摘 要： 介绍了美国大河特种钢铁厂作为全球人均产钢量最高的钢铁企业、全球首家柔性智能钢厂(Flex Mill)、全球首家获得LEED环保认证钢铁企业的基本情况;对其竞争优势进行了分析;指出其正努力打造全球最先进的绿色、智能、学习型和柔性短流程钢厂,在先进人工智能技术、环保技术及高效管理方面具有核心竞争优势。
关键词： 大河特种钢铁厂; 智能化; 环保;
大河特种钢铁厂(以下简称“大河钢厂”)项目位于美国阿肯色州奥西奥拉市,是阿肯色政府立法的全州首个超级工业项目,属于乡村地区项目,受政府支持,是唯一获得德国联邦政府担保的EB-5项目,于2014年7月正式开工建设,2016年底调试生产,2017年3月1日正式投产运营。大河钢厂作为全球首家Flex Mill智能钢铁企业,是北美唯一拥有电弧炉+RH脱气炉生产线组合的钢铁工厂,也是全球首家获得LEED环保认证的钢铁企业。大河钢厂对未来的规划,不光是炼钢,还有汽车和能源,将通过实施颠覆性技术重塑钢铁业未来。大河钢厂在智能制造、企业可持续发展方面的经验值得国内企业学习和借鉴。
一、大河钢厂基本情况
1.简介
大河钢厂一期建设总投资16.7亿元,设备主要由西马克(SMS)公司提供,设计粗钢年产能160万吨,占地5.26km2,主要产品是生产汽车和交通行业用高强钢,以及部分电工钢。大河钢厂在投产之初拥有员工435人,年人均产钢量3 720 t;现有员工525人,2018年人均产钢量2 684 t。
2018年6月,大河钢厂宣布筹建二期,将其现有年产能扩大到330万吨,预计投资12亿美元。2019年9月,大河特种钢铁厂开始二期工程建设,继续由西马克公司和Noodle.ai公司为其提供机械设备、电气和自动化系统、数字化技术及智能化技术。二期工程预计在2020年末至2021年初竣工,投产后,大河钢厂年人均产钢量将达到5 000t。同时,该厂还计划在德克萨斯州Brownsvill建设另一座Mini-Mill。该工厂与阿肯色州的现有工厂相似,但比现在的钢厂自动化程度更高,而且更节能,生产的成品将用于汽车、能源和电器行业。建成后,大河钢厂的年产能将达到600万吨。
2.股份结构
大河钢厂最初是由美国科氏工业集团(Koch Industries)、德太集团(TPG)、阿肯色退休教师基金(ATRS)共同投资,德国政府提供担保,德国复兴信贷银行(KFW IPEX BANK)提供贷款的一家现代化绿色特种钢铁生产企业,股权分配见图1。2019年10月,美国钢铁公司投资7亿美元,收购大河钢厂49.9%的股权,未来4年将完成其余50.1%股权的收购,最新股权分配图尚未公布。
图1 大河特种钢铁厂最初股权分配
美国科氏工业集团:全球最大的非上市公司,年销售额超过1 150亿美元。
德克萨斯太平洋投资集团:世界级知名私募投资公司。
阿肯色退休教师基金:美国401K养老基金之一。
美国钢铁公司:美国第二大钢铁公司,以长流程炼钢为主,受钢材市场下滑和自身生产效率低下等原因影响,近10年内已有7年亏损,累计净亏损34.5亿美元,此次收购大河特种钢铁厂,目的是通过工艺转型提升生产率和盈利能力。
3.生产设备及能力
目前,大河钢厂拥有1座年产能145万吨的电炉炼钢车间、1条CSP生产线、1座年产能81.6万吨的冷轧机和1条年产能40.8万吨的热镀锌生产线。产品范围包括厚度0.8mm以上、宽度1 930mm的热轧卷;厚度0.28～1.4 mm、宽度914～1 880mm冷轧卷及901.7～1 854mm热镀锌卷。二期扩建完成后,大河钢厂将拥有2个电弧炉和2个双钢包炉,将向CSP?装置添加第二流连铸、第二个隧道炉和1个新的下卷取机。
4.主要产品及市场
大河钢厂以旧汽车及工业建筑钢铁冲压废料作为废钢原料,采用最新的电弧炉短流程和高效CSP技术,生产市场紧缺、利润率高的优质特种钢。大河钢厂的Flex Mill轧机可生产HSLA钢、API管线钢、能源用OCTG钢、汽车用超深冲钢(EDDS)和先进高强钢、CRML (冷轧电机叠片钢)、NGO SP (无取向半工艺)电工钢等。二期投产后,大河钢厂将具备生产电力行业用高硅产品的能力。大河钢厂主要产品及应用情况如下:
(1)顶级高强度特种钢(用于钻探设备、隧道钻井设备、汽车发动机等);
(2)高效能电工钢(电路传输系统使用、成本及损耗率低于铜,是现代电力设备必须钢材,并用于美国全国电网更新工程);
(3)能源管道特种钢(石油管道、化工品管道、加温加压耐腐蚀特种钢管道)。
大河钢厂所产的特种钢产品市场认可度较高,该厂现已成为国际着名的特钢企业,包括特斯拉、德国宝马、日本三菱、韩国现代等都是大河钢厂的首批客户。大河钢厂较宽的销售渠道和较强的产品竞争力,保证了其产品即产即售无库存压力。
二、大河钢厂竞争优势分析
作为全球首家获得LEED认证的环保型钢铁企业,大河钢厂利用自身地理位置、技术优势,整合资本、原材料、客户及政府资源,以“智能化+环保型”为发展战略,逐步建立高品质特种钢生态链,利用人工智能颠覆未来钢铁行业。
1.地理位置
阿肯色州位于美国南方中部,东与密西西比河相邻,可以直接连接水路;西边有1条铁路干线,由BNSF运营,是美国钢铁消费增长最快的地区。沃尔玛、墨菲石油(Murphy Oil Corporation)、泰森食品(Tyson Foods)等6家《财富》 500强企业总部均位于阿肯色州。
2.政府支持
大河钢厂属于阿肯色州优质投资项目,同时作为首个美国投资移民超级项目获得了包括所在地奥西奥拉市、密西西比郡及州政府在内的各级部门的全方位支持。同时,大河钢厂也是唯一获得德国联邦政府担保的EB-5项目。德国国家开发银行——复兴信贷银行(KFW IPEX BANK)以3%的超低利息向大河钢厂提供为期11年的6.35亿美元贷款;此外,复兴信贷银行作为贷款银团牵头银行在德国政府担保贷款之外额外提供1.59亿美元及3 000万美元的贷款,期限同为11年。
3.数字化建设
西门子作为设备供应商为大河钢厂提供了目前世界上最先进的特种钢生产技术,并将大河钢厂打造成为全球首家Flex Mill短流程炼钢企业,使其兼具传统综合钢厂和小型特种钢厂的双重优势。西马克以合作伙伴身份全方位助力美国大河钢厂数字化建设,通过一系列数字化解决方案,提升了 CSP 短流程钢铁厂的产品覆盖范围,在保持低成本优势的基础上,使产品盈利能力持续提高,实现了钢铁生产的高效化、智能化、洁净化。
4.智能化建设
大河钢厂将西马克最先进的数字化生产技术与Noodle.ai公司的人工智能技术相结合,实现了智能化工厂。Noodle.ai人工智能公司,于2016年3月14日成立于旧金山。该公司在大河钢厂建设了1个BEAST平台(Beast Enterprise AI Super Computing Technology),包括感知引擎、预测引擎和推荐引擎3个主要部分,目的是提高能效和生产计划优化。
大河钢厂的智能化生产主要体现在从原材料到成品生产过程的自适应性,将生产计划、产线状态和产品质量三者实时、交叉和独特的数据源相结合,通过数据模型实现生产和供货的自适应,从数据收集到数据分析的学习型工厂,将 SMP、CSP、PLTCM、SPM、BAF 和 CGL/CGL 等各个产线数据通过一级和二级系统收集,再通过生产计划MES4.0、设备监控分析系统(Genus-CM)、产品质量分析系统(PQA)、生产状态分析系统(PCA)和综合维修管理系统(IMMS)进行数据分析并学习,实现预防性维护,对生产过程进行优化,帮助工厂在维护计划、生产调度、物流运营和环境保护等领域取得突破性进展。大河钢厂整个产线上分布了超过5万个数据采集传感器,对海量数据进行采集分析,数据被上传至云端,经过智能处理和分析,可以实现产线运行最优化。通过全面优化,实现效率提升10%、产品过渡减少15%、运输成本降低、能源损耗减少1.5%;质量控制方面,减少75%的产品性能波动,降低8%～10%的质量损失。
大河钢厂通过大量引入AI 技术(客户AI、销售AI、价格AI、产品AI、材料AI、生产AI、库存AI、物流AI 等)实现全要素深度学习,使其真正成为综合效率全面提升的学习型钢厂。大河钢厂将人工智能应用于钢铁生产,使钢厂达到最现代化的水平,不仅大大提高了特种钢的比例和品质,还极大提高了生产效率。大河钢厂CEO大卫·斯蒂克勒说:“40年前,钢铁行业人工成本占到总投入的80%,20%是靠技术;但现在完全变了,90%是技术和AI,只有10%是人力的工作。技术成熟和AI是未来钢铁生产过程中提高产品质量的关键。”
5.节能环保
大河钢厂的发展战略即“智能+环保”。大河钢厂车间安装了先进的气体净化系统,对冶炼和生产过程中产生的烟尘能够自动进行收集。薄板坯加热炉、罩式退火炉和热镀锌线加热均采用超低氮氧化物排放技术,从源头减少了有害气体排放。水处理采用西班牙Russula公司的水处理技术。大河钢厂环保排放满足美国严苛的排放标准,具备较强的可持续发展能力。2017年大河钢厂环保绩效情况见表1。
表1 2017年大河钢厂环保绩效情况
数据来源:大河钢厂 2018年企业社会责任报告。
大河钢厂未来的发展战略也是以节能环保为主要方向,具体发展目标为:实施可持续发展战略,以保证供应链可持续性发展;减少温室气体排放、能源消耗和废弃物产生;提升回收效率;增加植树计划;获得ISO 14001:2015认证,建立国际公认的环境框架管理系统。
6.高附加值的产品
大河钢厂在低成本优势的基础上,可生产EDDS钢、AHSS钢、抗酸管线钢和无取向电工钢等高附加值钢铁产品,产品具备较强的市场竞争能力。同时,大河钢厂较宽的销售渠道保证了产品即产即售无库存压力。
7.高效的管理
大河钢厂的自动化设施,使整个工厂实现了公司组织体制、岗位配置的极其精简高效,无人化、少人化,用少量员工实现高效产出。每个工厂只设1名工厂经理,全面负责生产和设备;每个人都是本机组的全能工;入口均不设操作室,每个操作室基本配置1名员工。
三、对国内钢铁企业的启示
从大河钢厂可以看到未来钢铁行业的发展趋势——“智能化+环保型”将是钢铁企业可持续发展的必由之路。大河钢厂正通过自动化、数字化、智能化建设,颠覆重塑传统钢铁行业的发展,其在智能制造、企业可持续发展等方面的做法和理念值得国内钢铁企业学习和借鉴:
一是中国钢铁企业可以考虑在新建钢铁产能时适度提升电炉炼钢比,电炉炼钢具有成本低、效率高、环保好等优点。2019年我国电炉钢占比11.04%,不仅低于美国的62%、欧盟的39%和日本的22%,还低于全球平均的25.2%。长期来看,随着中国废钢资源的增长,中国电炉钢占比将有所增长,预计会达到30%～40%的水平。
二是在“中国制造2025”及智慧工厂发展变革的大背景下,同时伴随着国内钢铁行业产能过剩、同质化竞争激烈、盈利能力下降等情况,钢铁企业应积极以数字化、信息化、智能化为实施路径,全力打造现代工业控制体系的智慧钢厂,优化钢铁流程,提升效率,降低成本。
三是节能减排是钢铁工业转型升级、实现可持续发展的关键环节。国内钢铁企业应加快构建绿色环保的产业体系,这不仅是提高质量和效益的内在要求,也是实现产业可持续发展的时代选择。
四是国内的钢铁企业应该以管理促效益,高效的管理既可以减少人力成本,又可以提高办公效率,从而提升企业效益。
参考文献
[1] 吴勇.这家投产刚半年的钢厂用AI突破了人均产钢量的天际[N].中国冶金报,2017-06-16.
[2] 文杰.美国大河钢厂新型Flex Mill轧机针对先进钢种的技术开发[N].世界金属导报,2018-10-16.
[3] 路俊萍.美国大河钢铁厂产线装备技术[N].世界金属导报,2018-06-05.
[4] CORPORATE SOCIAL RESPONSIBILITY REPORT 2018 [R/OL].http://proxy.lib.wmu.edu.cn:80/rwt/CNKI/https/MJVXP6UJP3TYE65VMWTXZLUDN7XB/ wp-content/uploads/2020/01/BRS1912-CSR-Report-Rev-R12.pdf.
