本報記者 王慶
2023年8月4日，中國金屬學(xué)會在北京組織召開了由鄭州安耐克實業(yè)有限公司、首鋼集團有限公司等單位合作完成的“高效低碳高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新”科技成果評價會。評價委員會聽取了項目完成單位所做的研究報告、應(yīng)用報告、效益報告和科技查新報告，并審查了全部文件資料，經(jīng)質(zhì)詢、討論，評價委員會一致認(rèn)為該項成果達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
國際領(lǐng)先的科技成果
評價意見認(rèn)為：在綠色低碳發(fā)展背景下，該項目圍繞高爐熱風(fēng)爐高效燃燒、超低排放、安全穩(wěn)定運行等共性技術(shù)難題，研發(fā)出高效低碳、綠色清潔、高溫長壽新型頂燃式熱風(fēng)爐及關(guān)鍵技術(shù)。主要創(chuàng)新點如下：一是研發(fā)應(yīng)用了高效低碳高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐及其關(guān)鍵技術(shù)。二是創(chuàng)新開發(fā)出頂燃式熱風(fēng)爐高效、低碳、清潔的燃燒技術(shù)。三是創(chuàng)建了新型頂燃式熱風(fēng)爐耐火材料設(shè)計、制造和配置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。四是研發(fā)了低應(yīng)力—無過熱熱風(fēng)爐爐體及管道長壽技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了低應(yīng)力熱風(fēng)爐爐體及熱風(fēng)管道體系。五是開發(fā)了熱風(fēng)爐燃燒動態(tài)精準(zhǔn)控制模型及智能化信息物理系統(tǒng)（CPS）、熱風(fēng)爐爐體及管道系統(tǒng)全天候智能化監(jiān)測系統(tǒng)。
該成果已獲授權(quán)發(fā)明專利37項（其中國際專利4項），制定國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范10項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。該項技術(shù)應(yīng)用于印度JSW鋼鐵5號高爐（5872m3）、首鋼京唐3號高爐（5500m3）、首鋼遷鋼2 號高爐（2650m3）、中天（南通）鋼鐵2號和3號高爐（2400m3）、寶武梅鋼2號高爐（1280m3）、河鋼塞爾維亞鋼鐵2號高爐（1595m3）、俄羅斯MMK鋼鐵7號高爐（1280m3）等國內(nèi)外240余座高爐的780余座熱風(fēng)爐，取得了顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，應(yīng)用前景廣闊。
歷時近十年的創(chuàng)新
全國工程設(shè)計大師、首鋼集團一級科學(xué)家張福明代表項目完成單位進行匯報，重點介紹了項目完成單位積極進行自主創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新，在高效低碳高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐及其關(guān)鍵技術(shù)，頂燃式熱風(fēng)爐高效、低碳、清潔的燃燒技術(shù)，新型頂燃式熱風(fēng)爐耐火材料設(shè)計、制造和配置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，低應(yīng)力—無過熱熱風(fēng)爐爐體及管道長壽技術(shù)，熱風(fēng)爐燃燒動態(tài)精準(zhǔn)控制模型及智能化信息物理系統(tǒng)（CPS）、熱風(fēng)爐爐體及管道系統(tǒng)全天候智能化監(jiān)測系統(tǒng)等方面的一系列研發(fā)創(chuàng)新成果和應(yīng)用情況。
鄭州安耐克實業(yè)有限公司董事長李富朝在代表項目完成單位致辭時說，為積極貫徹落實國家綠色環(huán)保、節(jié)能降碳的發(fā)展要求，努力踐行“雙碳”承諾，安耐克與首鋼集團等鋼鐵企業(yè)圍繞高爐熱風(fēng)爐高效燃燒、超低排放、安全穩(wěn)定運行等共性技術(shù)難題聯(lián)合開展科技攻關(guān)，歷時近十年、歷經(jīng)千余次實驗，研發(fā)出了高效低碳、綠色清潔、高溫長壽新型頂燃式熱風(fēng)爐及其關(guān)鍵技術(shù)，并在國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)得到普及和推廣應(yīng)用，引領(lǐng)帶動了鋼鐵行業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)的自主創(chuàng)新和協(xié)同創(chuàng)新，大力推動了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟和低碳綠色發(fā)展，成效顯著。該項目徹底打破了我國熱風(fēng)爐技術(shù)長期被國外外燃式、內(nèi)燃式及頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)壟斷的局面，使我國高爐高風(fēng)溫技術(shù)水平和主要指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。希望該技術(shù)成果更好地引領(lǐng)帶動全球鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)和低碳綠色發(fā)展，為推動我國生態(tài)文明建設(shè)和“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的實施做出重要貢獻。
業(yè)內(nèi)高度重視的創(chuàng)新
此次成果評價會受到了業(yè)界的高度重視。中國工程院院士殷瑞鈺擔(dān)任評價委員會主任委員，中國工程院院士毛新平、北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院黨委書記兼院長張建良教授擔(dān)任副主任委員。來自國內(nèi)知名鋼鐵企業(yè)、高校、設(shè)計單位的有關(guān)專家擔(dān)任評價委員會委員。會議由中國金屬學(xué)會副理事長兼秘書長王新江主持。
殷瑞鈺院士認(rèn)為該成果的研發(fā)創(chuàng)新有3個特點：一是系統(tǒng)化，二是工程化，三是產(chǎn)業(yè)化，對提高效率、降低能耗有直接貢獻，這符合高質(zhì)量發(fā)展的要求。他建議這個技術(shù)成果更要在大型高爐上推廣應(yīng)用。
毛新平院士認(rèn)為該成果不只是一個點上的創(chuàng)新，更是一個集成的創(chuàng)新。目前鋼鐵行業(yè)面臨碳中和的挑戰(zhàn)和壓力，該成果是一個很好的成果，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需要大量先進的科技成果助力。他建議要持續(xù)關(guān)注該成果在大型高爐低碳、高效、穩(wěn)定使用方面的工作。
作為評價委員會委員的鄭州大學(xué)葉方保教授深有感觸地總結(jié)了3個特點：一是由中國金屬學(xué)會這樣重要的一級學(xué)會組織耐火材料領(lǐng)域的成果評價，這在之前是很少有的。二是評價委員會有2 位院士參加，集中了全國煉鐵領(lǐng)域多位“大咖”，層次很高。三是優(yōu)秀耐材企業(yè)和大型鋼鐵企業(yè)“1+7”緊密合作，自主創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新的做法，令人印象深刻，特別是安耐克公司做的工作非常扎實。這3 個特點，充分證明了鋼鐵行業(yè)對這樣的創(chuàng)新成果高度重視，也說明了該創(chuàng)新成果具有廣闊的發(fā)展前景。
努力做到極致的創(chuàng)新
的確，該成果受到鋼鐵行業(yè)資深人士的積極評價和充分肯定，評價委員會認(rèn)為該成果達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，這在耐火材料領(lǐng)域、熱風(fēng)爐領(lǐng)域這個“小眾領(lǐng)域”是具有標(biāo)志性意義的。其中有很多工作和做法可以總結(jié)、發(fā)揚和推廣。記者體會最深的就是國內(nèi)有關(guān)單位密切合作、自主創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新，特別是在歷時近10年的研發(fā)創(chuàng)新中那種追求極致的、系統(tǒng)創(chuàng)新的精神。
記者從完成單位的技術(shù)匯報和評價意見中，體會著其中極致創(chuàng)新、系統(tǒng)創(chuàng)新的情況：
——研發(fā)應(yīng)用了高效低碳高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐及其關(guān)鍵技術(shù)：提出了基于耗散結(jié)構(gòu)優(yōu)化的新一代頂燃式熱風(fēng)爐高效清潔燃燒理論，發(fā)明了頂燃式熱風(fēng)爐三維渦旋擴散燃燒技術(shù)和超大功率高效旋流擴散燃燒器；超大功率燃燒器單體燃燒功率達(dá)到180MW。集成創(chuàng)新了高效低碳清潔燃燒與能源高效轉(zhuǎn)換耦合關(guān)鍵技術(shù)，CO燃燒耗散率低于20ppm，系統(tǒng)熱效率達(dá)到85%以上。
——創(chuàng)新開發(fā)出頂燃式熱風(fēng)爐高效、低碳、清潔的燃燒技術(shù)：運用多場耦合數(shù)值仿真模擬、物理模型實驗研究、熱態(tài)半工業(yè)化試驗研究、熱風(fēng)爐實際運行測試研究等多種研究模式，研究解析了三維渦旋擴散燃燒型高效燃燒器的氣體擴散、混合、傳質(zhì)和燃燒過程，發(fā)明了基于旋流高效燃燒、強化擴散混合、低氮氧化物和低空氣過剩系數(shù)的超大功率燃燒器。在風(fēng)溫為1250℃的條件下，熱風(fēng)爐燃料消耗降低到1.14GJ/t（折算高爐煤氣消耗370Nm3/t）以下，熱風(fēng)爐煙氣中NOx和CO排放量分別降低到50mg/Nm3和20mg/Nm3以下。
——創(chuàng)建了新型頂燃式熱風(fēng)爐耐火材料設(shè)計、制造和配置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系：研究了服役后熱風(fēng)爐耐火材料損毀機理，提出了提高服役性能和安全可靠性的技術(shù)解決方案；優(yōu)化設(shè)計了熱風(fēng)爐關(guān)鍵部位耐火材料磚型結(jié)構(gòu)、物相組成、熱工參數(shù)等；研制出抗蠕變性能優(yōu)異的系列高效格子磚和耐高溫?zé)嵴鹦詢?yōu)異的莫來石—紅柱石—堇青石磚，開發(fā)了陶瓷燃燒器、高溫?zé)犸L(fēng)管道耐火材料澆筑、預(yù)制、組合等關(guān)鍵技術(shù)，并投入大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
——研發(fā)了低應(yīng)力—無過熱熱風(fēng)爐爐體及管道長壽技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了低應(yīng)力熱風(fēng)爐爐體及熱風(fēng)管道體系：研究解析了大型熱風(fēng)爐高溫區(qū)爐殼、耐火材料和熱風(fēng)管道等關(guān)鍵部位局部過熱、應(yīng)力腐蝕疲勞開裂及其破損的機理和規(guī)律，在5500m3高爐頂燃式熱風(fēng)爐上首創(chuàng)采用新型耐腐蝕不銹鋼—高強合金鋼的復(fù)合爐殼結(jié)構(gòu)，開發(fā)了抗腐蝕—低應(yīng)力的爐殼建造技術(shù)，建立了用于爐殼焊后殘余應(yīng)力消除、爐體及管道智能化監(jiān)測、評價等技術(shù)體系。
——開發(fā)了熱風(fēng)爐燃燒動態(tài)精準(zhǔn)控制模型及智能化信息物理系統(tǒng)（CPS）、熱風(fēng)爐爐體及管道系統(tǒng)全天候智能化監(jiān)測系統(tǒng)：提出了熱風(fēng)爐能效比指標(biāo)，為熱風(fēng)爐高效低碳、節(jié)能減排、提高能效評價標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。通過數(shù)字化控制實現(xiàn)了煤氣和助燃空氣流量、熱風(fēng)爐拱頂溫度、送風(fēng)溫度、煙氣溫度及成分的精準(zhǔn)控制。高爐風(fēng)溫穩(wěn)定達(dá)到1250℃以上，熱風(fēng)爐能效比小于等于1.15，助燃空氣過剩系數(shù)小于等于3%，熱風(fēng)爐拱頂溫度與風(fēng)溫差值小于等于120℃。
參加這次科技成果評價會，記者深有體會，不只是為歷經(jīng)近十年、歷經(jīng)千余次實驗研發(fā)出的達(dá)到國際領(lǐng)先水平的科技成果感到欣慰，更對這種緊密合作、協(xié)同創(chuàng)新的模式有了更深的認(rèn)識。希望未來有更多的鋼鐵企業(yè)和相關(guān)企業(yè)一起，在自主創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新的征程上取得更加光榮的成績，獲取更多的系統(tǒng)化、工程化、產(chǎn)業(yè)化的“國際領(lǐng)先”科技成果，為鋼鐵工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展做出更大的貢獻。
《中國冶金報》（8月10日 6版頭條）
