本文轉載自“地球知識局”

水泥是現代工業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·創意/deposit

但水泥在一開始并不是一種常規的建材，在被英國人發明之后，更是經過了漫長的傳承才最終在中國生根發芽。今天的中國，即使經歷了艱辛的去產能和產業優化，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。

而在行業競爭加劇和不斷升格的環保法規面前，人們刻板印象中粗笨骯臟的水泥，也已經走上清新節能的路線。科技的力量，在這背后起到了舉足輕重的作用。

西泥東漸

河北唐山唐河邊，有一座從老工業區改造而來的文化園區。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。

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之所以要把這個園區命名為啟新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。

相比農業社會的種種傳統建筑材料，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，這種區別）

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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，但在礦區附近進行開發，卻是一舉兩得，多次利用，這正是唐山的優勢所在。

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。

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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，也體現了后來水泥產業選址的兩個原則：靠近原料基地，和靠近消費市場。山東和廣東這兩個經濟發達、地形多變的省份，就很滿足水泥產業立足的需求。

1878年開辦的開平礦務局

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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

而在工業化早期，隨著唐山細綿土廠的建立，中國水泥工業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爭和解放戰爭兩場大戰之后的成果，也已經比較可觀。原本對中國來說非常陌生的現代建材體系，也在戰火中艱難地成型了。

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

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逐步完善的水泥產業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代化工業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

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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的空白，在后來的一系列水利、橋隧設施中，都有出現。

后來青藏鐵路的修建也大量使用了祁連山（永登）水泥

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圖片來自@祁連山水泥官網

類似這樣的工業故事，在中國水泥產業的發展史中屢見不鮮。只是因為水泥行業是一個基礎行業，不似導彈、航天、鐵路、石油等容易得到曝光的行業一樣，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

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但隨著國家的進步，水泥行業卻開始與整個大環境顯得格格不入。

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，同時整個行業的附加值又很低，能效比也就顯得弱勢，在產業環境發展到一定程度之后便面臨產能淘汰的窘境，這也是很多發達工業體曾經走過的路。

由于普通水泥生產技術門檻不高，在缺乏區域規劃和管控的地方興建大量小廠，對環境的破壞很大，而小廠們的利潤也很低

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所以現在回頭看九五計劃期間對水泥行業的兼并重組改革，就顯得很有前瞻性了。當時國家聯合水泥行業淘汰了大批產量低、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，以方便監管，其中有些還成為了上市公司。

水泥行業自身也做出了許多改變。比如借鑒日本技術，與火電行業合作，將發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。此外在環境部門逐漸升級的監管下，大型的水泥生產方也都會依規加裝尾氣處理設備，并在廠區周邊做好綠化，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

還有一些水泥企業則走得更遠，把數字化技術與傳統得不能再傳統的水泥產能結合，讓水泥真正融入了現代化工業。

水泥廠里的黑科技

數字化本身不能生產水泥，但數字化卻可以以獨特的方式優化水泥的生產過程，讓水泥生產變得更環保、節能、高效。

以剛才提到水泥生產中最耗能的熟料煅燒環節為例。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，是一個龐大的數字矩陣。

但在傳統熟料車間里，控制這一切的卻只是一位操作員。他需要熟記所有參數，在調整一個數值時預估它對全局造成的影響，培養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。人在這種狀態下也很難一直頭腦清晰，因此傳統鍛造車間對合格率的要求也無法特別苛刻。

光這一個環節出的差錯，就會給全廠帶來相當的廢料率，能耗更是居高不下。

因此水泥企業大多在改革之后積極尋找能將這個工藝數字化的供應商。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，可以協助操作員監控工況，隨時調整指令，解放了操作員的腦力和體力。

APC系統的幫助下，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三年，上線率高達99%，大幅降低了操作人員的勞動強度，實現了少人值守，誤操作導致的失控率為0，讓生產過程穩定、高效、節能，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。這套系統能幫助廠區動態監測水、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的能耗情況一目了然。如此，生產管理者就能根據現實情況進行實時決策，挖掘降低能耗的潛能。

水泥行業是世界上最耗能的行業之一，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，一度將單月熟料標準煤耗降到了100公斤/噸以下，全年節省了453.6萬元的電費，節能又省錢。而在傳統工藝下，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，如果全部使用節能工藝，每年可以節能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動以來的總成果，能覆蓋1/4的國土面積。

從工業入手，比從民用入手控制碳排放容易得多，也應該是重工業未來的發展方向。

而這一切，都建立在施耐德電氣的EcoStruxure架構與平臺上。這是一個基于物聯網的系統架構，將傳感器、計算機連上網絡，與操作人員互通，能夠把傳統行業中只能憑借經驗判斷的眾多參數具象化、可視化，應用領域非常廣泛。

在5G時代正在大步前進，萬物互聯時代即將降臨的前夜，這個系統在工業領域的率先應用，可以說也具有一定的前瞻性。當傳統的水泥行業遇到這套高科技系統，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續寫下去。