鋼鐵科技創(chuàng)新的方向——“低碳和非涉碳”
近20年來，隨著我國煉鋼連鑄技術(shù)的高速發(fā)展，煉鋼連鑄的生產(chǎn)、科研、設(shè)計、理論研究以及相關(guān)技術(shù)都取得了重大進(jìn)展。而設(shè)備作為生產(chǎn)技術(shù)的重要保證，特別是在設(shè)備設(shè)計和制造國產(chǎn)化水平有很大進(jìn)步的今天，如何鞏固和提高我國自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計和制造水平、提升企業(yè)管理、維護(hù)和使用水平，為生產(chǎn)順行和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品提供保障，適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，并最終達(dá)到節(jié)能增效的目標(biāo)一直是鋼鐵工作者探討的課題。
在2010年5月29日~30日由陜西省金屬學(xué)會主辦，在西安舉行的“中國煉鋼-連鑄設(shè)備技術(shù)交流會”中，中國金屬學(xué)會副秘書長蘇天森作了題為“低碳經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)下的鋼鐵工業(yè)發(fā)展和展望”的報告。報告總結(jié)了近幾年我國鋼鐵產(chǎn)品和工藝技術(shù)進(jìn)展情況，提出了應(yīng)對低碳經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)的重要措施，并指出了鋼鐵技術(shù)創(chuàng)新的新方向——“低碳和非涉碳”。
鋼鐵工業(yè)科技創(chuàng)新現(xiàn)狀
近幾年來，我國鋼鐵產(chǎn)品升級與結(jié)構(gòu)調(diào)整取得了重大突破。例如，細(xì)晶鋼生產(chǎn)與規(guī)范化取得新進(jìn)展；汽車用鋼已大批量生產(chǎn)，質(zhì)量達(dá)到并保持國際先進(jìn)水平；電工鋼以冷代熱，高性能取向、無取向冷軋硅鋼批量占領(lǐng)國內(nèi)市場并出口；鐵道用鋼生產(chǎn)達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中高速(250km/h ~350km/h)及100m長鋼軌世界領(lǐng)先；2009年不銹鋼粗鋼產(chǎn)量達(dá)880萬t，產(chǎn)量世界第一，而且鐵素體不銹鋼比例首次超過30%等。鋼材品種質(zhì)量突破性進(jìn)展的最重要因素是掌握了高效率、低成本的潔凈鋼生產(chǎn)平臺技術(shù)和控軋控冷等先進(jìn)軋鋼技術(shù)。
此外，新一代可循環(huán)鋼鐵流程工藝技術(shù)已建成第一個工程——首鋼京唐鋼鐵公司。鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用取得重要進(jìn)展。鋼鐵行業(yè)前沿技術(shù)研發(fā)也獲得新進(jìn)展，如。ㄖ泻瘢┌迮鬟B鑄連軋在生產(chǎn)效率、規(guī)格產(chǎn)品、半無頭軋制品種開發(fā)上都有較大進(jìn)展；低溫冶金技術(shù)研究取得初步成果等。冶金裝備和自動化、智能化技術(shù)開發(fā)實現(xiàn)由跟蹤性研究、創(chuàng)新到以自主創(chuàng)新為主的重大轉(zhuǎn)變。
然而，目前科技發(fā)展仍存在以下問題：
.淘汰落后產(chǎn)品、裝備和工藝的工作遠(yuǎn)未完成，總體上影響了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展水平，尤其是偏離了低碳經(jīng)濟(jì)的基本要求；
.行業(yè)信息化、優(yōu)化全線物流、質(zhì)量、成本、能源、設(shè)備在線監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展不平衡，與國外某些先進(jìn)鋼廠仍有差距，這也是質(zhì)量穩(wěn)定性、單位產(chǎn)品污染物排放量等方面與國外領(lǐng)先水平存在差距的原因所在；
.前沿科技開發(fā)與應(yīng)用在投入強(qiáng)度、全面程度、成果產(chǎn)業(yè)化程度和進(jìn)展等方面，總體上與國外還有一定的差距。
低碳經(jīng)濟(jì)中鋼鐵工業(yè)的重要地位
低碳經(jīng)濟(jì)是實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)模式之一。低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗和低碳化物（主要是二氧化碳）排放為主要特點的人類生產(chǎn)和生活的經(jīng)濟(jì)模式。流程制造業(yè)按低碳經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)來發(fā)展，必需實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是當(dāng)前十分緊迫的任務(wù)。我國政府在2009年12月哥本哈根會議上承諾，到2020年單位GDP 二氧化碳排放量比2005年減少40%～45%。我國電力、石化行業(yè)已制訂二氧化碳減排路線圖，鋼鐵行業(yè)也已開始制訂二氧化碳減排路線圖。
現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)是以碳還原、碳氧化、碳添加為主線的生產(chǎn)過程，因此二氧化碳減排是鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展最重大瓶頸。而現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)二氧化碳減排最重要措施是節(jié)能，主要需采取以下幾方面措施：流程高效、連續(xù)、緊湊，這是最重要的節(jié)能措施；提高能源的利用效率、實現(xiàn)能源的高效轉(zhuǎn)換、回收能源的高效高附加值；建立和優(yōu)化以能源（或能源環(huán)保）中心為核心的全企業(yè)節(jié)能、二氧化碳減排的管控體系；大力推進(jìn)重點節(jié)能減排技術(shù)的推廣應(yīng)用和優(yōu)化；著力研究鋼鐵生產(chǎn)全流程各工序降低消耗、實現(xiàn)碳循環(huán)利用減少二氧化碳排放的全新工藝與技術(shù)等。
“少碳”鋼鐵生產(chǎn)是當(dāng)前優(yōu)先考慮的方向。除了需要優(yōu)化流程、實現(xiàn)流程和能源利用高效轉(zhuǎn)換、回收能源再利用及能源流網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化是“少碳”生產(chǎn)的重要措施外，世界各國都在進(jìn)行低溫冶金和全氧高爐、非高爐煉鐵技術(shù)研發(fā)與新型鋼鐵流程的研究。
采用清潔能源的“非涉碳”鋼鐵生產(chǎn)是解決二氧化碳排放的根本途徑。“非涉碳”是指全新的氫冶金、核能冶金、太陽能冶金、風(fēng)能冶金等。由于不涉及碳還原與氧化，所以能從根本上杜絕二氧化碳排放問題，是未來鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展的重要方向。但是，這種新流程的產(chǎn)業(yè)化難度極大，只有通過多學(xué)科綜合創(chuàng)新才能實現(xiàn)。
清潔能源運(yùn)行具備了以下特征：1）可與含碳能源共同運(yùn)行，也可組成獨立制度運(yùn)行，從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，清潔能源獨立運(yùn)行系統(tǒng)是方向；2）獨立運(yùn)行的清潔能源鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)一般具有高速反應(yīng)與運(yùn)行的特征；3）可進(jìn)行多次能源的高效轉(zhuǎn)化和運(yùn)行，多數(shù)在使用前需進(jìn)行首次轉(zhuǎn)化，大多數(shù)反應(yīng)后的余能可轉(zhuǎn)化為其他形式的能；4）太陽能、風(fēng)能具有時間、空間的不穩(wěn)定性，因而反應(yīng)過程的能量組合、穩(wěn)定控制具有特殊性；5）除與含碳能源共同運(yùn)行可減少二氧化碳排放外，基本上無二氧化碳排放。
目前，在清潔能源研究與應(yīng)用方面，氫還原研究早已開始，如日本焦?fàn)t煤氣重整后制成高氫含量的煤氣輸入高爐，加速還原鐵礦石等；歐洲也開始利用太陽能進(jìn)行高溫爐研究；韓國POSCO 研究院還開展核能→制氫→氫還原的前沿研究等。鞍鋼鲅魚圈從風(fēng)能發(fā)電供生活用電→供軋鋼用電→供冶煉用電的研究正逐步按計劃進(jìn)行。多家高校、研究院開展氫冶金實驗研究。
另外，還需大力支持清潔能源在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用政策導(dǎo)向建議。主要包括： 1）組織國家級投資為主體的研發(fā)團(tuán)隊，開展重點裝備與技術(shù)的研究；2）政策優(yōu)惠支持。主要是鋼鐵企業(yè)采用清潔能源激勵機(jī)制與政策，對清潔能源技術(shù)裝備企業(yè)參與鋼鐵行業(yè)研發(fā)的稅收、補(bǔ)貼等政策支持。3）盡快建設(shè)清潔能源在鋼鐵中應(yīng)用示范生產(chǎn)線。例如，如果能以鞍鋼鲅魚圈為示范線，將加快在行業(yè)中的推廣應(yīng)用。
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