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鋼鐵與有色耦合研發(fā)大有可為
——摘自在第十五屆中國鋼鐵年會(huì)上的報(bào)告

中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)黨委書記、會(huì)長 葛紅林

鋼鐵和有色金屬同屬于冶金大學(xué)科和大專業(yè)，在20世紀(jì)80年代，一同隸屬于冶金工業(yè)部領(lǐng)導(dǎo)。2001年之前，我在鋼鐵行業(yè)工作，2014年，我轉(zhuǎn)到有色行業(yè)工作。在兩個(gè)行業(yè)的工作經(jīng)歷，特別是近年來看到鋼鐵和有色耦合發(fā)展的眾多成功案例，讓我充分感受到，二者的科技交流還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，科研課題還需要進(jìn)一步雙向開放，科技攻關(guān)還需要進(jìn)一步協(xié)同，行業(yè)壁壘還需被進(jìn)一步打破，由此，將實(shí)現(xiàn)融合研發(fā)的紅利最大化，涌現(xiàn)出更多的鋼鐵與有色耦合發(fā)展的現(xiàn)代冶金企業(yè)。

高度重視鋼鐵和有色

制造流程的鑲嵌相融研發(fā)

過去，兩個(gè)行業(yè)側(cè)重的是各自制造流程的優(yōu)化和變革，也研發(fā)出不少顛覆性的工藝技術(shù)。其實(shí)，二者若能基于對各自工藝特點(diǎn)和核心挑戰(zhàn)的深刻理解，在基本原理、工程經(jīng)驗(yàn)、智能化方法、綠色化路徑、新材料開發(fā)等層面進(jìn)行融合研發(fā)，加強(qiáng)二者制造流程的鑲嵌相融，也會(huì)產(chǎn)生意想不到的超常規(guī)效果，值得去研究。

在國外，蒂森克虜伯等國際巨頭通過“鋼鐵—鈦合金—鋁合金”的一體化生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了30%的產(chǎn)品溢價(jià)；日本新日鐵與神戶制鋼聯(lián)合開發(fā)的鋼鋁復(fù)合板技術(shù)，壟斷了全球汽車輕量化高端市場。

在國內(nèi)，河北某鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新全球第一條“鋼鐵+氧化鋁”鑲嵌流程：利用余熱蒸汽替代氧化鋁溶出所需的60%能耗，利用高爐煤氣替代氧化鋁焙燒所需的30%燃料，利用赤泥磁選氧化鐵粉回收50%以上的鐵資源，與傳統(tǒng)的單純氧化鋁生產(chǎn)流程相比，經(jīng)濟(jì)效益和能耗降低均十分顯著。甘肅某鋼鐵集團(tuán)創(chuàng)新全球第一條“鋼鐵+電解鋁+能源”相融流程：10年前是利用獨(dú)立電網(wǎng)和自備電廠優(yōu)勢發(fā)展電解鋁項(xiàng)目，近年來則創(chuàng)新能源中心，集中管理該企業(yè)的火力發(fā)電、新能源發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、余熱余壓發(fā)電，解決了電廠剩余電量消納、“棄風(fēng)棄電”難題，同時(shí)又充分利用鋼廠余熱，焙燒生產(chǎn)氧化鋁，直接供應(yīng)電解鋁生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

鋼鐵和有色制造流程的鑲嵌相融，將打破單一鋼鐵或有色企業(yè)的格局，打造出更經(jīng)濟(jì)、更連續(xù)、更緊湊、更低碳、更循環(huán)利用的現(xiàn)代冶金流程。

高度重視鋼鐵與有色

物料的循環(huán)利用研究

過去，兩個(gè)行業(yè)側(cè)重的是各自制造過程中物料的循環(huán)利用，包括付出很大的代價(jià)開展廢棄物減量和綜合利用。其實(shí)，二者若能基于深刻理解各自物料的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)互相利用，將產(chǎn)生意想不到的“變廢為寶”效果。當(dāng)前，已有不少需要進(jìn)一步開拓的方向。

一是赤泥提鐵在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用研究。2024年，我國赤泥產(chǎn)生11500萬噸，綜合利用量僅為1380萬噸，每年堆積的含鐵量至少有4000萬噸，如果歷年沉淀的16億噸赤泥能得到充分利用，將極大地降低我國鐵礦石的對外依存度。

按照問題導(dǎo)向，具體研發(fā)的方向是，高鐵赤泥直接還原成海綿鐵，進(jìn)入煉鋼爐；赤泥預(yù)處理后，選出氧化鐵粉，與鐵礦石一起配料；作為煉鋼溶劑（造渣劑/助溶劑），提高鋼水純凈度；赤泥與鋼鐵塵泥共還原，有利于金屬回收和回轉(zhuǎn)窯設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行；紅土鎳礦生產(chǎn)不銹鋼過程中，加入赤泥，有利于降低成本和渣的綜合利用。近年來，我國赤泥綜合利用已經(jīng)走在世界前列，如果進(jìn)一步得到鋼鐵界的響應(yīng)和參與，必將擴(kuò)大應(yīng)用面，提高其利用率。

二是鋼鐵粉塵回收鋅粉研究。鋼鐵企業(yè)粉塵產(chǎn)量一般占鋼鐵產(chǎn)量的8%~12%，其中，含鋅粉塵約占20%~30%，即約占鋼鐵產(chǎn)量的2.5%。2024年，中國粗鋼產(chǎn)量10.05億噸，計(jì)算得鋅粉塵超2500噸。當(dāng)前，鋼鐵粉塵回收鋅粉還需要融合攻關(guān)。其具體的研發(fā)方向是，從高爐煉鐵時(shí)產(chǎn)生的含鋅瓦斯泥/灰，進(jìn)行脫鋅處理，獲得再生的氧化鋅；從鍍鋅廢鋼在電弧爐冶煉時(shí)產(chǎn)生的煙道灰，獲得再生鋅。

三是鋁渣鋁灰在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用研究。金屬鋁在鋼中用作脫氧劑、晶粒細(xì)化劑、氮化物形成劑和合金劑，廣泛用于優(yōu)質(zhì)鋼材，尤其是在汽車板領(lǐng)域。通常1噸優(yōu)質(zhì)鋼材用鋁在2～5公斤。20世紀(jì)80年代開始，鋼鐵工業(yè)為了節(jié)能降耗控制成本，金屬鋁脫氧劑改用回收鋁。

近年來，鋼鐵行業(yè)加大了對鋁冶煉產(chǎn)生的鋁渣鋁灰的應(yīng)用，2024年，已消化了150萬噸鋁渣鋁灰，占總量的50%，不僅節(jié)約電力37.5億千瓦時(shí)，變危廢為資源。從鋁行業(yè)來講，希望進(jìn)一步提高應(yīng)用量和開辟新的應(yīng)用渠道。

高度關(guān)注鋼鐵

與有色材料之間的替代研究

近年來，隨著鋼鐵和有色金屬的材料性能的不斷提高，制造成本的不斷下降，互相替代，交叉替代不斷涌現(xiàn)，成果不斷顯現(xiàn)。其根本動(dòng)力是性價(jià)比，這是不以行業(yè)的意志為轉(zhuǎn)移的。

一是工藝創(chuàng)新的替代。近年來，特斯拉開創(chuàng)了新能源汽車一體化鑄造的工藝，打破了傳統(tǒng)鋼制汽車的生產(chǎn)工藝，隨著我國不少新能源汽車企業(yè)跟進(jìn)，極大加快了我國以鋁代鋼的步伐。最近，我國鎂產(chǎn)業(yè)在新能源汽車的鎂合金一體化鑄造取得顯著進(jìn)展，開辟了以鎂代鋁的新模式。從某種意義上講，傳統(tǒng)汽車將轉(zhuǎn)向鋼鋁車、鋁車、鋁鎂車。

二是更好性價(jià)比的替代。2024年，我國“以鋁代鋼”合計(jì)620萬噸，其中，光伏用鋁395萬噸、新能源汽車型材用鋁140萬噸、汽車鋁合金車身薄板55萬噸、建筑用鋁模板型材30萬噸。近年來，由于鋼鐵價(jià)格的下降，減緩了以鋁代鋼的進(jìn)程。從鋁價(jià)（以電解鋁為例）、鋼價(jià)（以螺紋鋼為例）的對比變化來看，隨著電解鋁價(jià)格的不斷上升，加之螺紋鋼價(jià)格的下降，2021年為3.9倍，而2024年為5.6倍，已經(jīng)明顯影響了以鋁代鋼。反映在一些新能源車上，從全鋁車身變化到鋼鋁車身；反映在城市建設(shè)上，一些城市放緩了鋁天橋替代鋼結(jié)構(gòu)天橋的步伐，有的甚至取消。此外，鋁價(jià)不斷高于鎂價(jià)，不少應(yīng)用企業(yè)，加快了以鎂代鋁的步伐。

三是替代和反替代。上世紀(jì)，寶鋼將生產(chǎn)的“馬口鐵”，進(jìn)一步深加工，通過引進(jìn)國外制罐設(shè)備，生產(chǎn)易拉鋼罐，應(yīng)用于青島啤酒。但好景不長，隨著中國罐料鋁材的科技進(jìn)步和成本不斷下降，導(dǎo)致寶鋼的生產(chǎn)線，轉(zhuǎn)向生產(chǎn)鋁罐，放棄鋼罐。

高度關(guān)注鋼鐵和有色科技成果的

互動(dòng)轉(zhuǎn)化研究

總的來說，過去，鋼鐵工業(yè)得益于“鋼鐵元帥”的地位，我國鋼鐵工業(yè)率先實(shí)現(xiàn)了對先進(jìn)國家的從跟跑、并跑到領(lǐng)跑，積累不少先進(jìn)工藝技術(shù)，其紅利溢出價(jià)值難以估量。近年來，有色金屬行業(yè)獲益匪淺。

一是連鑄連軋技術(shù)。中鋁瑞閩通過引進(jìn)寶鋼的CVC板形控制技術(shù)，將鋁帶坯連鑄速度從3m/min提升至8m/min，凝固和熱軋兩個(gè)過程僅需幾秒鐘，顯著提升了材料的強(qiáng)度和成形性能。

二是保護(hù)氣體澆鑄和電磁攪拌技術(shù)。江西銅業(yè)引入鋼鐵行業(yè)的保護(hù)氣體澆鑄技術(shù)和電磁攪拌技術(shù)，開發(fā)出了新型銅帶坯連鑄連軋生產(chǎn)線，使銅加工流程從傳統(tǒng)的7道工序縮短為3道，加工成本下降30%，同時(shí)，因快速凝固使銅材導(dǎo)電率提升2%~3%IACS，滿足了新能源領(lǐng)域?qū)Ω邔?dǎo)材料的苛刻要求。

三是等溫鍛造技術(shù)。等溫鍛造是鋼鐵行業(yè)高溫合金制造中成熟應(yīng)用的技術(shù)。武漢金厘鈦與寶鈦集團(tuán)合作，借助鞍鋼重型鍛壓機(jī)，通過增加模具恒溫系統(tǒng)和精準(zhǔn)控壓裝置改造，實(shí)現(xiàn)TC4、TB6等典型鈦合金的等溫鍛造，鍛件組織均勻性提升40%，飛邊材料損耗減少60%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。湖南金天鈦業(yè)借鑒寶武高溫合金渦輪盤鍛造經(jīng)驗(yàn)，使TA15鈦合金的斷裂韌性KIC值提高25%，疲勞壽命延長3倍。

四是高溫合金模具技術(shù)。高溫合金模具技術(shù)是鋼鐵行業(yè)為滿足航空航天、能源裝備等高端需求而開發(fā)的核心競爭力，其耐熱性、強(qiáng)韌性和抗熱疲勞性能遠(yuǎn)超常規(guī)模具材料。寶武將其開發(fā)的鎳基高溫合金模具鋼（如BWNS系列）引入鋁壓鑄領(lǐng)域，通過調(diào)整碳化物形態(tài)和分布，使模具壽命提升至15萬次以上。上海交通大學(xué)聯(lián)合寧波壓鑄模企業(yè)，采用寶武的高溫合金激光熔覆技術(shù)，開發(fā)出鋁合金壓鑄模的在線修復(fù)工藝，使報(bào)廢模具再生率達(dá)到70%，每年可節(jié)約成本數(shù)千萬元。東北輕合金引進(jìn)鞍鋼的奧氏體耐熱模具鋼（如5Cr21Mn9Ni4N），配合特殊的深冷處理工藝，使模具壽命延長至120噸/模。江蘇興榮美聯(lián)將寶鋼開發(fā)的TD處理（Thermal Diffusion）應(yīng)用于銅管擠壓模，形成了8~12μm厚的VC涂層，使模具抗粘銅能力提高3倍，銅管表面粗糙度Ra值從1.6μm降至0.8μm。在此，特別希望鋼鐵行業(yè)的科研人員和工程技術(shù)人員，高度關(guān)注鋼鐵和有色科技成果的互動(dòng)轉(zhuǎn)化研究

高度關(guān)注鋼鐵與有色智能化的

互學(xué)共鑒研發(fā)

鋼鐵在長流程、大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的智能控制（如高爐）方面經(jīng)驗(yàn)豐富；有色在離散性更強(qiáng)的流程（如濕法、電解）、復(fù)雜成分控制，以及一些特定場景（如礦物智能分選）有獨(dú)特優(yōu)勢。

一是在鋼鐵行業(yè)方面。鋼鐵行業(yè)在全流程自動(dòng)化控制領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，特別是在高溫連續(xù)生產(chǎn)過程優(yōu)化方面形成了成熟模式，比如“一鍵式”集中控制理念、AI復(fù)合建模等；在設(shè)備全生命周期管理領(lǐng)域構(gòu)建了系統(tǒng)化解決方案，由點(diǎn)檢定修向預(yù)防性維修模式轉(zhuǎn)變；數(shù)字孿生工廠，實(shí)現(xiàn)在線檢測、預(yù)測、優(yōu)化控制；在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)方面已形成規(guī)?；瘧?yīng)用范式。

寶武xIn3Plat平臺(tái)機(jī)器人替代方面，在3D崗位（臟、難、險(xiǎn)）成效顯著。湘鋼“盤古大模型+5G傳輸”，讓數(shù)據(jù)指揮生產(chǎn)，讓人工智能做出有效的決策。利用算法智能生成行車調(diào)度計(jì)劃、皮帶智能監(jiān)測方案。該技術(shù)2024年獲得國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)起的全球首批AI優(yōu)秀創(chuàng)新案例大獎(jiǎng)。寶武湛江鋼鐵“AI+數(shù)字孿生+全自動(dòng)化”，實(shí)現(xiàn)全流程產(chǎn)銷協(xié)同、全要素制造管控、全過程智慧工序。煉鋼全流程工藝模型實(shí)現(xiàn)“一鍵煉鋼”，獲2024年工業(yè)和信息化部“數(shù)字領(lǐng)航”企業(yè)。

二是在有色金屬方面。有色金屬行業(yè)在井下開采無人化、電解槽智能管控系統(tǒng)、濕法冶金數(shù)字化領(lǐng)域方面，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)；借助最新人工智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，應(yīng)用于全流程全場景管理。典型案例有：有色協(xié)會(huì)和中鋁集團(tuán)聯(lián)合發(fā)布的“坤安”大模型。“坤安”大模型包含了百億級有色金屬行業(yè)數(shù)據(jù)和專業(yè)知識(shí)，具備自然語言處理、圖像處理、預(yù)測、科學(xué)求解器等多項(xiàng)專業(yè)能力。中鋁普朗銅礦5G智能礦山。該銅礦是全國首個(gè)高海拔5G智能礦山和首個(gè)有色金屬地下礦5G工業(yè)應(yīng)用案例。通過把獲取的海量數(shù)據(jù)和人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了有軌運(yùn)輸無人駕駛、鏟運(yùn)機(jī)無人駕駛、井下VoLTE視頻通話、井下安全、尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)，大幅提升礦山生產(chǎn)效率和安全性。廣晟有色開發(fā)的稀土綠色萃取智能管理系統(tǒng)，可使設(shè)備故障率降低50%，耗電量降低30%，酸堿消耗降低5%以上，生產(chǎn)效率提升15%以上，可轉(zhuǎn)化應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)的酸洗、鍍鋅等濕法處理工序?？傊撹F與有色智能化的互學(xué)共鑒研發(fā)，大有可為。

深化雙方合作的工作建議

一是建立常態(tài)化交流平臺(tái)，推動(dòng)“大冶金”戰(zhàn)略。定期舉辦“鋼鐵-有色技術(shù)融合”專題研討會(huì)、展覽會(huì)；鼓勵(lì)大型鋼鐵集團(tuán)和有色集團(tuán)率先推動(dòng)技術(shù)共享和協(xié)同創(chuàng)新，形成示范效應(yīng)；鼓勵(lì)企業(yè)間互訪互學(xué)，培養(yǎng)具備“大冶金”視野的復(fù)合型技術(shù)人才和管理人才。

二是聚焦共性關(guān)鍵技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，打造示范工程。針對國家重大需求（如低碳冶金、智能制造、關(guān)鍵戰(zhàn)略金屬保供、固廢資源化），設(shè)立國家級或行業(yè)級的聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目；共同研發(fā)通用型的冶金裝備、核心零部件、智慧軟件等；訓(xùn)練跨行業(yè)冶金大模型，覆蓋鋼-鋁-銅等多材料工藝優(yōu)化；建設(shè)跨行業(yè)示范生產(chǎn)線或示范工廠，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，形成共享知識(shí)庫。

三是促進(jìn)低碳環(huán)保和資源綜合利用技術(shù)共享。在高效節(jié)能技術(shù)、余熱利用技術(shù)、廢水近零排放技術(shù)等方面的互相共享型。在鋼鐵氫還原技術(shù)、電解鋁“綠電”技術(shù)等方面的共同優(yōu)化型。在脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保技術(shù)，固廢資源化技術(shù)等方面的互相啟發(fā)型。在城市礦產(chǎn)（廢鋼、廢鋁、廢銅等）的高效回收、分選、保級利用技術(shù)等方面的共同開發(fā)型。

四是推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)與融合。在安全、環(huán)保、智能制造、通用裝備接口等方面，推動(dòng)跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)、互認(rèn)或制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。