冶金工程技术学科发展简述.doc

July. 20072007年炉外精炼年会论文集 3 冶金工程技术学科发展简述 中国科学技术协会，中国金属学会 冶金工程技术学科是工程技术学科中的重要学科，它是冶金工业，尤其是钢铁工业发展的基础和保证。 现代冶金工程技术学科在我国钢铁工业高速发展中努力创新，支持了钢铁生产流程的优化和符合循环经济基本原则、符合人类生活可持续发展目标的要求。 我国现代冶金工程技术学科新世纪主要发展是提出了可循环钢铁生产流程工艺与装备新理念；利用现有生产装备在优化工艺技术的基础，实践高洁净、高均匀性和超细晶理论，经济高效地批量生产高强韧性钢材；大大促进了薄板坯连铸连轧紧凑流程工艺与装备技术的发展。从总体上可以认为，我国冶金工程技术学科的自主创新能力有了很大提高，已取得的创新成果中，有不少已达到国际先进或领先水平，成为我国钢铁工业优化与发展的重要标志。 本报告将就冶金工程技术学科新世纪以来发展取得的新进展，与国际先进水平的对比，未来发展的目标、研究方向和重点分别进行论述。 1 中国冶金工程技术学科发展的新进展 1.1 具有较广泛综合性的学科发展新进展 主要有以下3个方面 1 提出可循环钢铁生产流程工艺与装备新理念，是学科发展最重要的进展之一 中国钢铁工业高速发展的同时，提出了新世纪应重点发展怎样的新一代钢铁生产流程的命题。钢铁工业是流程工业，流程的优化是钢铁工业整体优化的基础和保证。冶金工程技术学科的专家们研究了钢铁流程功能优化、钢铁生产在循环经济中的作用和责任、环境与能源结构对钢铁生产制约及推动钢铁流程优化的作用等问题后，明确提出了钢铁企业要集产品制造、能源转化、社会废弃物再资源化三大功能于一体为主要内容的新一代钢铁制造流程新理念[1]。目前这一理念正在不断完善，把研究衡量其水平的目标体系，在若干现有先进技术、装备基础上，与新开发的工艺、装备及界面技术集成，重新构筑全新流程作为重点，对现有企业的改造和新建钢厂的设计都有很好的指导意义。目前这一理念已纳入国家中长期科学和技术发展规划纲要及“十一五”国民经济和社会发展规划纲要。首钢京唐钢铁公司就是力图按照这一理念建设的全新型钢铁生产流程。 2 首先实现优质、低耗、高效的超细晶钢产业化生产 利用生产高洁净钢、高均匀性和超细晶粒的理论和新技术[2]，利用现有钢铁生产装备，开发出低成本批量生产高强韧性钢材的系统技术是冶金工程技术学科发展最主要的新进展之一。 2004年根据研发成果出版的“超细晶钢”一书获2004年中国图书奖，是这一创新与优化的集中体现。据不完全统计从2000～2006年，我国共生产和使用超细晶钢达1000万吨，产值在300亿元以上。获国家科技进步一、二等奖共两次，省部级奖五项，中国材料学会二等奖一次。合理选择细晶粒度（3～5μm）而不是＜1μm是区别世界其他先进国家的研究发展新思路，使我国成为世界上首个利用现有装备批量生产具有超细晶粒特征的高强韧性钢材的国家。 3 钢铁前沿科技领域的薄板坯连铸连轧紧凑流程工艺技术与装备在中国迅速进行了引进技术消化吸收再创新，取得了显著的成绩。 薄板坯连铸连轧是一项跨多个分学科的综合学科新技术，是近终形连铸连轧技术中最早实现产业化并迅速发展起来的全新紧凑型流程。我国在已有研发的基础上，在多条引进生产线上进行了引进技术消化吸收再创新的工作[3]。进入新世纪短短几年，尤其是2005年和2006年这一全新流程的生产能力和产量都已居世界首位，并在生产高效化、产品高档化、装备与相关技术自主开发等方面取得了重大进展，使我们国家在这一高新技术领域中跻身于世界先进的行列。其主要表现为第一，开发了稳定高效的系统生产工艺技术，使我国在日产、月产和年产水平及作业率、事故率等主要技术经济指标上居世界先进水平；第二，已开发应用冶炼－精炼－薄板坯连铸－热连轧－冷轧－涂镀层板等贯通全流程的系统优化技术；第三，发挥与传统流程相比生产薄规格钢带卷优势的技术已日趋完善；第四，自主开发了核心装备与相关材料设计、制造、应用的系统技术；第五，实现了这一学科领域的技术输出。这项综合多个分学科成果的前沿科技成果大大提升了我国冶金工程技术学科在世界上的水平与地位，成为学科技术最新发展的重要标志之一。 除了上述3项最重要的进展外，冶金工程技术学科的各个分学科还取得了许多新进展，分述如下 1.2 各分学科发展的主要进展 1.2.1 冶金物理化学 1）溶液（及相图热力学）理论与冶金熔体性质的测定 第一，溶液的新一代几何模型到质量三角形模型 第二，研制测定钢液成分的新型固体电解质和新型化学传感器。 第三，开展国际合作开发直接用于钢铁冶金预报炉渣黏度、活度、硫化物容量的软件ThermoSlag[8]，成果与国际先进水平同步。 2）提出可控氧流冶金学,指导开发冶金新工艺、新方法 3）材料物理化学在功能性耐火材料研究中的新进展 在科学的成分设计和工艺设计下，开发研制出如MgAlON-BN等先进耐火材料。 4）环境保护及绿色冶金 主要在电镀液处理和铬铁矿提铬上有新成绩。 5）冶金电化学、资源综合利用 1.2.2 冶金反应工程 冶金反应工程分学科新世纪以来也有新成绩。首先是完成了“冶金反应工程”丛书（21卷）的出版工作。其次每2年一次的冶金反应工程学术年会进行热烈的交流。第三，各专业学术会议中也有了越来越多的冶金反应工程学论文发表。 1.2.3 冶金原料与预处理分学科 这个分学科中主要进展有如下3个方面。 1）铁矿深凹露天高陡坡安全高效开采与汽车胶带半连续高效运输系统理论和技术进入世界先进的行列。 2）贫磁（赤）铁矿选矿技术达到国际领先水平 3）铁水预处理各类技术和研究取得长足进步 1.2.4 冶金热能工程分学科 1）各工序都研发与应用了充分利用废气余热预热燃料与助燃空气（双预热），以使低热值煤气获得高附加值利用。 2）以减轻环境污染为目标的低NOx、低CO2高效燃烧理论与技术结合蓄热式“双预热”等工艺不断扩大应用范围。 3）各类冶金余热、余压、余能利用的理论和技术也在中国得到充分发展。 4）行业已开始对能源消耗的统计计算方法进行调研与规范。 5）冶金分析技术在快速、微量、高精度等方面有了新的发展。 1.2.5 钢铁冶金分学科 钢铁冶金分学科和轧制分学科是冶金工程技术学科中有关主生产流程的重要分学科，其发展是钢铁科技创新最重要的内容。 1）烧结、球团、高炉、转炉、电炉、精炼炉大型化、高效化技术开发与应用取得新成绩 2）高炉高效长寿系统技术达到新水平 到2006年，我国已拥有一批炉龄达到15年的高炉，而且在一代炉龄期内有效容积产量≥13000t/m3，实现了高效化，使我国在这一技术领域中进入了世界先进行列。 3）高炉喷煤技术优化有新成绩 4）非焦、非高炉炼铁技术开发和应用有新进步 5）转炉溅渣护炉全程复吹长寿优化技术世界领先 6）转炉智能化终点控制技术不断优化 7）电炉强化冶炼与电气运行合理化技术有了新进展 8）高效钢水真空与非真空精炼技术开发成功 9）高效连铸优化技术和电磁连铸技术有新突破 10）氮化钒合金生产全新工艺流程创新 11）炉料全预热铁合金生产新流程投入使用 12）铁合金精炼成型等新技术开发有突破 1.2.6 轧制分学科 轧制学科技术开发在优化与高效生产板带技术，优化产品结构方面有很大进步。 1）微合金高性能钢材生产技术具有自主的特色。 2）汽车用钢已可整车供钢。 3）高级别的高强度石油管线钢、石油套管钢、钻杆用钢均可国内供货，性能达到了国际先进水平。 4）铁道用钢基本满足要求，达到国际先进水平。 5）H型钢生产系统工艺技术跻身世界先进行列。 6）冷轧电工钢的开发进展迅速。 7）不锈钢技术的重大突破。 8）轧制学科在控轧控冷，尤其是一些品种的超高速冷却技术开发方面也有进展。新一代炉卷轧机的装备和技术已在韶关、南京等厂进行完善和再开发。 1.2.7 冶金机械与自动化分学科 我国冶金设备制造及自动化技术，在化轧钢 设备大型化、数字化与智能化控制、设备在线监测与维护等方面都取得了突出的成绩。 1）轧机成套技术立足国内的研究开发有重大突破 2）冶金自动化技术与装备迅速进入世界先进行列。 3）冶金设备电力传动变频技术全面达到国际先进水平 4）我国大型钢铁联合企业在国内外首次提出并实施关键设备的万点以上在线监测与控制，几年来的运用效果良好。 1.3 科技学术活动、科技论文和科技著作 近几年来冶金工程技术学科的科技学术活动、科技论文和科技著作不断增加，是学科发展繁荣的有力证明。 从2001年到2006年仅冶金工业出版社出版的冶金科技专著就超过1200种，年论文总数超过15000篇，充分反映了学科研究发展的广泛性。 1.4 冶金科技奖和国家科技进步奖 2001年到2006年几百项成果分获冶金科技奖和国家科技进步奖。学科发展水平的另一个标志就是有几百项成果获冶金科技奖和国家科技进步奖、发明奖。 2 与国际先进水平的对比分析 我国冶金工程技术学科近几年发展与创新成果有部分达到了国际先进水平；有的属国际独创、领先水平；学科发展与繁荣在世界同类学科中是较为突出的。这是我们继续发展的强有力的保证。 学科发展与国际先进水平的主要差距表现在4个方面 1 前沿科技自主开发创新能力及成果产业化程度不如国外先进企业。 2 已自主开发成功的关键装备与技术有的系统性不够全面，有的产业化后应用不够稳定，技术经济指标方面与同类国际技术装备尚有一定的差距。 3 中国大、中、小企业落后与先进技术装备并存的局面，已成为先进技术应用及优化的重大“瓶颈”。这种情况如不改变，将严重影响学科的发展。 4 科技创新总体投入强度偏低，严重影响成果水平推广及产业化进度 3 学科发展的主要方向和重点 总的方向是要瞄准世界发展的最高水平，全面提升学科发展的档次和成果产业化的速度，在10～15年内争取引领冶金工程技术的创新与发展。实现这一发展方向和目标，必须抓好以下重点 （一）实践并完善、优化可循环钢铁流程工艺与装备的理念和技术是学科发展的首要任务 1.必须充分重视薄板坯连铸连轧紧凑流程的优化技术开发 （1）贯通从冶炼到冷轧及其延伸产品涂镀层钢材的整个生产过程。 （2）努力发挥生产薄规格热带卷（尤其是以热代冷带卷）的优势。 （3）大力试验与完善铁素体轧制和半无头轧制先进技术。 （4）实现装备与相关材料的自主设计、制造、开发与应用。 （5）继续提高以高浇铸速度、高作业率、高效率、高质量为主要内容的高效化稳定生产技术水平。 使2～3年后我国在薄板坯连铸连轧领域中处于世界最好水平。 2. 大力开发各工序在可循环钢铁流程中协调一致的各项界面技术和高效化生产技术，确定最佳目标，便于流程的整体优化。 3. 加快研究能源有效转化和社会废弃物再资源化的各项技术，并首先在现有企业中应用。以在新流程钢厂投产之初即可应用。 4. 开发与其他行业互为废弃物再资源化利用的衔接技术，真正建成钢铁为中心的生态工业园区。 （二）把产品创新摆到钢铁科技创新最重要的位置上来 企业一切科技创新成果，最终都要凝聚到成本和性能最具竞争力的产品生产上来。因而这就是冶金工程技术学科创新首要任务。 （三）充分关注学科前沿技术的应用基础理论研究及本世纪主导科技对其的影响 1. 应用基础理论的研究开发重点 （1）新型熔融还原应用基础理论的开发。 （2）H2还原理论与技术的研究 （3）各类近终形连铸理论和技术的研究 2. 本世纪将起主导作用的纳米科技、生物工程科技优化冶金工程技术学科的有关问题研究。