今后数十年内冶金行业将会如何发展？哪些创新和技术会 成为主流？普锐特冶金技术目前正在思考这些问题，并已准 备好同客户和合作伙伴一道践行公司的口号⸺“齐心协力 创造冶金行业的未来”。

如果您希望创造未来，现在就必须拥有正确的想 法和方案。为此，普锐特冶金技术分析了各种趋 势，作出了上百种猜测，并在过去若干年间同世界 各地的大约80家冶金企业、它们的客户、研究机 构、行业专家、政府和非政府组织及业界合作伙 伴进行了深入讨论。根据这些信息，我们对冶金 行业的未来走向有了明确的判断。普锐特冶金技 术旨在为帮助我们的客户成功保持竞争优势而制 定长期战略。公司拥有涵盖冶金厂整个寿命周期 全面的技术、改造方案包、产品和服务，以及先进 的自动化和环保方案，能够确保生产企业优化设 备性能和生产成本，达到日益严格的环境保护和 能源效率标准。这是可持续未来的最佳起点。下 面，让我们在专家分析和深度研究的基础上见识 一下未来的冶金行业，看一看当前的技术开发将 会对未来产生怎样的影响。

原材料、
循环利用和资源开发
主导我们的生活

2040: 冶金行业已经找到了原材料来源日益短缺和品质不断 下降的解决方法。所有的材料来源都被挖掘，诸如传感器系统、 人工智能和生物工程等先进技术和方案得到广泛应用。原料的 采掘和富集普遍采用新技术，完全不同的工艺方案成为主流。

新的原料来源

人类社会仍然必须依靠在自然界发现的原材料。海底采矿推广 开来，为人们从海洋深处带来新的矿产资源。原料的另一个来 源是“极端环境采矿”，即在环境条件极端恶劣的地区采矿， 比如遥远的西伯利亚地区、南极地区甚至地下极深处。

生物采矿技术

生物采矿技术利用微生物从尾矿和工业废料中提取铜和其他 金属。各种生物采矿技术得到优化，也能够从低品位矿石中 提取金属。

100%循环利用

冶金行业充分挖掘循环利用的潜力。以报废车辆或家电为例， 其中含有碳纤维、塑料、玻璃和金属部件。它们被彻底拆解 后，具有自学习能力的机器人和自动分拣系统将部件分成最小 的零件并予以回收。这样，基础材料能够返回到生产流程中， 从而得到最大限度的循环利用。

城市垃圾也得到全面回收，成为循环材料的又一个重要来源。 通过城市采矿，任何废料或垃圾都被自动拆解并分类。跟踪系 统监测这一过程，提供关于再生材料在其寿命周期内所处阶段 的详细信息。

普锐特冶金技术的未来展望

学到更多

极端环境采矿

• 海底采矿为满足不断增长的原材料需求带 来新资源。
• 极端环境采矿在极其恶劣的条件下进行， 比如地下极深处。

生物采矿

• 生物采矿是一种非常环保的资源开采方 案。
• 生物采矿技术的进步为人们带来新的原 料来源。
• 铜矿选矿是生物采矿技术的成熟应用。

低品位原料富集

• 随着高品质煤炭、铁矿石和废钢来源日益 减少，低品位原料富集成为常规作法。
• 根据最终产品的需要而定制低品位原料富 集方案。

零废料生产

• 零废料生产如今已成为现实，所有副产品 都得到回收，并在冶金和其他行业领域循 环利用。
• 生产工艺几乎不产生任何副产品、废料填 埋和水污染。

自动拆解和分拣

• 依靠先进的自动拆解和分拣系统执行化 学和机械分离工艺。
• 原材料跟踪帮助优化原料流动。

城市采矿

• 城市垃圾几乎被全部回收，为原材料提供 了更多的来源。
• 随着原材料日益短缺和价格上扬，全面的 材料回收成为必需。

随原料条件而变的灵活型生产

• 为了应对原料（焦煤，铁矿石）品质不断 下降的局面，自适应生产流程广为普及。
• 模拟技术帮助生产企业解决原料条件不 断变化的问题。
• 优化的废料选择和原料富集工艺在金属 生产中发挥重要作用。

以碳足印为导向的全球生产

• 寿命周期评价在工业生产和社会生活中 获得重要地位。
• 铝和镁的主要生产环节完全靠近低成本 能源来源地而分布。
• 能源节约幅度和原料使用效率是整个价 值链的主要衡量标准。

水和废料的闭路循环

• 水污染和无用副产品减少到最低程度。
• 闭路水循环得到普遍采用，尤其是在干 旱地区。
• 所有金属废料的再回收成为常态。

以能源为导向的生产

• 可再生能源（水能、太阳能和风能）的自 行生产和使用成为通行作法。
• 氢气和合成气得到广泛使用（替代页岩 气和天然气）。
• 通过工艺串接最大限度降低能耗。
• 在所有行业中，几乎所有废热都得到回 收利用。

绿色生产的综合管理

• IT方案帮助以前分离的工艺实现串接以 提高能源和原料使用效率。
• 下游工艺充分发挥可再生能源的丰富性 和经济性。
• 生产设备与智能电网/综合资源管理系 统相集成。

先进材料的使用

• 使用经济性和环保性最佳的产品。
• 为了充分发挥材料的功能性，材料的组 合变得相当复杂。
• 全金属材料、夹层材料、纤维和复合材料 的使用越来越多。
• 钢材的通用性不断提高。

机电一体化设备

• 生产设备由即装即用型机电一体化模块组 成，易于更换或扩充。
• 模块配备在线传感器、执行器和控制系统， 能够自主进行自我组织。

自学习机器人和机械手

• 特种机器人承担现场操作，自动适应生 产模式的变化，减少人力使用。
• 机器人普遍用在危险工作区域，通过远 程操作站进行控制。

无间隙在线工艺分析

• 每个部件或模块都处于在线状态监测之下。
• 所有模块数据、当前设备设置、维修计划、 运行时间和状态都显示在直观的HMI（人 机界面）上。
• 无处不在的分析传感器全方位检测材料性 能和质量。

虚拟生产

• 全面的生产模拟以可靠的数据和信息交换 为基础，对质量和操作作出预测，高效率地 管理实际生产工艺。
• 模拟将供应商和客户无间隙联系在一起， 有利于作出全面、准确的预测，并对操作计 划进行优化。

远程集中操作

• 从远程中心对遍布全球的设施进行集中 操作。
• 将来自所有联网设施的数据用于控制和 状态监测。
• 根据这些数据确定所有联网设施的基准 和持续改进措施。
• 以预防措施和自学习模型为基础安排维 修计划。

自动化结构网络

• 智能化的自主式自动化网络取代金字塔结 构的工厂自动化。
• 工厂自动化网络由带有就地集成控制功能 的现场装置联网组成。
• 先进的自动化应用，比如执行系统和资源 管理，依托工业云平台运行。

整体性服务

• 数据来源的增加推动了服务创新。
• 绿色生产、循环利用、智能电网能源管理、 环境保护和无间隙跟踪对服务提出了新的 挑战。
• 综合性服务同生产系统紧密联系在一起。

交互式现场操作和维修服务

• 设备操作和维护已在很大程度上从响应 性工作转变成预见性工作。
• 远程服务只需要少数现场人员的配合。
• 现场服务得到交互式自主机器人和增强 现实技术的支持。

数字化数据分析和基于知识的服务

• 通过云计算可随时随地获得数据分析和基 于知识的服务。
• 基于应用的服务成为客户、设备制造商和 外部开发商的常规选择，能够帮助生产系 统进行新钢种开发和设备检查。

全天候远程集中服务中心

• 集中设置服务中心，远程进行实时操作和 维修。
• 服务中心全球联网，确保全天候提供优质 服务。
• 自助服务软件工具帮助各地操作人员根据 预测模型等作出决定。

即时性备件生产

• 备品备件由服务中心集群视现场生产 需要而提供。
• 创新性制造技术（比如三维打印）保证了 即时就地交付并催生了新型业务模式。
• 备件管理系统与预见性维修系统在线 连接。

销售和咨询虚拟市场

• 虚拟市场为原材料、能源、新设备或二手部 件提供了自动中介平台。
• 代理软件根据特定参数自动供应原料或 能源。

绿色生产
是发展的基础

2040: 世界人口加速增长，全球气候不断变化，促使人们深 刻反思，需要工业生产工艺全面转型。有鉴于此，冶金行业采 取了高效率的措施和方案，针对各地区的市场条件和发展水平 全力推动绿色生产。产品再循环认证和寿命周期评价等观念已 深入人心，对保证生产设备和工艺的经济可持续性和环境亲和 性起到重要作用。

材料和能源效率推动经济发展

原材料、燃料和电力的价格持续上扬⸺速度甚至超过了通货 膨胀率。可持续性、环保性和生产成本变得越来越重要。单位 产品的能源消耗降低到了工业革命以来从未有过的水平，但在 全球范围内进一步改进仍然至关重要。余热回收达到95%的 先进指标；税收优惠和政府补贴有效地帮助提升公众在能效方 案、再生能源使用、智能电网系统和金属生产工序智能化衔接 等方面的认知水平；减少浪费和节约用水的公众意识也得到加 强。所有金属废料都得到回收；一流金属生产商在生产过程中 的收得率损失在20年内减少了50%之多；产生的二氧化碳大 部分被用在人工光合作用系统中制造生物能源。

高度灵活的全集成式生产设备

高品质矿藏日渐枯竭，迫使人们必须开采低品位矿。金属生产 商已经转而使用低品质原料，技术供应商则开发了需要的设备 和技术。为了处理质量波动的原料和使用不同类型的能源，设 备灵活性大大增加，工艺操作变得更加复杂。使用的能源类型 包括可再生能源、现场制氢（包括现场储存）、页岩气、页岩 油和基于剩余再生能源的人工合成甲烷。这些能源通过智能电 网和能源管理系统实现互联。根据价格、供应量和目标金属收 得率，不同的原料和能源可以互换使用。所有这一切都通过利 用移动界面进行云智能远程监测的先进的信息和通信系统实现 控制。

整体性工厂运行
在虚拟世界中

2040: 工厂运行越来越多地采用云技术在虚拟世界中进行模 拟，信息物理融合系统已成为冶金生产工艺的标准配置。现实和 虚拟世界之间连续不断的实时数据和信息交换保证了当前工厂运 行的可靠监测和控制。操作人员能够同时监测实际工艺和虚拟世 界，或者检查预测的可靠性，并在需要时对当前运行加以干预。

精益自动化结构

虚拟工厂运行改写了应用控制技术的定义。质量、产能和效率 参数得到精确的实时模拟和连续测量，数据和设定点的连续交 换为基于工艺诀窍数据库的精益自动化结构的应用提供了保 障。数据库本身包括了丰富的内容和先进的反馈机制。

无间隙分析和机器人系统

在线产品质量和工艺分析，包括承担设备操作任务的自学习机器 人，得到广泛应用。它们既能在小范围内自主工作，又能为整体 性工厂运行和生产控制提供需要的综合信息。机器人在危险区域 完成所有日常维修工作。它们能够自动适应生产模式的变化，极 大地方便了操作人员的工作。

在线监测确保可靠的运行

生产设备由一系列标准化的机电一体化模块组成，它们依靠内置 的智能化功能实现不间断的设备监测。先进的集成传感器和相应 的通信技术保证了稳定传送整个生产流程中安装的机电一体化设 备的状态数据和信息。这样，当设备或部件出现磨损时就能灵活 地调整运行模式和参数，并且及时自动安排必要的维修工作。安 装在世界各地的设备可从一个中心站进行远程操作和控制，从而 使操作人员能够确定不同地点的工艺技术和设备是否同样正常运 转，而且还能帮助确认能够让系统运转得更好或生产出更高质量 产品的工艺条件。由于所有设备全面互联，设备产能和产品配置 都能根据当前需要而快速和方便地进行调整。

服务模式
推动全周期合作

2040: 能够远程管理操作和维修工作的中央服务区已经司空 见惯。它们24小时远程实时管理，为冶金生产企业提供种类众 多的服务，从冶金支持到备品备件供应应有尽有。设备数据的 更多来源和有效的管理为各种新型服务模式奠定了基础。

远程维修

基于状态监测系统数据的前瞻性维修工作是先进技术潮流。这 些系统不仅预测特定事件并执行预见性维修，还能全面优化工 厂运行。远程接入和设备控制提高了作业率，减轻了现场工人 的工作强度。机器人和自动操作系统都能远程控制，从而对生 产运行和维修工作提供帮助。

备品备件即时供应

备件物流优化和即时交付意味着让生产企业减少资本支出。堆 积制造技术是解决方案之一。按需提供图纸使客户能够在需要 时生产特定备件或临时更换件。备件管理系统与预见性维修系 统相连，以全面优化生产工艺。

数据流管理

巨量数据得到智能化管理。通过云计算可随时随地获得数据分 析和按需提供的基于知识的服务。众多应用程序涉及了整个金 属生产价值链的各个方面，比如冶金、物流和成本管理等等， 而且能够在下载后立刻为操作人员提供帮助。管理人员能够随 时调取运行数据和生产诀窍进行分析。

虚拟市场

销售和咨询虚拟市场为原材料、能源、新部件和二手部件乃至 新设备技术和通信软件提供了一个自动销售平台。代理软件根 据特定参数自动向客户供应原料或能源。

未来将会怎样？
普锐特冶金技术的归纳总结

未来数十年的大趋势包括：世界人口持续增长，气候变化，原 料短缺，能源需求不断增加，全球经济重心转移，城市化进程 方兴未艾，信息网络加速发展，等等。这些因素将影响甚至决 定人类社会的未来发展方向。

钢和铝的强劲需求

在今后20年内，预计全球粗钢需求将增加大约50%，每年超 过20亿吨。铝的产量将提高100% – 130%，达到每年1亿吨。 铝和钢的潜力不会被挖掘殆尽，交通运输和能源生产领域的特 殊应用，还有特殊制造业，对极其复杂的铝合金和钢种有着旺 盛的需求。建筑和交通业的持续发展对金属需求的拉动作用超 出以往任何时候。

新一代金属

夹层材料、纤维材料和性能随温度而变的材料在2040年将得 到推广应用。它们是针对拟定用途而优化性能的新一代材料的 典型代表。材料的强度、韧性、变形能力和其他性能都远远超 过2016年的标准水平。

全集成式智能化生产

从原料开采直到成品表面涂装，冶金行业生产工艺的集成度将 变得越来越高。大多数金属的生产仍然采用传统的工艺步骤， 包括矿石的还原和熔炼、钢坯的浇铸和轧制。不过，新设备和 改造项目将全部以提高资源效率为特色，包括在原料、收得 率、能源、空间需求、产品、生产废料和水耗等各个方面。氢 气将在冶金生产中占有越来越重要的地位。信息和通信技术将 主导金属生产及相关设备和服务的所有方面。

齐心协力创造冶金行业的未来

全世界的专家都认为：冶金行业将在今后数十年内发生巨大的 变化，生产工艺和应用技术必然出现激动人心的新发展。普锐 特冶金技术认真听取了高管人员、企业家、专业人士和意见领 袖的观点，他们的看法让我们对未来的金属世界充满了期待。 这些展望帮助我们判断和量化未来市场，预测客户需求，确定 最具可持续发展潜力的技术，抓住新商机，创造一个更加美好 的世界。现在，业界需要作好准备，采取必要的行动迎接明天 的到来。普锐特冶金技术已经作好充分准备，与客户和合作伙 伴携手“齐心协力创造冶金行业的未来。”

炼铁和炼钢
百年之后

“作出预测难度很大，尤其是关于未来的预测，”丹麦物理学 家、诺贝尔奖获得者Niels Bohr说。所以，对2116年的钢铁行业 作出预测确实是一项十分困难的任务。假定文明社会在今后的 100年内继续发展，那么，自数千年前钢铁冶金出现以来，用铁 矿石生产出的钢铁总量将会超过1,500亿吨。鉴于世界钢铁来源 如此众多，每年有三分之二以上的钢产量将来自于废钢回收和电 弧炉冶炼。

电弧炉炼钢最佳可行技术的能源效率接近90%，几乎是理论上 可能的最高水平。废热损失几乎可以忽略不计。固体废料不再填 埋，而是全部循环返回生产工艺，或者用在其他行业。所有大批 量生产的材料都被分类，拆解，跟踪，再利用。电弧炉炼钢原料 的成分完全被提前掌握，从而最大限度减少废钢熔炼后的合金需 求。

完全基于铁矿石的钢铁生产主要采用直接还原技术。像Corex和 Finex这样的熔融还原工艺得到推广，而仍在使用的高炉将持续 得到优化。不过，绝大多数生产设施会是利用各种还原气体和能 源的直接还原系统。按照ISO寿命周期评价方法，每吨钢的二氧 化碳总生成量还不到2016年水平的四分之一。钢厂成为受人尊 敬的环保型资源回收和价值创造企业。

钢的生产完全遵循即时性理念。钢水连续生产工艺最大限度减少 了必需的工艺环节的数量；直接浇铸和轧制成为扁平材和长材热 轧卷生产的主流；绝大多数钢产品的冷轧、退火、处理和精整完 全串接成一条连续生产线，钢材加工配送中心的复杂业务也被纳 入其中。

钢厂危险区域不再有操作人员的身影，这里的工作已经完全由机 器人承担。另外，机器人执行所有日常的快速更换操作和普通的 维修工作，包括重型部件的搬运。在中央运行中心对钢铁生产设 备的操作和维修进行全方位的远程控制。通过计算机、手持式装 置和增强现实眼镜对生产工艺进行视频监控。预见性和前瞻性维 修广为采用并全面优化，特别是基于数据的服务得到全面推广， 比如机器学习、数据挖掘、云计算和完善的故障预测，从而杜绝 了设备意外停产的发生。

液态和固态冶金的神秘面纱在很大程度上被揭开，依靠先进的信 息-物理-数学工具和先进的计算机模型集群对冶金工艺、技术和 设备操作进行全面的模拟。整体诊断、质量预报和炼钢工艺制度 被用来评估生产设备的状态、能源相关参数、跨工艺产品质量和 必要的介质供应，以达到产品性能目标。

生产的主要钢种数量已经超过了10,000种，而2016年只有大约 3,500种。与2016年的微芯片采用的硅、锗显微技术相提并论 的“纳米合金化”和“量子技术”得到广泛应用，使钢的重要性 能大幅度提高。最大屈服强度、韧性和延展性在100年间都已翻 番，钢的质量达到近乎完美的程度。

设备组件不仅仅是内置传感器的机电一体化方案，还像蜂群中的 蜜蜂那样自主运行。各个组件监测自身的状态，告知或警示远程 控制中心，触发供应链的自我更换、维修计划和消耗件/备件订 货。

通过与全球工业合作伙伴的密切合作，加上高附加值钢产品的不 断开发，在今后的100年内将继续保持竞争优势，继续作为体现 进步和繁荣的一个重要指标。