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科技创新劲更足 【“十三五”钢铁行业成就系列报道】

2021-4-7 9:08:35来源:网络作者:
  • 导读:
  • 3月5日,国务院总理李克强在十三届全国人大四次会议上做政府工作报告时提出,“十四五”时期我国将坚持创新在现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑,完善国家创新体系,打好关键核心技术攻坚战,为下一个五年的科技创新工作定了调。
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  • 科技创新 钢铁行业

3月5日,国务院总理李克强在十三届全国人大四次会议上做政府工作报告时提出,“十四五”时期我国将坚持创新在现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑,完善国家创新体系,打好关键核心技术攻坚战,为下一个五年的科技创新工作定了调。

科技创新始终贯穿我国钢铁工业发展历程,为我国钢铁工业从小到大、由弱变强提供了强有力的支撑,尤其是在推动工业高速发展、支撑制造业向产业链中高端攀升、促进钢铁工业体系不断完善等方面发挥了重要作用。

“十三五”期间,我国钢铁工业依靠科技创新引领行业高质量发展,涌现出一批批重大科技成果,科技实力和创新能力显著增强,技术装备水平、自主创新能力、技术人员整体素质等走到了世界前列。

高端产品研发成果丰硕

“十三五”期间,我国钢铁工业突破了一批关键产品的制约,在新材料的研发和解决“卡脖子”技术方面取得了重大突破,极大地满足了国民经济发展的需要,促进了我国制造业向产业链中高端攀升。

5年来,我国钢铁工业紧跟市场需求,研发出一批高强度、高韧性、高塑性、低屈强比、高持久强度的先进钢铁材料。围绕汽车工业、石油石化工业、海洋工程、高速铁路、大型桥梁、高层建筑、工程机械等重点领域,我国钢铁工业在船用高强度宽厚板、高强度海洋结构用钢板、高端汽车用板和汽车零部件用钢、工程机械和高层建筑用高强度厚钢板、X80以上高等级管线钢、LNG(液化天然气)船用钢材、时速350千米高速铁路钢轨、高速动车组用钢、高端压力容器用钢、高牌号取向和无取向硅钢、高强度角型钢等产品研发领域取得了重大突破,有力支撑了下游行业对钢铁材料的需求,为国民经济发展和国防建设提供了关键材料。

目前,我国生产的汽车用钢、大型变压器用电工钢、高性能长输管线用钢、高速钢轨、建筑桥梁用钢等钢铁产品已经稳步进入了国际第一梯队。以QP1500为代表的第三代高强度汽车钢的研发应用,不仅为我国汽车轻量化发展提供了10%~20%的减重空间,也让我国高强度汽车钢技术达到了世界领先水平。高级别X80管线钢的研发与应用,不仅支撑了我国西气东输管道建设,也助推了我国长距离油气管道建设与输送技术实现由“跟跑”向“领跑”的跨越。

此外,极低铁损取向硅钢、600兆帕~750兆帕级高精度磁轭钢、先进核能核岛关键装备用耐蚀合金、核电用不锈钢、高品质汽轮机叶片钢、低温管线钢、极地特种低温钢、“手撕钢”等高端产品打破国外技术垄断,先后用于特高压变电站、“华龙一号”核电机组、“雪龙2号”极地科考破冰船、中俄东线天然气管道、亚马尔液化天然气项目、乌东德水电站、白鹤滩水电站等重大工程建设。国产大飞机起落架用钢、高铁轮对用钢、高铁转向架用钢等产品也已具备了国产化替代能力,为国家降低大飞机和高铁建设投资、全面实现关键部件国产化奠定了坚实基础。

细数5年来我国钢铁企业在产品研发上取得的具有国际意义的重大成果:首钢全球首发35SWYS900、35SW1700-H新能源汽车用无取向电工钢。太钢研制的“手撕钢”——不锈钢精密箔材,厚度仅达0.02毫米,宽度达600毫米,是世界上唯一可以批量生产宽幅软态不锈钢精密箔材产品的企业。鞍钢开发出第4代核电600兆瓦示范快堆项目316H奥氏体不锈钢,解决了该产品从无到有的“卡脖子”难题,是当时世界上唯一一家全部依靠自身装备生产这一产品的企业。南钢在我国率先研发出100毫米厚EH47、EH40集装箱船用止裂钢,止裂韧性远高于各国船级社规范要求,打破了国外企业的技术壁垒。宝钢股份自主研发的0.18毫米规格060等级(B18R060)极低铁损取向硅钢实现全球首发,是当时世界上铁损最低的取向硅钢。中信泰富旗下兴澄特钢研发的R6系泊链钢填补了世界空白,河钢唐钢薄板坯短流程下线全球首卷2000兆帕级热成型汽车钢,本钢和东北大学共同研发生产的抗拉强度超过2000兆帕的热冲压成型超高强韧钢实现全球首发……


生产工艺与装备不断创新

“十三五”期间,我国钢铁工业生产工艺与装备不断创新,支撑了产业转型升级。目前,我国已形成世界规模最大、现代化程度最高的钢铁生产体系,我国钢铁工业基本实现了焦化、造块、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等主要工序主体技术装备的国产化。

在炼铁方面,我国钢铁工业在高炉大型化、智能化炼铁技术、高比例球团技术、提煤降焦技术、氢冶金技术等领域不断取得突破。

我国高炉大型化、集约化技术取得明显进步。2020年10月份,宝钢股份湛江钢铁2号高炉月均利用系数达到2.502吨/(立方米·天),树立了5000立方米级特大型高炉利用系数行业新标杆。而随着湛江钢铁3号高炉有望在今年建成,我国5000立方米级别高炉届时将达到9座。

低碳冶炼技术研发快速推进。河钢与意大利特诺恩集团在氢冶金技术方面开展深入合作,利用世界最先进的制氢和氢还原技术,联手中冶京诚共同研发、建设全球首个120万吨规模的氢冶金示范工程。我国首个氧气高炉在宝钢新疆八一钢铁有限公司点火开炉,标志着我国低碳冶金工艺走出实验室,开始进入工业化试验阶段。

不论焙烧何种物料,“结圈”都是回转窑焙烧工艺中影响生产顺行的一大难题。2020年7月分,酒钢氢冶金研究院王明华团队在第一次浅度氢冶金磁化焙烧中试试验中,采用独创的“回转窑弥散式燃烧”技术,在回转窑内以“无焰燃烧”方式对铁矿石进行焙烧,局部高温现象得到有效控制,部分焙烧矿在回转窑内部出现局部“挂壁”现象,在回转窑转动过程中自行脱落,未出现传统意义上的“结圈”现象,有效解决了这一世界性难题。

在推动清洁高效炼焦技术进步方面,由中国钢铁工业协会提名,由中冶焦耐、北京科技大学、鞍钢联合完成的清洁高效炼焦技术与装备的开发及应用项目获得了2018年度国家科学技术进步奖一等奖(通用项目)。该项目在清洁高效炼焦工艺、核心装备、智能生产等方面取得重大科技创新,研发了降低优质炼焦煤资源消耗的新一代绿色炼焦及装备技术,形成清洁高效炼焦技术体系和技术规范,推动行业科技进步作用明显。该项目成果达到国际领先水平,取得多项自主知识产权,并在海内外47个工程中实现系列化应用,成为清洁高效炼焦领域的主导技术,国内大型焦炉市场占有率达96%,同时实现向海外市场输出技术与装备,为我国焦化行业新旧产能置换和“一带一路”建设提供了强有力的技术保障。

在炼钢连铸方面,我国钢铁工业在转炉底吹、无缺陷连铸技术、消除夹杂、电渣重熔等方面进展明显。

“十三五”期间,针对传统电渣重熔技术耗能高、氟污染重、效率低、产品质量差,大单重厚板和百吨级电渣锭无法满足高端装备的材料需求等问题,由东北大学、宝武特冶、河钢舞钢、大冶特钢、兴澄特钢、邢钢等单位牵头完成的“高品质特殊钢绿色高效电渣重熔关键技术的开发和应用”项目,创新开发出了绿色高效电渣重熔成套装备、工艺和系列高端产品,形成两项国际标准,实现我国电渣技术“从跟跑、并跑到领跑”的历史性跨越,获得了2019年度国家科学技术进步奖一等奖(通用项目)。该项目自应用以来,推广成果显著:在国内60多家企业应用,生产出了高端模具钢、轴承钢、叶片钢、特厚板、核电主管道等产品,满足了我国大飞机、第三代核电、超超临界火电、超大型水电和大型风电等对“卡脖子”高端材料的急需,有力支持了我国高端装备制造业发展并保证了国家安全。

“十三五”期间,针对连铸坯均质化这一国际冶金界产品质量提升的瓶颈问题,我国钢铁工业有了新突破。2019年7月2日,由中天钢铁和上海大学共同完成的PMO(脉冲磁致振荡)—EMS(电磁搅拌)组合调控高均质化矩形坯连铸技术通过了由中国金属学会组织的成果评价。由中国工程院院士干勇领衔的评审组专家一致认为,该技术可大幅提高铸坯均质化效果和稳定性,属国际首创,达到国际领先水平。

为实现转炉高效底吹,达到降本提质的效果,首钢迁钢和首钢技术研究院自2014年开始进行转炉底吹技术研究,开发了系列关键技术,实现了全炉役内转炉底吹效果稳定控制。

微合金钢是钢铁生产的主力产品。针对微合金钢板坯连铸过程频发边角裂纹难题,东北大学、鞍钢股份、上海梅山钢铁、河钢邯钢、河钢舞钢、河北唐山中厚板公司、敬业钢铁联合研发了基于铸坯边角部组织高塑化的表面无缺陷连铸新技术,并实现了规模化应用。

现代高端装备可靠性和安全性对钢材提出了高品质、长寿命、高可靠性的要求,而洁净度和均质化程度是高品质钢性能的基本保证。为此,华菱涟钢、武汉科技大学等5家企业联合进行了高洁净度高均质化连铸关键技术与应用研究,最终形成了连铸过程钢液夹杂物碰撞—捕捉协同技术。

在轧钢方面,高速连铸技术的发展带来了铸轧流程的改变,我国钢铁工业在热轧板带无头轧制技术和薄规格带钢工艺装备方面取得新进展。

“十三五”期间,我国钢铁工业热连轧生产追求更高效率、更薄规格、更低成本、更少排放的目标得以实现。2019年,继山钢日照钢铁4条ESP投产,热轧带钢最小厚度减薄至0.7毫米后,沙钢CASTRIP超薄带、首钢MCCR、唐山东华节能型ESP全面建成,宝钢、鞍钢等企业的常规格热轧产线的薄规格产品也越来越薄。

在此期间,我国高速连铸技术也取得了明显进展,为连铸的高效衔接和直接轧制创造了可能。河钢唐钢1810轧线3号连铸机通过加装电磁制动装备,优化扇形段校核模型、结晶器冷却模型,在70毫米×1500毫米中碳钢SS400的连铸生产中,稳定实现了6米/分钟的拉速。

2019年3月31日,我国首条、世界第三条超薄带生产线、国际上最先进的双辊薄带铸轧技术在沙钢实现工业化生产。该技术有3个显著特点:一是流程短、占地少。常规热连轧产线长度一般要800米左右,而超薄带产线长度仅50米左右。二是能耗低、排放少。数据显示,超薄带工艺总能耗可以达到传统热连轧工艺的1/5左右,产生的二氧化碳排放量可以达到传统热连轧工艺的1/4左右。三是节奏快、性能稳。超薄带技术能够非常高效地生产超薄、超宽的高强钢和特殊钢,而且产品性能稳定,不同批次间的屈服强度和抗拉强度的波动明显小于传统热连轧。

随着数字电子产品、智能电网、光伏发电和新能源汽车充电等高新领域的发展,纳米晶极薄带因其特有的高饱和磁感、高磁导率、高磁感下的高频低损耗等综合优异性能,成为替代传统材料的方向之一。为了满足高端电子领域的需求,实现纳米晶极薄带国产化,太钢、太钢不锈钢股份公司联合开展了高品质纳米晶极薄带关键技术开发与产品应用研究,最终自主开发出纳米晶极薄带生产工艺技术。通过该技术研发的新产品填补了国内高品质纳米晶极薄带的空白,广泛应用于国内外家电、工业设备、仪器仪表等领域。

在其他工艺技术方面,我国钢铁工业同样取得了瞩目的成绩。2017年6月12日,河钢与中国科学院共同研发的亚熔盐法清洁生产示范工程——世界首条亚熔盐法清洁提钒生产线,在河钢承钢投入运营。这是我国提钒工艺技术的一次重大创新,将解决现有提钒技术“三废(废气、废水、固体废弃物)”产生量大、末端治理难、成本高等难题。该生产线设计处理钒渣能力为5万吨/年,是国际上首套具有自主知识产权的全湿法提钒清洁生产示范工程。

“十三五”期间,我国钢铁工业持续进行技术改造和升级,不断淘汰落后工艺装备,装备大型化和现代化取得进一步发展。我国钢铁技术装备不仅基本实现了自主可控,还伴随着“一带一路”倡议走出国门,实现了中国钢铁科技进步成果与世界共享。

科技创新体系进一步完善

“十三五”期间,我国钢铁工业进一步完善了科技创新体系,行业内已经有较多企业建立了技术中心或研究院,形成了以企业为主体、“产学研用”相结合的技术创新体制机制。

2020年11月20日,钢协科技创新工作委员会成立大会在首钢召开。该委员会是围绕行业科技创新方向和发展战略研究、科技创新政策研究、重大科技专项的设计与组织申报、基础性原始性研究以及关键共性技术开发的组织协调、行业科技创新体系建设、上下游产业的协同创新与合作开发、新产品与技术成果的应用推广等方面统筹协调行业科技创新工作的服务机构。科技创新工作委员会的成立,为我国钢铁行业组织内外创新资源共同开展研究工作提供了平台。

“十三五”期间,国家加大了对创新能力建设的引导和平台建设的支持,行业创新体系日趋完善。截至2019年底,钢铁行业在国家层面已建成国家级的重点实验室20个、工程实验室5个、工程(技术)研究中心20个、企业技术中心51个。全行业有效发明专利数由2010年的2659件增加到2019年的27702件。截至 2019年底,重点统计钢铁企业研发人员达到13.38万人。

2020年8月25日,中国海洋装备用金属材料领域唯一企业国家重点实验室——海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室在鞍钢揭牌。该实验室围绕海洋装备用金属材料冶金技术、海军装备用金属材料制备技术、海洋工程用金属材料制备技术、海洋装备用特种金属材料制备技术和海洋装备用金属材料应用技术等5个方向开展研究,致力于海洋装备用金属材料在突破性发展中所涉及的重大需求与制约瓶颈,促进基础研究成果的转化和高端海洋装备用金属材料的国产化,助推我国海洋工程装备的研发与制造技术达到国际领先水平。

2020年10月19日,由世界钢协指导,北京科技大学、河钢共同发起的世界钢铁发展研究院在北京成立并举行第一次全体大会。河钢党委书记、董事长于勇当选第一届理事会理事长,并担任首任院长。

智能制造为钢铁高质量发展赋能

钢铁工业的智能化水平,是衡量钢铁生产现代化水平的重要标志。因此,数字化、网络化、智能化,成为我国钢铁行业在“十三五”期间提高自身竞争力、实现可持续协调发展的战略选择。5年来,我国钢铁工业在探索转型升级、加速布局智能化钢铁制造等方面取得了丰硕成果。

中国宝武利用5G技术实现远程“一键炼钢”。宝钢股份宝山基地炼钢厂3号连铸机通过改造,成为全球首例采用4台机器人——1台钢包受包侧机器人、1台中间罐区域机器人、2台结晶器保护渣机器人作业的连铸机。

鞍钢攀钢牵手中国移动四川公司、华为技术有限公司等企业共同打造了西部首个5G 工业专网。2020年12月底,攀钢弄弄坪基地5G专网核心设备接入中国移动核心网,5G 工业专网正式建成,推动了5G通信技术在攀钢本部和四川省攀枝花中小企业工业化运用的落地。

首钢应用的我国首套全自动原燃料检测系统实现了原燃料检测的自动化、信息化、安全职业健康和绿色环保标准化。该系统上线后可减少岗位人员约64人,检验效率提升了30%以上,检验周期缩短了80%以上。

河钢唐钢钢铁企业智能工厂试点示范项目,以国家智能制造标准为指导,深入挖掘信息化系统的创新驱动作用,充分发挥现代互联网、物联网、大数据等新型技术优势,进行面向智能制造的钢铁企业信息化架构设计及实施,引领企业制造向智能模式跨越。

沙钢历时3年完成的高炉智能诊断系统成功应用于我国最大的5800立方米高炉,辅助高炉日常操作、炉况恢复和生产管理,在炉缸堆积、渣皮脱落等的诊断和治理上起到了重要作用。

敬业集团打破国外垄断,国内首创3D打印用金属粉末生产工艺,投产并扩建了3D打印开发中心、超高速激光熔覆技术生产线,成为当时世界上唯一一家全流程增材制造公司。

华菱湘钢与湖南移动、华为公司合作,在精品中小棒生产线施工过程中运用5G AR(增强现实)技术进行跨国远程装配。这是5G AR跨国远程协作在国内首次应用于钢铁行业。

南钢投产了世界首个专业加工高等级耐磨钢和高强钢配件的智能工厂——南钢JIT(Just In Time,准时制生产方式) C2M(Customer-to-Maker,用户对制造端)智能工厂。

不仅如此,在智能车间、智慧矿山、大规模定制等方面,我国钢铁工业布局了多个智能制造试点示范和新模式项目,有效提高了生产效率、产品质量和企业经营管理水平。

中国宝武、沙钢、南钢等企业建立了“黑灯工厂”和智能车间,实现了24小时运转无需多人值守。中国宝武韶钢建立了钢铁一体化智能管控平台,50个作业区精简为18个,42个分散的中控室集成为1个集控中心统一控制,436名操作人员撤离重大危险区域,铁水成本降低10元/吨铁~50元/吨铁。宝钢股份宝山基地工厂还入选了世界经济论坛发布的全球“灯塔工厂”名单。

“十三五”期间,我国钢铁工业瞄准世界科技前沿,强化基础研究,在前瞻性基础研究、引领性原创技术方面取得突破,在关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术方面不断创新,行业科技创新体系逐步完善,有力地支撑了产业转型升级。

 

 

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(责任编辑:00588)
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