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近些年,我國冶金工程學科發展很快,尤其是冶金裝備制造、冶金工藝流程優化和產品開發在理論和工程技術上都有長足的進步,人才培養也同步發展,中國已成為世界鋼鐵冶金研發的重點國家之一。
鋼鐵是21世紀最具創新潛力和可持續發展的材料之一,不僅在支撐我國國民經濟快速發展和滿足人民群眾消費需求升級上具有重要作用,而且在推動我國經濟綠色化進程中也發揮重要作用。在清潔生產、重化工循環經濟的發展中,鋼鐵生產流程將起重要作用;另外廢鋼的回收已超過廢紙、廢塑料、玻璃等其他可回收材料的總量。鋼鐵行業要充分認識到,這不僅是我們的社會責任,更是提高未來競爭力的必然選擇。
鋼鐵冶金企業綠色發展必須實現"兩個轉變",即在發展模式上,從傳統資源消耗、環境負荷增加的粗放發展走向更加注意節能減排、清潔生產、低碳發展的科學發展模式。在企業功能上,從單純產品制造向鋼鐵產品制造、能源轉換和消納社會廢棄物的生態型鋼鐵企業轉變。鋼鐵企業在產品研發上,既要重視節能環保型材料的研發,更要重視質量和質量穩定性的提高;既要重視產品生產中的節能減排,更要重視產品在其他行業應用中帶來節能減排的效果。
在工藝技術上要重點研發鋼鐵工業節能、環保、清潔生產技術的系統解決方案,并以一些薄弱環節為重點,加強研發。要研究燒結煙氣綜合治理,焦爐煤氣合理利用技術,焦化水的系統處理以及減少CO2排放的低碳冶煉和短流程工藝技術,在產業鏈延伸和管理上要加強對產品全生命周期的評價和全方位的管理,把設計、采購、運輸、生產、營銷和產品回收利用有機地結合起來,盡量減少對環境的影響,以符合綠色化的發展方向。
在冶金流程工程學上,應重點抓好與冶金工廠設計方面的結合,以動態-精準設計的理念和方法構建我國冶金工程設計的創新理論和設計方法革新的完整體系。既重視新廠建設中的應用,更要重視現有工廠改造和指導生產中的運用,要結合中國鋼鐵工業發展的實際,充分認識中國鋼鐵工業發展的復雜情況。冶金工程是一個復雜的、系統流程工程,要確保工程系統運行中動態有序性、高效協同性和穩定性。要注意現代鋼廠功能的拓展優化,以融入我國循環經濟和社會生活可持續發展的總體要求。
(一)冶金工程技術學科展望
今后學科發展的重點體現在以下六方面:
1. 重視鋼鐵行業的綠色發展。
鋼鐵冶金企業綠色發展必須實現兩個"轉變",即發展模式上,從單純追求數量擴張的粗放型向節能減排、清潔生產、低碳發展的科學發展模式轉變,在企業功能上從單純鋼鐵產品制造向產品制造、能源高效轉換和消納社會廢棄物的生態型鋼鐵企業轉變。
2. 應重點抓好冶金流程工程學與冶金工廠設計、生產運行的結合。
應以動態精準設計的理念構建我國冶金工廠設計創新理論和設計方法的完整體系,既重視在新廠建設中的應用,更應重視現有工廠改造和指導日常生產中的運用。
3. 重視信息學科和云計算技術快速發展給冶金工程和冶金工程技術學科帶來的新機遇和挑戰。
應充分發揮信息學科和冶金工程技術學科交叉、優勢疊加、互相促進的作用,帶動整個冶金工程和冶金工程學更上新水平。
4. 關注國際冶金工程學科在各領域的研發熱點和重點。
特別是要關注對行業和學科發展可能產生重要影響的研究方向和主要研究成果,集中財力、物力、加大對重點發展項目的投入強度、支持優勢團隊,力爭在重點方向上有較快發展和突破。
5. 加強行業和學科創新支撐體系建設。
包括政策支撐體系、技術服務體系、投融資服務體系、法律(知識產權)服務體系、人才培養和激勵體系等。
6. 加強以企業為主體的產學研用之間的協同創新能力建設。
掌握行業競爭和發展的主動權,特別要加強工藝和裝備的創新、產品研發與升級、節能減排、清潔生產、生態環境協調發展。要通過工程流程完善與優化以及關鍵共性技術的研發和新成果推廣應用等幾方面工作,使鋼鐵企業原材料和能源消耗大幅度降低,環境保護和生態建設取得較大改善。
上述諸多方面的發展方向將進一步體現在如下具體內容:
1 在基礎理論研發方面:
1-1 在冶金物理化學學科方面,未來五年應重點研究潔凈鋼精煉的相關冶金物理化學研究,特別是夾雜物生成及去除機理的動力學研究;高合金鋼、低合金鋼精煉相關的冶金物化研究,包括合金液及相關爐渣熱力學性質和物理性質等。
1-2 在冶金反應工程方面,未來五年在開展高效、節能、減排、再資源化中,將工藝理論研究與生產工藝研究更緊密結合,并取得高效成果,大力開展低尺度效應和更大尺度效應的研究,總結普適性規律,取得工業應用成果。
2 在冶金工程技術研發方面:
2-1 在冶金原料與預處理方面,今后應研究采礦設備大型化、高效化、自動化、智能化;要加強深部開采技術的研究,包括深部提升技術、井下選礦廠建設等;要研究礦山數字化、構建生態礦業工程方向發展;研究無人采礦和遙控采礦設備與技術。
2-2 在冶金熱能工程學方面,繼續深化冶金過程的物質流、能量流、信息流及其協同優化研究。特別是能量流網絡的運行結構及表現形式,多因子能量流控制技術研究;鋼鐵制造流程中多介質能量流網絡優化方法和動態仿真;物質-能量-信息流協同運行機制及控制策略;能量流網絡化運行評價及其指標體系。
2-3 在煉鐵方面應采用新工藝進一步提高焦炭質量,通過壓塊、搗固等方法提高焦炭質量,滿足大高爐的要求,要開展適應大高爐焦炭質量指標評價體系研究;要深入研究礦石日漸貧化形勢下的造塊技術。大力開發新工藝、新技術,加強低CO2排放,低碳煉鐵新工藝、新流程的研究,在取得成果基礎上,進行半工業性試驗。
2-4 在煉鋼方面,應加強提高鋼的潔凈度的研究,以滿足日益提高的鋼材性能要求。要進一步提高去除雜質的限度,改進工藝,提高生產效率,優化高效率、低成本潔凈鋼生產平臺集成技術。要加強對鋼中非金屬夾雜物控制的研究。
2-5 在軋鋼方面,應加強研究的方向:
(1)開發不同類型的鑄坯裝送-熱裝節能技術;
(2)高性能、高強度鋼材生產技術相關應用科學探索研究;
(3)大型異形材全軋程及冷卻過程熱力耦合模擬分析預測;
(4)鋼材組織性能精確預報及柔性軋制技術;
(5)結合超快速冷卻控制的軋制、冷卻與組織性能一體化控制理論與技術;
(6)無頭軋制、半無頭軋制薄規格、超薄規格熱帶鋼軋制相關的理論與技術;
(7)建立完整的鋼材產品的設計、生產和應用評價技術與體系,以及鋼鐵材料數據庫與科學選材系統,為下游用戶正確選材、合理用材提供理論與技術支撐。
2-6 在冶金機械及自動化方面,應充分認識到冶金裝備是工藝實現手段和載體,是產品制造的工具和質量保障的條件。今后五年應重點研發:
(1)產品質量在線監測、性能預測和質量診斷技術;
(2)新型近終型鑄軋技術,研發薄帶鑄軋、無頭軋制、新型高速連鑄裝備;
(3)開發板坯在線快速加熱技術;
(4)煙氣脫硫、脫硝方法、工藝及裝備研究;
(5)熱連軋機組機、電、液耦合振動抑制與系統解耦動態設計方法及技術;
(6)冷連軋機組穩定高速軋制技術。
(7)冶金流程在線連續檢測和監控系統,采用新型傳感器技術,光機電一體化技術,軟測量技術,數據融合和數據處理技術,實現關鍵工藝參數閉環控制,物流跟蹤,能量平衡控制,環境排放實時控制和產品質量全過程控制。
(8)計算機流程模擬,支持生產組織、生產流程優化,支持新生產流程設計和新產品開發優化,實現以科學為基礎的設計和制造。
(9)知識管理和商業智能,利用企業信息化積累的海量數據和信息,并將企業常年管理經驗和集體智慧形式化、知識化為企業持續發展和生產、技術、經營管理各方面創新奠定堅實的核心知識和規律性認識。
各學科既要十分重視本學科發展的重點方向和研發水平,又要高度關注其他學科研發的方向、方法和新的進展。建立起開放而不是封閉的研發體系和機制。充分發揮多學科交叉、優勢互補、互相啟發、互相促進的優勢。
(二)冶金工程技術學科發展對策
1. 提高行業和學科自主創新能力,完善行業科技創新體系和產業技術創新支撐體系建設。應統籌協調行業發展戰略,科技、教育和人才規劃,建立和完善知識產權服務市場和技術交易體系。應建立高水平的產學研用創新戰略聯盟和技術研究平臺,突破行業重點原始創新和共性關鍵技術。
2. 抓好新一代鋼鐵制造流程工藝技術知識的普及和宣傳,宣傳最近部分鋼鐵廠重視環保,提出環境經營理念,綠色產品制造,環境友好技術和工藝創新觀念,抓好生態文明建設的好典型。
3. 利用國家新環保標準和節能減排的新要求,采取各種有效措施,淘汰落后產能、落后工藝和設備。
4. 應加大節能減排新技術的研發和成熟技術的推廣工作
5. 加大國內鐵礦、錳礦和焦炭資源科學勘探力度,提高資源綜合利用水平
6. 加大對學科基礎理論研究的支持,特別是學科前沿技術和重點關鍵領域,以及學科綜合性研究領域的支持,力爭盡快取得突破。
7. 加強對領軍人才和骨干科技人才的培訓、培養和激勵,包括創新方法、創新文化的培訓,鼓勵獨立提出一些學術見解,培育寬容的學術自由爭鳴的氣氛。