推进钢铁“四化” 强健大国“筋骨”

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，为国家建设提供了重要的原材料保障，有力支撑了国民经济的健康发展，推动了我国工业化、现代化进程，促进了民生改善和社会进步。改革开放以来，我国钢铁行业迅速发展，到2020年，我国钢产量已经达到世界总产量的57%，可以生产所有门类的钢铁产品。钢铁是大国“筋骨”，正是有了钢铁产业跨越式发展，我国才成为全球造船大国、工程机械制造大国、发电和变电设备制造大国……

国际钢铁产业竞争比拼的是产量，更是产品结构，尤其是高端特种钢材的生产水平和能力。进入新时代后，我国钢铁业大力推进产品结构优化和质量升级，以科技创新为抓手，全力推进中高端钢铁材料的研发，推进高质量发展，强健大国“筋骨”。

好钢是如何炼成的？

要弄明白如何炼出好钢，必须了解钢铁冶炼的过程。首先，把铁矿石和煤通过焦化和烧结的环节变成烧结矿和焦炭；然后，在高炉里进行化学反应，变成铁水；铁水经过转炉的冶炼、吹氧、去碳、降碳等操作，含碳达到一定程度；再经过精炼，把成分进行调整，进而变成了钢；钢水再经过连铸以后变成钢坯；钢坯又经过热轧变成热轧产品；热轧产品又经过冷轧，变成冷轧产品，最终成为各种各样的钢材，比如型材、 板材、管材等。

通过改变轧制条件就可以改变钢性能，我们如果能把条件控制好，就能得到性能非常优异的钢材。调整温度是通过水，我们通过控制水量来控制轧制过程中钢材冷却的温度和冷却的速度，这就是控轧控冷技术。该技术通过控制加热温度、轧制过程、冷却条件等工艺参数，提高钢材的强度、韧性、焊接性能。

实现控轧控冷技术突破和创新是国际钢铁业追求的共同目标，各国科技专家都为此不懈努力，进行不断探索，但一度收效并不大。比如，有的科技专家采用低压的层流水对轧制过程中钢材进行冷却，发现冷却效果不理想、传热效果不均匀，导致钢板不平整而“翘”起。此后，一些科技专家把冷却模式研究与金属指标、金属内部材料的变化结合起来，进而力图实现调整材料性能的目标。经过进一步研究，超快速冷却技术被开发出来。20世纪70年代，国际上研制出超级冷却系统，可以实现高速均匀冷却，迎来了钢铁控轧控冷技术新的突破。

实现控轧控冷突破

作为中国钢铁科技工作者，我们不甘落后，全力实现钢铁控轧控冷技术自主突破。在实践中，我们发现，经过我们的淬火机，钢材淬火冷却到室温后，即使钢板最薄只有约10毫米，也依然能够保持平整。

是，我们就把钢材淬火机与轧机冷却系统两者结合起来，借助河北一家钢铁公司的轧机，我们研制出一套超快冷却系统。初步运行证明，这套系统非常成功。后来这套系统被应用于鞍山钢铁公司和首都钢铁公司并经过改进，生产出板型优质的钢材管线，为国家“西气东输”工程管线供给作出了重大贡献。我国由此成为世界上最优质管线钢的生产国。

在钢板轧制的冷却控制上，我们实现了从跟跑到并跑，再到开始领跑的巨大跨越，研制的超快冷却系统应用于很多钢铁企业的生产线。特别值得一提的是，适应一些企业的需求，我们把这套超快冷却系统做出适应性调整，做到与新引进的外国相关装备相兼容，很好地解决了生产线在热连轧生产冷却过程中的问题。

研制出钢管生产控冷系统是我们的另一项重要创新成果。传统上，钢管生产过程必须依靠加合金和后期热处理，而这两个过程都需要消耗相当的资源和能源，而通过控冷系统就可以达到相同的目的且做到绿色节能。为此，我们与宝山钢铁公司合作组成联合研发团队，经过3年、近100次工业性的实验，终于研发成功钢管生产控冷系统，并以此为基础对工艺布置进行了改造。

此外，我们近年来在钢铁科技上还取得了一些其他创新成果，其中包括：在材料方面上，2018年，笔者所在的东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，在国际上率先研发出2000兆帕(MPa)级汽车用热冲压用高强钢；在应用方面，液化天然气低温容器国际上普遍采用的材料是9Ni(镍)钢，我们用5Ni钢做出了9Ni钢的性能，实现了材料替代，大幅节约了成本。在生产工艺上，我们研发出薄带连铸、无头轧制等新流程、新工艺并向企业转化，可应用于多个重要钢种的生产。

推进钢铁产业“四化”

工业革命使钢铁生产从作坊式生产进入工业化大生产。在此后很长时期，钢铁工业给人们留下了高耗能、高污染的印象。二次大战后，高科技不断为钢铁工业赋能，钢铁生产工艺不断改进，产品类型不断丰富，应用日益广泛。如今，以智能化为代表的第四次工业革命方兴未艾，使传统钢铁产业焕发出新的光彩。

纵观国际钢铁产业发展趋势，我们可以发现，世界先进钢铁企业都把生产自动化、降低能耗、提高人均产钢量和生产高附加值的“超级钢”作为发展方向。对于追求高质量发展的中国钢铁业来说，也应顺应产业发展趋势，闯出自己的“超级钢”之路。什么是中国“超级钢”之路呢？在笔者看来，应该包含四个维度，即实现“四化”：工艺绿色化、装备智能化、产品高质化、供给服务化。

工艺绿色化就是既要节省资源和能源，以最低的消耗生产高质量的产品，又要减少排放、降低污染，做到环境友好。近年来，中国钢铁业付出极大努力，特别是以科技创新为依托，综合采取各种措施，在绿色低碳方面取得了显著成效。比如，在水资源利用和保护方面，钢铁生产过程耗水量很大，但中国有些钢铁企业可以做到生产不需要用新水，把城市的废水和钢厂里的废水加在一块儿处理以后，再循环使用，在不增加一滴新水的情况下，可以生产1000多万吨钢，获得世界钢铁协会颁发的“可持续发展奖”。

装备智能化就是要通过智能化建设，让装备能自己运行得越来越好。钢铁工业是流程工业，相关控制系统非常复杂，涉及多学科的结合和交叉，需要炼铁、炼钢、连铸、轧制专家和信息专家、自动控制专家一起深度参与。经过长期的建设和发展，钢铁行业已经具有先进的数据采集系统、自动化控制系统和研发设施，可以为我们提供海量的数据资源。我们要充分发挥钢铁行业海量数据和丰富应用场景优势，在工业互联网、大数据、云计算、5G网络等信息技术的支撑下，推进钢铁行业的数字化和智能化转型。

产品的高质化包括两方面：一是现有产品要通过转型升级、提质增效，达到国际前列，直至世界第一；二是在领跑性、前沿性的技术方面，力争做到世界唯一。做钢铁等材料研究，我们要着重培养三种能力，第一种是表征和评价能力，第二种是合成与加工能力，第三种是计算和建模能力。相对来说，我国在计算和建模能力方面显得薄弱，亟待加强，这对于我们实现钢材产品的高质化至关重要。

供给服务化就是钢铁科技创新要紧盯生产一线，服务生产实践、服务产业发展。我们的科学研究要面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康。这要求钢铁科技工作者必须深入到企业和实践中，在一线发现问题，再筛选出关键共性问题，上升到理论研究，然后和企业结合，转化到生产实践中，这样的科研成果必然会为企业欢迎，应用转化才能自然而然地实现。我们只有把钢铁科研的供给侧和钢企用户的需求侧紧密结合起来，甚至使二者融为一体，才能为钢铁产业的科技进步提供持续不竭的动力。

没有夕阳产业，只有落后技术。钢铁产业虽然已有200多年的历史，但是在一波又一波科技浪潮推动下，钢铁材料的更多性能被不断开发出来，不断变革人类生产生活条件。创新永无止境，中国作为世界钢铁产业大国，在推动钢铁科技创新方面责无旁贷，我们要勇于担当、敢于挑战、善于创新，参与创造世界钢铁产业更加辉煌的明天。