本報記者 王慶
2023年8月4日，中國金屬學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“高效低碳高風溫熱風爐關鍵技術研究與創(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，經質詢、討論，評價委員會一致認為該項成果達到了國際領先水平。
國際領先的科技成果
評價意見認為：在綠色低碳發(fā)展背景下，該項目圍繞高爐熱風爐高效燃燒、超低排放、安全穩(wěn)定運行等共性技術難題，研發(fā)出高效低碳、綠色清潔、高溫長壽新型頂燃式熱風爐及關鍵技術。主要創(chuàng)新點如下：一是研發(fā)應用了高效低碳高風溫頂燃式熱風爐及其關鍵技術。二是創(chuàng)新開發(fā)出頂燃式熱風爐高效、低碳、清潔的燃燒技術。三是創(chuàng)建了新型頂燃式熱風爐耐火材料設計、制造和配置技術標準體系。四是研發(fā)了低應力—無過熱熱風爐爐體及管道長壽技術，設計開發(fā)了低應力熱風爐爐體及熱風管道體系。五是開發(fā)了熱風爐燃燒動態(tài)精準控制模型及智能化信息物理系統（CPS）、熱風爐爐體及管道系統全天候智能化監(jiān)測系統。
該成果已獲授權發(fā)明專利37項（其中國際專利4項），制定國家和行業(yè)標準、規(guī)范10項，發(fā)表學術論文60余篇。該項技術應用于印度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）等國內外240余座高爐的780余座熱風爐，取得了顯著的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益，應用前景廣闊。
歷時近十年的創(chuàng)新
全國工程設計大師、首鋼集團一級科學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、協同創(chuàng)新，在高效低碳高風溫頂燃式熱風爐及其關鍵技術，頂燃式熱風爐高效、低碳、清潔的燃燒技術，新型頂燃式熱風爐耐火材料設計、制造和配置技術標準體系，低應力—無過熱熱風爐爐體及管道長壽技術，熱風爐燃燒動態(tài)精準控制模型及智能化信息物理系統（CPS）、熱風爐爐體及管道系統全天候智能化監(jiān)測系統等方面的一系列研發(fā)創(chuàng)新成果和應用情況。
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)圍繞高爐熱風爐高效燃燒、超低排放、安全穩(wěn)定運行等共性技術難題聯合開展科技攻關，歷時近十年、歷經千余次實驗，研發(fā)出了高效低碳、綠色清潔、高溫長壽新型頂燃式熱風爐及其關鍵技術，并在國內外鋼鐵行業(yè)得到普及和推廣應用，引領帶動了鋼鐵行業(yè)關鍵共性技術的自主創(chuàng)新和協同創(chuàng)新，大力推動了我國鋼鐵產業(yè)節(jié)能減排、循環(huán)經濟和低碳綠色發(fā)展，成效顯著。該項目徹底打破了我國熱風爐技術長期被國外外燃式、內燃式及頂燃式熱風爐技術壟斷的局面，使我國高爐高風溫技術水平和主要指標達到國際領先水平。希望該技術成果更好地引領帶動全球鋼鐵工業(yè)實現循環(huán)經濟、節(jié)能減排、清潔生產和低碳綠色發(fā)展，為推動我國生態(tài)文明建設和“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的實施做出重要貢獻。
業(yè)內高度重視的創(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、北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院黨委書記兼院長張建良教授擔任副主任委員。來自國內知名鋼鐵企業(yè)、高校、設計單位的有關專家擔任評價委員會委員。會議由中國金屬學會副理事長兼秘書長王新江主持。
殷瑞鈺院士認為該成果的研發(fā)創(chuàng)新有3個特點：一是系統化，二是工程化，三是產業(yè)化，對提高效率、降低能耗有直接貢獻，這符合高質量發(fā)展的要求。他建議這個技術成果更要在大型高爐上推廣應用。
毛新平院士認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葉方保教授深有感觸地總結了3個特點：一是由中國金屬學會這樣重要的一級學會組織耐火材料領域的成果評價，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，評價委員會認為該成果達到了國際領先水平，這在耐火材料領域、熱風爐領域這個“小眾領域”是具有標志性意義的。其中有很多工作和做法可以總結、發(fā)揚和推廣。記者體會最深的就是國內有關單位密切合作、自主創(chuàng)新、協同創(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、系統創(chuàng)新的精神。
記者從完成單位的技術匯報和評價意見中，體會著其中極致創(chuàng)新、系統創(chuàng)新的情況：
——研發(fā)應用了高效低碳高風溫頂燃式熱風爐及其關鍵技術：提出了基于耗散結構優(yōu)化的新一代頂燃式熱風爐高效清潔燃燒理論，發(fā)明了頂燃式熱風爐三維渦旋擴散燃燒技術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到180MW。集成創(chuàng)新了高效低碳清潔燃燒與能源高效轉換耦合關鍵技術，CO燃燒耗散率低于20ppm，系統熱效率達到85%以上。
——創(chuàng)新開發(fā)出頂燃式熱風爐高效、低碳、清潔的燃燒技術：運用多場耦合數值仿真模擬、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的超大功率燃燒器。在風溫為1250℃的條件下，熱風爐燃料消耗降低到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爐耐火材料設計、制造和配置技術標準體系：研究了服役后熱風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解決方案；優(yōu)化設計了熱風爐關鍵部位耐火材料磚型結構、物相組成、熱工參數等；研制出抗蠕變性能優(yōu)異的系列高效格子磚和耐高溫熱震性優(yōu)異的莫來石—紅柱石—堇青石磚，開發(fā)了陶瓷燃燒器、高溫熱風管道耐火材料澆筑、預制、組合等關鍵技術，并投入大規(guī)模生產和應用。
——研發(fā)了低應力—無過熱熱風爐爐體及管道長壽技術，設計開發(fā)了低應力熱風爐爐體及熱風管道體系：研究解析了大型熱風爐高溫區(qū)爐殼、耐火材料和熱風管道等關鍵部位局部過熱、應力腐蝕疲勞開裂及其破損的機理和規(guī)律，在5500m3高爐頂燃式熱風爐上首創(chuàng)采用新型耐腐蝕不銹鋼—高強合金鋼的復合爐殼結構，開發(fā)了抗腐蝕—低應力的爐殼建造技術，建立了用于爐殼焊后殘余應力消除、爐體及管道智能化監(jiān)測、評價等技術體系。
——開發(fā)了熱風爐燃燒動態(tài)精準控制模型及智能化信息物理系統（CPS）、熱風爐爐體及管道系統全天候智能化監(jiān)測系統：提出了熱風爐能效比指標，為熱風爐高效低碳、節(jié)能減排、提高能效評價標準奠定了基礎。通過數字化控制實現了煤氣和助燃空氣流量、熱風爐拱頂溫度、送風溫度、煙氣溫度及成分的精準控制。高爐風溫穩(wěn)定達到1250℃以上，熱風爐能效比小于等于1.15，助燃空氣過剩系數小于等于3%，熱風爐拱頂溫度與風溫差值小于等于120℃。
參加這次科技成果評價會，記者深有體會，不只是為歷經近十年、歷經千余次實驗研發(fā)出的達到國際領先水平的科技成果感到欣慰，更對這種緊密合作、協同創(chuàng)新的模式有了更深的認識。希望未來有更多的鋼鐵企業(yè)和相關企業(yè)一起，在自主創(chuàng)新、協同創(chuàng)新的征程上取得更加光榮的成績，獲取更多的系統化、工程化、產業(yè)化的“國際領先”科技成果，為鋼鐵工業(yè)的高質量發(fā)展做出更大的貢獻。
《中國冶金報》（8月10日 6版頭條）
