本文轉(zhuǎn)載自“地球知識(shí)局”

水泥是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)最重要的基礎(chǔ)原料，尤其是在建筑建設(shè)方面，水泥的價(jià)值之高，怕是連鋼鐵都無法與之相比。

高的用鋼混，低的用磚混，總之離不開"混"，而混凝土又離不開水泥

圖片來自@圖蟲·創(chuàng)意/deposit

但水泥在一開始并不是一種常規(guī)的建材，在被英國人發(fā)明之后，更是經(jīng)過了漫長的傳承才最終在中國生根發(fā)芽。今天的中國，即使經(jīng)歷了艱辛的去產(chǎn)能和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，仍然是世界上最大的水泥生產(chǎn)國，占到了世界產(chǎn)量的幾乎一半。

而在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇和不斷升格的環(huán)保法規(guī)面前，人們刻板印象中粗笨骯臟的水泥，也已經(jīng)走上清新節(jié)能的路線?？萍嫉牧α浚谶@背后起到了舉足輕重的作用。

西泥東漸

河北唐山唐河邊，有一座從老工業(yè)區(qū)改造而來的文化園區(qū)。園中多的是銹跡斑斑的鐵罐、充滿年代感的老廠房，似是瞬間能將人拉回那個(gè)充滿記憶的時(shí)代。

這就是號(hào)稱唐山版798的啟新1889。

圖片來自@圖蟲·創(chuàng)意/唐人印象

之所以要把這個(gè)園區(qū)命名為啟新1889，是因?yàn)閱⑿碌臍v史可以追溯到1889年。當(dāng)年，同時(shí)督辦了開平礦務(wù)局的唐廷樞在李鴻章的支持下，開辦了中國第一座水泥廠——唐山細(xì)綿土廠。所謂細(xì)綿土，是時(shí)人對(duì)水泥英文cement的音譯。這也是啟新廠的前身，園區(qū)門口那匹白馬雕塑，其實(shí)就是啟新廠最著名的馬牌水泥。

相比農(nóng)業(yè)社會(huì)的種種傳統(tǒng)建筑材料，水泥以及混凝土的建造自由度要大很多（尺寸固定的石頭和可以自由塑形的石頭，這種區(qū)別）

圖片來自：shutterstock@Numpon Jumroonsiri

中國第一座水泥廠開在唐山，自然是有原因的。這就要說到水泥生產(chǎn)的幾個(gè)相關(guān)流程了。

水泥生產(chǎn)的第一步，是原料開采，主要是石灰石（受熱形成氧化鈣）、粘土質(zhì)（提供硅元素、鋁元素等）、鋼渣（提供鐵）等。雖然石灰石和粘土并不難找，但在礦區(qū)附近進(jìn)行開發(fā)，卻是一舉兩得，多次利用，這正是唐山的優(yōu)勢(shì)所在。

原料粉碎后進(jìn)行混合，隨后送入窯中進(jìn)行高溫加熱，這個(gè)工序被稱為熟料煅燒。為了使生料熔融形成玻璃質(zhì)，煅燒的問題需要達(dá)到將近2000℃。

在沒有電爐控溫的年代，這需要大量煤炭。對(duì)于唐山來說，水泥廠的燃料需求不過是鋼鐵行業(yè)的邊角料，完全可以低成本滿足。

燃料條件和運(yùn)輸條件都是首屈一指的

最終，煅燒后的熟料再磨碎，與石膏攪拌、裝袋后，就成了質(zhì)地細(xì)膩的水泥。等運(yùn)到工地，與水和黃沙混合后，就可以用來修橋鋪路造房子了。

圖片來自@ Hakan Tanak /shutterstock

但水泥熟料最怕水，沾水即結(jié)塊，無法使用，因此水泥廠需要盡可能與消費(fèi)市場(chǎng)靠近，以減少運(yùn)輸途中的損耗。而唐山作為當(dāng)時(shí)洋務(wù)派在北方的試點(diǎn)城市，有一系列現(xiàn)代化的工廠需要營建，是水泥廠最早的客戶。

事實(shí)上唐山細(xì)綿土廠的選址，也體現(xiàn)了后來水泥產(chǎn)業(yè)選址的兩個(gè)原則：靠近原料基地，和靠近消費(fèi)市場(chǎng)。山東和廣東這兩個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、地形多變的省份，就很滿足水泥產(chǎn)業(yè)立足的需求。

1878年開辦的開平礦務(wù)局

圖片來自@Wikimedia Commons

如果不能都做到，那么至少要選擇其一。比如深藏在祁連山深處，由永登水泥廠改組而來的甘肅祁連山水泥集團(tuán)，就更靠近前者；而在安徽落腳，為經(jīng)濟(jì)強(qiáng)勢(shì)的華東地區(qū)提供原料的海螺水泥，則更靠近后者。

畢竟西部山多，而東部人多。雖然西部大開中也需要巨量的基建，但和東部的需求密度還是沒法比

而在工業(yè)化早期，隨著唐山細(xì)綿土廠的建立，中國水泥工業(yè)也真正開始了緩慢的起步。

水泥與中國

新中國成立前夕，全國水泥產(chǎn)能達(dá)到了66萬噸，位列世界第26。這雖然不是一個(gè)很高的排名，但考慮到這是經(jīng)歷了抗日戰(zhàn)爭(zhēng)和解放戰(zhàn)爭(zhēng)兩場(chǎng)大戰(zhàn)之后的成果，也已經(jīng)比較可觀。原本對(duì)中國來說非常陌生的現(xiàn)代建材體系，也在戰(zhàn)火中艱難地成型了。

雪后的人民大會(huì)堂工地（也是用的國產(chǎn)水泥），不過當(dāng)時(shí)建筑機(jī)械有限，大量靠人力建設(shè)還是很辛苦

圖片來自@圖蟲·創(chuàng)意/Vladimir

逐步完善的水泥產(chǎn)業(yè)鏈條在新中國的大建設(shè)過程中起到了舉足輕重的作用。和洋務(wù)時(shí)代一樣，國產(chǎn)水泥不僅承擔(dān)著為現(xiàn)代化工業(yè)提供建筑原料的重責(zé)，還要在一些特種應(yīng)用場(chǎng)合與洋水泥競(jìng)爭(zhēng)，保證建筑質(zhì)量的同時(shí)保護(hù)國家寶貴的外匯儲(chǔ)備。

1963年，甘肅省最重要的水利設(shè)施劉家峽水電站開始籌建。然而水電站所用的基礎(chǔ)建材要求和普通的水泥不一樣，不僅要具備正常的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還要有適宜的水化熱——這是一種衡量水泥在水中穩(wěn)定性的指標(biāo)，水化熱不達(dá)標(biāo)的水泥會(huì)在水中形成細(xì)小裂縫，降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的使用壽命。

1974年竣工的劉家峽，是當(dāng)時(shí)亞洲第一座百萬千瓦級(jí)大型水電站，其對(duì)基礎(chǔ)建材的要求之高不言而喻

圖片來自Wikipedia@Vmenkov

臨近的水泥生產(chǎn)廠家不多，幾乎只有祁連山水泥的母體永登水泥廠可以選擇。

如今的祁連山水泥廠

這是個(gè)艱巨的任務(wù)，永登水泥廠不僅要找到適宜的硅鋁質(zhì)原料，還要在緊張的工期中快速確認(rèn)水化熱達(dá)標(biāo)的配方。如果他們沒能完成這個(gè)任務(wù)，國家可能就不得不動(dòng)用寶貴的外匯資源，向外界購買原料了。進(jìn)口水泥原料既貴且量大，實(shí)在不是個(gè)好選擇。

最終永登水泥廠的技術(shù)人員還是克服了重重困難，順利完成了任務(wù)，構(gòu)筑了劉家峽大壩的軀體。這種新款國產(chǎn)水泥也填補(bǔ)了適宜國內(nèi)大壩施工用水泥行業(yè)的空白，在后來的一系列水利、橋隧設(shè)施中，都有出現(xiàn)。

后來青藏鐵路的修建也大量使用了祁連山（永登）水泥

圖片來自@圖蟲·創(chuàng)意/京局介段小DF

圖片來自@祁連山水泥官網(wǎng)

類似這樣的工業(yè)故事，在中國水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史中屢見不鮮。只是因?yàn)樗嘈袠I(yè)是一個(gè)基礎(chǔ)行業(yè)，不似導(dǎo)彈、航天、鐵路、石油等容易得到曝光的行業(yè)一樣，故事深入人心。若是沒有計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代的技術(shù)積累，改革開放以后我國建設(shè)事業(yè)所需的建材原料供應(yīng)也不會(huì)那么順利。

高鐵下面是鐵軌，鐵軌下面是水泥。而路邊水泥質(zhì)量不過硬，也是可以翻車的

圖片來自：dreamstime / 圖蟲創(chuàng)意

但隨著國家的進(jìn)步，水泥行業(yè)卻開始與整個(gè)大環(huán)境顯得格格不入。

由于水泥的原料是開山采礦所得，水泥熟料又是灰色粉末顆粒，無論是生產(chǎn)還是運(yùn)輸過程中都會(huì)造成環(huán)境破壞、空氣污染，越來越不受周邊居民的歡迎。另外水泥煅燒過程中要消耗大量的能源，同時(shí)整個(gè)行業(yè)的附加值又很低，能效比也就顯得弱勢(shì)，在產(chǎn)業(yè)環(huán)境發(fā)展到一定程度之后便面臨產(chǎn)能淘汰的窘境，這也是很多發(fā)達(dá)工業(yè)體曾經(jīng)走過的路。

由于普通水泥生產(chǎn)技術(shù)門檻不高，在缺乏區(qū)域規(guī)劃和管控的地方興建大量小廠，對(duì)環(huán)境的破壞很大，而小廠們的利潤也很低

圖片來自：deposit / 圖蟲創(chuàng)意

所以現(xiàn)在回頭看九五計(jì)劃期間對(duì)水泥行業(yè)的兼并重組改革，就顯得很有前瞻性了。當(dāng)時(shí)國家聯(lián)合水泥行業(yè)淘汰了大批產(chǎn)量低、能耗高、污染重的小窯，將地方水泥產(chǎn)能統(tǒng)一，組建了海螺、渤海、珠江、亞泰、冀東、華新、虎山等大型水泥企業(yè)，以方便監(jiān)管，其中有些還成為了上市公司。

水泥行業(yè)自身也做出了許多改變。比如借鑒日本技術(shù)，與火電行業(yè)合作，將發(fā)電余燼中的飛灰作為水泥原料，對(duì)外是保護(hù)了青山綠水，對(duì)內(nèi)是消化了本是廢棄物的邊角料。此外在環(huán)境部門逐漸升級(jí)的監(jiān)管下，大型的水泥生產(chǎn)方也都會(huì)依規(guī)加裝尾氣處理設(shè)備，并在廠區(qū)周邊做好綠化，盡可能減少對(duì)居民生活的干擾，這都是在整個(gè)行業(yè)中都能看到的實(shí)實(shí)在在的改變。

祁連山水泥廠周邊

還有一些水泥企業(yè)則走得更遠(yuǎn)，把數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)得不能再傳統(tǒng)的水泥產(chǎn)能結(jié)合，讓水泥真正融入了現(xiàn)代化工業(yè)。

水泥廠里的黑科技

數(shù)字化本身不能生產(chǎn)水泥，但數(shù)字化卻可以以獨(dú)特的方式優(yōu)化水泥的生產(chǎn)過程，讓水泥生產(chǎn)變得更環(huán)保、節(jié)能、高效。

以剛才提到水泥生產(chǎn)中最耗能的熟料煅燒環(huán)節(jié)為例。這個(gè)流程中需要控制的要素有很多，加熱器內(nèi)的通風(fēng)和煤炭量決定了窯內(nèi)溫度，加生料的速度和比例又決定了水泥產(chǎn)品的性能，還有窯爐旋轉(zhuǎn)的速度也決定了生料加熱是否均勻，總結(jié)起來就是“風(fēng)、煤、料、窯速”等多種工藝參數(shù)，是一個(gè)龐大的數(shù)字矩陣。

但在傳統(tǒng)熟料車間里，控制這一切的卻只是一位操作員。他需要熟記所有參數(shù)，在調(diào)整一個(gè)數(shù)值時(shí)預(yù)估它對(duì)全局造成的影響，培養(yǎng)一個(gè)熟練工耗時(shí)非常漫長。而且即使成為了窯控專家，也時(shí)刻需要保持高度緊張，往往是一個(gè)班次做下來，明明沒有怎么運(yùn)動(dòng)，卻是滿頭大汗，感到虛脫。人在這種狀態(tài)下也很難一直頭腦清晰，因此傳統(tǒng)鍛造車間對(duì)合格率的要求也無法特別苛刻。

光這一個(gè)環(huán)節(jié)出的差錯(cuò)，就會(huì)給全廠帶來相當(dāng)?shù)膹U料率，能耗更是居高不下。

因此水泥企業(yè)大多在改革之后積極尋找能將這個(gè)工藝數(shù)字化的供應(yīng)商。剛才多次提到的祁連山水泥，就邀請(qǐng)了擁有豐富電氣化和自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)的施耐德電氣前來助陣。

點(diǎn)擊觀看視頻 看施耐德電氣是如何

助力祁連山水泥進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)的

施耐德電氣為祁連山水泥帶去了一種叫APC的先進(jìn)過程控制系統(tǒng)，可以協(xié)助操作員監(jiān)控工況，隨時(shí)調(diào)整指令，解放了操作員的腦力和體力。

APC系統(tǒng)的幫助下，擁有悠久歷史的祁連山水泥獲得了新生。在作為智能制造試點(diǎn)工廠的漳縣祁連山水泥應(yīng)用系統(tǒng)三年，上線率高達(dá)99%，大幅降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了少人值守，誤操作導(dǎo)致的失控率為0，讓生產(chǎn)過程穩(wěn)定、高效、節(jié)能，在漳縣祁連山水泥車間，熟料的標(biāo)煤和電耗都明顯下降，出料的氧化鈣合格率則提到了85%以上，熟料強(qiáng)度有了明顯改善。

針對(duì)水泥行業(yè)高能耗的特點(diǎn)，施耐德電氣還提供了一套能夠提高能效的EMS能源管理系統(tǒng)。這套系統(tǒng)能幫助廠區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水、電、煤、汽等資源的實(shí)時(shí)消耗情況，讓生產(chǎn)線上原本處于黑箱狀態(tài)的能耗情況一目了然。如此，生產(chǎn)管理者就能根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，挖掘降低能耗的潛能。

水泥行業(yè)是世界上最耗能的行業(yè)之一，雖然單位水泥的能耗不高，但架不住產(chǎn)量實(shí)在太大，占到了全球總能耗的2%。中國，擁有世界一半的水泥產(chǎn)能，提高能效刻不容緩。而水泥企業(yè)也樂見能耗的降低，畢竟能源成本占到了水泥生產(chǎn)成本的60%以上，少用一噸煤，就能實(shí)實(shí)在在省一筆錢。

2019年，祁連山水泥旗下的宏達(dá)建材廠就得益于這個(gè)系統(tǒng)，一度將單月熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗降到了100公斤/噸以下，全年節(jié)省了453.6萬元的電費(fèi)，節(jié)能又省錢。而在傳統(tǒng)工藝下，水泥的能耗是200多公斤標(biāo)煤/噸，每噸水泥使用新工藝向大氣少排放了366公斤二氧化碳。

以中國年產(chǎn)能24億噸計(jì)，如果全部使用節(jié)能工藝，每年可以節(jié)能2.4億噸標(biāo)煤，少向大氣排放8.8億噸二氧化碳。全中國2.5億輛汽車每年少上路1萬公里——這對(duì)于很多私家車主來說，就是全年的行駛里程，也不過如此。而折算成可以固碳的樹林，這相當(dāng)于4.8億畝人工林，相當(dāng)于中國自退耕還林還草運(yùn)動(dòng)發(fā)動(dòng)以來的總成果，能覆蓋1/4的國土面積。

從工業(yè)入手，比從民用入手控制碳排放容易得多，也應(yīng)該是重工業(yè)未來的發(fā)展方向。

而這一切，都建立在施耐德電氣的EcoStruxure架構(gòu)與平臺(tái)上。這是一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，將傳感器、計(jì)算機(jī)連上網(wǎng)絡(luò)，與操作人員互通，能夠把傳統(tǒng)行業(yè)中只能憑借經(jīng)驗(yàn)判斷的眾多參數(shù)具象化、可視化，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

在5G時(shí)代正在大步前進(jìn)，萬物互聯(lián)時(shí)代即將降臨的前夜，這個(gè)系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域的率先應(yīng)用，可以說也具有一定的前瞻性。當(dāng)傳統(tǒng)的水泥行業(yè)遇到這套高科技系統(tǒng)，自然面貌也能煥然一新，更好地服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，把百余年的光輝歷史繼續(xù)續(xù)寫下去。