在推進實現(xiàn)全球碳中和目標與新一輪科技革命的雙重驅動下，中國鋼鐵行業(yè)正面臨前所未有的轉型壓力與發(fā)展機遇。“十五五”期間，我國鋼鐵工業(yè)應瞄準以下四大技術創(chuàng)新主線發(fā)力。第一，針對我國廢鋼資源的特色，研究探討鋼鐵材料全生命周期廢鋼資源的分類管理、循環(huán)利用，進行技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)重構、經(jīng)營模式創(chuàng)新，實現(xiàn)由目前的低廢鋼比時代向高廢鋼比時代、全廢鋼時代的科學合理過渡。第二，以鋼鐵主流程實測歷史大數(shù)據(jù)為基礎，推進鋼鐵流程“知識引導+數(shù)據(jù)驅動”，攻克大數(shù)據(jù)計算智能、多模態(tài)感知智能、人機混合認知智能構成的黑箱預測模型難關，實現(xiàn)冶金、加工設備的自主無人控制。第三，AI（人工智能）驅動材料創(chuàng)新實現(xiàn)快速迭代，聚焦量大面廣傳統(tǒng)材料的升級換代、小批量—多品種生產(chǎn)模式轉換創(chuàng)新、高合金材料新一代冶煉、鑄造、加工技術工程創(chuàng)新。第四，鋼鐵行業(yè)必須加強5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)管理下全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調管理優(yōu)化運行。在垂直方向上，實時大數(shù)據(jù)/機器學習指導資源配置與優(yōu)化；在流程方向上，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈信息互聯(lián)互通、協(xié)同融合、共榮共享、高質量發(fā)展。

綠色化轉型

加快低碳技術創(chuàng)新研發(fā)

1.廢鋼循環(huán)利用

最好的綠色鐵素資源。我國粗鋼產(chǎn)量多年維持在10億噸高位，已連續(xù)29年位居世界第一。隨著我國鋼鐵蓄積量的增加，廢鋼儲存量必然隨之逐年增加，預計未來某個時間，對應于目前的產(chǎn)量高峰，將出現(xiàn)廢鋼產(chǎn)出高峰，屆時廢鋼供給量將超過逐年下降的鋼鐵需求量，全廢鋼時代必將到來！這是全世界獨此一家的“中國特色”，是我們制定未來發(fā)展策略必須認真考慮的基本出發(fā)點。

但是目前尚缺少全生命周期（鋼材生產(chǎn)廠、制造廠、用戶、廢鋼企業(yè)）、全產(chǎn)業(yè)鏈的廢鋼科學管理，廢鋼回收技術水平低下，尚未實現(xiàn)嚴格分類回收。

廢鋼問題必須立即從現(xiàn)在抓起，開展深入研究，建立起廢鋼資源分類，科學管理、循環(huán)利用的新體制、新機制。以EPR（生產(chǎn)者責任延伸）文件為指針，為了實現(xiàn)廢鋼科學有效利用，必須研究探討如何以鋼鐵材料全生命周期、全生產(chǎn)流程、全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，實現(xiàn)廢鋼資源的分類管理、循環(huán)和利用，進行產(chǎn)業(yè)重構和經(jīng)營模式創(chuàng)新，解決我國鋼鐵行業(yè)與制造業(yè)共同面臨的資源、能源、環(huán)境等重大問題。管理問題的核心點是實施貫穿產(chǎn)品全生命周期的標識解析系統(tǒng)。因此需要研究如何從孤立的企業(yè)非標準化標識管理系統(tǒng)，過渡到互聯(lián)的標準化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析系統(tǒng)，從而實現(xiàn)報廢鋼鐵材料拆解的自動化、數(shù)字化、標識化、機器人化。要實現(xiàn)機器人化裝配—拆解，設計—生產(chǎn)—使用—回收等全程標識追蹤，確保廢鋼高質量循環(huán)，讓廢鋼變成最優(yōu)綠色鐵素資源。

廢鋼資源是綠色、低碳的鐵素資源。在全廢鋼時代，廢鋼產(chǎn)出量大于需求量，已經(jīng)沒有必要再使用鐵礦石煉鐵了。屆時，除了釩鈦磁鐵礦等特殊礦產(chǎn)資源可能需要使用豎爐氫基熔分外，豎爐需求已經(jīng)不大。因此，發(fā)展豎爐冶煉須謹慎。

近年，美國、歐洲正在開發(fā)使用以鐵礦石為原料的零碳煉鐵工藝，如熔融氧化物電解工藝MOE、低溫煉鐵工藝ODE、歐盟低溫電解工藝ULCOTWIN，以及我國有的團隊也在開發(fā)的零碳排放閃速煉鐵工藝。不少企業(yè)已經(jīng)對這些技術表現(xiàn)出極大的興趣，躍躍欲試。但是，考慮到我國鋼鐵業(yè)世界獨一無二的特色，即將來會進入到全廢鋼時代，廢鋼產(chǎn)出量會遠大于需求量，已經(jīng)沒有用鐵礦石煉鐵的需求。因此，決策投入重金和人力開發(fā)所謂零碳煉鐵技術必須慎之又慎。

2.全廢鋼情況下廢鋼的冶煉工藝、裝備、技術和產(chǎn)業(yè)鏈的韌性

今后幾十年間，將逐步實現(xiàn)低比例廢鋼—高比例廢鋼—全廢鋼的平穩(wěn)過渡，最終達到低碳（零碳）、綠色化、全廢鋼冶煉。目前，有些鋼廠有比較充足的廢鋼資源，迫切需要建立科學合理、綠色減排、優(yōu)質高效的產(chǎn)業(yè)鏈，開發(fā)全新的綠色、高效、清潔的廢鋼冶煉技術。在這種情況下，必須研究高比例廢鋼，甚至全廢鋼時低碳節(jié)能優(yōu)質環(huán)保的冶煉（熔化）與精煉工藝與裝備。需要認真研究比較分析，在產(chǎn)業(yè)鏈上，煉鋼、連鑄與軋制的界面如何實現(xiàn)節(jié)能減排、優(yōu)質高效的合理銜接？是繼續(xù)采用目前的冶煉連鑄與軋制遠離的產(chǎn)業(yè)鏈斷裂方式，還是采用界面優(yōu)化、熱送熱裝方式銜接？在冶煉裝備上，是采用電弧爐+精煉，還是采用感應爐+精煉，亦或是采用其它的創(chuàng)新方式？這些都需要科學思考、大膽創(chuàng)新、科學實踐，同時還要制訂嚴格的冶煉質量標準和操作規(guī)范。

3.低成本、易循環(huán)、高質量的綠色產(chǎn)品設計與生產(chǎn)

鋼廠的鋼材產(chǎn)品設計應遵循新一代鋼材綠色化的設計理念，確保生產(chǎn)的鋼材低成本、易循環(huán)、高質量。例如，不銹鋼可以實現(xiàn)100%回收，相對于現(xiàn)在大量使用的碳鋼，不銹鋼全生命周期成本可降低20%左右。因此，研究不銹鋼的可行應用場景，推動它在我國經(jīng)濟建設中的廣泛應用，將成為今后研究的重要課題。在制造業(yè)部門，同樣需要進行鋼材的優(yōu)化設計研究。以乘用車白車身為例，需研究一鋼多能的柔性優(yōu)化設計，即可以用一種鋼材，通過不同的加工工藝生產(chǎn)大跨度強度和性能范圍的材料，并在制造過程中將這些材料焊接成白車身。這樣便可在報廢白車身時無需拆解分類，循環(huán)利用將十分方便。

4.鐵礦石資源綠色開發(fā)利用

鐵礦石是我國鋼鐵工業(yè)的保障性資源，屬國家重大戰(zhàn)略需求。我國鋼鐵產(chǎn)量大，加之鐵礦資源稟賦差、難利用，鐵礦石長期大量依賴進口，進口量已連續(xù)多年超10億噸，對外依存度一直在80%左右徘徊。自主研發(fā)創(chuàng)新技術，實現(xiàn)難選鐵礦資源的高效利用，意義重大。

但是，各地的鐵礦成礦方式不同，例如有熱液成礦、沉積成礦、變質成礦等各種成礦條件，因而造成礦物的化學組成、嵌布粒度、嵌鑲關系等資源稟賦差異很大，各礦都有自己的特點。目前，高校與企業(yè)合作，針對海南石碌鐵礦難選鐵礦石、酒鋼鏡鐵山鐵礦石、鈮鐵混合精礦石分別立項，根據(jù)各礦的特點，研究特色化的創(chuàng)新選礦技術與工程應用，取得顯著效果。已有專家提出利用鐵礦石的基因分析方法，研究相應的鐵礦石選礦處理方法，通過試驗和驗證，即可在工業(yè)化的水平上實現(xiàn)各種不同的難選礦優(yōu)質選用。這是一個很有挑戰(zhàn)性的新課題。

5.適應能源結構轉型的鋼鐵生產(chǎn)技術

中國寶武等單位研究適應能源結構轉型的鋼鐵生產(chǎn)技術，全流程“油車”變“電車”，實現(xiàn)由化石能源向電能轉換的能源結構調整，在冶金還原煤氣電加熱、原燃料電加熱造塊、軋鋼熱處理加熱電氣化等方面做工作，實現(xiàn)從源頭上減碳。據(jù)中國寶武有關負責人介紹，節(jié)能減排效果極為顯著。這種減排思路有必要在“十五五”期間在更大范圍內研究、推廣、應用。

6.高鈦型釩鈦磁鐵礦氫冶金關鍵技術與裝備

高鈦型釩鈦磁鐵礦分布于我國四川、云南、河北承德、遼寧朝陽等地。這種礦復雜的物相組成和礦相結構使得其冶煉困難，一直未能得到高效開發(fā)利用，造成了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。實現(xiàn)高鈦型釩鈦磁鐵礦高效綜合利用是我國冶金工作者責任所在。

目前，鞍鋼集團攀鋼、河鋼承鋼等已經(jīng)開展氫基豎爐用釩鈦氧化球團制備及優(yōu)化、釩鈦球團氫基豎爐直接還原、釩鈦氫基豎爐產(chǎn)品電爐熔分和釩鈦氫基豎爐—電爐全流程質能轉換及碳足跡優(yōu)化研究，已經(jīng)突破了一批重大技術。接下來需要充分運用鋼鐵冶金、冶金物理化學、反應工程學、工藝礦物學等多學科理論，采用宏觀、微觀、納觀多尺度研究方法，重點針對釩鈦磁鐵礦氫基豎爐直接還原—電熱熔分短流程，構建釩鈦磁鐵礦資源基礎特性數(shù)據(jù)庫，突破氫基豎爐直接還原用釩鈦磁鐵礦氧化球團制備、釩鈦磁鐵礦球團氫基豎爐直接還原、釩鈦磁鐵礦金屬化球團電熱熔分、釩鈦礦氫基豎爐核心裝置優(yōu)化設計、氫冶金短流程智能高效轉化及碳足跡優(yōu)化等關鍵技術，為釩鈦磁鐵礦高效清潔綜合利用提供理論基礎和技術支撐。

7.新一代鋼包噴射冶金技術

研發(fā)鋼包底噴粉（L-BPI）、真空精煉裝置噴粉（RH-SPI）等新一代鋼包噴射冶金技術，可解決目前爐外精煉工序多、時間長、溫度損失大等痛點問題，全面提升脫硫、合金化等精煉效果。但是，目前鋼包噴粉精煉過程鋼液滲漏、堵塞等問題尚未徹底攻克，產(chǎn)業(yè)化應用遇阻，需要學科交叉、行業(yè)協(xié)同，盡快解決，推動實際應用。

8.綠色低碳連鑄技術研究進展

長期以來，煉鋼與軋鋼工序是通過模鑄銜接的。1943年，德國人SiegfriedJunghans（音譯名容漢斯）建成了第一臺澆鑄鋼液的試驗連鑄機。20世紀50年代連鑄技術開始在歐美國家實現(xiàn)工業(yè)化應用，80年代逐漸成為全球主流生產(chǎn)工藝，90年代初主要產(chǎn)鋼國已實現(xiàn)90%以上的連鑄比。因此，相對于煉鋼和軋鋼工序，連鑄還比較“年輕”。連鑄快速發(fā)展起來后，西方鋼鐵業(yè)已經(jīng)陷入衰退，沒有進行精雕細刻的改進和優(yōu)化，也沒有承受新需求的巨大壓力，一直沿用至今。所以連鑄技術還有比較大的發(fā)展、提升空間。

近期高校與設計院所、企業(yè)，圍繞高性能寬厚板綠色制備關鍵連鑄技術、高拉速板坯連鑄技術、超厚板坯連鑄技術開展了研發(fā)與推廣應用工作。

為發(fā)展超高溫連鑄坯熱送與直接軋制工藝，迫切需要開展板坯高拉速連鑄關鍵技術研究。我國目前熱連軋板坯的拉速是1.5米/分鐘，通常是四流連鑄對一線軋制，不能實現(xiàn)直接軋制。如果增設電磁攪拌實現(xiàn)電磁控流，并采取相關措施，則可以將連鑄拉速提高到3米/分鐘。在這種情況下，二流頂四流，可以在補熱、直接熱裝軋制的條件下實現(xiàn)非無頭生產(chǎn)，保證原有產(chǎn)量。當然，要在軋制速度與拉速的匹配、產(chǎn)量的平衡上再下一番功夫，甚至進行設備部分改造。無論如何，以高速連鑄帶動直接熱裝軋制，既可實現(xiàn)節(jié)能減排又能提高質量，效益巨大，迫切需要開展研究。

此前在高性能寬厚板制造過程中困擾研究人員的連鑄熱送裂紋、軋制邊線裂紋、熱連軋微合金鋼的角部裂紋等板坯缺陷問題，由于連鑄工作者的努力已得到了較好的解決，但在方坯、圓坯生產(chǎn)中也有各種裂紋缺陷，因此將裂紋控制研究拓展到方坯、圓坯等領域，也是目前一個比較重要的方向。

高性能特厚板需求不斷增長。為保證其鑄坯質量，通常需采用超厚規(guī)格坯料大壓縮比軋制生產(chǎn)。為此，有關高校與設計院、企業(yè)合作，提出了采用直弧型連鑄連續(xù)生產(chǎn)超厚板坯的新思路，研發(fā)出系列裝備和工藝技術，鑄坯中心偏析C級率≥91%。但是，在目前的情況下，能否繼續(xù)努力，采取各種有效措施將鑄坯中心偏析C級率進一步提高，以獲得更佳的心部質量，或者以同樣的C級率生產(chǎn)更厚的板坯，這都將是一個更大的突破。所以，優(yōu)質超厚板坯生產(chǎn)技術還有一定的發(fā)展空間。

9.節(jié)能減排、優(yōu)質高效的無縫鋼管產(chǎn)業(yè)鏈和生產(chǎn)技術

熱軋無縫鋼管是重要的鋼材品種，目前無縫鋼管生產(chǎn)呈現(xiàn)四大主要特點。一是產(chǎn)業(yè)鏈不完整，煉鋼—連鑄與軋制距離甚遠，甚至分屬兩個企業(yè)；二是小批量，多品種；三是生產(chǎn)工藝為連鑄坯堆放冷卻—缺陷處理—再加熱—軋制—熱處理—管加工—產(chǎn)品；四是質量調控主要靠添加合金元素和離線熱處理，無在線熱處理裝備，能耗高，成本高，排放高。管材和同樣用途的板材相比，生產(chǎn)成本（排放）高一倍，質量差（內壁質量、壁厚不均問題長期困擾，得不到解決）。

因此，建議采用新的無縫鋼管生產(chǎn)路線，如廢鋼原料—電爐冶煉—精煉—連鑄—直接穿孔軋制—在線控冷—管加工工藝路線，取消環(huán)形爐，并采用新的產(chǎn)品成分和工藝設計，如低碳—低錳—微合金化—控軋控冷，建立完整、低碳、減排的新產(chǎn)業(yè)鏈，將大幅降低無縫鋼管生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質量。

10.短流程中厚板坯連鑄連軋無頭軋制技術

通過引進國外技術，一些企業(yè)已經(jīng)消化掌握了短流程薄板坯連鑄連軋無頭軋制技術。在此基礎上，國內外一些專家提出單流—單機中厚板坯無頭軋制生產(chǎn)熱軋帶鋼的設想，以5米/分鐘~6米/分鐘的拉速，高通量生產(chǎn)厚度為130毫米~150毫米的中厚板坯，并合理設計熱連軋機的配置，使每條線能夠年產(chǎn)常規(guī)規(guī)格的熱連軋產(chǎn)品200萬噸~300萬噸。我國已有企業(yè)對此產(chǎn)生較大興趣。因此，針對新的需求，組織隊伍開展中厚板坯無頭軋制的研究設計是十分必要的。

11.中寬帶薄板坯無頭軋制+熱彎型鋼+控制冷卻制備超高強型鋼

目前，輕卡車大梁板一般采用冷軋板，強度為1180兆帕，厚度在2毫米以下，滾壓成型。重卡及商用車采用熱軋板，厚度大部分是4毫米、6毫米、8毫米等，強度級別是510兆帕、610兆帕、710兆帕、780兆帕，沖壓成型，1000兆帕以上熱軋板用得很少。在這種情況下，冷彎型鋼廠制備商用車大梁，冷彎成型力會非常大，產(chǎn)品成型困難，質量難以保證，對成型設備能力需求也很大。如果要繼續(xù)提高大梁板的強度，則成型設備能力和成型質量將成為瓶頸。

為此，提出一種“中寬帶薄板坯無頭軋制+熱彎型鋼+控制冷卻＋切斷”直接制備超高強大梁型鋼的方案。這個方案的中心思想是熱軋完成后先進行低成型力的熱彎成型，而后進行控制冷卻，避開了冷彎成型難題，且通過控冷可以輕松把大梁強度提高到1500兆帕以上。這將有助于商用車大幅度的輕量化和節(jié)能減排，提高運輸效率。

12.超快冷等先進技術拓展應用

由于產(chǎn)學研共同努力，熱軋鋼材超快冷技術在普鋼系統(tǒng)得到大規(guī)模應用，取得可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。這項技術在特鋼系統(tǒng)同樣具有廣闊的應用前景。奧氏體不銹鋼板材的超快冷在線固溶處理，軸承鋼棒材軋后超快冷控制網(wǎng)狀碳化物，成效均十分顯著。因此，希望通過產(chǎn)學研的深度融合，尋找超快冷技術在特鋼系統(tǒng)的應用場景，加強先進技術的拓展應用，這是一個重要的研究方向。

13.短流程薄帶連鑄技術

薄帶連鑄技術發(fā)展多年，近年我國也開始引進和自主開發(fā)。但是，由于其熱軋加工量小，鑄態(tài)組織未能完全消除，難以應用到性能要求嚴格、服役條件惡劣的場景。鑄軋裝備的鑄輥、側封、水口要求嚴格，制造加工難度很大，導致生產(chǎn)消耗大、成本高。但是，其快速凝固特點可以帶來其他生產(chǎn)方式所難以比擬的優(yōu)勢。因此，探索利用這一特點，制造其他方式難以生產(chǎn)的特殊尺寸、性能的材料，應是鑄軋技術下一步發(fā)展的重要方向。已有團隊探索利用鑄軋技術制造傳統(tǒng)加工方法難成型的高合金薄和極薄帶，解決了關鍵核心技術難題，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。