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自主创新,实现钢铁领域高水平科技自立自强

    习近平总书记指出,科技自立自强成为决定我国生存和发展的基础能力,要加快建设科技强国,实现高水平科技自立自强,坚决打赢关键核心技术攻坚战。钢铁是工业社会最重要的基础原材料,对我国的国防军工、装备制造、基础设施建设和人民生活等都起到了不可替代的支撑作用,有力推动了中国工业化和现代化进程。持续稳定地获得高质量钢铁产品,与掌握石油、粮食等战略资源具有同等重要的地位。

    我国钢铁创新发展三大战略任务

    经过数十年的发展,我国钢铁行业取得了长足进步,但在高端钢铁材料和关键工艺技术创新等方面仍然存在大而不强的问题。从发展需求和世界钢铁产业发展趋势来看,绿色化和智能化又成为新一轮钢铁领域技术竞争的焦点。我国钢铁材料及产业目前迫切需要攻克3座高峰,实现“三化”:一是高端特种材料存在“卡脖子”问题,高品质钢铁材料存在稳定性难题,产品高质化需求强烈。二是钢铁材料生产面临资源、能源限制,铁矿石对外单一依存度大,碳达峰、碳中和已成为国家重要战略,钢铁产业压力巨大;推动我国铁矿资源安全可靠稳定供给,实现全流程工艺绿色化愈发迫切。三是生产装备与工艺过程的稳定性,产品的均匀性、一致性差,产业数字化、智能化赋能钢铁材料与工艺技术创新发展势在必行,装备智能化迫在眉睫。

    钢铁是以应用为导向的多工序流程制造产业。实现钢铁领域科技自立自强,就是要面向世界科技前沿、面向国民经济主战场、面向国家重大战略需求、面向人民生命健康,聚焦高质化钢铁材料、关键工艺技术自主高效供给和产业绿色化数字化转型升级,全流程一体化创新,突破高端及特种钢铁产品制备核心关键技术,研发与环境友好相适应的绿色化生产工艺,并以数字化、智能化技术赋能钢铁材料与工艺技术创新,保障我国国防建设和民生需求的高端高品质钢铁材料自主供给和产业安全发展。具体来讲,我国钢铁领域创新发展应重点面向如下战略任务:

    一是突破“卡脖子”核心工艺和材料技术,提升重大工程与国防建设用高端特种钢铁材料自主保障能力。高品质特殊钢是保障国家工业化和国防安全不可缺少的重要基础材料,我国特殊钢产能约有7000万吨,但产品档次不高、产能过剩,国防军工、重大装备及工程所需的高端特种钢铁材料仍有部分完全依赖进口,存在“卡脖子”问题和风险。同时,海工、能源、电力、交通、装备制造等重点领域高等级钢铁材料也面临关键技术指标不高、关键核心技术有待突破、质量不稳定等瓶颈和难题。创新超高强韧钢铁材料理论,突破关键核心技术,确保重大工程和高端装备用钢铁材料自主保障,是钢铁材料领域首要重大战略任务。

    二是创新绿色化生产工艺,突破资源、能源等方面的限制,破解排放、污染等环境问题。目前,我国钢铁材料产业铁矿石对外依存度已持续多年达85%以上,成为经济安全运行的重大隐患。而实际上我国及权益矿山贫杂铁矿石储量达300亿吨以上,但资源禀赋差、采用常规选矿技术无法有效利用,且世界上类似的贫杂铁矿石储量高达数千亿吨,创新绿色高效分选方法,实现贫杂铁矿石资源化利用,对于我国钢铁材料产业资源自主保障意义重大。同时,钢铁产业是实现碳达峰、碳中和国家战略的重点领域,工艺绿色化势在必行。研发能源高效利用、低碳冶金、钢铁-化工联产等低碳前沿技术,以及自主创新洁净化冶炼、薄带铸轧、无头轧制等绿色化短流程生产工艺,实现绿色化转型升级,是碳达峰、碳中和国家战略实施的重要支撑。

    三是数字化、智能化技术赋能钢铁材料和工艺发展与创新,推动“数字钢铁”建设,支撑钢铁工业转型升级。加快建设“数字中国”,实施数据驱动创新发展,已成为国家重要战略。钢铁生产制造过程不确定性极强,工序内物料基本为“黑箱”,且工序间交叉耦合,限制了产品质量与生产稳定性的进一步提升。同时,材料设计多通过“试错法”重复实验和模拟择优进行,生产过程与产品使役过程未能形成信息共享及协同。推进制造过程数字化、智能化和大数据集成运用,构建钢铁材料创新基础设施平台,采用大数据、机器学习等方法揭示材料成分、工艺与组织性能之间的复杂关系,加快材料与工艺创新;研究生产过程数字孪生模型,开发生产全流程与产品全生命周期的信息物理系统,实施数字化转型,提升产品质量、消除产品缺陷、稳定生产过程、降低生产成本、提高生产效率,是钢铁材料与工艺技术创新发展的迫切需求。

    钢铁科技自主创新要做到四点

    我国已多年居世界钢铁产量首位,中国钢铁业已站在世界最前沿。创新,尤其是自主创新的历史责任已责无旁贷地落到中国钢铁人身上。在党的坚强领导下,钢铁人通过自主创新,已经在全流程工艺、装备,以及钢铁产品、超低排放等领域取得了很好的成绩。在借鉴世界优秀科技成果的基础上,在新的历史形势下,我们更有理由和信心,通过自主创新、自立自强,加快我国钢铁领域科技创新,引领世界钢铁产业发展。

    实现钢铁领域高水平科技自立自强,我们要面向民生发展和国防安全对钢铁材料和产业的实际需求,结合钢铁产业特点,充分调动创新要素,汇聚创新资源,共同做好钢铁领域的科技自主创新突破。为此,应特别注意贯彻执行以下几点:

    一是以企业为主体,产学研深度融合,协同创新,“揭榜挂帅”共同做好科技创新与高效突破。以企业为主体,就是要通过企业充分梳理产业关键技术和重大科技问题,出题“出榜”,并共同做好科技的中试和成果转化实施工作。高校、科研机构要以钢铁产业国家重大战略目标和任务为导向,加强基础研究与创新突破,用高质量科技成果“揭榜”。协同创新,就是要材料、加工、机械、控制、信息等多学科交叉,多行业协同,产学研用融合,工艺-装备-产品-服务一体化创新,将创新优势资源汇聚到制约产业发展的关键技术和重大科技问题上来,加快科技创新与关键技术突破,形成高效强大的共性技术供给体系,提高科技成果转移转化成效。同时,充分发挥我国社会主义制度的优越性,集中力量突破系列共性技术,实现产业“共享”,推动全行业技术共同进步。

    二是加强钢铁领域基础研究/应用基础研究与技术创新应用实践之间的双向互动、融通发展,基础研究支撑关键技术创新,应用实践推动基础研究深化,加快技术创新和成果熟化进展。应用实践是科技创新的检验标准。钢铁产业发展到今天,为我们钢铁人提供了宏大而真实的场景,更为科技创新提供了宽广的舞台,钢铁材料与工艺的研究创新,应用实践检验比以往任何时候都更加容易和便捷。我们既要注重提升基础研究的深度、成果熟化的程度和支撑度,更要注重在技术创新与应用实践中提炼科学问题。实际应用结果用来指导和深化基础理论研究,作为新的创新原点,倒逼基础研究深化,实现螺旋式上升,甚至是工程再创新,才能将科研成果真正应用于实际,才能真正实现创新价值,实现创新驱动发展。在创新进程中,基础研究、应用基础研究和前沿技术研究双向互动,融通发展,才能有效加快创新步伐。而实际上,高水平科技创新,基础研究与技术创新之间的界限愈发模糊,更多的是二者复合。这更加需要钢铁科技工作者打通创新的分工壁垒与界限。

    三是注重全流程全产业链创新,系统化解决问题;深化供给侧改革,全心全意服务需求侧。钢铁材料制造是典型的流程工业,并具有典型的“遗传效应”,最终产品质量的优劣,是由“矿-冶-铸-轧-材”全流程的各个工序环节共同决定的;关键核心技术的突破涉及全流程多工序环节,需要全流程一体化解决问题。钢铁作为基础原材料,用户需求变化多端,纵观钢铁材料发展历程,无不是用户不断提升的需求推动了钢铁领域的创新发展。因此,我们不仅要注重钢铁制造过程,同时更要注重需求侧的使役、服役性能要求,倒逼钢铁材料制造过程的成分设计、工艺方法及装备手段创新升级,开发出质量更好、性能更优的钢铁产品。

    四是适应数字化转型和材料研究转型发展趋势,注重研究方法创新,推动钢铁材料重大原始创新突破。面对第四次工业革命浪潮,钢铁材料科学正在经历数字化、智能化转型,以实验工具、数据、计算工具组成的钢铁材料创新基础设施的建设,将改变钢铁材料科学与技术研发策略。同时,加快材料发现与研发进程,降低材料研发成本,也是当前材料研究共同关注的问题。在当前大数据、机器学习背景下,创新材料研究方法,构建金属材料创新基础设施,协同金属材料集成计算,将有望大大加快材料原始创新突破。实践证明,基于大数据、机器学习方法可快速构建材料工艺参数与组织性能间的关系,并结合材料集成计算和实验方法与手段,逆向解析相关基本原理,对于建立重大原创理论体系、推动金属材料基本原理发展、进一步助力钢铁新材料新工艺开发意义重大。

    展望未来,从民生发展和国防安全对钢铁材料和产业的实际需求出发,只要秉承“创新、求真、落地”的科研精神,勇于担当,坚定自信,我们必将能够在钢铁发展历史上留下中国人的科技印记,建设一个满足国家民生和国防发展需求、绿色化、数字化、具有创新生态的钢铁产业,助推我国钢铁产业率先进入国际领先制造业集群。

本文来源:产业网

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