本報記者 王慶
2023年8月4日，中國金屬學(xué)會(huì )在北京組織召開(kāi)了由鄭州安耐克實(shí)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)溫熱風(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng )新”科技成果評價(jià)會(huì )。評價(jià)委員會(huì )聽(tīng)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(jīng)質(zhì)詢(xún)、討論，評價(jià)委員會(huì )一致認為該項成果達到了國際領(lǐng)先水平。
國際領(lǐng)先的科技成果
評價(jià)意見(jiàn)認為：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(cháng)壽新型頂燃式熱風(fēng)爐及關(guān)鍵技術(shù)。主要創(chuàng )新點(diǎn)如下：一是研發(fā)應用了高效低碳高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐及其關(guān)鍵技術(shù)。二是創(chuàng )新開(kāi)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)爐耐火材料設計、制造和配置技術(shù)標準體系。四是研發(fā)了低應力—無(wú)過(guò)熱熱風(fēng)爐爐體及管道長(cháng)壽技術(shù)，設計開(kāi)發(fā)了低應力熱風(fēng)爐爐體及熱風(fēng)管道體系。五是開(kāi)發(fā)了熱風(fēng)爐燃燒動(dòng)態(tài)精準控制模型及智能化信息物理系統（CPS）、熱風(fēng)爐爐體及管道系統全天候智能化監測系統。
該成果已獲授權發(fā)明專(zhuān)利37項（其中國際專(zhuān)利4項），制定國家和行業(yè)標準、規范10項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。該項技術(shù)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(fēng)爐，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和環(huán)境效益，應用前景廣闊。
歷時(shí)近十年的創(chuàng )新
全國工程設計大師、首鋼集團一級科學(xué)家張福明代表項目完成單位進(jìn)行匯報，重點(diǎn)介紹了項目完成單位積極進(jìn)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)爐耐火材料設計、制造和配置技術(shù)標準體系，低應力—無(wú)過(guò)熱熱風(fēng)爐爐體及管道長(cháng)壽技術(shù)，熱風(fēng)爐燃燒動(dòng)態(tài)精準控制模型及智能化信息物理系統（CPS）、熱風(fēng)爐爐體及管道系統全天候智能化監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(shí)業(yè)有限公司董事長(cháng)李富朝在代表項目完成單位致辭時(shí)說(shuō)，為積極貫徹落實(shí)國家綠色環(huán)保、節能降碳的發(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、安全穩定運行等共性技術(shù)難題聯(lián)合開(kāi)展科技攻關(guān)，歷時(shí)近十年、歷經(jīng)千余次實(shí)驗，研發(fā)出了高效低碳、綠色清潔、高溫長(cháng)壽新型頂燃式熱風(fēng)爐及其關(guān)鍵技術(shù)，并在國內外鋼鐵行業(yè)得到普及和推廣應用，引領(lǐng)帶動(dòng)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(dòng)了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)節能減排、循環(huán)經(jīng)濟和低碳綠色發(fā)展，成效顯著(zhù)。該項目徹底打破了我國熱風(fēng)爐技術(shù)長(cháng)期被國外外燃式、內燃式及頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)壟斷的局面，使我國高爐高風(fēng)溫技術(shù)水平和主要指標達到國際領(lǐng)先水平。希望該技術(shù)成果更好地引領(lǐng)帶動(dòng)全球鋼鐵工業(yè)實(shí)現循環(huán)經(jīng)濟、節能減排、清潔生產(chǎn)和低碳綠色發(fā)展，為推動(dòng)我國生態(tài)文明建設和“一帶一路”發(fā)展戰略的實(shí)施做出重要貢獻。
業(yè)內高度重視的創(chuàng )新
此次成果評價(jià)會(huì )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(jià)委員會(huì )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(shū)記兼院長(cháng)張建良教授擔任副主任委員。來(lái)自國內知名鋼鐵企業(yè)、高校、設計單位的有關(guān)專(zhuān)家擔任評價(jià)委員會(huì )委員。會(huì )議由中國金屬學(xué)會(huì )副理事長(cháng)兼秘書(shū)長(cháng)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(gè)特點(diǎn)：一是系統化，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(gè)技術(shù)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(gè)點(diǎn)上的創(chuàng )新，更是一個(gè)集成的創(chuàng )新。目前鋼鐵行業(yè)面臨碳中和的挑戰和壓力，該成果是一個(gè)很好的成果，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需要大量先進(jìn)的科技成果助力。他建議要持續關(guān)注該成果在大型高爐低碳、高效、穩定使用方面的工作。
作為評價(jià)委員會(huì )委員的鄭州大學(xué)葉方保教授深有感觸地總結了3個(gè)特點(diǎn)：一是由中國金屬學(xué)會(huì )這樣重要的一級學(xué)會(huì )組織耐火材料領(lǐng)域的成果評價(jià)，這在之前是很少有的。二是評價(jià)委員會(huì )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(shí)。這3 個(gè)特點(diǎn)，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(shuō)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(jià)和充分肯定，評價(jià)委員會(huì )認為該成果達到了國際領(lǐng)先水平，這在耐火材料領(lǐng)域、熱風(fēng)爐領(lǐng)域這個(gè)“小眾領(lǐng)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(huì )最深的就是國內有關(guān)單位密切合作、自主創(chuàng )新、協(xié)同創(chuàng )新，特別是在歷時(shí)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(shù)匯報和評價(jià)意見(jiàn)中，體會(huì )著(zhù)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(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐及其關(guān)鍵技術(shù)：提出了基于耗散結構優(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(guān)鍵技術(shù)，CO燃燒耗散率低于20ppm，系統熱效率達到85%以上。
——創(chuàng )新開(kāi)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(chǎng)耦合數值仿真模擬、物理模型實(shí)驗研究、熱態(tài)半工業(yè)化試驗研究、熱風(fēng)爐實(shí)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(guò)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(guò)剩系數的超大功率燃燒器。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)爐耐火材料設計、制造和配置技術(shù)標準體系：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)化設計了熱風(fēng)爐關(guān)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?xún)?yōu)異的莫來(lái)石—紅柱石—堇青石磚，開(kāi)發(fā)了陶瓷燃燒器、高溫熱風(fēng)管道耐火材料澆筑、預制、組合等關(guān)鍵技術(shù)，并投入大規模生產(chǎn)和應用。
——研發(fā)了低應力—無(wú)過(guò)熱熱風(fēng)爐爐體及管道長(cháng)壽技術(shù)，設計開(kāi)發(fā)了低應力熱風(fēng)爐爐體及熱風(fēng)管道體系：研究解析了大型熱風(fēng)爐高溫區爐殼、耐火材料和熱風(fēng)管道等關(guān)鍵部位局部過(guò)熱、應力腐蝕疲勞開(kāi)裂及其破損的機理和規律，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—高強合金鋼的復合爐殼結構，開(kāi)發(fā)了抗腐蝕—低應力的爐殼建造技術(shù)，建立了用于爐殼焊后殘余應力消除、爐體及管道智能化監測、評價(jià)等技術(shù)體系。
——開(kāi)發(fā)了熱風(fēng)爐燃燒動(dòng)態(tài)精準控制模型及智能化信息物理系統（CPS）、熱風(fēng)爐爐體及管道系統全天候智能化監測系統：提出了熱風(fēng)爐能效比指標，為熱風(fēng)爐高效低碳、節能減排、提高能效評價(jià)標準奠定了基礎。通過(guò)數字化控制實(shí)現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控制。高爐風(fēng)溫穩定達到1250℃以上，熱風(fēng)爐能效比小于等于1.15，助燃空氣過(guò)剩系數小于等于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(jià)會(huì )，記者深有體會(huì )，不只是為歷經(jīng)近十年、歷經(jīng)千余次實(shí)驗研發(fā)出的達到國際領(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識。希望未來(lái)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(jì)，獲取更多的系統化、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）
