图为科研团队正在现场查看钢渣处理情况。(陆非然  摄)

在钢铁企业钢渣处理现场,粉尘漫天、烟气笼罩、能见度低、作业环境恶劣……这情景曾经深刻而无奈地定格在人们的脑海里。

如今,在宝钢、马钢等炼钢生产现场,却再也看不到这样的景象。1400摄氏度高温的钢渣进入处理装置后,迅速冷却分离:钢得到回收利用,渣成了再生资源,而周边环境依然保持清洁。

奇迹的出现得益于宝钢短流程渣处理技术的推广运用。13年来,宝钢科研团队在传统钢渣处理工艺上进行了一场革命,实现了钢渣绿色处理的梦想。

新年伊始,在人民大会堂召开的国家科技奖励大会上,宝钢这项具备“工艺创新、流程再造、环保化、资源化、专利化、产品化、市场化”七大特点的具有世界领先水平的新型钢渣处理工艺技术荣获国家技术发明二等奖

果断决策  立足高效环保

钢渣是炼钢过程中产生的副产品,每炼100吨钢就会产生10至15吨钢渣。在铁矿石资源日益匮乏、能源成本日渐高涨的今天,如何高效环保地处理、利用钢渣是钢铁行业实现可持续发展亟待解决的一个重要课题。

宝钢投产之初采用的是传统浅盘钢渣处理法。该方法虽然能满足宝钢大型转炉快速排渣的工艺需要,但浅盘的消耗费用惊人,每年更换费用就要数千万元。而钢渣一直作为垃圾处置,大量的钢渣在护厂河边堆成了一座座小山。这些“渣山”侵占了大量的土地,对大气、水资源和土壤等自然环境造成了影响,在日后的处理中,还要投入大量的人力、物力和财力。随着宝钢产能的不断提高,钢渣处理成为宝钢的一块心病。

1995年,钢渣处理露出一缕曙光。宝钢从有关方面获悉,某社会科研部门有了一个设想,将热态钢渣送入一个装置,实现钢渣分离,既可回收资源,又能保护环境。时任宝钢副董事长的沈成孝当即决定,派工程技术人员前往考察。在认真听取了考察人员的汇报后,沈成孝认为,尽管该项技术还处在实验室研发阶段,但是,这是冶金行业钢渣处理的一个发展方向,宝钢应该大胆尝试。于是,宝钢果断划拨经费批准立项,并成立了由宝钢分公司炼钢厂工程师曹志栋、原宝钢设计院工程师陈重丽等组成的科研小组,由时任公司总经理助理的张清朗负责推进。由此,一场对传统钢渣处理的工艺革命在宝钢拉开序幕。                                     

大胆尝试  设想变为现实

项目立项后,摆在科研人员面前的是一大堆难题。由于该项目直接利用宝钢炼钢产生的高温渣进行试验,涉及渣处理工艺操作、参数的摸索研究、装备设计制造、安装和调试以及安全环保部门认可等宝钢内外众多接口问题,协调难度很大。

开展新型钢渣处理研究只有一个选择,就是将科研和工程同步进行。但随之而来的问题是,要在连续化大生产现场开展这样复杂的大型科研活动,一不能影响生产,二要保证现场安全。这对第一次涉及钢渣处理技术的科研人员来说,几乎是一个不可能完成的任务。

困难面前,科研人员没有止步。在宝钢领导的全力支持下,1998年5月,世界上第一台滚筒法处理液态钢渣的工业化试验装置在宝钢分公司炼钢厂建成。之后,在时任炼钢厂厂长伏中哲的关心和支持下,液态钢渣短流程、清洁化处理的设想终于变为现实。这标志着宝钢滚筒渣处理成功实现了从实验室技术向工业试验转化的跨越。时任宝钢集团董事长的黎明对科研成果给予高度评价,认为“这是一场钢渣处理的革命”。 

优化改进 实现推广应用

按说,钢渣处理装置在二炼钢正式投用,项目就可以结题了。但是,随着装置的运行,暴露出不少缺陷:工艺、技术及装备方面的问题有待完善,功能有待扩展。特别是炼钢厂转炉因实施溅渣护炉技术,钢渣由稀变稠,处理发生困难,有必要加快开发高粘度渣处理工艺。为此,科研人员又自我加压,设立了“新型钢渣处理技术的研究和应用”课题,提出了继续开展研究的想法。他们的想法得到了宝钢领导的大力支持,并指示科研人员在深化研究的同时,进一步拓展视野,把该技术推向社会。时任宝钢总经理助理兼研究院院长的崔健也多次召开推进会,部署该技术的进一步研发、完善和推广。很快,一个由研究院、炼钢厂为核心的项目组成立了,包括工程技术公司及宝冶等参与的虚拟团队也开始运作。

科研攻关、技术改进,不能闭门造车,必须与工程紧密结合。可工程又在哪里?宝钢内部条件有限,那么国内其他钢厂有吗?崔健等领导果断拍板采用技术贸易的平台,加快该技术的创新和进步。负责技术贸易的胡传实、吴其法、徐仁等一次次地奔波于国内各大钢厂,为该项目的完善寻求更多的机会。

2002年,南昌钢厂老总来宝钢时,宝钢领导向他推荐了宝钢的渣处理技术,尽管当时该技术还不很成熟,但他深信这是个非常有前景的技术,对钢铁企业走可持续发展道路意义重大。在实地了解装置使用情况后,他当即与宝钢签订技术贸易协议。

此时,宝钢科研人员的心还不踏实。南钢采用的也是溅渣护炉工艺,而宝钢滚筒装置处理溅渣护炉渣还在研究之中,并不成熟。正当人们在选型上举棋不定的时候,项目组经理郁祖达在征得大家意见后果断决定,向南钢推荐由项目组最新设计改进的第二代滚筒法渣处理装置。

南钢项目上马后,项目组成员都意识到,这是钢渣处理技术第一次走出宝钢,压力大,责任重。为此,从设计到设备制造,大家尽心尽责。在研究院、知识资产部技术贸易室、炼钢厂、宝钢机械厂、工程技术公司的大力支持下,科研人员夜以继日地工作,在半年时间内拿出了符合用户要求的全新设计方案。摆在人们面前的这套钢渣处理装置,已没有了研发初期的影子了,取而代之的是由宝钢科研人员运用全新的原理、全新的结构、全新的进料工艺,重新开发的技术。

在南钢项目的基础上,宝钢又把这一技术推广到了宣钢。随着南钢、宣钢项目相继热试成功并投产,用于溅渣护炉后熔渣的垂直进料的第二代滚筒技术方案得到实践验证。此后,项目组又一鼓作气,在第二代滚筒的基础上进一步优化改进,开发出了第三代滚筒技术用于宝钢内部渣处理滚筒化改造。

再接再厉 攀登技术高峰

南钢、宣钢项目的成功,大大增强了宝钢运用滚筒钢渣处理技术的信心。2005年,宝钢内部的渣处理改造正式拉开序幕,在炼钢厂领导的精心组织和支持下,先后在一炼钢、二炼钢上了5台滚筒装置,尤其在一炼钢,滚筒已全部取代浅盘法工艺。作为一种崭新工艺的整体更新换代,在大规模工业生产条件下,出现了很多意想不到的工艺、设备和操作问题,炼钢厂和宝冶协力在技术磨合期承受了巨大的压力和挑战,付出了很多心血和汗水。为解决钢渣处理中出现的问题,项目组组织炼钢厂、研究院和宝冶协力召开现场分析会,研讨整改方案,对安全、工艺、操作、维护规范进一步优化完善。在大家的共同努力下,滚筒的处理率由30%提高到85%。

技术的发展是一个创新—成熟—再创新的过程,按常规,新技术都是在实验室获得成功后,再转到生产现场实施。但是,由于钢渣量大、温度高、成分复杂,钢渣处理很难在实验室进行,通过技术贸易提供的工程化平台,实现了宝钢渣处理技术研发和工程的一体化。在工程中实施研发创新,工程中暴露出的问题又推动了再创新。宝钢分公司的渣处理滚筒化改造是对滚筒技术的一次重要检验,是宝钢渣处理技术发展的一个重要里程碑。

在工程化改进的同时,针对工业化过程中暴露出的共性问题和市场对该技术的需求,项目组于2005年在宝钢领导和科研主管部门的大力支持下,又进行科研立项,把工艺、装备、渣产品的基础性能研究及利用作为一个整体来思考研究,重点开发粒化效果更好的RC工艺及滚筒专用的配套设备如扒渣机、全封闭自清理的渣料输送机、耐热耐磨衬板、大流量长寿命安全喷嘴等一系列关键技术。同时,在渣产品的综合利用方面,充分利用宝钢内部现有资源,积极开展与宝钢发展公司综合开发公司、宝冶渣研中心、宝钢渣研协会的合作与交流。在相关部门的共同努力下,宝钢钢渣的综合利用水平已跃居国内同行前列,由滚筒渣做成的产品不但有地砖、透水混凝土、钢渣微粉等高附加值产品,甚至在人造大理石等高端产品上也实现了突破。

由于有了技改和技术贸易提供的工程平台作为支撑,宝钢渣处理技术的研发进入快速发展阶段。借助不锈钢分公司BSSF项目、马钢1号BSSF项目、印度JSW滚筒项目等,项目组又进一步开发和完善了第四代滚筒法渣处理装置,使滚筒工艺的安全性、操控性、运行稳定性、维护的便利性得到大幅提升。

宝钢钢渣处理技术的快速发展,不但受到了国内钢铁同行的瞩目和欢迎,国外企业也纷至沓来,新日铁、浦项、蒂森、安塞乐、俄罗斯北方钢厂等先后到宝钢参观、交流、洽谈技术引进。2007年6月,宝钢同印度JSW公司签订技术贸易合同,实现了我国拥有完全自主知识产权的大型冶金成套工艺装备进入国际市场的零的突破,标志着宝钢开始从买技术向卖技术转变。迄今,宝钢的钢渣处理装置已开发出A、B、RC等3大系列机型,拥有34项专利、10多项技术秘密,形成宝钢独有的大型工艺设备成套技术。

攻坚破难 艰辛换来成功

与其它技术的发展历程一样,宝钢滚筒钢渣处理技术从课题酝酿开始,就充满着艰辛与挑战。10多年来,从曹志栋、王建刚到肖永力,以及参与研发的其他成员,都为此付出了许多汗水。

从钢渣处理科研项目立项开始,曹志栋等就意识到,钢渣处理是一个难啃的骨头,事实也印证了他当初的想法。尽管曹志栋与科研人员付出了艰苦努力,实现了钢渣处理由实验室技术向工业试验转化,但直到曹志栋退休那年,留在钢渣处理项目上的问题还有许多。曹志栋退休了,宝钢科研人员并没有因此放弃对该技术的研究,继续向工程化产业化方向推进。

从1996年项目伊始,肖永力便参与了宝钢第一台滚筒研制。1999年,作为项目负责人之一,他从曹志栋、陈重丽等老一辈科研人员手中接过技术研发的接力棒。在研发过程中,他和科研团队成员考虑最多的是:如何开发拥有宝钢自主知识产权的渣处理技术?如何把滚筒技术在工业化试验装置的基础上进一步优化完善,使之完全适应大规模的工业化生产?什么样的设备和结构能耐受1000多度的温差变化而不变形不开裂?如何保证金属设备在如此苛刻的工况下长期可靠稳定地运行?如何保证每次几十吨的炼钢熔渣在进入封闭容器的过程中不粘结不堵塞?如何解决熔渣遇水爆炸的难题?

困难一个又一个,难关一道又一道。科研人员动足了脑筋,他们从消化、局部创新到整体创新,一步一个脚印。为了紧紧抓住技术贸易提供的宝贵的工程化平台,从南钢项目到马钢项目再到宝钢内部的技改,为了完善方案,他们勤奋地工作,无数次的讨论,无数次的修改,数不清的现场奔波。马钢项目设备调试时,正值春节,为了不影响调试,肖永力把妻子和女儿接到马钢。那年春节,他几乎天天扑在现场,一家人愣是没吃上一顿像像样样的团圆饭。功夫不负有心人,经过半年多的时间,在项目组全体成员共同努力下,马钢项目顺利投入运行。

研发工作容不得丝毫马虎。所有参与开发的科技人员兢兢业业,认认真真,从不放过任何一个细小问题。2006年,不锈钢分公司新型渣处理装置设备设计方案已经做了6个,设备即将制造加工,可肖永力对其中部分仍感到不满意。一天凌晨梦醒,他突然想出了一个优化设备的好办法。于是,早晨一到单位,他就召集科研人员,把自己的想法告诉大家,并一起对方案进行修正。他说,方案设计越完善,渣处理装置后遗症就越少,对用户就越有利。

一项历经挫折的课题,因其背后巨大的环保意义,紧紧地牵住了众多宝钢人的心。10多年来,沈成孝、张清朗、崔健、郁祖达、胡传实、陆志新、陈华、陈平、曹志栋、陈重丽、肖永力、王建刚、刘茵、李永谦、徐仁、娄柏麟、王有龙……这一连串名字与滚筒法液态钢渣处理技术的研究、新型钢渣处理装置的研究及应用、南钢和宣钢BSSF渣处理装置、宝钢分公司炼钢厂渣处理整体化技术改造、高粘渣处理工艺开发及应用、马钢BSSF渣处理装置、印度JSW公司BSSF渣处理装置等一个个科研项目紧紧联系在一起。他们是为了一个信念甘于寂寞的探索者。他们说,因为有了宝钢和各方人员的支持,因为有了研发团队的协同配合,因为有了技术贸易带来的产业化孵化平台,这10多年成了他们人生中最精彩、最有意义的历程。

宝钢渣处理技术已走在了世界前列,如何保持这种领先优势,如何总结该技术的发展历程,从而探索出适合宝钢特色的技术研发之路,项目组一直在思考。作为一种崭新技术,滚筒技术的成功关键在于有一个钢渣源头治理的理念,围绕这一理念,项目组又提出了“冶金渣热态处理技术及综合利用研究”的学科建设及发展目标,以宝钢每年850万吨冶金渣为基础,开发出更多更好的冶金渣处理及利用技术,使“宝钢渣处理”成为越来越响当当的技术品牌。

来源:宝钢日报  罗耀华    王云平 

编后语

宝钢滚筒渣处理技术的研发成功无疑是宝钢创新文化、创新机制的必然结果,也是宝钢领导和项目团队持之以恒、持续创新的心血结晶,成果来之不易!

作为一个近似原创的技术,宝钢滚筒渣处理技术发展到今天,毋庸讳言仍然有很多需要完善的地方,但它从粗糙的、不可靠、不稳定甚至是高成本的萌芽状态,经过十年铸剑,逐步达到使用可靠,运行稳定、经济,趋于成熟,其意义是深远的。

今天的宝钢面临的压力和挑战比以往任何时候都大,面对国际钢铁巨头的技术封锁,以及后起之秀的紧追不舍,自主创新是宝钢惟一可以依靠的制胜法宝。如何从该项目的研发过程挖掘一些规律和共性的经验,以完善和优化宝钢的技术创新体系,优化企业的创新氛围,值得我们每一个人深思。

          ②