1. 產(chǎn)量與使用量最大的金屬
鐵在生活中分布較廣,地殼中鐵的豐度為4.75%,僅次于氧、硅、鋁,位居第4。據(jù)世界鋼鐵協(xié)會發(fā)布的《世界鋼鐵統(tǒng)計數(shù)據(jù)2023》數(shù)據(jù),2022年全球的粗鋼產(chǎn)量18.85億t。圖1是排名前9位金屬的相對產(chǎn)量[1]。如果以粗鋼的生產(chǎn)量為100,那么第2~9位的總和僅為10.86。只有粗鋼的10%左右。啊,鋼鐵,量的霸氣!
圖1 排名前9位的金屬的相對產(chǎn)量
據(jù)世界鋼鐵協(xié)會發(fā)布的《世界鋼鐵統(tǒng)計數(shù)據(jù)2023》數(shù)據(jù),2022年,中國粗鋼產(chǎn)量達到10.18億t,位列全球第一,占全球粗鋼總產(chǎn)量比重為54.0%;印度和日本位列全球第二和第三,粗鋼產(chǎn)量分別為1.25億t和0.89億t;美國與俄羅斯粗鋼產(chǎn)量分別是0.81億t和0.72億t,位列第四和第五位。韓國、德國、土耳其、巴西、伊朗依次位居第6~10名,粗鋼產(chǎn)量分別為0.66億t、0.37億t、0.35億t、0.34億t、0.31億t。
盡管受到新冠疫情的影響,2022年中國的鋼材產(chǎn)量還是實現(xiàn)了增長,據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)[2],全年產(chǎn)量高達13.40億t,比其他幾大洲的產(chǎn)量總和還要多。
全球十大鋼鐵集團排行榜,中國占了七席。早在幾年前,就流傳著這樣的說法:中國的鋼產(chǎn)量世界第一(不包括河北?。:颖笔〉诙ú话ㄌ粕剑?,唐山第三?,F(xiàn)在,我國擁有著許多大型的鋼鐵集團,據(jù)世界鋼鐵協(xié)會發(fā)布的《世界鋼鐵統(tǒng)計數(shù)據(jù)2023》數(shù)據(jù),在全球公布的十大鋼鐵集團排行榜中,中國的寶武鋼鐵集團位居世界第一。寶武集團是由寶鋼集團和武漢鋼鐵集團重組而成,是當(dāng)前世界上唯一的一個產(chǎn)量超過1億t的鋼鐵集團(圖2)。
圖2 寶武集團
除了寶武集團名列第1之外,我國的鞍鋼集團排名第3,沙鋼集團排名第5,河鋼集團排名第6,隨后的還有建龍集團、首鋼集團、山鋼集團。
2. 鋼鐵的廣泛應(yīng)用
鐵具有很多應(yīng)用[3],可用于制藥、農(nóng)藥、熱氫發(fā)生器、凝膠推進劑、燃燒活性劑、催化劑、水清潔吸附劑、燒結(jié)活性劑、粉末冶金制品、各種機械零部件制品、硬質(zhì)合金材料制品等。純鐵用于制發(fā)電機和電動機的鐵芯,還原鐵粉用于粉末冶金,鋼鐵用于制造機器和工具。此外,鐵及其化合物還用于制磁鐵、藥物、墨水、顏料、磨料、還原劑、鐵鹽制備、電子元器件制備、營養(yǎng)增補劑(鐵質(zhì)強化劑),在膠黏劑中用作環(huán)氧膠黏劑的填料,配制鑄件修補膠等。
鋼鐵的用途更是廣泛。鋼鐵材料在建筑、機械、造船、通訊、農(nóng)業(yè)、汽車、交通、鐵路、軍工、煤炭、礦山、石油、化工等各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,缺它不可(圖3)。
圖3 下游行業(yè)剛體繞需求量占比(2019年)
各個工程領(lǐng)域中鋼鐵的應(yīng)用都已十分廣泛,其中建筑是最大的鋼鐵消費行業(yè),中國每年在建筑領(lǐng)域消耗鋼材就相當(dāng)于日本和美國鋼鐵產(chǎn)量的總和。而今后數(shù)年我國建筑仍處于發(fā)展的鼎盛時期,可以預(yù)見極其大量的鋼材將被生產(chǎn)并使用于建筑行業(yè)。毫不夸張地說,鋼鐵的發(fā)展與進步直接推動了現(xiàn)代建筑的發(fā)展。而現(xiàn)代建筑的不斷提升對材料的需求也促進了鋼鐵的發(fā)展。
坐落在北京中軸線上的北京奧運會主會場——國家體育場猶如樹枝編織的“鳥巢”,正輕輕按壓著古都北京深遠(yuǎn)厚重的歷史文化脈搏。2008–08–08第29屆奧林匹克運動會的圣火在全世界的注視之下,在全場91000名觀眾的歡呼聲中,在這里點燃,北京奧運會在這里隆重開幕(圖4)。
圖4 鳥巢
作為迄今為止世界上最大的鋼結(jié)構(gòu)工程,“鳥巢”外部鋼結(jié)構(gòu)的鋼材用量為4.2萬t,整個工程包括混凝土中的鋼材、螺紋鋼等,總用鋼量達到了11萬t。而且,值得自豪的是,使用的全部為國產(chǎn)鋼?!傍B巢”所使用的鋼是我國科研人員經(jīng)過多次技術(shù)“攻關(guān)”才研制出來的,它不僅在厚度和使用范圍上前所未有,而且具有良好的抗震性、抗低溫性、可焊性等特點。中國自主創(chuàng)新的鋼材,撐起了“鳥巢”的鋼筋鐵骨,而且還使得“鳥巢”主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限達到100年,耐火等級一級,抗震設(shè)防烈度8度。
北京大興國際機場航站樓是世界上最大的單體航站樓工程(圖5),主體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),局部為型鋼混凝土結(jié)構(gòu),屋面及其支撐為鋼結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)總量約13萬t。主航站樓屋頂鋼結(jié)構(gòu)采用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系,鋼網(wǎng)架面積達1.8×105 m2、最大跨度達180 m,起伏高差約30 m,質(zhì)量5萬t以上,超過鳥巢。鋼管總長度近500 km,可以環(huán)繞北京五環(huán)路5圈?;炷两Y(jié)構(gòu)施工期,10個月所綁扎的鋼筋量差不多可以建造2艘遼寧艦。
圖5 北京大興國際機場
2019年建筑業(yè)鋼鐵需求量為48600萬t,支撐起鋼鐵下游需求行業(yè)的半壁江山。
機械行業(yè)是鋼材需求僅次于建筑的第2大行業(yè),發(fā)展程度對鋼材消費具有重大影響。
汽車行業(yè)為制造業(yè)中用鋼量較大的行業(yè),我國汽車行業(yè)鋼材消費量與汽車產(chǎn)量密切相關(guān),汽車作為鋼材需求第3大來源,主要影響冷軋板卷、中厚板等鋼板和軸承鋼、彈簧鋼等優(yōu)質(zhì)鋼的需求,汽車制造業(yè)對鋼材的需求量影響較大(圖6)。2020年中國汽車產(chǎn)量為2522.5萬輛,銷量為2531.1萬輛。2021年上半年中國汽車產(chǎn)量為1256.9萬輛,銷量為1289.1萬輛。汽車用鋼主要包括汽車大梁鋼、車輪鋼、汽車內(nèi)襯板、汽車(轎車)面板等,以及傳動部分用齒輪鋼等特殊鋼。據(jù)統(tǒng)計,生產(chǎn)1輛汽車的原材料中,鋼材所占的比例約為72%~88%。2020年中國汽車行業(yè)鋼材消費量為5250萬t。
圖6 單輛車鋼材消耗量
3. 最便宜的金屬
鐵(鋼鐵)不僅產(chǎn)量最高、用量最大,而且還是價格最便宜的金屬。如圖7所示,鋼鐵的價格僅為銅的約1/12,鈷的約1/80,鋰的約1/200,銀的約1/1000,鍺的約1/2000,釕的約1/14000,金的約1/70000,銠的約1/160000。
圖7 金屬的價格比較
4. 我國的鋼鐵工業(yè)面臨的現(xiàn)狀
我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,是從幾乎零基礎(chǔ),一步一步走到了產(chǎn)量占世界第1。1949年,我國的鋼鐵產(chǎn)量十分稀少,一年也不過16萬t。然而隨著我國鋼鐵技術(shù)的不斷發(fā)展,1996年我國鋼鐵產(chǎn)量就躍居到了世界第一。但是,還存在著以下的難題。
1)技術(shù)難關(guān)
單看粗鋼的產(chǎn)量確實很高,但鋼鐵生產(chǎn)的用途多種多樣,許多方面是需要用到特種鋼材,比如高鐵動車、航空航天、軍用武器等。全球高精尖特種鋼的最大生產(chǎn)國是日本,其份額占到了整個特種鋼產(chǎn)量的20%,而我國的產(chǎn)量占比就只有個位數(shù)。如果我國不能突破特種鋼生產(chǎn)的技術(shù)難關(guān),我們就不得不面臨長期從國外進口鋼材的局面,這樣做不僅容易損害我國鋼鐵集團的利益,也很容易受制于人。
2)鐵礦石
我國地大物博,資源豐富,但是這豐富的資源里并不包括生產(chǎn)鋼鐵所需要的鐵礦石,尤其是高品質(zhì)的鐵礦石。中國鐵礦資源多而不富,鐵礦石質(zhì)量不高,以中低品位礦為主,富礦資源儲量只占1.8%,而貧礦儲量占47.6%。中小礦多,大礦少,特大礦更少。礦石類型復(fù)雜,難選礦和多組分共(伴)生礦所占比重大。整個礦石里平均只能提取1/3的鐵,這加大了開采的難度和生產(chǎn)成本。此外我國的鐵礦石分布還很不均勻,都是呈現(xiàn)星星點點的分布狀態(tài),能夠進行長期集中開采的礦場十分稀少。
世界鐵金屬儲量的前10位國家分別是:第1位俄羅斯鐵金屬儲量290億t,F(xiàn)e平均品位36.9%;第2位澳大利亞鐵金屬儲量179億他,F(xiàn)e平均品位63.7%;第3位巴西鐵金屬儲量101億t,F(xiàn)e平均品位58.5%;第4位加拿大鐵金屬儲量100億t,鐵平均品位38.6%;第5位印度鐵金屬儲量63億t,鐵平均品位61.1%;第6位是美國鐵金屬儲量60億t,鐵平均品位23.6%;第7位是南非鐵金屬儲量59億t,鐵平均品位是62.5%;第8位是中國鐵金屬儲量35億t,鐵平均品位38.8%;第9位是瑞典鐵金屬儲量是24億t,鐵平均品位53.3%;第10位是委內(nèi)瑞拉鐵金屬儲量是17億t,鐵平均品位是60%[4]。
鐵礦石資源最豐富的2個國家分別是澳大利亞和巴西,并且他們的鐵礦石質(zhì)量還十分上乘,含鐵量高。在資源差異如此巨大的情況下,對于我國龐大的鋼鐵產(chǎn)量需求來講,我們生產(chǎn)所需的鐵礦石原料就不得不依賴進口。
事實上我國每年都有90%的鐵礦石是從別的國家運過來的,可以說生產(chǎn)鋼鐵的鐵礦石基本都是靠進口,為此我們的鐵礦石進口費也數(shù)額巨大,現(xiàn)在每年已經(jīng)超過了1000億美元,在長期喪失資源議價主動權(quán)的情況下,這會進一步壓縮鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)利潤。
困境總是會被打破的,盡管我國鋼鐵的發(fā)展之路從起步初期就十分艱難,卻還是擁有了現(xiàn)如今令人矚目的成績,相信未來即使面臨再多的困難,我們許許多多的鋼鐵人也會克服困難,讓中國再一次創(chuàng)造屬于鋼鐵的奇跡。
5. 結(jié)束語
金屬中鐵的生產(chǎn)量與用量都是無可爭議的第一,它又是價格最低廉的金屬。鋼鐵在各個領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用,其下游產(chǎn)業(yè)的前3位是建筑、機械與汽車。中國早已成為世界上鋼鐵生產(chǎn)與消費大國,不久的將來一定會成為一個屹立在世界東方的鋼鐵強國。
參考文獻
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[3]百度知道. 使用最廣泛的金屬是什么(2019–08–14)[2020–04–11].
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作者簡介:賈成廠,北京科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。1982年畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院金屬材料系,獲學(xué)士學(xué)位。1987年獲日本東北(TOHOKU)大學(xué)碩士學(xué)位。1990年獲得日本東北(TOHOKU)大學(xué)博士學(xué)位。1990—1994年日本神奈川科學(xué)城博士后、總工程師。獲國家發(fā)明專利30余項。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文200余篇,其中SCI檢索76篇,EI檢索127篇,單篇文章他引超過100次。編著學(xué)術(shù)專著15本:《復(fù)合材料教程》《陶瓷基復(fù)合材料導(dǎo)論》《燒結(jié)金屬含油軸承》《金屬基復(fù)合材料導(dǎo)論》《超硬材料與工具》《金屬粉末凝膠注模成形》《燒結(jié)實踐與科學(xué)基礎(chǔ)》《韓鳳麟教授論文集》等。獲教育部科技進步二等獎、中國冶金教育協(xié)會優(yōu)秀教材一等獎、高等教育國家級教學(xué)成果一等獎(參加)、北京市教育教學(xué)成果一等獎、中國有色金屬學(xué)會優(yōu)秀期刊二等獎、中國金屬學(xué)會優(yōu)秀工作者、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生科技競賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師、復(fù)合材料學(xué)會《復(fù)合材料學(xué)報》杰出編委、北京科技大學(xué)“我愛我?guī)煛倚哪恐凶顑?yōu)秀的教師”、師德先進個人、優(yōu)秀黨員、先進工作者、教學(xué)成果一等獎、科技論文SCI收錄獎等榮譽。主要社會兼職:中國復(fù)合材料學(xué)會名譽理事、中國金屬學(xué)會粉末冶金分會名譽理事、中國機械工程學(xué)會粉末冶金分會常務(wù)理事、中國有色金屬學(xué)會粉末冶金與陶瓷分會理事、中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會粉末冶金分會名譽理事、中國有色加工協(xié)會特聘專家、中國建材工業(yè)協(xié)會粉體分會理事、中國機協(xié)粉末冶金分會特聘專家,擔(dān)任《復(fù)合材料學(xué)報》編委、《粉末冶金技術(shù)》顧問、《粉末冶金工業(yè)》編委、《中國鉬業(yè)》編委、《粉末冶金材料科學(xué)與工程》編委、《中國材料科技與設(shè)備》編委、《金屬世界》編委、特邀撰稿人