作為國內鋼鐵行業(yè)最具權威性的專業(yè)媒體，《世界金屬導報》通過篩選并經(jīng)行業(yè)知名專家嚴格評選，最終確定了“2021年世界鋼鐵工業(yè)十大技術要聞”，內容涵蓋鋼鐵生產主流程工序重大技術創(chuàng)新成果，便于讀者全面了解鋼鐵行業(yè)重大技術研發(fā)動向。

1、氫冶金技術突破有力支撐全球鋼鐵碳中和

  在全球脫碳的背景下，采用氫能冶煉實現(xiàn)低碳甚至“零碳”工藝的產業(yè)化，是徹底解決生產過程中環(huán)境污染和碳排放問題的技術方向。

  2021年4月，奧鋼聯(lián)多納維茨鋼鐵公司建設的氫基粉礦還原（HYFOR）試驗廠調試成功。該技術無需造塊工序，可使用鐵精礦進行直接還原，適用于赤鐵礦和磁鐵礦等多類礦種。新工藝使用來自可再生能源的100%氫氣作為主要還原劑，也可使用富氫氣體，能夠顯著減少CO2排放。

  中國寶武“富氫碳循環(huán)高爐”項目完成了第二階段的試驗任務，通過引入焦爐煤氣、脫碳煤氣，打通富氫碳循環(huán)工藝流程，達到了50%的超高富氧冶煉，降低碳消耗15%。目前，由中鋼國際EPC總承包的第三階段試驗工程正式開工，向30%碳減排沖刺。此外，寶鋼湛江100萬噸級氫基豎爐工程于2021年12月23日開工，對今后的綠色低碳發(fā)展意義重大。

  2021年4月，建龍集團建設的氫基熔融還原法（CISP）冶煉高純鑄造生鐵項目順利投產，一次性產出高純鑄造生鐵156t。該工藝取消了燒結和焦化等工序，可使SO2和NOx排放量減少38%，粉塵排放量減少89%，且沒有二噁英、酚氰廢水等污染物排放。

  此外，還有許多氫冶金項目已啟動，如蒂森克虜伯建設的阿聯(lián)酋水電解制氫項目，中冶京誠總體設計的河鋼宣鋼氫能源工程示范項目等。

點評

  HYFOR試驗廠適用于處理多類礦種，工藝采用低碳能源，對于實現(xiàn)碳中和有積極作用，示范引領作用顯著。中國寶武“富氫碳循環(huán)高爐”項目突破了傳統(tǒng)高爐的富氧極限，降低了二氧化碳排放量，實現(xiàn)了綠色低碳煉鐵工藝技術的新發(fā)展。CISP新工藝的成功投產標志著具有中國自主知識產權的氫基熔融還原冶煉技術成功落地轉化。氫冶金技術的突破有助于實現(xiàn)無化石能源冶煉，支撐全球低碳轉型。

2、綠色智能全廢鋼短流程直軋線達國際領先水平

  東北大學聯(lián)合徐州金虹、長春電爐、上海大學、撫順特鋼，基于基礎理論研究和共性技術開發(fā)，建成了綠色智能全廢鋼連續(xù)加料電弧爐-精煉-連鑄-直接軋制短流程生產線。

  該項目開發(fā)了廢鋼高效預熱技術、電弧爐快速熔煉技術、鑄坯提溫技術、快速運坯及調度技術以及粗軋設定和溫控技術等，結合智能化信息平臺開發(fā)，建成了一套全廢鋼電弧爐連續(xù)加料-快速熔煉-精煉-連鑄-直接軋制全過程智能化信息系統(tǒng)，形成了具有自主知識產權的全流程成套關鍵技術和智能設備，實現(xiàn)了全流程信息貫通和智能優(yōu)化控制。

  該生產線已投產，電弧爐冶煉周期短至32min，冶煉電耗低至331.5kWh/t，二噁英排放濃度為0.017ng/m3，二氧化碳排放量為0.65t/t，直接軋制率高達96%，總體生產指標達到國際領先水平，環(huán)境與經(jīng)濟效益顯著。

點評

  綠色智能全廢鋼連續(xù)加料電弧爐-精煉-連鑄-直接軋制生產線與傳統(tǒng)電弧爐煉鋼-軋鋼流程相比，能耗降低20%以上，效率提高50%以上，運行成本降低30%以上，大幅降低了碳排放、污染排放，有力助推了我國鋼鐵工業(yè)高質量可持續(xù)發(fā)展。

3、“以軋代鍛”開啟特種合金生產新模式

  2021年3月，由中冶京誠EPC總承包建設的陜西天成航空材料有限公司的鈦合金大棒材生產線項目全面進入試生產階段，標志著中冶京誠在特種合金軋制領域創(chuàng)新性地采用了“BD1350 BDM850”的先進軋制工藝模式，成功替代了傳統(tǒng)的“鍛造工序”，國內首創(chuàng)了鈦合金大棒軋制生產線，實現(xiàn)了特種合金“以軋代鍛”的新突破，達到國際先進水平。

  產線配備了中冶京誠擁有自主知識產權的硬核裝備，即BD1350大型開坯機和BDM850橫移式可逆開坯機；產品以高品質鈦及鈦合金棒材為主，規(guī)格覆蓋φ90-φ300mm的圓棒和多種規(guī)格斷面的中間方坯，滿足航空航天、軍工、醫(yī)療等高端市場的需求。

  此外，中冶京誠自主研發(fā)了小延伸高線精軋機組，滿足了“以軋代鍛”工藝后續(xù)高品質精軋的需求，特別適合特種合金線材的軋制要求，并在國內多個高線項目中成功應用。

  “以軋代鍛”大大提高了生產效率、降低了生產成本，使得軋件溫度、尺寸精度、表面質量、內部組織和機械性能得到了較好地控制，保證了生產技術的先進性、靈活性和經(jīng)濟適用性。

點評

  傳統(tǒng)特種合金生產工藝存在熱加工成本高、成材率低、表面質量差等問題。中冶京誠創(chuàng)新采用的“以軋代鍛”工藝，很好地解決了合金變形抗力大、熱變形塑形差、熱加工溫度范圍窄等技術難題。橫移式開坯機的應用，集傳統(tǒng)開坯機和連軋機組的優(yōu)點，提高了生產效率及產品質量，為特種合金生產提供了最佳的工藝裝備選擇。

4、省資源型抗氫脆高強不銹鋼助力氫能社會

  當前，全球正在向實現(xiàn)“氫能社會”邁進，需要在高壓下填充氫的裝置以及充氫站的建設。

  日本愛知制鋼成功開發(fā)了一種不用鉬等稀有合金，且具有良好切削性的新型高強度不銹鋼AUS305-H2，是對第一代燃料電池汽車用AUS316L-H2不銹鋼的改進。該材料已經(jīng)開始規(guī)模供應，除了用于氫氣站的裝置（填充噴嘴、高壓氫氣手動閥、止回閥等），還可以用于對材料有高強度要求的氫氣填充口、燃料電池汽車以及用于氫能社會的各種基礎設施建設。

  該公司開發(fā)并商業(yè)化的這種新型不銹鋼，通過增加碳在不銹鋼中的比例，不使用鉬就可以抑制不利于耐氫脆性的馬氏體組織的生成。新型不銹鋼實現(xiàn)了省資源、低成本，在維持原來性能的基礎上，鋼材成本下降約10%。另一個特點是添加了硫元素，改善了鋼的切削性。

點評

  為了在高壓下充氫氣，需要使用儲罐和其他設備，須將高壓氫氣存儲在儲氫裝置中。愛知制鋼新開發(fā)的AUS305-H2不銹鋼，既具備儲氫設備所要求的高強度，也具備耐氫脆性，還具有生產儲氫設備時所要求的良好的易切削性，助力“氫能社會”的發(fā)展。

5、世界首款19.8級超高強度緊固件研制成功

  上海大學材料學院董瀚教授領銜的高性能鋼鐵材料團隊與六家單位聯(lián)合攻關，研制出世界首款19.8級（最高強度等級）超高強度緊固件。

  該項目通過“材料生產-緊固件制造-服役評價”全產業(yè)鏈協(xié)作，基于高組織度調控的特殊鋼超高強化技術、導入氫陷阱與強化界面的降低延遲斷裂敏感性技術、控制微米級夾雜物性態(tài)的提高抗疲勞破壞性能技術，利用高純鐵原料成功研發(fā)出超高強度緊固件用B17.8及B19.8鋼，形成了16.8級和19.8級緊固件制造技術。

  16.8級和19.8級螺栓室溫抗拉強度分別滿足1600-1770MPa和1900-2070MPa；螺栓剪切力分別達到97kN和115kN；滿足疲勞壽命要求（平均疲勞壽命不低于65000次，單個疲勞壽命不低于45000次）；耐延遲斷裂性能試驗（根據(jù)GJB 715.12-1990，大氣環(huán)境下恒定拉應力保持96h）結果表明，螺栓在測試時間內未發(fā)生斷裂破壞，卸載后螺栓表面及螺紋處未發(fā)現(xiàn)裂紋，綜合性能滿足使役要求。

點評

  該項目成功研制出16.8級和19.8級緊固件，是國際上緊固件與材料攀登強度高峰的一大突破，將有力地推動重大裝備的輕量化制造，促進中國的鋼鐵生產與緊固件制造領先世界。這次超高強度螺栓的研制突破預示著中國基礎件與材料從跟跑、并跑到領跑的過程正在加速。

6、新一代6.78m搗固焦爐促行業(yè)高質量發(fā)展

  2021年，中冶焦耐新一代6.78m大容積搗固焦爐煉焦技術相繼在山西陽光安昆新能源、山西潞寶二期等企業(yè)20余座搗固焦爐上得到應用。

  新一代6.78m搗固焦爐嵌入梯級供給冷端調節(jié)技術，并應用了硅質隔熱磚、新式保溫涂料等新型耐火材料，集成多種先進搗固煉焦技術，在源頭減排、節(jié)能降耗、高效生產等方面處于世界領先水平。優(yōu)化的高向梯級供給低氮燃燒技術LNCT？最大限度抑制爐內NOx生成，并降低煉焦耗熱量；爐墻竄漏綜合控制技術WLCT？結合焦爐密封技術提升焦爐熱效率；煤餅穩(wěn)定控制技術確保焦爐連續(xù)安全穩(wěn)定達產；裝煤煙塵控制技術徹底解決搗固焦爐煙塵外逸難題，實現(xiàn)“無煙裝煤”；專有CPS-NG？單孔炭化室壓力調節(jié)技術確保煉焦全周期炭化室壓力穩(wěn)定；焦爐加熱優(yōu)化控制與管理系統(tǒng)極大提升了焦爐自動化程度，減員增效。

點評

  中冶焦耐具有完全自主知識產權的6.78m搗固焦爐是世界上炭化室高度最高、單孔產能最大的搗固焦爐，原料煤適應性廣、低碳環(huán)保、節(jié)能高效、智能化水平高、可實現(xiàn)全流程超低排放，社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著，對于推動焦化行業(yè)高質量發(fā)展具有重大意義。

7、5G AI鐵鋼界面智慧管控系統(tǒng)上線

  2021年11月9日，由中冶賽迪承建的武鋼“5G AI鐵鋼界面智慧管控系統(tǒng)”一次性成功上線，標志著我國鋼鐵行業(yè)已建成的最大規(guī)模的5G企業(yè)內網(wǎng)上，無線“信息高鐵”正式全線貫通。該項目共完成廠區(qū)內5座高爐、4個煉鋼廠、20輛鐵水運輸機車、67臺魚雷罐車、100臺敞口鐵水罐車、12個道口的智能化升級改造，及400余條鐵水運輸線路的智能化管控。預期將減少鐵鋼界面崗位作業(yè)人員20%，鐵水運輸效率提升10%，鐵水溫降降低10℃，初步估算，僅運輸環(huán)節(jié)產生的直接經(jīng)濟效益每年逾4000萬元。

  “AI 鐵鋼界面智慧管控系統(tǒng)”搭載中冶賽迪自主研發(fā)的PanGoLIP工業(yè)物流智能平臺，以全流程智能跟蹤、全流程狀態(tài)管理為基礎，將智能模型及算法與鐵水運輸生產工藝深度結合，建立智慧鐵水調度系統(tǒng)，實現(xiàn)鐵水自動分配、路徑自動規(guī)劃、微機聯(lián)鎖自動控制、道口自動開閉、作業(yè)實績自動生成等核心功能，為鐵鋼界面構建“AI大腦”。

  中冶賽迪將5G與鐵鋼界面智慧管控系統(tǒng)融合，利用5G大帶寬、低時延、廣連接的特點，解決了復雜工業(yè)場景下移動端和邊緣端數(shù)據(jù)高質量傳輸?shù)碾y題，實現(xiàn)實時定位跟蹤、設備在線監(jiān)測、運輸作業(yè)管控、邊緣計算數(shù)據(jù)回傳、道口安全管控這5個應用場景。

  該系統(tǒng)還采用了工業(yè)容錯視覺標簽技術，打破傳統(tǒng)二維碼識別模式，創(chuàng)新編解碼技術，將二維碼與深度學習相結合，從根本上解決了惡劣作業(yè)條件下物流跟蹤識別問題。

點評

  當前，我國正處于經(jīng)濟結構調整、產業(yè)轉型升級的關鍵時期，數(shù)字化轉型成為提升制造業(yè)競爭力的重要路徑。“5G＋AI鐵鋼界面智慧管控系統(tǒng)”解決了傳統(tǒng)作業(yè)模式下鐵水物質流信息跟蹤不準確、作業(yè)區(qū)之間存在信息孤島、生產協(xié)同不足等痛點問題，將生產環(huán)節(jié)的智能化和智慧物流打通與聯(lián)動，有利于企業(yè)進一步深化數(shù)字化、智能化改造，促進產業(yè)結構優(yōu)化和企業(yè)高質量發(fā)展。

8、智能感知及可視化管理平臺實現(xiàn)智能煉鐵

  傳統(tǒng)高爐冶煉中，高爐內部生產看不見、摸不著，內部信息極度缺乏，也無法對其實施同步監(jiān)測。

  為打破這種現(xiàn)狀，中冶南方開發(fā)了“智慧高爐大數(shù)據(jù)智能感知及可視化管理平臺”，通過建立一套管控體系，實時掌握異常爐況的演變，及時診斷、快速處理，實現(xiàn)高利用系數(shù)、低燃料比、長壽命的統(tǒng)一，完成高爐全生命周期的持續(xù)優(yōu)化。

  “智慧高爐大數(shù)據(jù)智能感知及可視化管理平臺”是中冶南方智能制造領域最新的科技創(chuàng)新成果，已入選工業(yè)與信息化部2021年大數(shù)據(jù)產業(yè)發(fā)展試點示范項目。

  基于WISDRI DPlant？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構，中冶南方針對高爐生產薄弱環(huán)節(jié)和關鍵生產指標，采用邊緣計算、人工智能、云端分析等技術，進行高爐工業(yè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)分析及可視化展示平臺的建設，以及工藝模型和專家知識庫的構建，從爐料可視化、氣流可視化、爐型可視化、爐熱可視化、安全可視化和管理可視化等6個維度，實現(xiàn)生產的全面監(jiān)視、評估、診斷及操作優(yōu)化指導，實現(xiàn)智能化煉鐵。

點評

  “智慧高爐大數(shù)據(jù)智能感知及可視化管理平臺”打破了高爐生產“黑匣子”的現(xiàn)狀，該系統(tǒng)涵蓋了高爐二級管理、高爐模型、專家知識以及安全評估診斷功能，在包括爐料、氣流、管理等的可視化系統(tǒng)框架之下，動態(tài)解決各類異常爐況的預報、診斷、處理，全面監(jiān)視高爐生產，實現(xiàn)鋼鐵生產過程控制與產品質量的高穩(wěn)定性與高精度。

9、燒結礦豎式冷卻工藝實現(xiàn)重大突破

  鞍鋼集團工程技術有限公司和普銳特公司共同開發(fā)出新型的鼓風冷卻加引風除塵的燒結礦豎式冷卻工藝。該工藝漏風率低（幾乎無外排廢氣），氣固換熱效率高，可實現(xiàn)燒結礦顯熱高效回收，且主體設備布置簡單，運行穩(wěn)定。

  在鞍鋼265m2燒結機進行的工業(yè)化應用中，成功地開發(fā)了以下技術和裝備：計算機模擬及試驗物理模型確定豎窯結構、重型大角度鏈斗機上料設備、用窯頂旋轉溜槽布料器防止物料偏析以及合理均勻的布風技術、窯體下部合理排料技術、豎窯與環(huán)冷機的自由在線切換料技術等。

  該項目技術的關鍵指標可達到：①排料平均溫度≤150℃；②窯頂煙氣溫度約300-350℃；③區(qū)域廢氣排放濃度為10mg/Nm3。

  燒結礦豎窯冷卻技術可徹底解決燒結環(huán)冷機區(qū)域由于環(huán)冷機漏風造成的揚塵、逸塵等環(huán)境污染問題。另外，該項目技術在余熱回收效率方面有重大突破，因此，該項目對冶金工廠綠色生產、提質增效的發(fā)展戰(zhàn)略具有深遠影響。

  此外，該項目技術對于提高燒結礦噸礦發(fā)電率、改善燒結礦質量、降低燒結礦冷卻機區(qū)域的環(huán)境污染有著創(chuàng)造性的意義。

點評

  環(huán)保壓力日益增大，尤其在碳達峰、碳中和的背景下，各鋼鐵企業(yè)將重點轉移至節(jié)能環(huán)保領域，最大限度地考慮余熱應收盡收。燒結礦豎式冷卻技術在滿足燒結礦低成本且高質量的要求下，必將會有長遠的發(fā)展空間。雖然豎窯冷卻燒結礦及余熱回收裝置一次性投資比環(huán)冷機稍高，但節(jié)能效果顯著。豎窯冷卻燒結礦及余熱回收技術是燒結礦冷卻技術發(fā)展的趨勢。

10、燒結智能控制系統(tǒng)填補行業(yè)空白

  針對燒結生產過程復雜度高、勞動強度大、智能化水平低，中鋼設備自主創(chuàng)新開發(fā)的“燒結智能控制系統(tǒng)”于2021年1月在萊鋼2×480m2燒結機上成功運行。

  該系統(tǒng)采用數(shù)學模型、知識庫、大數(shù)據(jù)分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡等方法，實現(xiàn)了燒結過程智能控制、質量智能閉環(huán)控制和生產信息智能管理三個子系統(tǒng)的控制，從而形成燒結全過程的智能控制系統(tǒng)。

  該系統(tǒng)主要創(chuàng)新點包括：①研發(fā)了燃燒一致性模型，實現(xiàn)燒結生產過程燃燒一致性的智能控制；②采用混勻礦物料跟蹤技術，實現(xiàn)無擾自動換堆；③采用5次曲線擬合方法對風箱廢氣溫度進行分析，實現(xiàn)燒結溫度上升點（BRP）和燒結終點（BTP）的準確判斷；④基于時間序列的質點跟蹤技術，建立知識庫。該系統(tǒng)獲授權發(fā)明專利2項和實用新型專利1項。

  該系統(tǒng)已應用于俄羅斯2×300m2燒結機、石橫特鋼2×265m2燒結機等共計10余條產線，應用效果良好。

點評

  中鋼設備自主創(chuàng)新開發(fā)的“燒結智能控制系統(tǒng)”，實現(xiàn)了多項技術創(chuàng)新。該系統(tǒng)的研制成功，填補了燒結智能化控制領域的空白。該系統(tǒng)的上線運行，大大降低了崗位工人的勞動強度，極大地提高了燒結生產過程的智能化水平，降低了燃料消耗，減少了CO2排放，在行業(yè)內具有廣泛的推廣應用價值。

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