让“双碳”插上“方法”的双翼

文/本刊记者 马思遥

崔猛团队利用创新方法解决问题

天津赛区

天津新天钢联合特钢有限公司

伴随着“双碳”目标的提出，我国未来的规划和发展出现了全新的挑战和要求，产业结构转型、高质量发展、可持续发展、绿色低碳发展等均成为了我们的发展目标。

钢铁工业是国民经济的基础产业，也是制造强国的重要基石，如何既能够实现“双碳”目标，又能保证钢铁行业的高质量发展，这成为当代“钢铁人”的全新课题。而“创新方法”则犹如“天降神兵”般成为了解决这一课题的“关键先生”。

在2022年中国创新方法大赛上，天津市新天钢联合特钢有限公司（以下简称“联合特钢”）的参赛项目“热态钢渣在线循环利用关键技术开发”是在TRIZ（发明问题的解决理论）模式下，在双碳模式的探索中寻找到的最具有平衡性的解。

联合特钢成立于2009年，2019年由国有控股企业混改成为混合所有制大型钢铁企业，是我国改革开放后国内最大的一宗混改案例。短短3年时间，公司累计完成营业收入3731亿元，实现税金56亿元，环保投入80亿元，成功助力其控股公司上海德龙集团首次跻身世界500强。

在中国创新方法大赛上，联合特钢派出的由技术中心科长崔猛带领的团队成功斩获全国总决赛一等奖的桂冠，并进入了全国电视擂台赛。这是天津赛区历届参赛以来，首次取得国家一等奖的好成绩。

该团队共有3人，除了项目牵头人崔猛之外，还有马桂芬和王利波两位成员，他们均有十余年的冶金工作经验。崔猛在“热态钢渣在线循环利用关键技术开发”项目中主要负责转炉炼钢新技术的研发工作；马桂芬则是炼钢厂技术科长，是公司所有创新工作室中唯一一位女性负责人，在该项目中主要负责工序衔接和炉渣回收等工作；王利波是公司连铸工序的青年骨干，在该项目中主要负责连铸浇余钢渣的循环利用研究工作。

2021年，我国的粗钢产量达到了10.33亿吨，产生了1.64亿吨的钢渣，然而国内未实现循环利用的钢渣固废堆存已经超过了10亿吨，不仅占用土地资源，长此以往，也将为生态环境带来巨大的隐患。一般而言，每千克1600摄氏度的钢渣中含有2000千焦的热量，因此，钢渣的处理方法一般都是将热态钢渣冷却后进行磁选加工。不过要把1600摄氏度的钢渣冷却到常温，不仅需要消耗大量的水资源、冷却耗材，还会污染环境，而且冷却过程中钢渣所释放的热能就此白白浪费，显然这与“双碳”目标背道而驰。因此，开展钢渣循环利用技术研究，对于钢铁行业的高质量发展和实现“双碳”目标，均具有重要意义。

常规钢渣作为冶金固体废弃物处理，其中含有大量的金属铁、氧化钙、氧化铁以及氧化镁等可利用成分，并且液态钢渣则具有大量的余热，如果能加以利用，将产生巨大的经济效益和社会效益。

联合特钢一直有志于热态钢渣循环利用的研究工作，通过实施精益管理和质量攻关活动等方式，实现了小幅度的钢渣回收率的提升，但是在钢渣在线循环利用的一些核心工程技术难题上，仍然缺乏创造力、突破性的解决方案，想要达到理想的预期效果，还有一定差距。

为此，崔猛团队尝试采用TRIZ创新方法求解。他们首先建立了功能模型，分析整个工业过程中存在的问题，发现了在转炉环节中，存在“转炉钢渣辐射散热向车间环境、渣盆浇余钢渣辐射散热向车间环境、天车作业危害热修站安全”三项有害功能，并在精炼环节发现了“转炉钢渣再利用加入于转炉、浇余钢渣再利用加入于精炼炉”两方面功能不足。秉持着炼钢炉渣能收尽收的理念，他们通过对钢渣循环利用率低的问题进行因果分析，得到了4个关键缺陷——钢渣氧化性强侵蚀转炉炉衬、钢渣界面动态变化造成溢渣损失、天车运行倒渣影响生产节奏和工艺要求加引砂造成强制倒渣。

之后他们又使用了九屏幕法分析，发现了除尘器、钢包等组件可以为钢渣综合利用提供支持。通过资源分析，发现钢包车、钢渣、污泥等资源可以充分利用，借此实现钢渣回收再利用；通过TRIZ方法找到了问题的关键点后，团队迅速产生了理想解IFR，即钢渣进行渣料调质后，再进行循环利用。

通过TRIZ分析，崔猛团队得到了“利用钢渣余热提升废钢温度”“利用污泥调质高温阶段钢渣，促进还原反应发生，热能转化为化学能”等方案。在整个成果研发过程中，他们针对3个关键环节，使用物场模型、技术矛盾、物理矛盾、发明远离、“小人法”等TRIZ工具得到了17个解决方案，最终汇总成了8项方案，组合实施，达到了最终目标。

由于钢渣在热态的温度高达1600摄氏度，在线循环利用安全隐患非常大，而且不易回收，崔猛团队的研发过程屡次受阻。不过他们并没有放弃：大家解决的不正是这个问题吗！团队成员大胆创新，将现有困难带入到TRIZ理论中，借助创新方法，再次设计出了多套试验方案，并组织进行了工业化试验，形成了一系列具有突破性的、行之有效的可落地方案。

崔猛团队的研究成果在联合特钢实施后，公司热态钢渣循环利用率从原先的35%提升至现在的90%以上，每年可从源头减少钢渣数量20.62万吨，增加热量回收利用36万吉焦，二氧化碳减排16万吨。项目通过了天津市科技成果评价，达到国际先进水平，转炉工序能效达到“优于标杆水平”。

TRIZ创新方法在联合特钢大放异彩，这次的研发成果只是惊鸿一瞥。崔猛通过将创新方法与炼钢工艺紧密结合在一起，在2019—2021年，以他作为技术骨干研发的“转炉长周期高效低碳稳态运行新技术开发与应用”项目，攻克了转炉炼钢流程长周期低铁水消耗冶炼的若干关键技术难题，提出了整套技术提升方案，实现了转炉煤气资源的100%回收，废钢比提高到35%以上，吨钢综合能耗降至400千克标准煤以下，并于2021年实现增加效益3.65亿元，经天津市科技局组织专家鉴定达到国际先进水平。同年，联合特钢吨钢的碳排放强度为1.44万吨二氧化碳，远低于行业均值1.8万吨至2.0万吨，与2018年相比较下降了34%。在创新方法的加持下，公司成为钢铁工业中的“双碳”先锋。