——中国机电装备维修与改造技术协会冶金分会
钢铁行业涉及面广、产业关联度高、消费拉动大。近20年我国粗钢产量连续走高,2020年高达10.65亿吨,占全球粗钢产总量的57%,碳排放占全球钢铁业碳排放总量超60%。据国家统计局数据,今年以来,我国主要用钢行业带动钢材需求显著增长。1-5月我国粗钢产量为4.73亿吨,同比增长13.9%。钢铁产能的增长,主要来源于兼并重组和产能置换导致的部分僵尸企业产能复活,同时,和近些年钢铁企业的持续技术进步、产线升级改造、自动化程度和设备效率提高也有着密不可分的关系。从世界范围来讲,冶金设备供应商在中国、印度等处于工业扩张期的发展中国家,以提供设备为主。对于欧美等发达国家,主要进行现代化改造,提高设备效率和自动化、智能化程度为主,同时提供全程的维修服务。这也是再制造行业发展的必然结果。
再制造产业作为循环经济最重要的一环,意义重大,尤其是发达国家,大多已经形成比较完善的产业链。而我国再制造行业起步较晚,随着国家对钢铁产能的总体控制,钢铁行业将由新建为主转向升级改造、提产降耗和新技术应用为的发展模式。这为我国冶金设备再制造产业的发展提供了契机,必将催生冶金设备再制造行业的快速发展、壮大。政府和协会有必要出台相应的法律、法规和政策给予引导、激励和约束。
一、我国冶金设备领域基本情况分析
1.“双碳”与环保现状
我国具有冶炼能力企业达500多家,且结构、装备水平差异较大。我国的钢铁流程结构主要以长流程为主导,2020年我国电炉钢产量占比仅10.4%,与世界平均水平30%左右、美国近70%、中国以外其他地区50%左右相比,仍有较大差距。这一流程特点决定了我国钢铁企业的能源结构是以铁矿、煤炭、高炉-转炉为主。能源结构高碳化,煤、焦炭占能源投入近90%。据相关研究测算,长流程炼钢的吨钢碳排放量约2.1吨,短流程炼钢吨钢碳排放量约0.9吨。以年产量400万吨的企业为例,降碳30%改造投资约需要35亿元。据此匡算钢铁业降碳投资约需8000多亿元。
当下国内在氢冶金技术和熔融炉炼铁研究较多,而且也引起行业内较多的关注。部分具备条件的企业已经开始进行工业实验,氢冶金技术理论上可以减碳49%,随着该技术的发展成熟,炼铁工序以氢代焦或者代替部分焦炭,是国内炼铁减碳的一个主攻方向。
《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》提出:冶金行业重点推广节能减排技术、烧结烟气循环、烧结烟气多种污染物协同治理,高温高压干熄焦,超高压煤气锅炉发电,中低温烟气余热回收与利用,能源优化调控技术;示范推广竖炉式烧结矿显热回收利用技术,焦炉煤气初冷系统余热高效利用,可再生能源和清洁能源利用等。前沿储备发展炉渣余热回收和资源化利用。这些对于推动和促进冶金设备制造、再制造行业的发展起到了积极的作用,也给冶金设备制造、再制造企业带来了巨大的市场和发展机遇。
中国环境保护产业协会印发的《钢铁企业超低排放改造技术指南》中也明确提到:“鼓励采用成熟可靠的智能化技术和产品,结合工业互联网、大数据及云技术等现代信息技术,逐步实现工业烟气净化系统运行维护的智能化监管,提高钢铁企业烟气治理系统智能化、网络化运维管理水平。”建议企业建立无组织排放监控体系和全厂集中管控平台。这些指导性意见,对于冶金行业智能化控制、数字化车间提出来明晰思路,也为冶金环保设备智能化再制造提供了方向。
近年来国内涌现出大量的以环保、烟气治理、能源二次利用为主要业务的新型企业,在除尘器改造、烟气治理以及能源利用方面投入的大量的人力、物力和科研经费。但总体来说,虽然行业取得了长足的进步,但在智能化,尤其是大数据、互联网和5G等新技术应用方面融入深度不够,行业内存在严重的低水平重复建设,同质化无序竞争仍然是当下冶金环保设备行业的最大弊端。
2.设备生产与改造情况
冶金设备是主要为钢铁和有色金属加工工业提供生产的专用设备,由于我国钢铁产量连续多年位居全球第一,同步带动了冶金设备制造业的快速增长,形成了全球最大的冶金设备生产和应用市场。由于我国重工业体系是在计划经济体制下建立的,冶金设备制造行业属于技术、资金和劳动密集型企业,产品具有生产、加工和资金周转周期长、资金占用量大、产品更新换代慢等特征,这也形成了我国当前冶金大型专用设备主要由国有大中型企业为主导的竞争格局。比如大连重工、中国一重、中国二重等几家大型国有企业几乎占据了国内三分之一以上的市场。因此,冶金设备制造企业有明显的专业性和技术垄断性,这也决定了冶金设备尤其是大型专业设备,大多数是以大中型企业占主导地位。
2003年-2015年之间是钢铁行业的快速发展阶段,国内大多数冶金设备生产和制造企业拥有大量的订单,在设备的性能方面研发投入较少,而设备的再制造也停留在简单维修阶段。随着2014年国家对冶金行业采取财政紧缩政策,冶金行业进入了兼并重组和内部挖潜阶段,同时,对环境保护和设备的参数性能和效率提出了更高的要求。行业内开始在环保设备和工序效率方面进行升级改造,这期间,冶金行业才慢慢兴起了以运维、维保和产线、设备、工艺技术改造为主要业务,专门从事冶金设备再制造的中小企业,冶金设备再制造才逐步进入人们视线。
截止目前,在设备修旧利废方面,行业内大中型企业大多建有专门的分厂或者分公司从事这项工作,对于大型、精密、贵重的设备,则外委专业厂家修复、改造。但是,对于再制造的认知仍然处于较低的水平,甚至没有形成完整的再制造概念。
3.技术能力与差距分析
我国当前冶金设备基本上形成了完整的体系,大部分设备性能和技术已经达到或者接近世界先进水平,完全具备了自主设计、制造、生产、加工大型钢铁产线设备的能力。但是,在设备性能、自动化和智能化方面,部分设备或者产线与国际先进技术水平仍然具有较大的差距。比如炼钢电炉与国外相比,在绿色节能、智能化、生产服务以及配套检测技术等方面仍存在差距。大型成套冷、热连轧机生产线仍然存在短板,与国际知名的达涅利、摩根、西马克、哈飞等意大利、德国、日本企业的设备差距明显,无法替代国内的市场。许多核心技术对国外依赖性较强,尤其是大型、精密设备方面自主研发能力和创新动力不高。
4.未来发展与定位
随着5G技术的发展和应用,智能化必将成为未来冶金设备制造、再制造行业的发展方向,而我国当前冶金设备在智能化研究方面明显投入欠缺,尤其是烧结、炼铁工序,很多设备系统自动化程度还很低,发展空间很大。测温、测水、在线监测等技术过分依赖进口设备,对于目标分析、在线优化、闭环控制等智能化方面尚处于起步阶段。比如烧结混合料水分的监测和控制、高炉原料的实时在线分析、专家系统的研究开发、炼钢工序控制分析系统等。
下一步冶金设备行业应该提高信息化、自动化和5G技术的应用,发展具有独立知识产权的高技术含量、高可靠性、高附加值、高度智能化的高端智能再制造。提升监测、分析、控制技术,开发机电产品再制造技术等。推动建立冶金行业的远程监控、无人值守、专家系统、智能化车间建设。
二、当前冶金设备再制造行业存在的问题
1.缺乏明晰的再制造概念
再制造概念虽然提出很多年,但是在钢铁和设备企业内部对概念的理解存在着明显的差异,大多数企业对于再制造的概念和范畴没有清晰的认识,许多仅仅停留在设备的修旧利废层面。概念和范畴不清晰,是当下行业发展混乱,界定模糊,难以统计行业的规模和资金数据,无法有效的进行行业规划和准确的指导行业发展。
2.行业处于无序发展状态,缺乏正确的政策引导
其一,行业企业技术能力和装备水平差异较大,而且竞争剧烈,导致追求短线发展,抄袭、套用现象普遍,为真正的研发单位造成困扰,进而导致行业的低水平发展,企业的重复性投资。其二,由于钢铁企业数量的萎缩,企业为了保留客户,只能减少研发费用、深入挖潜,低价竞争,无形中造成了巨大的浪费,障碍了技术应用与进步。
3.缺乏完善的规范和标准约束,层次和水平参差不起
冶金设备维修改造行业标准、规范不健全,对从事再制造行业企业来说,没有准入门槛,对企业规模、设备和技术能力缺乏统一的标准和认证,导致不具备服务能力的企业残次项目影响整个市场,降低了客户的认可度。对于产品来说,由于再制造很难以原生产执行标准保持一致,从而导致产品质量、性能和价值无法统一认定,给制造商和用户都造成较大的困扰。为此,很多用户宁可使用新的设备,也不愿意接受维修、翻新或者改造的设备。这也无形中阻碍了再制造行业的发展与壮大。
4.创新动力不足,整体研发投资比例偏低
由于再制造产品缺乏统一的标准认定,而且用户的认可度较低,而且,设备、产线的升级、改造有时候会消耗更大的人力物力,从而导致设备企业更愿意生产新的产线和设备,不愿意投入过多资金在设备、产线基础上二次开发。
5.部分技术处于垄断地位,障碍了新工艺、技术、设备的推广应用
冶金设备以大型专用设备居多,部分设备的主要核心技术控制在大型企业手里,小企业不具备与其竞争的实力,最终形成了行业内的技术垄断局面。而在这些设备上的二次开发,往往会受到原生产企业的抵制,这也是冶金设备再制造行业遇到的一个难题。
6.钢企生产连续性强,企业对新的技术接受过程缓慢
钢铁企业是连续生产的企业,在线的升级、改造往往需要系统的停机、停产。而且改造的效果往往后给后续的生产造成极大的困扰,因此,现场工人对于在线的局部或者系统改造持有抵触心理,从而从一定程度上阻碍了新技术在原工艺产线上的实验、应用,对于钢铁设备行业的再制造造成了一定的困扰。
7.行业间融合度偏低,需加强政策引导
钢铁行业牵扯到的设备众多,部分设备(尤其是冶金专用设备)和其他行业工作制度和工作环境差异较大,导致一部分新技术的应用于发展落后于其他行业。这需要国家从政策上进行有效引导,只有做到深度的产业融合,才能更有效的促进再制造在冶金设备行业的发展。
8.生产线复杂,智能化、信息化、5G技术的应用牵扯多专业协同
钢铁行业设备工作环境复杂,对外部情况判断较多,许多设备需要人工操作判断,这在以前无法实现连锁和完全的自动化。但现在随着大数据、信息化和5G技术的发展,许多工艺在大数据的支撑下已经具备了智能化的基础条件。但由于缺乏行业联动和融合,这些技术在冶金设备上的开发进展缓慢。传统工业与现代科技的结合,是下一步推动冶金设备再制造行业发展的巨大动力。
三、发展冶金设备再制造措施与建议
1.协会层面成立再制造行业发展中心,加大理念导入
协会应该建立全国性的再制造行业发展指导中心,对再制造的概念、范畴和政策加大宣传力度,只有明确行业界限,才能针对性的开发、规范和促进其发展,进而吸纳更多的行业会员单位,形成示范性的行业联盟,推动冶金设备再制造行业发展。
2.加强再制造行业的标准、规范建设,统一行业标准
当前冶金设备再制造行业的标准建设是一个短板,一方面需要对从事该行业的企业设定标准门槛,对企业的人员结构、专业能力、技术能力、设备加工能力、企业管理水平、服务意识等方面进行认定,可颁布相应的行业或者国家认证标准,例如将协会发布的团体标准T/CAMER 005-2020《冶金设备运维、维修与改造企业服务能力评价规范》等企业能力评价规范上升为行业或者国家标准。为企业设定门槛,来提高再制造行业的服务质量和技术含量;
另一方面需要对冶金专用设备再制造编制改造要求、过程控制和验收标准,给冶金设备的再制造做出清晰的解释,并对再制造应达到的目的进行界定,同时建立冶金设备再制造的过程控制和验收标准,确保再制造产品在性能、效率或者自动化、智能化水平全部或某一方面超过原产品。提高再制造产品的技术含量,推动新兴技术在传统行业中的推广应用。
3.设立再制造创新国家奖项,从资金和政策上给予优秀企业帮助和扶持
协会或者政府应设立再制造创新国家奖项,奖励那些再制造行业在标准、技术、节能、自动化、智能化或者经济效益等方面做出较大贡献的企业或者个人,通过奖励优秀的企业,设立标准、树立模仿、建立标杆,并且对于优秀项目在开发资金上给予扶持和激励,引导企业进行深入开发和跨界发展。
近些年,国家对冶金行业采取货币紧缩政策,钢铁行业的资金急缺,导致设备制造企业汇款困难,影响到冶金设备制造企业的健康发展。再加上环保管控越来越严,部分地方采取一刀切的措施,对设备制造企业进行管控限产,导致许多企业尤其是民营中小企业,停产较多,有单难出货,使企业陷入生产困局。在资金汇款周期长,疫情影响以及产能难以正常发挥的等影响下,企业生存困难,更无精力、资金和能力投入再制造开发。
4.打破垄断,加强新工艺技术的推广应用
当前,国有大中型企业以及设计院、研究机构等掌握了主要大中型设备的核心、专利技术,但是这部分企业更倾向于新建、更换或者EPC合作,在产线改造和设备的升级方面做的明显不够。根本原因在于企业关注点在于大的项目上,对于零星、分散的局部改造或者升级等再制造意义和价值认识不够,不愿意投入过多人力、物力。这也严重影响到国内冶金设备再制造行业的健康、蓬勃发展。在这方面,国家应该出台相应政策,鼓励国有大中型企业进行二次开发,积极参与到冶金设备的再制造行业。
同时应该鼓励中小企业在大中型设备上的技术开发和再开发,对于设备的局部性能进行升级改造。支持企业将信息化、自动化和5G技术在原产线、设备上的应用与推广,对于新的工艺技术推广降低门槛,并给予更大的支持和政策倾斜。
5.树立标杆,引领高端智能化技术的发展
推动建立千家高端智能再制造示范企业、运维服务企业、信息化平台和产业联盟。尤其是在我国当前相对较弱的领域,积极激励企业进行智能化方面的应用研究,开展高技术含量、高可靠性控制、高附加值等为核心的高端智能再制造,鼓励绿色、环保、节能技术的推广和应用,在机器人、数字化车间、云平台、远程控制、大数据应用等领域加强跨行业合作与先进实用技术的应用推广。
6.加强企业引导,支持钢铁企业与冶金设备厂家联合研发,跨界发展
大多大型钢铁企业均具有部分自主研发能力,行业协会之间应建立联动机制,通过协会间的合作,达成行业间的协作,最终实现再制造行业的跨界联合与共同发展。
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