时间内的产品结构调整任务将主要是提高产品质量和稳定性。因此，有必要开展新一代的钢铁生产过程控制技术研究，包括钢水精炼的精准控制、连铸坯料质量控制技术、全流程板形及表面质量控制技术、精准热处理技术、基于智能建模及数据挖掘的产品质量优化及决策支持、微观组织性能在线闭环控制、生产异常检测及故障诊断，解决控制系统在生产批次之间、品种规格之间适应性问题，大幅提高复杂工况下产品质量控制能力和稳定性。

　　10)信息化、智能化的钢铁制造技术

　　钢铁行业自动化装备水平正在从数字化向信息化、智能化发展，在其运行中更加强调智能化的作用。信息化、智能化的钢铁制造技术通过物联网、云计算、移动互联网、大数据等诸多信息技术在产业中的应用，升级成智能型钢铁企业，进而构建具有高价值、高品质、低资源消耗、低污染的新型生产管理模式。

　　2.3.2钢材品种发展方向

　　未来我国钢材品种的发展趋势是，高端钢材品种要满足节能环保、生物医药、高端装备制造、新能源等新兴战略性产业的发展对产品品种和质量提出的新颖的、更高的要求；中端钢材要满足建筑、造船、压力容器、机械制造等传统产业升级的要求，引导用户使用强度更高、寿命更长、综合性能更好的绿色钢材；淘汰落后的低端钢材品种。总体来看，钢材品种结构优化方向主要有以下几方面：

　　1)建筑桥梁用钢

　　重点发展≥600MPa螺纹钢、高强抗震钢筋、耐低温钢筋、高强度硬线，在钢结构中高强度抗震、耐火、耐候钢板和H型钢；研发系列屈服强度500-1000MPa、屈强比低于0.85、600℃屈服强度高于室温强度指标的2/3、弹性模量高于室温指标75%以上等性能的新一代功能复合化建筑用钢；涂镀层板将向资源节约、环境友好产品方向发展；桥梁用钢发展Q500、Q550甚至更高强度级别桥梁用钢，屈强比在0.85以下，同时具有良好焊接性能、耐候性能、抗疲劳性能。

　　2)能源用钢

　　重点发展高钢级X90、X100以上级别和特厚规格X80管线钢，耐C02/H2S腐蚀管线钢、耐磨耐蚀管线钢，高强度级别耐H2S应力腐蚀油井管、经济型耐C02+H2S+Cl-腐蚀油井管、供东海和南海安全服役的耐腐蚀油井管。特殊环境(地震带、海底、低温LNG、低温裸露等)高强度管线钢的开发。高强韧性、耐高温的救生舱专用高强钢板，700℃超超临界电子汽轮机用耐热合金的研发和关键部件研制，核电机组用高性能不锈钢、合金钢管，低铁损、高磁感硅钢，锅炉容器用钢、特厚临氢设备用钢及相应焊接技术研究。

　　3)船舶及海工用钢

　　重点发展690MPa及以上级别的高强韧性船舶及海上用钢、100mm以上大厚度高强韧海工用钢、高耐蚀钢、低温韧性(-60℃甚至-80℃)优异的超低温海洋工程用钢、大型液化天然气(LNG)运输船用低温压力容器板、海洋工程用超级奥氏体不锈钢、海洋工程用镍基--铁镍基耐蚀合金、海洋工程用特种高强度不锈钢材料。

　　4)汽车与轨道交通用钢

　　重点发展第三代汽车用钢，深冲双相钢(DQ-DP钢)、超细晶相变诱导塑性钢(FG-TRIP钢)、淬火一配分钢(Q&P钢)和相变／孪晶诱导塑性钢(TRIP/TWIP钢)、700MPa级以上汽车大梁板、780-1500MPa高强度汽车板、汽车排气系统用钢、汽车用微合金非调质钢、长寿命高性能弹簧钢、高铁车轮用钢、高铁车轴用钢、高铁轴承用钢、轨道用钢等。

　　5)关键特殊钢

　　重点发展高品质高碳铬轴承钢和渗碳轴承钢、航空发动机用轴承钢、高性能齿轮钢、低成本超纯铁素体不锈钢，氮合金化高性能奥氏体不锈钢、高性能工模具钢、高性能钢丝(切割钢丝、帘线钢丝、绞线钢丝、弹簧钢丝)、精密机床用高性能丝杠与导轨用钢、军用特殊钢、环保设备用高性能耐蚀钢。