鋼鐵科學技術研究
鋼鐵科技事業的發展曆程
中國古代的鋼鐵冶煉技術，包括煉鐵、煉鋼、鑄造等，曾長期在世界上領先。中國人民早在春秋晚期，就掌握了生鐵冶煉技術；戰國早期，就發明了鑄鐵柔化技術；西漢後期，創造了煉鋼技術，把生鐵煉成熟鐵或鋼；東漢末年到三國時期，在煉鋼的基礎上又出現了“百煉鋼”的工藝，把“精鐵”鍛打一百多火，即成為鋼。南北朝時代，中國人民又創造了獨特的“灌鋼”煉鋼法。這是一種把生鐵灌注到熟鐵上的滲碳煉鋼法。它可製造出含碳較高的優質鋼。這些創造，對中華民族的生存和發展，對促進世界文明，做出了重大貢獻。但長期的封建製度，嚴重束縛了中國鋼鐵技術的發展。
中國近代鋼鐵科技研究事業創始於二十世紀二十年代。一九二八年，國民黨政府設立了中央研究院，並在上海建立了工程研究所。所內設有鋼鐵試驗場，安裝半噸電爐，煉製優質鋼與合金鋼。一九三三年，國民黨政府國防設計委員會（後改稱資源委員會）籌設礦室、冶金室，進行技術研究和試驗製造。一九三八年，國民黨政府經濟部決定，將礦室和冶金室並入剛成立的中央一級的礦冶研究所。但在當時的政治、經濟條件下，科研技術人員很難發揮作用，科學技術研究工作微不足道。到新中國成立前夕，全國隻有北平礦冶研究所、上海工程研究所和重慶兵工署材料試驗處三個礦冶研究單位，從事研究工作的僅數十人。舊中國部分企業，如鞍山昭和製鋼所（鞍鋼的前身）也設有研究部，工作人員500人。
新中國成立後，鋼鐵科研事業才迅速發展起來。在國民經濟恢複時期和“一五”計劃時期，集中了一部分科技人員到鞍鋼等重點企業，派往前蘇聯學習的一些技術人員也回國參加建設，東北工學院、北京鋼鐵學院等一大批大學畢業生也被分配到鞍鋼等冶金企業工作。他們在生產建設實踐中鍛煉成長，許多人後來成為新建鋼鐵基地和科研單位的骨幹力量。
一九五一年，中國科學院組建了金屬研究所。隨後，又組建了北京化工冶金研究所、上海冶金陶瓷研究所。一九五二年，重工業部在北京建立了鋼鐵工業試驗所。一九五五年，中國科學院成立了冶金陶瓷研究所長沙分所（冶金工業部長沙礦冶研究院的前身），重工業部成立了建築科學研究所。各重點鋼鐵企業也先後建立了中心試驗室。
一九五六年，國務院製訂了中國一九五六年至一九六七年十二年科學技術發展遠景規劃。冶金工業部據此製訂了鋼鐵科學技術發展規劃和落實措施，同時開展了氧氣頂吹轉爐煉鋼及連鑄等新工藝、新技術的研究。同年，正式成立中國金屬學會，開展了各項專業學術活動。這一時期的鋼鐵科學技術進步很快，中國的高爐煉鐵技術、平爐煉鋼技術，已逐步趕上或接近國際先進水平。
在一九五七年“反右”擴大化和一九五九年“反右傾”鬥爭中，一些有真才實學的科研技術人員被打成“右派”或“右傾”分子，挫傷了科技人員的積極性。
六十年代初，前蘇聯政府撕毀協議，撤走專家，加上國內經濟困難，鋼鐵科技事業遭受重大挫折。為了自力更生地解決原子彈、氫彈、飛機、導彈、艦艇等急需的新材料，冶金工業部成立了技術司，負責組織軍工材料的研究和生產。同時，鋼鐵工業試驗所也擴建為鋼鐵研究院，也以軍工為主，先後開辟了高溫合金、精密合金、難熔合金、粉末冶金、合金鋼及其配套技術等新的研究領域。
一九六一年，國家製訂了《關於自然科學研究機構當前工作的十四條意見》。一九六三年十一月，國家科學技術委員會提出《一九六三年至一九七二年科學技術發展規劃（草案）》，其中包括：建立適合中國情況的冶煉流程和設備、合理利用包頭礦、攀枝花礦及貧紅鐵礦，掌握並發展氧氣煉鋼、連續鑄鋼、真空冶煉、粉末冶金及流態化等新技術。並在高爐試驗噴吹天然氣、重油和煤粉，以及金屬物理和冶金過程物理化學等基礎課題的研究。冶金部為了實施上述規劃，對科技工作進行了整頓，製訂了一係列規章製度和條例，成立了科技辦公室，還陸續建立了馬鞍山礦山研究院、洛陽耐火材料研究所、武漢安全技術研究所、包頭冶金研究所（後改稱包頭稀土研究院）、西南鋼鐵研究院（後改稱攀枝花鋼鐵研究院）等一批專業研究機構。一些省、市冶金工業局和重點鋼鐵企業也建立了研究所。這一時期，依靠中國自己的力量，開展了許多攻克尖端技術課題的研究，克服了重重困難，為國防軍工的需要和鋼鐵技術水平的提高作了艱巨的努力，取得了重要成果。但在“文化大革命”中，廣大科技人員橫遭批判和歧視，鋼鐵科技事業遭受嚴重破壞。
粉碎“四人幫”以後，鋼鐵科技戰線的形勢發生了重大變化。一九七八年三月，鄧小平在全國科學大會上指出：知識分子是工人階級的一部分，科學技術是生產力。中共十一屆三中全會以後，中共中央和國務院對發展科學技術作出一係列重要指示，確定了“經濟建設必須依靠科學技術，科學技術工作必須麵向經濟建設”的戰略方針。國家科委製定了《一九七八年至一九八五年全國科學技術發展規劃綱要（草案）》。冶金部強調科學技術必須為鋼鐵生產建設服務，為老廠技術改造服務，為國防和國民經濟各部門服務。要求把引進、消化、吸收國外先進技術作為加快發展鋼鐵科學技術的重要途徑，認真實行產品、工藝、裝備並重的科研工作方針，圍繞重大課題，將科研院所、高等院校、設計、設備研製部門、生產企業等方麵的科技力量組織起來，協同攻關。冶金工業部於一九七八年改組了科技辦公室，加強了領導力量。一九八二年，又將科技辦公室組建為科技司。同時，調整了重點科研院所的領導班子，修訂了鋼鐵工業的技術政策和裝備政策，建立健全了科研工作計劃管理、成果管理，成果獎勵等規章製度和辦法。
一九八五年，中共中央作出了《關於科技體製改革的決定》。鋼鐵科技係統逐步擴大了科研單位的自主權，加強了同生產企業的橫向聯係，實行科研項目合同製、課題承包製、科研院所指標考核責任製和科技成果的有償轉讓製，進行改革的探索和試點。初步的改革，促進了科研工作和經濟建設，提高了科研成果的轉化率，科研工作對提高鋼鐵工業技術經濟效益的作用更大了。一九八七年十一月，中共十三大的報告中，把發展科學技術事業放在首要位置，指出科技工作的首要任務是振興國民經濟。這更加鼓舞了鋼鐵工業的科技人員，並推動了鋼鐵工業的科技進步。
中國的鋼鐵科研事業從小到大，已逐步有了一套門類比較齊全的科研機構。據一九九○年統計，全國從事鋼鐵科學技術研究的院所共計119個。其中，屬中國科學院的3個，屬冶金工業部的17個，各省、市的25個，企業的74個。全國鋼鐵係統共有工程技術人員15.4萬人，占職工總數4%。冶金工業部直屬科研院所有高級工程師1609人，工程師4256人。鋼鐵科研工作從一九四九年到一九九○年的四十二年中，共取得重大科研成果6000多項，其中158項獲得國家發明獎。
采礦選礦技術取得進步
一、采礦技術裝備與采礦方法
當代中國黑色金屬礦山的科學技術工作，主要是針對中國資源特點，研究提高礦山的生產效率，擴大礦山的生產能力，革新采、選技術裝備和工藝，經濟合理地利用鐵礦石等資源。
中國鐵礦以露天開采為主，主要裝備是穿孔機、挖掘機和運輸車輛三大件。通過引進技術和多年的開發、研究，礦山開采裝備已經改善。逐步走向大型化、高效化。五十年代，用衝擊鑽打眼，用0.54—4立方米電鏟裝車，用5—20噸汽車或電機車運輸，用排土犁排土。到八十年代，中國已研製成功190—270毫米、310—380毫米的大型牙輪鑽機，以及與之配套的10—12立方米電鏟、108—154噸電動輪汽車、47噸振動式壓路機、1000千克米液壓碎石機等15種大型礦山設備。並研製出“間斷—連續”開采工藝的裝備，初步形成了裝備年產1000萬噸級露天礦的設備體係。這些裝備用於生產，將大大提高開采效率和開采規模。
在采礦方法方麵，從七十年代末起，試驗和應用了陡幫開采、橫采橫擴等新的開采方式，改變了沿用的10°～15°工作幫坡角的緩幫開采方式，提高了礦石產量。還成功地應用了邊坡穩定、邊坡監測和加固技術、岩石分級方法、大型溜井開拓係統的合理結構，以及事故預防等技術，並把電子計算機應用於礦山開采。在地下開采方麵，五十年代采用普通金屬模板、整體式混凝土井壁及掘砌單行作業方式；六十年代使用中型掘井配套設備，並采用深眼光麵爆破、噴錨支擴與混凝土澆灌襯砌的複合井壁等先進技術，還組織了多吊盤平行作業；七十年代，進而使用蟹爪式裝載機和立爪式裝載機、梭式礦車，以及深眼直線掏槽等技術，掘進效率從五十年代獨頭岩巷月進23.7米，提高到六十年代的40—60米，七十年代的60—100米。無底柱分段崩落采礦方法的應用，進一步提高了采礦強度，降低了貧化損失，改善了通風條件，已經成為地下開采鐵礦的主要方法。
在爆破技術和爆破器材方麵，進步顯著。通過對礦岩爆破基礎理論、爆破測試技術的研究，根據岩石可爆破性提出了新的岩石爆破性分級方案，建立了幾種爆破數學模型，在爆破優化、控製爆破、微差爆破、地震效應和工程安全等技術上都取得較大進展，顯著地改善了爆破質量。圍繞提高爆破效果，還先後研製成功多孔粒狀銨油炸藥、防火粉狀銨鬆臘炸藥、漿狀炸藥、防水乳化炸藥，以及毫秒雷管、抗雜散電雷管、無起爆藥毫秒電雷管、非電導爆管、高精度毫秒電雷管等，對提高爆破效果、保證安全起了重要作用。七十年代末、八十年代初，發明的乳化炸藥和無起爆藥毫秒電雷管，不僅在全國冶金礦山得到推廣應用，還將技術轉讓給了瑞典諾貝爾公司。
二、貧紅鐵礦選礦技術
在貧紅鐵礦的選礦方麵，五十、六十年代，曾采用還原焙燒磁選工藝，以及用大豆油脂肪酸、氧化石臘皂為選礦捕收劑的浮選方法，去解決貧紅礦的富集問題，但效果不理想。進入八十年代，長沙礦冶研究院、馬鞍山礦山研究院等單位，分別研製濕式強磁選機和石油磺酸鈉、改性氧化石臘皂、硫酸化塔爾油等新型浮選藥劑成功，為突破貧紅鐵礦選礦技術創造了條件。在此基礎上，通過在東鞍山、齊大山、司家營、海南等鐵礦的選礦技術攻關，對“弱磁選—強磁選—酸性浮選”、“弱磁選—強磁選—醚胺反浮選”、“階段磨礦—強磁選—浮選”等各種選礦流程進行試驗研究，終於解決了鞍山式紅鐵礦的選礦難題。經過對弱磁性鐵礦的浮選、濕式強磁選、細粒重選、礦石預選、磨礦分級等技術的應用，全國磁選礦廠精礦平均品位由一九七六年以前的62.46%提高到一九八○年的66.82%，有七個重點磁選廠達到67%，明顯地改善了高爐的原料狀況。
三、多金屬共生礦選礦技術
合理利用多金屬共生礦資源的研究成效顯著。從五十年代起，就開始對含有稀土元素的包頭鐵礦和含釩、鈦的攀枝花鐵礦，進行了選礦技術的研究。一九五三年，中國科學院金屬研究所開始研究包頭礦的選礦技術，提出了重選、弱磁選、焙燒磁選、浮選等多種流程方案。一九五五年，前蘇聯有色冶金機械選礦研究設計院提出用反浮選法、焙燒磁選—浮選法和弱磁選法—浮選法，分別處理富鐵氧化礦、中貧氧化礦和原生磁鐵礦等工藝流程，並以此進行了包鋼選礦廠的設計。從一九七五年開始，中國科學院長沙礦冶研究所、冶金部有色金屬研究院、選礦研究院、包頭冶金研究所、地質部礦產綜合利用研究所以及包頭鋼鐵公司等單位，開展了以選鐵為主、綜合回收稀土元素的研究。一九七六年，由有色金屬研究院廣東分院和包頭冶金研究所等單位，用羥肪酸類捕收劑，從重選稀土粗精礦、中貧氧化礦原礦或從選礦尾礦中進行浮選，獲得含稀土氧化物60%以上的稀土精礦，突破了包頭綜合選礦技術。在此基礎上，包頭冶金研究所和包鋼等單位，又研究用環烷酸羥肪酸胺為捕收劑，於一九八二年將稀土精礦品位提高到68%。一九八五年又從包頭稀土精礦中分選出純度為95%的氟碳鈰礦和獨居石，成為中國在選礦技術上的一項獨創。
攀枝花多金屬礦的選礦問題，從一九五六年進行地質勘探開始，就由地質部北京礦物原料研究所進行可選性試驗研究。一九五八年，又委托前蘇聯列寧格勒選礦研究設計院、中國科學院長沙礦冶研究所、冶金部選礦研究院進行選礦研究。到一九六三年，研究的結果說明：攀枝花釩鈦磁鐵礦經選礦富集，隻能獲得含鐵52%—55%、含二氧化鈦12%—14%、五氧化二釩0.5%—0.6%的高鈦型鐵精礦。一九六四年，長沙礦冶研究所等科研院所對攀枝花的蘭家火山、朱家包包、尖包包三個礦區的礦樣又分別進行了實驗室和半工業選礦試驗。一九六五年十月，這些研究單位在西昌四一○試驗廠進行了選礦工業試驗，確定采用一段磨礦、一次粗選、一次掃選的磁選工藝流程，並依此設計和建設了選礦廠。為了綜合利用攀枝花釩鈦磁鐵礦中的有用礦物，長沙礦冶研究所在攀枝花冶金礦山公司等單位協助下，從一九七四年開始進行選鈦工藝流程試驗。一九七八年在西昌四一○廠完成了用攀礦選礦尾礦進行重選—電選流程工業試驗，選出含二氧化鈦48.7%的鈦精礦（收率為53%）和含鈷0.31%、含0.2%的硫鈷精礦（收率25%）。一九七九年十月，按照這個工藝流程建成一座年產鈦精礦5萬噸的選鈦廠。
此外，在礦石預選、磨礦、篩分分級技術，磁選工藝及設備，濕式強磁選技術，弱磁鐵礦重介質選礦，錳礦石選礦技術等方麵，也取得一批重要成果。經過三十多年的努力，中國黑色金屬選礦已由隻能用單一弱磁選機選別回收單一的鐵精礦，發展到能采用多種選礦方法，處理具有貧、細、雜等特點的紅鐵礦、多金屬共生礦；在選礦裝備方麵，也由單一小規格電磁弱磁磁選機發展到大型永磁弱磁磁選機、成係列的大型強磁選機、高梯度磁選機、電選機、浮選機和重選機等；同時，適應中國資源特點，研製並初步形成了新的選礦藥劑係列。到八十年代，中國的黑色金屬選礦，不僅能有效地回收鐵，而且可以綜合回收銅、硫、鈷、鈦、稀土、螢石、重晶石等多種礦物。在鐵礦選礦技術的一些重要方麵，已接近或達到了世界先進水平。
鋼鐵冶煉工藝和技術裝備
一、煉鐵工藝和技術裝備
在煉鐵方麵，首先是重點突破了精料入爐、強化冶煉和噴吹煤粉三大技術，同時針對中國資源特點，用普通高爐冶煉含釩鈦的鐵礦和含稀土的鐵礦取得成功。在高爐大型化和自動控製方麵，也有了進展。
在高爐精料方麵，除提高鐵精礦品位外，重點是采用高堿度燒結礦並改進燒結工藝技術。中國富鐵礦極少，較普遍地采用鐵精礦燒結塊，作為煉鐵的主要原料。早在一九五一年，鞍鋼的技術人員經過試驗，用消石灰作粘結劑和熔劑，生產出低堿度燒結礦。一九五四年改用生石灰作熔劑，提高了燒結礦強度。一九五五年，北京鋼鐵學院與本鋼合作，在燒結礦中適當添加氧化鎂，進行了提高燒結礦自熔性的工業試驗，成功後在全國推廣了自熔性燒結礦煉鐵，改善了冶煉性能。鞍鋼從一九五四年開始，進行了提高堿度的試驗。一九五五年七月，生產出堿度0.97的自熔性燒結礦。一九五八年又將堿度提高到1.18—1.3。這使高爐煉鐵的石灰石用量減少，焦比大幅度下降，高爐利用係數顯著提高。一九六三年，本鋼第一煉鐵廠曾經生產出1.52—1.61的高堿度燒結礦，經過多次試驗，七十年代又探索出堿度1.5—2的燒結礦，與天然塊礦、酸性球團或矽石搭配煉鐵的新技術，高堿度試驗，具有決定性意義的是包鋼一九七六年試燒成功，從此才推廣開來。八十年代，全國半數以上的重點煉鐵企業生產高堿度燒結礦，大大改善了高爐冶煉指標。
為提高燒結礦的產量、質量，降低燃料消耗，還逐步解決了厚料層燒結、冷燒結礦等重大技術問題。在料層厚度方麵，五十年代末采取“薄鋪快轉”工藝，料層厚度隻有200—220毫米。一九七七年，鞍鋼探索了料層厚度對燒結礦產量、質量和燃耗的影響。結果發現當料層由249毫米提高到451毫米時，料層每增加10毫米，燒結礦的強度提高1%。一九七八年，首鋼總結出一套“低炭厚鋪”的操作製度，將料層逐步提高到280—300毫米。一九八四年，首鋼第二燒結廠和武鋼第三燒結廠料層厚度已達到430毫米。這項技術已在全國推廣。
五十年代建設的燒結廠，按前蘇聯設計，都采用生產熱燒結礦的工藝。但其他工業先進國家的實踐證明，使用冷燒結礦比使用熱燒結礦能強化高爐冶煉，降低焦比，延長爐頂壽命。一九六五年，馬鋼第二燒結廠引進聯邦德國的熱振動篩和日本的環冷機，推動了冷礦技術的進展。六十年代中期以後，新建大中型燒結廠絕大多數采用了冷礦工藝。除鞍鋼、本鋼外，其他老廠也已逐步改為冷礦工藝。
中國的燒結機，在五十年代最大隻有75平方米，六十年代末，在攀鋼安裝了國內設計製造的130平方米的燒結機。到一九九三年，全國130平方米的燒結機共19台。八十年代，通過消化引進技術，提高了各新建燒結機的技術水平。由國內設計、製造的48O平方米燒結機，用於上海寶鋼二期工程，其技術水平與一期工程的設備相當。大型燒結機具有建設投資省、生產成本低、便於實現自動化操作等優點，有利於高爐的精料技術。
為了保證高爐吃精料，還采取了爐料混勻、篩淨粉末、粒度分級等技術。同提高精礦品位、改善燒結礦質量一起，形成了一套較完整的精料技術。
在強化高爐冶煉方麵，主要采取了提高風溫、綜合鼓風、上下部調劑等項技術。容積1000立方米級以上的高爐的風溫已經從五十年代初的600—700℃提高到八十年代的1000℃左右，少數高爐達到1000℃以上。在五十年代學習前蘇聯對高爐進行“上部調劑”經驗的基礎上，認識到上部調劑必須與下部調劑統一考慮，從實踐中總結發展成為具有中國特色的上下部調劑原理，強化了冶煉。
為了降低焦比和強化冶煉，中國的高爐在噴吹技術方麵具有特色。從六十年代末試驗向高爐噴吹重油開始，進而發展到噴吹煤粉，並大麵積推廣。首鋼的噴煤技術，已作為專利技術向國外轉讓。噴吹煙煤的技術，比噴吹無煙煤複雜，八十年代初在馬鋼和蘇州鋼鐵廠的中、小高爐上試驗成功，以後得到逐步推廣。
攀枝花釩鈦磁鐵礦進入高爐冶煉並獲得成功，是中國煉鐵科技人員攻克的一項世界上還未能解決的技術難題。一九五八到一九六一年，中國科學院上海冶金研究所、化工冶金研究所、冶金部鋼鐵研究院、石景山鋼鐵公司等單位，先後在0.5立方米、1立方米、11立方米、28立方米微型高爐或小型高爐上對釩鈦鐵礦進行過探索性煉鐵試驗。一九六五年一月至八月，冶金工業部組織了14個科研、生產單位的108名專家，包括有經驗的高爐爐長、工長等，組成科研工作隊，進一步開展冶煉釩鈦磁鐵礦的攻關試驗。在承德鋼鐵廠100立方米高爐進行模擬試驗，解決了釩鈦鐵精礦的燒結和脫硫問題以及爐渣含二氧化鈦35%時的爐況順行、渣鐵暢流問題，摸索出用普通高爐冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦的操作製度。一九六六年一至六月，在西昌四一○廠試驗廠28立方米小高爐上，繼續用攀枝花礦石冶煉試驗，檢驗承德的試驗結果，完善冶煉方針和措施。一九六七年四月，又在石景山鋼鐵公司576立方米高爐上進行試驗，進一步摸索大高爐的操作規律，使釩鈦磁鐵礦的高爐冶煉技術更臻完善，為建廠提供了設計依據。這一技術的突破，為充分開發攀西地區的鐵礦資源創造了條件，獲國家發明一等獎。
包頭稀土、铌共生鐵礦冶煉技術的突破，是中國煉鐵技術上攻克多金屬共生礦的又一重大成果。一九五四年開始研究包頭礦的冶煉問題，當年三月，在石景山鋼鐵廠71立方米高爐上進行試驗，發現含氟爐渣對粘土磚爐襯侵蝕嚴重。十二月，上海冶金陶瓷研究所通過試驗，重點研究氟在高爐內的行為和揮發機理。此後，又經石景山、鞍鋼的幾次試驗，都未能解決包頭礦的選冶技術問題。包鋼一號高爐建成投產以後，碰到一係列技術難題，造成爐內嚴重結瘤，風口、渣口破損頻繁，難以正常生產。從七十年代中期開始，冶金部組織了攻關組，首先通過采取高堿度燒結，解決了其強度差的問題。以後，又通過一係列的冶煉試驗，摸清了堿金屬危害是爐內嚴重結瘤的主要原因，並且通過使用含氧化鎂的高堿度燒結礦，適當降低爐渣堿度和爐溫，以及適當洗爐，嚴密監視和控製堿積累等措施，八十年代初才解決了包頭礦的冶煉技術，扭轉了高爐生產長期被動的局麵。
從七十年代起，高爐技術裝備水平逐步提高，一批1000—2000立方米及大於2000立方米的大高爐先後建成投產。首鋼經過大修改造後的1320立方米的新二號高爐，首先使用了無料鍾爐頂等新技術，並在國內首次用可編程序控製器作為高爐上料係統的控製設備。首鋼三號高爐經過大修、改造，也采用了無料鍾爐頂、爐喉測溫、爐內煤氣取樣、爐前除塵等技術，高爐上料、噴煤、熱風係統全部用PC—584電子計算機控製，成為中國鋼鐵工業第一座采用電子計算機進行多係統控製的現代化高爐。上海寶山鋼鐵總廠引進的4063立方米高爐，技術先進，經過消化吸收，較大幅度地提高了國內新建和改建高爐的技術裝備水平。國內設計、製造的寶鋼二號高爐，其技術裝備水平又略高於一號高爐。