數智融合賦能鋼鐵工業綠色低碳發展

郭豐艷 張宋一 邵俊 張巍巍 王佳

［收稿日期］2023-08-16

［基金項目］唐山市軟科學研究計劃項目（22110205F）；

唐山市社會科學界聯合會課題（TSSKL2023-244）。

［作者簡介］郭豐艷（1981— ），女，河北唐山人，碩士，副教授，主要研究方向：綠色低碳。

［摘 要］鋼鐵產業是我國工業領域高耗能高排放產業的典型代表，由于產能過剩、生產工藝復雜、產業結構升級難度大等多重壓力，其降碳減排任務艱巨，積極尋求新的發展方向勢在必行。以綠色低碳高質量發展為目標，借助數字技術、智能技術與專業業務深度融合，鋼鐵工業不斷創新生產工藝模式，優化資源配置，逐步推動智慧環保系統和全流程監控系統等的研發與應用，從而實現增效、提質、減排、降碳，構筑鋼鐵工業發展新生態。

［關鍵詞］鋼鐵產業；數字化；智能化；綠色低碳

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2024.03.049

［中圖分類號］F416.31 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2024）03-0159-04

0? ? ?引 言

減少溫室氣體排放，積極應對氣候變化，深入推動綠色可持續發展，已成為全球性共識。作為全球碳排放最高的國家，中國積極開展節能減排工作，不單是應對環境變化，更是要以此為契機聚力綠色經濟與可持續發展。黨的二十大報告和“十四五”規劃明確提出積極穩妥推進碳達峰碳中和，并指出要推進重點行業和領域綠色化改造，推動能源清潔低碳安全高效利用。

作為我國工業領域高耗能高排放產業典型代表的鋼鐵產業，在碳達峰碳中和目標下，降碳壓力較大、任務艱巨，亟須采取科學有效的改革措施，以實現其高質量、綠色低碳發展。

1? ? ?雙碳背景下我國鋼鐵行業面臨的挑戰

1.1? ?鋼鐵產能高，碳排放量大

近年來，中國鋼鐵產業飛速發展，粗鋼產量增長迅猛，由2000年的1.29億噸增長到2022年的10.18億噸。雖然2021年、2022年出現了產量連續兩年下降的現象，但仍居全球第一。在鋼鐵工業繁榮發展的同時，資源、能源消耗量大，碳排放量高，環境污染嚴重等問題日益突顯。與發達國家相比，我國鋼鐵產業降碳節能壓力巨大。

1.2? ?傳統冶煉工藝向低碳工藝轉變難度較大、成本

高昂

我國鋼鐵行業消耗的能源以焦炭和原煤為主，工藝模式仍以高爐—轉爐長流程冶煉工藝為主導，以鋼鐵大省河北為例，轉爐鋼產量約占鋼鐵總產量的95%。長流程工藝的碳排放量是以廢鋼為原料的電爐短流程工藝的三倍，導致二氧化碳排放量居高不下。因此推動工藝轉型乃大勢所趨。但由于廢鋼價格較高，且廢鋼回收、處理環節尚不完善，給短流程工藝的深入推廣帶來了挑戰。此外，若將現存的鋼鐵企業進行大范圍的工藝升級改造或重建低碳排放工藝，甚至關停一批高碳排放的鋼鐵企業，短時期內較難實現，原因是我國許多鋼鐵企業關停和折舊成本相對較高［1］，進而造成了鋼鐵產業升級困難，嚴重影響了雙碳進程。

因此，為實現“雙碳”目標，中國鋼鐵產業必然要實現新突破。在生產工藝上，使用清潔能源，降低對高碳化工藝的依賴，改進工藝技術；在產業布局上，提高行業集中度，逐步淘汰高耗能的中小鋼鐵企業，同時部分產能向擁有風能、太陽能等清潔能源基地轉移［2］。在能源回收利用上，完善廢鋼資源的回收再利用體系，以及余熱、余能、余壓的循環使用。在生產運營上，積極推進數字技術、智能技術的應用，建立能源利用、碳排放監控等數字化平臺，實現生產管控一體化、排污數據監測智能化。

2? ? ?鋼鐵行業數字化、智能化發展現狀

“十四五”規劃提出要加快數字化發展，推進數字產業化和產業數字化，促進數字經濟和實體經濟深度融合。顯然，數字化轉型已成為企業“十四五”規劃的重要戰略，其核心是“技術+管理”的相輔相成，涉及到企業的戰略、組織、文化、運營等方方面面，是一項系統性工程［3］。在雙碳背景下，我國鋼鐵工業的轉型升級不僅僅是去除過剩產能，還是如何加快與新技術、新生產要素的有效融合，不斷提高生產效率與生產彈性，提升產品的附加值，實現供需平衡［3］。因此，在我國鋼鐵工業轉型升級的關鍵階段，數字技術、智能技術與專業業務有效融合是鋼鐵行業推進新型工業化的必由之路，也是加快實現綠色低碳發展的大勢所趨。

隨著數字化、智能化的不斷推進，我國陸續出臺了多項相關政策，以助力鋼鐵行業實現綠色低碳高質量發展。目前，鋼鐵企業在數字化、智能化發展方面已初見成效。一是鋼鐵行業數智融合水平不斷提升，培養了一批專業過硬的人才隊伍，逐步形成了“產、學、研、用”的發展模式［4］。二是無人化應用持續賦能，部分企業針對作業強度大、作業環境惡劣、人員安全風險大的作業（如焊接、切割、噴漆、扒渣撈渣等），以及質量檢測、溫度測量及樣品檢驗等標準作業環節，進行了無人化改造。三是鋼鐵行業基于國內外發展形勢和自身轉型升級需求，不斷推進智能制造建設，據中國鋼鐵協會統計數據，2021年底我國近80%的鋼鐵企業開展了智能制造實踐。已有唐山鋼鐵集團有限責任公司等多家鋼鐵企業入選工信部2022年“智能制造示范工廠”。

雖然，我國鋼鐵行業正圍繞智能制造、智慧運營、智慧服務三大領域探索轉型實踐，不斷推進技術創新和管理創新，但其數字化、智能化發展仍存在諸多阻礙。

第一，鋼鐵行業生產過程的數智融合多局限于生產環節的智能控制。鋼鐵企業在優化生產工藝、降低耗能、技術創新等方面不斷進行數字化、智能化探索，但仍然存在著原始創新應用比例與核心知識產權數量不足，生產、經營、管理全流程數字化程度偏低等問題。

第二，鋼鐵工業生產流程復雜，部分機理不清晰，各工序涉及的工藝參數眾多，數據來源離散，基礎數據的可靠度有待提升［5］，過程變量類型多且存在著多重相關性［6］，因此，數字化模型構建難度較大。

第三，鋼鐵生產涉及的各環節的內部運行狀況無法在線實時監測，全面的數據采集和積累相對困難，數據體系不完善且標準化程度不高。由于缺少數據中臺的支持，所采集數據成為孤島，各數據之間的相互價值關系沒有真正得到認識與挖掘［6］。

大多數鋼鐵企業在數字化、智能化轉型的初期，雖取得了一定的成績，但要全面推廣并持續穩定改善，還存在重重阻礙。后續全面鋪開、突破瓶頸，是鋼鐵行業與數字技術、智能技術深入融合的關鍵之一。

3? ? ?數智融合促進鋼鐵工業綠色低碳發展

“十四五”規劃提出，將數字技術作為實現“雙碳”目標的關鍵支柱，深化生產制造過程的數字化應用，賦能綠色制造。因此，深入推進制造業數字技術與低碳技術的融合協調發展是中國制造業轉型升級和高質量發展的有力保障［7］。對于在現代產業體系建設中扮演重要角色的鋼鐵行業而言，數字化、智能化與綠色化協同發展，是其實現綠色低碳發展的重要途徑。

3.1? ?數智融合對提高生產效率有積極意義

鋼鐵行業的數字化轉型，就是要將新技術融入到鋼鐵的生產過程中，不斷改造生產流程，提高生產技術水平，從而實現鋼鐵產業與數字化、智能化技術融合發展。在生產成本上，數字技術與智能技術的使用、生產技術的革新有利于對鋼鐵行業價值鏈實施成本的調控［8］，達到產業內交易成本最低的目的。此外，借助互聯網的應用，企業能時刻感知市場變化，創新交易模式。通過網絡交易平臺，充分獲取消費者的動態需求，買賣雙方直接進行交易，減少了中間環節，從而降低了交易成本。在產品質量上，可應用數字技術建模對生產狀況進行模擬，并建立產品質量控制系統，在提升產品質量的同時，滿足顧客的個性化需求。

3.2? ?數智融合有利于資源的優化配置

生產過程中的原材料、人力資源和資本資源的有效配置，對鋼鐵工業的發展至關重要。通過數字技術、智能技術與互聯網技術的應用，企業能夠全面收集原材料的相關信息，根據自身需求制訂最佳采購方案。同時，互聯網平臺還能實現資源在產業間的智能分配，提高資源的物流配送效率。除了對原材料優化配置外，數智融合在人力資源和資本資源的調配方面也發揮著舉足輕重的作用，不僅能實現企業內部人力資源的有效整合，激發專業人才的技能，還能幫助企業充分獲取市場信息、分析市場形勢，科學規劃生產方案，合理安排資本投資［8］。

3.3? ?數智融合助力生產工藝模式創新

我國鋼鐵工業綠色發展進程中，還存在能源利用率低、節能技術水平低等問題。通過科技創新，提高能源控制系統的智能化水平，從而降低生產過程中的能耗，是節能減排的重要途徑之一。在我國，88%的粗鋼是由高爐—轉爐法生產制造的，其碳排放量在1.6～2.0 kgCO2/kg的高水平范圍內［9］，使鋼鐵工業成為碳排放大戶。如前所述，提前關停一批高碳排放的鋼鐵廠，重建低碳排放工藝的鋼鐵廠，不僅會產生高昂的額外成本，還會延遲碳中和的進程。因此，如何在原有工藝上進行降耗減排改進備受關注。將數字技術、智能技術運用到冶煉工藝中，打造的高爐數字系統是煉鐵領域智能化的重要推進。以工業傳感器、物聯網技術為基礎，建立“數字化監測—數據分析—爐況診斷—工藝優化”煉鐵管控體系［10］，不僅能實時監測重點設備，及時掌握運行狀況，實現快速檢測、快速診斷、精準維修和遠程在線巡檢，還能從降低耗材使用、冷卻水用量、減少熱量散失、提高固廢利用率等方面著手，針對監測數據進行統計、分析，用于生產工藝及設備工況的優化。

3.4? ?數智融合深入推進智慧環保系統研發與應用

智慧環保主要借助環保物聯網技術、現代測量技術、自動控制技術、計算機技術、GIS技術等，實現對環境系統數據的統一采集、傳輸、管理、分析、應用等功能，從而使管理部門及時、準確地感知環境狀況及環保設備運行狀態。鋼鐵企業應結合自身需求實現污染物的排放管控一體化以及環保職能管理等功能，同時要充分挖掘數據信息并進行智能化應用，從而充分發揮智慧環保的作用和價值。如首鋼遷鋼自主研發的煉鋼環保管控平臺，可以通過高清視頻對廠房內、外等核心位點進行全程監控，對在線數據進行實時監測并能自動預警。再如瑞豐鋼鐵將環保、能源、信息和管理有機結合，建立了全國首個“減污降碳協同創新一體化平臺”，智能化的“自動巡查系統”對廠區所有污染排放源進行系統巡查，為科學治污、精準減排提供了數據的智能監控與分析［11］。

3.5? ?數智融合促進全流程監控系統的深度開發

數字技術、智能技術與鋼鐵行業的融合不僅能幫助企業建立健全的節能減排體系，還能為企業搭建完善的信息化管控平臺，有效打破數據壁壘，充分挖掘數據價值，推動鋼鐵全產業鏈的運營協調和整體優化，提高企業效益。如德龍鋼鐵建設的鋼鐵工業大數據平臺是基于該公司的工業互聯網平臺架構，應用阿里云數據中臺建設的數據分析，橫向可聯通生產經營管理全過程的業務數據，促進管理優化提升，縱向可連接海量生產裝備和制造工藝過程數據，加速智能化設備與智能制造應用場景落地實施。

利用數字化、智能化技術建立鋼鐵行業能源管控體系，可以全面收集企業產量、產能、產品、質量、工藝設備、環保和安全等方面數據，對行業運行進行監管，進而促進鋼鐵工業淘汰落后產能，綠色低碳高質量發展。

4? ? ?鋼鐵行業實現數字化智能化發展的新思考

新一代數字技術、智能技術的發展與推廣應用，為鋼鐵企業轉型升級、高質量發展提供了有力支持。而傳統的鋼鐵行業與數字技術、智能技術的跨行業深度融合發展是一個長期的過程，不可能一蹴而就。

4.1? ?加強行業法規標準研究

“智能制造，標準先行”。規范化與標準化工作是實現智能制造的重要基礎。鋼鐵企業應提高標準意識，積極開展標準的研究及標準化的建設工作，以標準化思維推動企業的科技創新與管理創新［4］，推進企業的數字化、智能化轉型升級。同時，鋼鐵行業管理部門與行業組織等，需要在相關法律法規、規范標準制定方面充分發揮好組織、協調、監督等重要作用。

4.2? ?加強關鍵技術攻關

鋼鐵企業應進一步加強與科研院所、高校等開展協同創新，不斷提升自主創新能力，在智能制造的關鍵技術方面取得重大突破，如智能化建模技術與求解方法、智能煉鋼全流程數字化技術、全流程管控一體化技術以及復雜環境條件下的信息感知和智能探測技術等，以實現鋼鐵行業的數智融合發展與創新。

4.3? ?加強工業互聯網建設

制造業數字化、網絡化、智能化的重要載體——工業互聯網，是鋼鐵行業實施智能制造縱向集成、橫向集成、端到端集成的基礎設施［12］。工業互聯網平臺是發展工業互聯網的必要條件。而工業大數據分析、工業機理建模、工業App開發和開源平臺建立［12］等均是制約我國工業互聯網平臺發展的技術阻礙，鋼鐵行業應在以上幾方面加強技術革新。同時，逐步提高工業軟件的開發能力，提升工業App開發應用能力，也應成為鋼鐵行業工業互聯網開發的長期性工作。此外，積極推動產業鏈上下游企業間數據、資源共享，集成互聯和生態協同［13］，也是關鍵之舉。

5? ? ?結束語

在“雙碳”目標約束下，綠色低碳發展成為鋼鐵行業高質量發展的重要目標，應以此為契機，借助鋼鐵行業與數字化、智能化技術的深入融合進一步提升我國鋼鐵行業新競爭力。憑借數智融合發展智能裝備，建設數字工廠。利用數智融合實現增效降本、提質減排，助建鋼鐵發展新生態。將數字技術、智能技術與專業業務有機融合，雙向賦能，形成全新的生產、運營模式［14］，已成為鋼鐵產業重要的發展戰略。

主要參考文獻

［1］任繼球.“雙碳”目標下鋼鐵產業壓力挑戰與發展建議［J］.宏觀經濟管理，2023（3）：27-34.

［2］田勇，田中明，王念軍，等.中國鋼鐵行業碳排放源頭治理分析與策略研究［J］.鞍鋼技術，2022（5）：1-7.

［3］張鵬. 制造企業數字化轉型發展評價與影響因素研究［D］.昆明：昆明理工大學，2022.

［4］〔作者不詳〕.“雙碳”戰略下，鋼鐵行業數字化發展如何破局

［J］.大數據時代，2022（1）：36-44.

［5］余嘉洋，王勛，張偉，等.鋼鐵行業數字化轉型綜述［J］.鐵合金，2021，52（5）：44-48.

［6］王玉珍，李礦，王茸花.推進鋼鐵行業產業數字化轉型［J］.金融博覽，2022（6）：60-61.

［7］薛賀香.“雙碳”背景下制造業數字化轉型與綠色發展耦合協調研究［J］.區域經濟評論，2023（3）：101-110.

［8］葛文瑾. 數字經濟對鋼鐵產業結構升級的影響研究［D］.濟南：濟南大學，2022.

［9］李浩丞，劉玉軍，趙卓，等.短流程鋼鐵冶金發展［J］.材料導

報，2023，37（Z1）：408-413.

［10］周繼紅，陳仁.鋼鐵冶金數字化高爐研究［J］.山西冶金，

2022，45（2）：91-95.

［11］時慶賓，胡衛東，楊曉艷，等.首鋼遷鋼綠色煉鋼生產探

索［J］.河北冶金，2023（4）：70-73.

［12］劉文仲.中國鋼鐵工業互聯網發展現狀及思考［J］.中國冶

金，2022，32（11）：1-5.

［13］周志勇，趙瀟楚，劉合艷，等.國內外工業互聯網平臺發展現狀研究［J］.中國儀器儀表，2022（1）：62-65.

［14］王芳.淺談南鋼數字化轉型探索與實踐［J］.冶金管理，

2023（2）：42-49.