近年來，我國鋼鐵工業實現了突飛猛進的發展。2020年，我國粗鋼產量10.65億t，占全球產量的56.7%。鋼鐵工業的工藝技術裝備、高端產品研發與供給、產品自主供給能力在全球已處于先進水平，尤其是單體設備的生產效率和綠色環保水平更是居于全球領先地位，鋼鐵產業成為名副其實的、中國最具全球競爭力的產業。然而，根據我國鋼鐵工業生產規模實際和生產流程特點，對比日韓、歐美國家相關指標，我國鋼鐵工業的污染物排放總量、勞動生產效率仍存在一定差距，實現綠色化、智能化是未來一段時間內我國鋼鐵工業發展的必由之路和努力方向。
1. 綠色化應用
鋼鐵流程綠色化即鋼鐵產品在生產制造過程中，通過低能源消耗、低污染排放、低資源消耗的工藝技術及相關應用，實現工序環節過程的節能低碳、環保減排和循環利用。鋼鐵流程綠色化應用的重點技術應用路徑主要體現如下。
1.1 燒結微負壓點火技術
燒結礦的生產是在點火和強制抽風的作用下，燒結料經過充分的燃燒而形成的。燒結微負壓點火技術是通過點火時采取適宜、穩定的微負壓控制技術，增加助燃風預熱。對點火爐燒嘴進行改進，既能減少漏風、節約能源、實現綠色減排，同時也能提高燒結礦的質量，利于整個工序的節能降耗。目前在南鋼、湘鋼等企業燒結機有應用實踐。
1.2 厚料層燒結、降低漏風率技術
燒結使用厚料層時可以通過料層燃燒時產生的自動蓄熱效應進而減少能耗，提升燒結礦的品質[1]。保持較高的鋪料厚度，采取改善料層透氣性的相應操作措施，同時對燒結機臺車、頭尾部密封板以及燒結環冷機進行密封改造。采用新型銷齒傳動水密封環冷機，密封翻車卸料，臺車上部采用水密封形式，下部采用彈性機械密封，并對高溫段進行二次密封。采取厚料層燒結技術，降低漏風率措施，可實現增產、節能減耗以及提高燒結礦質量等效果，目前在全國90%以上企業的燒結生產過程中有所應用。
1.3 燒結煙氣循環技術
燒結過程中會產生大量熱廢氣，經除塵脫硫脫硝處理后排出既浪費能源又污染環境，燒結煙氣循環技術將機頭、機尾風箱和環冷機部分燒結含熱煙氣再次引入到燒結料面，進行循環利用，既能有效降低能耗，又可以有效的改善燒結礦質量[2]，具有明顯的節能減排效果，目前在寧波鋼鐵、沙鋼等企業的應用效果突出。
1.4 燒結煙氣綜合治理技術
燒結煙氣污染治理是整個鋼鐵流程實現超低排放最重要的環節之一。生態環境部發布的《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》中提出：燒結機頭煙氣在基準含O2量（體積分數）16%條件下，顆粒物、SO2和NOX的小時均值排放質量濃度分別不得高于10、35和50 mg/m3。目前燒結工序脫硫脫硝一體化技術的應用從末端治理的方式來達到上述要求。應用較為廣泛的工藝路線如：電除塵器+活性焦脫硫脫硝技術工藝和循環流化床脫硫+選擇性催化還原（SCR）脫硝技術等。從山鋼日照公司、首鋼京唐公司、新興鑄管等企業應用實施后，相關監測機構開展的連續性有組織污染源評估監測結果顯示，完全可以達到超低排放有關要求。
1.5 高爐煤氣精脫硫技術
高爐煤氣中的有機硫含量較高，是環保治理中的難點。在生產環節中，其用戶分布于鋼鐵廠各個區域，采用常規末端治理的方式會存在點位多、投資高、影響高爐煉鐵生產等弊端，為解決以上問題，采取源頭控制方式，實施高爐煤氣精脫硫，是有效的治理技術路徑之一。目前較常見的工藝技術有：將經過布袋除塵后的高爐煤氣通過旁路管道進入催化水解反應器，在水解劑的作用下將羰基硫轉化為硫化氫；水解后的高爐煤氣進入高爐煤氣余壓透平發電裝置（TRT）系統或減壓閥組后通過旁路管道進入吸收塔，與霧化后的氫氧化鈉溶液接觸，酸堿中和后，經過除霧裝置去除煤氣中的大部分水汽，保證裝置出口總硫濃度滿足相關要求。
1.6 降低返礦率、提高噴煤比技術
高爐煉鐵過程中杜絕燒結礦的落地，減少中間倉轉運，改造卸料轉運裝置，可有效降低高爐返礦率。同時優化噴煤結構，發揮混合噴吹優勢，提升高爐噴煤比，節約焦炭，也是實現節能降耗、高效生產的有效手段[3]，對于整體鐵前工序的綠色化應用實踐有著十分重要的意義。
1.7 余熱余能回收技術
余熱余能回收是全廠性的節能減排、綠色發展的重要手段。從鋼鐵全流程分析，包括焦爐荒煤氣、燒結大煙道、環冷機、轉爐煙氣、電爐煙氣、軋鋼加熱爐煙氣等余熱回收，高爐渣、鋼渣熱燜顯熱回收利用、全廠能源動力工序低溫余熱發電、空壓機余熱回收技術等已在行業內得到了較為普遍的應用。將生產工序中產生的熱量能源或高效地利用在其他相關用能環節，或采取集中發電、生活供暖等方式，真正實現能源的高效、循環利用，符合綠色化的理念。
1.8 廠區清潔運輸方式
清潔運輸方式應用，對于鋼鐵企業實現綠色化發展具有十分重大的意義。目前除了實現鐵路運輸，管帶機、封閉皮帶通廊等，鋼鐵企業著重加強清潔運輸體系建設，從建立門禁識別監控系統、運輸車輛管理到采用新能源車輛等方式，有效提升清潔運輸比例，顯著提升綠色化水平。
1.9 資源綜合利用技術
開展資源綜合利用，多種方式回收利用工業副產品如高爐渣、除塵灰等是燒結、煉鐵工序實現綠色發展的重要途徑之一。高爐渣是煉鐵工序產生量最大的固體廢棄物資源，通過水沖冷卻是目前常用的爐渣處理方式，將煉鐵產生的大量水渣制成礦渣微粉替代水泥使用是廢渣利用的重要手段。通常將水渣加入高壓微粉磨內烘干、粉磨和選粉，經過多次循環粉磨后收集輸送至水渣粉庫，將高活性的水渣微粉加入到混凝土中等量代替水泥，與石子、沙子攪拌混合后可有效提高混凝土的綜合性能，具有強度高、耐磨性好、黏結性強等優點，可滿足各類建筑工程的相關要求。對于各類除塵灰，由于其產生的工序環節不同，綜合利用的方式也有所區別。一般燒結除塵灰經收集后經過再次配料進行循環利用。高爐產生的除塵灰除上述方式外，還有除塵灰冷壓球團調配使用、先進行脫鋅處理后采取高爐噴吹循環利用、制造泡沫渣替代焦粉降成本、優化配料生產水泥熟料等方式。
1.10 低碳冶煉、固碳捕集封存技術
鋼鐵行業十分重視在低碳領域前沿技術的研發和應用，如在低碳技術方面開展的鋼化聯產項目研究與應用，碳捕集與封存技術、氧氣高爐、富氫冶金、直接還原煉鐵、碳捕獲、利用與封存（CCUS）等低碳冶煉技術研究開發等。可結合企業自身情況，加快成熟、高能效技術實施進度，推進多工序集成優化技術應用，布局并推進低碳技術研發與創新，挖掘企業進一步降碳潛力，積極適應鋼鐵行業綠色轉型升級實踐。
2. 智能化應用
隨著自動化、信息化的手段日益成熟，鋼鐵生產流程中充分推行各類智能化技術的應用。在確保生產過程連續、穩定的基礎上，實現精細操作、精準管控、精益生產，達到高效、低耗等良好效果。
2.1 原料準備環節
采用先進的自動控制和智能管理系統實現均衡進料、供料，保證料量穩定，實現原料成分、粒度、水分均勻。合理安排作業，確定最佳流程，避免人為因素導致生產波動。實現無人化作業，提高設備運行效率，降低故障停機率，降低原料庫存，提高利用率，推動實施料場智能化升級。
2.2 燒結配礦環節
采用神經網絡技術和遺傳優化技術，建立燒結礦質量模型，尋找最優配礦組合，開發燒結配礦智能優化系統，提升生產工序對不同原料供應來源的適應能力，優化燒結礦的質量指標，實現煉鐵過程的綜合節能減排和降本增效。在此基礎上，進一步采用大數據采集技術和分布式信息傳輸技術，建立整個燒結生產全工序數據庫，融合生產工藝和大數據挖掘原理，將智能化的技術手段擴展到燒結生產全工序，提取原料質量、配礦操作、生產工藝、質量控制以及生產成本等指標參數，研究相互之間的規律，開發基于大數據技術的燒結全生產線智能生產控制系統，建立完善的決策體系。
2.3 煉鐵操作環節
在煉鐵過程中，高爐熱風溫對節能降耗具有十分重要的意義。采用高爐熱風爐智能燒爐系統，將熱風爐燃燒過程實現自動控制，使燃燒時煤氣流量和空氣流量長時間處于最佳配比狀態，穩定拱頂溫度，減輕勞動操作強度，提高設備使用壽命，從而達到提高熱風溫度、節約煤氣消耗、降低高爐煉鐵燃耗。隨著自動控制水平和信息化技術的進步，高爐操作過程應用專家控制系統[4]，對涵蓋高爐冶煉關鍵操作條件、煉鐵工藝技術原理和數學工具等因素的高爐數學模型進行擴展和補充。在高爐冶煉過程主要操作要求基礎上，將操作者長期積累的有益經驗總結為相應信息化規則，運用數字邏輯推理技術判斷冶煉過程，并對操作過程提出相應操作建議和優化指令，穩定高爐爐況，改善高爐煉鐵過程指標，實現高爐順行、降耗、高效的目的。
2.4 煉鋼控制環節
與高爐專家系統類似，在煉鋼工序“一鍵煉鋼”智能技術也有長足的進步，該冶煉控制技術基于工藝理論模型計算、專家操作經驗和相關在線監測手段等，采取轉爐全自動冶煉副槍技術，顯著提升轉爐終點碳和溫度的雙命中率，對轉爐爐渣終渣進行預判，自動按目標調控，完成濺渣護爐作業，實現吹煉過程和終點的操作標準化。同時通過傳感器和監控系統，自動調整轉爐傾角，與鋼包、渣罐車、出鋼檢測、控制等系統聯動實現煉鋼全過程的無人干預自動控制。
2.5 全過程智能決策系統
近年來，鋼鐵企業在全流程智能管控、執行及決策優化系統方面實現了較為普遍的應用。數據采集系統（DAS）完成全過程數據采集及實時監控，為后續相關系統提供支撐。智能制造管理與執行系統（MES）實現了生產環節的實時監控，對重點環節進行制造管理執行、檢化驗管理和遠程計量，把控設備運行情況，構建全流程質量管理體系。決策優化與支持系統（DOSS）以計劃為核心，對資源平衡及原料采購、配料進行集成優化，合理制定指標，供產銷聯動，實現成本最優，不斷改進提升經營績效。高級計劃排產系統（APS）以滿足客戶交貨要求為目標，綜合訂單屬性和制造資源調配，實現交貨期應答等功能，解決產供、產銷矛盾，滿足大規模個性化定制需求。
3. 綜合性交叉應用
鋼鐵流程實現綠色化、智能化的應用技術分布在節能、環保、低碳、資源綜合利用以及信息化系統等多個領域，未來的發展方向更多地體現在交叉應用領域，同時不拘泥于某單一工序環節，而更多地體現在全工序環節的應用。
目前在綠色化、智能化交叉應用較為成熟普遍的場景包括：能源管控中心的推廣和應用，其將能源節約利用與信息化系統結合起來，對能源系統的生產、輸配和消耗環節實施集中統一扁平化、數字化管理。綜合能源動力介質的監控和調配，預測高爐煤氣等關鍵介質的產出，并實時開展平衡調度。對過程數據進行分析和管理，反向給予生產主工藝運行，提供優化操作參考和決策支持。能源管控中心開展集中監控、調配、管理和分析，可以有效提高企業能源利用效率，確保能源系統穩定，充分利用二次能源，實現最優、持續、高效。
將信息化手段與環保減排綠色化結合起來的典型實踐是環保無組織管控治一體化平臺的應用與推廣。其以平臺架構為核心，采用大數據分析技術，將原料場、燒結、煉鐵等區域無組織排放源實現可視化、清單化。對全廠物料裝卸過程開展智能化圖像識別，運用集中控制系統，將識別模塊與相對應的污染治理手段形成閉環聯動，實現精準治理，既提高了環保治理的效率，也降低了對應的能源消耗，實現了經濟效益和社會效益的雙提升。
此外，國家提出降低碳排放強度，支持有條件的地方和行業率先達到碳排放峰值，制定碳排放達峰行動方案，努力爭取2060年前實現碳中和。鋼鐵行業是我國碳排放量最高的制造行業，是落實碳減排目標的重要責任主體。將綠色減碳行為與信息化智能化手段結合起來成了當務之急。加快碳排放數據管理體系建設，明確碳排放總量和排放結構特點，挖掘降碳潛力。以智能采集核算技術、優化分析模型及云環境部署設計，構建“數據監測—集成化對標—工序目標考核分解—預測及潛力分析”相耦合的動態碳排放全過程管控與評估平臺。基于生產實時數據及能源數據資源，實現監測、報告與核查全過程管控，加快新一代信息技術和先進低碳技術的深度融合，貫穿鋼鐵全生命周期優化集成，可以有效推動鋼鐵企業實現數字化、智能化、低碳化轉型升級。
4. 結論與建議
結合鋼鐵流程在綠色化、智能化應用實踐中的技術和手段，可以看到行業未來發展的方向和趨勢更多的還是集中在綜合性交叉應用。充分利用好數字化工具、研究透工藝技術原理、優化好交叉應用模式、配套強工程實施基礎，是實現鋼鐵流程綠色化、智能化發展的有效途徑。同時就建立相關體系提出幾點建議：
（1）強調整體性的效果。綠色化與智能化的技術應用之間存在相互支撐、相互促進與相互提升。節能減碳、綠色環保、資源綜合利用與智能化手段之間是整體性的關系。燒結、煉鐵工序之間以至鋼鐵全流程也是整體性、全過程的應用。應用過程中要確保實現互聯互通，避免形成信息化或者綠色發展的孤島，未實現真正意義上的綠色化、智能化高效發展。
（2）關注經濟性的指標。交叉性工藝技術的研發和應用都是基于工序環節生產服務，在實現有關效果要求的前提下，如何實現經濟性是確保應用實踐長期穩定的重要衡量手段，必須引起高度重視。不能把相關應用實踐變成了“中看不中用”的花架子，讓企業實實在在在應用中受益，提升企業主體在推進行業綠色化智能化過程中的積極性。
（3）確保可靠性的技術。行業的發展進步是一個逐步提升的過程，其中有層出不窮的新技術、新工藝。鼓勵前沿性的技術創新和研發，但是在大規模的應用實踐推廣時，要確保應用工藝原理、操作過程、工程實踐的成熟、可靠，做到大膽創新、謹慎試驗、高效推廣，促進行業高質量轉型升級。
（4）配套強有力的保障。新工藝技術的研發應用是漫長而艱巨的過程。研發過程中要對創新主體給予充分的資金傾斜和試驗工程保障。一旦工藝流程打通，進入到示范應用過程，要大力提供政策支持保障措施，迅速將成熟、可靠、高效的應用技術推廣到全行業發展進步的實踐中。
文章來源——金屬世界