本文轉載自“地球知識局”

水泥是現(xiàn)代工業(yè)社會最重要的基礎原料，尤其是在建筑建設方面，水泥的價值之高，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，即使經歷了艱辛的去產能和產業(yè)優(yōu)化，仍然是世界上最大的水泥生產國，占到了世界產量的幾乎一半。

而在行業(yè)競爭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充滿記憶的時代。

這就是號稱唐山版798的啟新1889。

圖片來自@圖蟲·創(chuàng)意/唐人印象

之所以要把這個園區(qū)命名為啟新1889，是因為啟新的歷史可以追溯到1889年。當年，同時督辦了開平礦務局的唐廷樞在李鴻章的支持下，開辦了中國第一座水泥廠——唐山細綿土廠。所謂細綿土，是時人對水泥英文cement的音譯。這也是啟新廠的前身，園區(qū)門口那匹白馬雕塑，其實就是啟新廠最著名的馬牌水泥。

相比農業(yè)社會的種種傳統(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的幾個相關流程了。

水泥生產的第一步，是原料開采，主要是石灰石（受熱形成氧化鈣）、粘土質（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)附近進行開發(fā)，卻是一舉兩得，多次利用，這正是唐山的優(yōu)勢所在。

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

在沒有電爐控溫的年代，這需要大量煤炭。對于唐山來說，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，就成了質地細膩的水泥。等運到工地，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，沾水即結塊，無法使用，因此水泥廠需要盡可能與消費市場靠近，以減少運輸途中的損耗。而唐山作為當時洋務派在北方的試點城市，有一系列現(xiàn)代化的工廠需要營建，是水泥廠最早的客戶。

事實上唐山細綿土廠的選址，也體現(xiàn)了后來水泥產業(yè)選址的兩個原則：靠近原料基地，和靠近消費市場。山東和廣東這兩個經濟發(fā)達、地形多變的省份，就很滿足水泥產業(yè)立足的需求。

1878年開辦的開平礦務局

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，就更靠近前者；而在安徽落腳，為經濟強勢的華東地區(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，全國水泥產能達到了66萬噸，位列世界第26。這雖然不是一個很高的排名，但考慮到這是經歷了抗日戰(zhàn)爭和解放戰(zhàn)爭兩場大戰(zhàn)之后的成果，也已經比較可觀。原本對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。

雪后的人民大會堂工地（也是用的國產水泥），不過當時建筑機械有限，大量靠人力建設還是很辛苦

圖片來自@圖蟲·創(chuàng)意/Vladimir

逐步完善的水泥產業(yè)鏈條在新中國的大建設過程中起到了舉足輕重的作用。和洋務時代一樣，國產水泥不僅承擔著為現(xiàn)代化工業(yè)提供建筑原料的重責，還要在一些特種應用場合與洋水泥競爭，保證建筑質量的同時保護國家寶貴的外匯儲備。

1963年，甘肅省最重要的水利設施劉家峽水電站開始籌建。然而水電站所用的基礎建材要求和普通的水泥不一樣，不僅要具備正常的結構強度，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，水化熱不達標的水泥會在水中形成細小裂縫，降低整個結構的使用壽命。

1974年竣工的劉家峽，是當時亞洲第一座百萬千瓦級大型水電站，其對基礎建材的要求之高不言而喻

圖片來自Wikipedia@Vmenkov

臨近的水泥生產廠家不多，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

這是個艱巨的任務，永登水泥廠不僅要找到適宜的硅鋁質原料，還要在緊張的工期中快速確認水化熱達標的配方。如果他們沒能完成這個任務，國家可能就不得不動用寶貴的外匯資源，向外界購買原料了。進口水泥原料既貴且量大，實在不是個好選擇。

最終永登水泥廠的技術人員還是克服了重重困難，順利完成了任務，構筑了劉家峽大壩的軀體。這種新款國產水泥也填補了適宜國內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

類似這樣的工業(yè)故事，在中國水泥產業(yè)的發(fā)展史中屢見不鮮。只是因為水泥行業(yè)是一個基礎行業(yè)，不似導彈、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。若是沒有計劃經濟時代的技術積累，改革開放以后我國建設事業(yè)所需的建材原料供應也不會那么順利。

高鐵下面是鐵軌，鐵軌下面是水泥。而路邊水泥質量不過硬，也是可以翻車的

圖片來自：dreamstime / 圖蟲創(chuàng)意

但隨著國家的進步，水泥行業(yè)卻開始與整個大環(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，無論是生產還是運輸過程中都會造成環(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，同時整個行業(yè)的附加值又很低，能效比也就顯得弱勢，在產業(yè)環(huán)境發(fā)展到一定程度之后便面臨產能淘汰的窘境，這也是很多發(fā)達工業(yè)體曾經走過的路。

由于普通水泥生產技術門檻不高，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)在回頭看九五計劃期間對水泥行業(yè)的兼并重組改革，就顯得很有前瞻性了。當時國家聯(lián)合水泥行業(yè)淘汰了大批產量低、能耗高、污染重的小窯，將地方水泥產能統(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，與火電行業(yè)合作，將發(fā)電余燼中的飛灰作為水泥原料，對外是保護了青山綠水，對內是消化了本是廢棄物的邊角料。此外在環(huán)境部門逐漸升級的監(jiān)管下，大型的水泥生產方也都會依規(guī)加裝尾氣處理設備，并在廠區(qū)周邊做好綠化，盡可能減少對居民生活的干擾，這都是在整個行業(yè)中都能看到的實實在在的改變。

祁連山水泥廠周邊

還有一些水泥企業(yè)則走得更遠，把數(shù)字化技術與傳統(tǒng)得不能再傳統(tǒng)的水泥產能結合，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)字化本身不能生產水泥，但數(shù)字化卻可以以獨特的方式優(yōu)化水泥的生產過程，讓水泥生產變得更環(huán)保、節(jié)能、高效。

以剛才提到水泥生產中最耗能的熟料煅燒環(huán)節(jié)為例。這個流程中需要控制的要素有很多，加熱器內的通風和煤炭量決定了窯內溫度，加生料的速度和比例又決定了水泥產品的性能，還有窯爐旋轉的速度也決定了生料加熱是否均勻，總結起來就是“風、煤、料、窯速”等多種工藝參數(shù)，是一個龐大的數(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)，在調整一個數(shù)值時預估它對全局造成的影響，培養(yǎng)一個熟練工耗時非常漫長。而且即使成為了窯控專家，也時刻需要保持高度緊張，往往是一個班次做下來，明明沒有怎么運動，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)鍛造車間對合格率的要求也無法特別苛刻。

光這一個環(huán)節(jié)出的差錯，就會給全廠帶來相當?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工藝數(shù)字化的供應商。剛才多次提到的祁連山水泥，就邀請了擁有豐富電氣化和自動化經驗的施耐德電氣前來助陣。

點擊觀看視頻 看施耐德電氣是如何

助力祁連山水泥進行數(shù)字化升級的

施耐德電氣為祁連山水泥帶去了一種叫APC的先進過程控制系統(tǒng)，可以協(xié)助操作員監(jiān)控工況，隨時調整指令，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工廠的漳縣祁連山水泥應用系統(tǒng)三年，上線率高達99%，大幅降低了操作人員的勞動強度，實現(xiàn)了少人值守，誤操作導致的失控率為0，讓生產過程穩(wěn)定、高效、節(jié)能，在漳縣祁連山水泥車間，熟料的標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，熟料強度有了明顯改善。

針對水泥行業(yè)高能耗的特點，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)動態(tài)監(jiān)測水、電、煤、汽等資源的實時消耗情況，讓生產線上原本處于黑箱狀態(tài)的能耗情況一目了然。如此，生產管理者就能根據(jù)現(xiàn)實情況進行實時決策，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，但架不住產量實在太大，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成本的60%以上，少用一噸煤，就能實實在在省一筆錢。

2019年，祁連山水泥旗下的宏達建材廠就得益于這個系統(tǒng)，一度將單月熟料標準煤耗降到了100公斤/噸以下，全年節(jié)省了453.6萬元的電費，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。

以中國年產能24億噸計，如果全部使用節(jié)能工藝，每年可以節(jié)能2.4億噸標煤，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，這相當于4.8億畝人工林，相當于中國自退耕還林還草運動發(fā)動以來的總成果，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架構與平臺上。這是一個基于物聯(lián)網的系統(tǒng)架構，將傳感器、計算機連上網絡，與操作人員互通，能夠把傳統(tǒng)行業(yè)中只能憑借經驗判斷的眾多參數(shù)具象化、可視化，應用領域非常廣泛。

在5G時代正在大步前進，萬物互聯(lián)時代即將降臨的前夜，這個系統(tǒng)在工業(yè)領域的率先應用，可以說也具有一定的前瞻性。當傳統(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，更好地服務于國民經濟建設，把百余年的光輝歷史繼續(xù)續(xù)寫下去。