把握钢铁科技创新方向——低碳和非涉碳

把握钢铁科技创新方向——低碳和非涉碳

近20年来，随着我国炼钢连铸技术的高速发展，炼钢连铸的生产、科研、设计、理论研究以及相关技术都取得了重大进展。而设备作为生产技术的重要保证，特别是在设备设计和制造国产化水平有很大进步的今天，如何巩固和提高我国自主知识产权的设计和制造水平、提升企业管理、维护和使用水平，为生产顺行和优质产品提供保障，适应低碳经济的发展要求，并最终达到节能增效的目标一直是钢铁工作者探讨的课题。

在2010年5月29日～30日由陕西省金属学会主办，在两安举行的“中国炼钢-连铸设备技术交流会”中，中国金属学会副秘书长苏天森作了题为“低碳经济指导下的钢铁工业发展和展望”的报告。报告总结了近几年我国钢铁产品和工艺技术进展情况，提出了应对低碳经济挑战的重要措施，并指出了钢铁技术创新的新方向——“低碳和非涉碳”。

钢铁工业科技创新现状

近几年来，我国钢铁产品升级与结构调整取得了重大突破。例如，细晶钢生产与规范化取得新进展；汽车用钢已大批量生产，质量达到并保持国际先进水平；电工钢以冷代热，高性能取向、无取向冷轧硅钢批量占领国内市场并出口；铁道用钢生产达到国际先进水平，其中高速(250km／h～350km／h)及100m长钢轨世界领先；2009年不锈钢粗钢产量达880万t，产量世界第一，而且铁素体不锈钢比例首次超过30％等。钢材品种质量突破性进展的最重要因素是掌握了高效率、低成本的洁净钢生产平台技术和控轧控冷等先进轧钢技术。

此外，新一代可循环钢铁流程工艺技术已建成第一个工程——首钢京唐钢铁公司。钢铁行业节能减排技术开发与应用取得重要进展。钢铁行业前沿技术研发也获得新进展，如薄(中厚)板坯连铸连轧在生产效率、规格产品、半无头轧制品种开发上都有较大进展；低温冶金技术研究取得初步成果等。冶金装备和自动化、智能化技术开发实现由跟踪性研究、创新到以自主创新为主的重大转变。

然而，目前科技发展仍存在以问题：

·淘汰落后产品、装备和工艺的工作远未完成，总体上影响了钢铁工业的发展水平，尤其是偏离了低碳经济的基本要求；

·行业信息化、优化全线物流、质量、成本、能源、设备在线监控技术的发展不平衡，与国外某些先进钢厂仍有差距，这也是质量稳定性、单位产品污染物排放量等方面与国外领先水平存在差距的原因所在；

·前沿科技开发与应用在投入强度、全面程度、成果产业化程度和进展等方面，总体上与国外还有一定的差距。

低碳经济中钢铁工业的重要地位

低碳经济是实现人类社会可持续发展的经济模式之一。低碳经济是以低能耗和低碳化物(主要是二氧化碳)排放为主要特点的人类生产和生活的经济模式。流程制造业按低碳经济指导来发展，必需实现清洁生产。

发展低碳经济是当前十分紧迫的任务。我国政府在2009年12月哥本哈根会议上承诺，到2020年单位GDP二氧化碳排放量比2005年减少40％～45％。我国电力、石化行业已制订二氧化碳减排路线图，钢铁行业也已开始制订二氧化碳减排路线图。

现代钢铁生产是以碳还原、碳氧化、碳添加为主线的生产过程，因此二氧化碳减排是钢铁生产发展最重大瓶颈。而现代钢铁生产二氧化碳减排最重要措施是节能，主要需采取以下几方面措施：流程高效、连续、紧凑，这是最重要的节能措施；提高能源的利用效率、实现能源的高效转换、回收能源的高效高附加值；建立和优化以能源(或能源环保)中心为核心的全企业节能、二氧化碳减排的管控体系；大力推进重点节能减排技术的推广应用和优化；着力研究钢铁生产全流程各工序降低消耗、实现碳循环利用减少二氧化碳排放的全新工艺与技术等。

钢铁科技创新的方向——“低碳和非涉碳”

“少碳”钢铁生产是当前优先考虑的方向。除了需要优化流程、实现流程和能源利用高效转换、回收能源再利用及能源流网络运行优化是“少碳”生产的重要措施外，世界各国都在进行低温冶金和全氧高炉、非高炉炼铁技术研发与新型钢铁流程的研究。

采用清洁能源的“非涉碳”钢铁生产是解决二氧化碳排放的根本途径。“非涉碳”是指全新的氢冶金、核能冶金、太阳能冶金、风能冶金等。由于不涉及碳还原与氧化，所以能从根本上杜绝二氧化碳排放问题，是未来钢铁生产发展的重要方向。但是，这种新流程的产业化难度极大，只有通过多学科综合创新才能实现。

清洁能源运行具备了以下特征：1)可与含碳能源共同运行，也可组成独立制度运行，从长远发展来看，清洁能源独立运行系统是方向；2)独立运行的清洁能源钢铁生产系统一般具有高速反应与运行的特征；3)可进行多次能源的高效转化和运行，多数在使用前需进行首次转化，大多教反应后的余能可转化为其他形式的能；4)太阳能、风能具有时间、空间的不稳定性，因而反应过程的能量组合、稳定控制具有特殊性；5)除与含碳能源共同运行可减少二氧化碳排放外，基本上无二氧化碳排放。

目前，在清洁能源研究与应用方面，氢还原研究早已开始，如日本焦炉煤气重整后制成高氢含量的煤气输入高炉，加速还原铁矿石等；欧洲也开始利用太阳能进行高温炉研究；韩国POSCO研究院还开展核能→制氢→氢还原的前沿研究等。鞍钢鲅鱼圈从风能发电供生活用电→供轧钢用电→供冶炼用电的研究正逐步按计划进行。多家高校、研究院开展氢冶金实验研究。

另外，还需大力支持清洁能源在钢铁生产中的应用政策导向建议。主要包括：1)组织国家级投资为主体的研发团队，开展重点装备与技术的研究；2)政策优惠支持。主要是钢铁企业采用清洁能源激励机制与政策，对清洁能源技术装备企业参与钢铁行业研发的税收、补贴等政策支持。3)尽快建设清洁能源在钢铁中应用示范生产线。例如，如果能以鞍钢鲅鱼圈为示范线，将加快在行业中的推广应用。