德国钢铁工业发展的特点是从为数众多的小型钢厂转变为几家具有成本效率的大型钢厂。同时，成本效率是通过持续降低能源和还原剂消耗以及提高炼铁能力而获得的。德国高炉炼铁用还原剂的消耗量接近理论最低值。这也使炼钢单位二氧化碳排放量得以极大的降低。新型钢材的开发及应用为提高资源效率做出了极大贡献。未来欧盟合作研究工作的重点是进一步降低单位二氧化碳排放量。

    1、欧洲钢铁工业概况

    欧盟25国是世界排名仅次于中国的第2大钢铁生产地区，2005年粗钢产量为1.86亿t，占世界粗钢产量的16.5％。转炉炼钢与电炉炼钢比，在全球不同地区大不相同。中国和日本的转炉钢所占比例极高，分别为87.1％和74.4％。美国的电炉钢比例为56％，欧盟25国电炉钢的比例仅为38.3％。

  在欧盟25国，政府对粗钢产量的影响是微不足道的。目前，欧盟15国钢铁工业中已不再有国有企业。在20世纪80年代中期，非国有企业粗钢产量份额已达62％。但在有些国家，政府依然保持对钢铁工业的部分参与。

    2、德国钢铁工业简介

    2.1铁矿石供应

    在过去的50年中，德国钢铁工业的铁矿石供应已完全依赖于富铁矿进口(见表1)，国内贫铁矿已失去其重要性。20世纪80年代末，德国铁矿山已全部停产。进口铁矿不经富选(筛分除外)即可利用，可用作烧结厂粉矿以及直接用于高炉球团矿和块矿。这种发展伴随着造块钢铁炉料在高炉中利用的增长。1950年，钢铁炉料组成为20％烧结矿和80％块矿以及其他矿石。目前，德国全部高炉生产炉料组成的平均比重为：烧结矿占58.4％，球团矿占26.8％，块矿和其他矿占14.8％。

   1970年德国从国外进口铁矿石共计4800万t，主要供应国为瑞典(占24.2％)，其次是利比里亚(占17.1％)。目前，形势已经发生显著变化，全球三大铁矿石供应商，CVRD、Rio Tinto(力拓)和BHP Billiton(必和必拓）三家公司铁矿石份额已占世界铁矿石海运量的。70％。1990年利比里亚Bong矿业公司由于内战而减产，2005年巴西成为德国铁矿石主要供应国，占总进口量的56.1％，加拿大占15.7％，瑞典占11.3％。现今，大量铁矿石用大型散装船(35万吨级)从巴西运至鹿特丹。

2.2煤和焦炭的供应

随着Rhuhrkohle AG矿业公司的成立，1969年德国钢铁生产商与其签订合作合同，合同规定钢铁工业只能使用Ruhrkohle公司的煤作为钢铁厂炼焦和高炉喷煤用煤。同时，高炉以外的焦炭也必须从该公司购买。20世纪70~80年代，炼钢生产只能用国内煤和焦炭。德国煤矿开采只有深井矿，与露天矿相比费用要多得多。为补偿公司对客户造成的高价损害，德国政府给予补贴，以使国产煤价格与世界平均价格持平。Ruhrkohle公司与钢铁工业之间的合同于20世纪90年代初被废除，并于1999年终止。2005年，德国从不同渠道进口了310万t焦炭和540万t炼焦煤。除此之外，还进口了190万t喷煤用煤。国产煤的份额下降至32.3％。主要焦炭供应国是波兰、中国、法国和西班牙，煤炭供应国则是澳大利亚、加拿大、美国和俄罗斯。从法国和西班牙进口的焦炭不能认为是真正的进口。来自法国的焦炭是由Kogesa公司carling炼焦厂生产，而来自西班牙的焦炭是从安赛乐阿塞雷利亚公司运至安赛乐公司Stahlwerke。Bremen厂。

 2005年，德国焦炭总产量为800万t，其中610万t是由钢铁企业4家炼焦厂生产，190万t是由Ruhrkohle矿山公司炼焦厂生产。德国焦炭生产采用传统的多室槽式炉组设计。在过去的数十年中，这一技术在室容积和产量方面得到了极大的发展。

2003年是焦炉尺寸方面发展的高峰，是发展的里程碑。位于杜伊斯堡的新炼焦厂投产，是最大的焦炉，有效炉容为93m³。这一最现代化的炼焦厂年产焦炭能力为260万t，拥有2组，每组有70座碳化室。从投产算起，德国炼焦炉平均寿命仅为13.7年。

 2.3高炉

 1960年至1970年，德国兴建的第一代新型高炉炉缸直径为9.0~9.5m，其间伴随扩容和炉料准备系统的改进。接着在引进可调式炉喉保护板的基础上着手炉料分布和控制系统。重油利用，通过改进传统的热风炉或新建外燃室式热风炉，富氧鼓风等提高鼓风温度。

 1970年以后，高炉尺寸加大，炉缸直径达14.0m，日产量10000t以上，风温达到1300°C。位于杜伊斯堡的蒂森·克虏伯公司高炉上安装了第一个无料钟炉顶密封装置。这套装置在相应的单位还原剂消耗条件下大大地改善了炉料和气体分布。计算机系统已成为数据采集和过程优化的关键。德国最大的高炉炉缸直径为14.9m，1993年在蒂森·克虏伯钢铁公司投产。这座高炉和同年投产的萨尔茨吉特B高炉(炉缸直径为11.2m)均装配有世界首次采用的由蒂森·克虏伯钢铁公司和保尔-沃特共同开发的铜冷却壁，这种冷却装置的成功已成为世界铜冷却壁的成功起点。

随着20世纪60年代以来高炉越来越大，高炉总数也开始下降。这一事实表明，采用较少的大型高炉可以比用大量的小高炉生产铁水更有成本效益。例如，在1960年，130座高炉生产出2500万t铁水，这相当于每座高炉平均年产量为20万t。在大发展的1974年，78座高炉生产出4000万t铁水，即每座高炉平均年产量为50万t。2005年，15座现役高炉平均年产量已接近190万t，比1960年提高了850％，比1974年提高了280％，这不仅反映出高炉尺寸的急剧加大，而且也反映出高炉单位生产率的迅速提高。

Rivers Rhine和Ruhr地区27座生产高炉在1983~1984年生产出1900万t铁水，而在2005年高炉数目降为6座却生产出1600万t铁水。在同一时期，数家钢厂关闭，高炉厂区由7处降为2处。

在过去的55年中，德国的高炉生产很重视高炉用还原剂平均消耗量的进展，高炉操作者成功地将还原剂投入量降至最低。在德国和西欧，高炉工艺已发展成最好的实用技术。不过，即使是最好的实用技术，也必须进一步降低还原剂消耗量以降低二氧化碳排放量。与世界其他不同地区和国家相比，德国高炉还原剂消耗量处于顶级水平，吨铁还原剂消耗量仅为482kgc，

2.4炼钢

从20世纪50年代末至70年代，德国炼钢厂经历了从过去的平炉和托马斯炼钢法到氧气转炉和电炉法的转变。德国粗钢总产量的69％左右是用高炉一氧气转炉法生产的。近年来，电炉炼钢持续增长。毫无疑问，由于电炉炼钢法有利于废钢再循环、资源保护和减少炼钢生产中二氧化碳排放量，电炉法已成为备受欢迎的炼钢法。然而，废钢一尤其是用于扁平材生产的优质废钢一持续短缺。在德国，很长的时期内高炉一氧气转炉法仍将是生产高级钢材的主要方法。20世纪70年代和80年代连铸比例迅猛提高，目前已占钢水总浇铸量的97％。

 2.5结构变化

 1970—2005年间，德国钢铁工业雇员数量和生产水平发生了极大的变化。在近乎相同的粗钢产量下(1970年、2005年分别为4500万t和4450万t)，雇员数量却减少了76％，从37.4万人减为9.11万人。这是以少数大型高效生产厂取代许多小型厂的新型结构而产生的结果，包括引进综合过程控制和用于全部过程和单套机器的自动化系统，开发不同的工艺步骤以达到最高效率，并且通过公司合并以减少高层人员和管理人员。以人均粗钢产量表示的生产率从1970年的120t增长到2005年的500t。

       2.6范式变化

    这一发展还伴随着从20世纪70年代中期第一次石油危机以来的范式变化。此前的工业增长，包括钢铁工业的增长一般是以生产数量为特征。钢铁生产商们自认为是世界上最大、最好的。他们拥有极好的声誉，被看成是工业化国家财富、福利和强势的保证人。大量的投资用于提高钢厂产能，大量的生产计划全部是生产长材和扁平材。普遍认为原材料和能源对实现更高的生产水平是取之不尽、用之不竭的。第一次石油危机和1973年欧佩克国家的石油封锁，以及由“罗马俱乐部”——由科学家、政治家和经济学家组成的非正式委员会发出地球资源是有限的、脆弱的警告，已成为范式转变的开始。1979年的第二次石油危机证实了这一论断，从此，开创了一个新纪元。

 目前，钢铁工业的主要目标是通过可持续的、经济的、社会和环境友好的钢铁生产以及改善净产品价值链实现增长。视顾客为上帝，资本投入以实现生产成本最优和提高钢材质量为目的。为满足顾客要求，拼接材料和产品、智能部件及系统得以开发。

公司主要任务之一就是保证环境友好地生产，并达到钢铁生产的高资源生产率。

2.7扁平材比

美国和德国扁平材与轧制材之比保持稳定，仅略有变化，尤其是德国扁平材比在64％和72％之间，平均值为68％；日本在50％～64％左右；韩国在42～62％左右；中国在32～45％左右。德国的最高值72％是由于顾客对扁平材需求增加造成的，例如汽车工业。日本也呈现稳定态势，1965~2000年平均值为55％左右。在最近5年已从50％迅速增长至63％。韩国在最近20年中由42％增长至62％，是现代化热轧带钢厂和厚板厂投产的结果。在最近10年，由于汽车业和建筑业需求的快速增长，中国已由32％增至45％。在最近几年，中国兴建了许多热轧带钢厂和厚板厂以满足市场的需求。

3材料创新和资源效率提高

 由于钢铁生产商和钢材用户的努力，已经并将继续激发在生产过程、管理、材料、产品、制造及应用方面的创新，以实现资源效率型钢铁生产和应用的目标，例如，为了进行环境和气候友好的生产和节省资本和人力资源而有效地利用原料和能源，加强对资源效率有重大贡献的钢铁材料创新。

 在开发扁平材新材料方面有两种不同的趋势：一方面是需要易变形的软钢，可实现最复杂的几何形状；另一方面是降低燃料消耗并提高乘客的安全性，促进高强度和超高强度钢的开发和利用。目前，汽车车身常用钢种有：无间隙原子钢(IF)、传统深冲钢、高强度IF钢、烘烤硬化钢(BH)、各向同性钢、相变诱导塑性钢(TRIP)、双相钢、复合相钢、铁一铝合金、微合金钢等。除此之外，最近开发并通过检验的奥氏体高锰钢也已得到应用。同时。硼合金钢利用也日益增长，这种钢不同于其他热成形汽车用薄板材料。

 从20世纪90年代初以来，具有相变诱导效应的钢一直应用于车辆生产，而2000年以来，挛晶诱导塑性钢(TWIP)就一直处于开发之中，并于2006年应用于汽车制造。高锰孪晶诱导塑性钢锰含量为15％~30％，在环境温度下会产生机械孪晶。由于孪晶效应，在冷成形时延伸率可达到60％以上，抗拉强度可高于590MPa。有一种孪晶诱导塑性钢抗拉强度高于1400MPa，而延伸率达35％。部件可按要求的几何形状和材料综合性能来制造，这些部件能在发生碰撞时减少变形能量，同时为乘客提供高强度的安全空间。

优异的使用性能、对乘客的高度保护性以及重量的最轻化是开发汽车车身的先决条件。通过创新性的材料概念、智能型结构件的几何形状以及首创的连接技术，保时捷Cayenne车型已经达到这一目标。最高刚性是功能和超常变形性能的基础，在相关的各种碰撞中已经达到，并且车身重量相对较低。车身64％由较高强度钢构成，35％是新型高强度和超高强度多相钢，抗拉强度达980MPa，同时还用于复合结构件的金属成形。车前、后部变形区和底盘纵梁均用强度为600MPa的双相钢制造。在高应力区，依据金属成形，非常复杂的支柱A和B用相变诱导塑性钢制造，强度达700MPa。具有专利技术、借助高强度钢管(1800MPa)制成的强化门框为乘客提供更好保护。

如果钢板是由镀层带钢制造，那么就存在无镀层边缘外形。用传统方式制造这些部件时必须采取措施，即用二次腐蚀防护，诸如弯边密封和缝密封。为省去这些附加工艺步骤，开发了新的金属镀层工艺，这种镀层对含锌层的防护作用明显高于镀层重量相同的其他材料。这种新的镀层工艺是镀锌一镁合金。这种金属防护层的开发将镀锌和随后的镀镁相结合。首先是采用在清洗的锌表面通过蒸发淀积而形成一层薄的镁层的方法在镀锌带钢上形成锌一镁镀层。为了能够准确地产生最薄的镀层，还要采用物理真空淀积法。在随后的热处理中，镀镁层与锌合金化，在锌的表面形成一层厚度为0.4~1.5μm的MgZn2镀层。与通常的热浸镀锌工艺相比，锌一镁镀层具有更高的腐蚀防护性。

用相变高抗蠕变钢生产的发动机用轻型阀与锻造标准阀相比，这种阀是空心体，轴是精密管，锥体和板是经几次变形的板片。高合金钢X5CrNiSi20—12或X6CrNiMoTil7—12—2用于热负荷较低的进气阀，NiCr23Fe用于制造热负荷较高的排气阀。一些单个部件用激光焊接在一起。这种轻型钢阀质量可降低30％～50％，因此，气缸盖上的受力大大降低，并且还可减少所有活动部件之间的摩擦。由于采用大量的革新型轻型阀，从而使轻型汽车降低燃耗并提高动力。

目前，标准电厂通常的运行温度为535ºC，压力为185bar，热效率接近35％。如果蒸汽温度提高到650 ºC、蒸汽压力增至300bar，那么大大改善热耗是可能的。采用此法加上实行双加热法则热耗可降低近10％，这意味着二氧化碳排放量可降低近25％。

为了提高电厂效率而提高蒸汽参数，必须先采用具有充分抗蠕变强度和抗氧化材料来制造要求极高的结构部件。在CrMoV材料(其性能符合电厂实用技术要求)的基础上，进而开发出铬含量为9％~11％的铁素体一马氏体钢。此钢种的应用范围扩大至奥氏体钢种范围，并将带来成本优势，以及根据市场要求改善透平发电机的应用和操作。

欧洲的COST计划，在来自欧洲13国透平和锅炉制造商、钢铁生产商、焊条生产商、研究中心、研究院和电站运营商的共同参与下，2004年，开始在COST536的框架下进行该领域开发。进行的试验是研究采用铬含量为10％~11.5％的铁素体一马氏体钢进一步提高蒸汽参数的可能性。以较高的硼含量来改变合金成分，具有最大的开发潜力。开发的基础是从对长时蠕变试样的显微组织研究以及由日本政府促进的对广泛研究工作所获得的认识。

4欧洲钢铁的合作研究

对煤与钢的共同研究的合作早已存在于欧盟之中。这始于53年前的欧洲煤钢委员会，目前仍以煤钢研究基金继续存在。除了与生产技术与有关的问题外，还有新钢种、新的表面涂镀、钢材加工以及提高环境效率的创新性工艺，在欧盟框架内研发的重点是降低炼钢的二氧化碳排放量。

由于高炉是主要的二氧化碳排放源，因此在高炉工艺中的主要目标是降低碳的载体，尤其是焦炭。

煤钢研究基金主要研究项目旨在开发无氮或氧气高炉工艺，并投入工业应用。在此工艺中，冷氧喷入风口以取代鼓热风。大部分炉顶气体经由一座二氧化碳洗涤塔，在一部分一氧化碳气于冷态下进入风口时，其余气体被加热至900 ºC，通过第二排风口从高炉炉身下部喷入。从这种工艺的模型计算可明显看出，在喷煤比约为175kg／t铁时，焦比可降为仅有200kg／t铁。与目前的生产实际相比，对高炉操作者来说肯定会是一个冲击，但不会产生操作问题。必要条件是进入高炉的含铁炉料预还原度要达到95％，布氏反应焦炭需要降至15kg／t铁，而传统的高炉操作是107kg／t铁。如果这一研究项目能够获得成功，则还原剂消耗量(焦炭加喷煤)可以降低20％。然而这也意味着无碳、无焦高炉是不太可能的。

5钢铁工业的可持续性

可持续发展意味着当代人的需求不会对子孙后代的需求和生活方式产生危害。一自然资源的开发将仅限于能够保证人类长久利用。德国钢铁工业长期着手可持续发展的整体战略，从经济、生态学和社会的观点来看，基本任务就是提高成品钢材和资源效率。

 原料、能源和环境效率理应成为德国钢铁工业的头等大事。同时还包括原料的二次利用、副产品气体和渣的利用、厂区内废料，如粉尘和泥渣的再利用以及水的利用等。

钢铁生产中铁产量的提高清楚地表明资源效率的改善。自1960年以来，用于轧钢的铁总产量已增长21％。

钢铁工业的这些措施在提高竞争力和改善经济方面也取得了极大成功。粗钢单位能耗已从1960年的30GJ／t钢下降至2005年的18GJ／t钢。同期吨钢二氧化碳排放量已从2.5t下降至1.3t。

这极具重要性，因为德国钢铁工业参与了BDI德国工业联合会于2000年对德国政府的自愿承诺，即在1990年吨钢二氧化碳排放量的基础上到2012年减少22％，2005年已达到17％。取得这些进展的主要措施是在高炉生产中降低还原剂消耗量，加大电炉钢比例并改进电炉炼钢工艺，采用薄板坯连铸，通过安装能源回收装置和有效利用生产中所产生的气体使设备能力最优化。

 自愿承诺已被证明是成功的措施。尽管东京议定书并未得以执行，但从2005年1月起，欧盟执行二氧化碳排放交易。德国钢铁工业尚未收到关于二氧化碳排放量的证书。这也造成了对竞争的曲解和对未来增长的阻碍。为此，德国将不再新建用碳量大且还要附加二氧化碳排放证书的钢铁联合企业。这种企业粗钢产量增加500万t，将需要附加850万t的二氧化碳证书。对欧盟1.1亿t年产量的钢铁生产厂来说，目前对新建厂的限制是只允许300万t粗钢和550万t的二氧化碳排放证书。因此，这一新的钢铁联合企业将建在巴西。

 二氧化碳排放交易有意义吗?答案显然是否定的。因为二氧化碳交易只是官僚主义的空气质量控制，脱碳工业的措施，经济增长的制动器，对自由竞争的曲解，并且就全球能源消耗而论是荒谬的。

6未来挑战

对德国钢铁工业来说，未来的挑战是将已经开始取得的成功保持并持续下去。钢铁工业可持续发展的原则当然是进一步提高资源、能源和环境效率。为满足钢铁工业用户需求，开发有创新性用途的新钢种，例如具有超常性能的轻型钢是钢铁界研究人员、生产人员以及设备供应商最重要的任务之一。这还促成其他方面降低二氧化碳排放量，例如，随着汽车重量的降低，油耗也随之降低。更广泛地应用于钢材新型表面的涂镀材料是未来挑战的另一个领域。所有这些挑战将促使德国钢铁工业在钢铁生产的各个领域具有更强竞争力。例如，大众汽车公司的一种小汽车P0lo。就是钢材使用寿命的象征，尽管车小，却非常坚固、装备精良，采用新型高强度钢的车身已成为汽车工业小汽车广告的焦点。

　

表1 1970~2005年德国钢铁工业铁矿石进口情况

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