钢渣高效利用技术发展研究专利分析

摘要:钢渣是冶金工业生产过程中产生的废渣,其产生率为粗钢产量的 8 %~15%,近年来全世界排放钢渣量 2 亿 t 左右(其中 50%来自中国) 。中国的钢渣产生量 随着钢铁工业的快速发展而迅速...

钢渣是冶金工业生产过程中产生的废渣,其产生率为粗钢产量的 8%~15%,近年来全世界排放钢渣量2 亿 t 左右(其中 50%来自中国)。中国的钢渣产生量随着钢铁工业的快速发展而迅速递增,全国钢渣累积堆存约 10 亿 t,钢铁企业废渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视。

 

钢渣主要由钙、铁、硅、镁,以及少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙,以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体,还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛和钒,钢渣中也稍含有这些成分。钢渣可以回收用于炼钢炼铁原料、烧结材料、高炉熔剂、返回渣料等,还能作为道路、建筑、玻璃、环境及农业用料。

 

通过采用国际权威专利数据源和主流情报工具,对钢渣利用专利技术进行分析,为企业内部钢渣利用发展指明方向。

 

钢渣专利整合发展态势

 

时间序列

钢渣处理专利技术主要开始于 20 世纪 60 年代,2000 年前比较平稳,每年的专利技术量不超过 50 件,从 2000 年开始增速明显加快,2016 年达到 423 件为历年最高,2000—2016 年的年平均增长率 12%。历年钢渣处理专利技术数量见图。

从专利年际变化(图 3)可以看出,钢渣处理专利技术增速明显上升的主要因素来源于中国,中国从2003 年开始,钢渣处理的专利技术数量明显上升。

 

钢渣处理及应用主要专利技术研发方向见图 4包括钢渣回收技术与方法(约占 18%)、钢渣用做填料(如混凝土)(约占 18%)、通过造粒或者加入其他成分处理钢渣 (约占 12%)、转炉钢渣及其处理 (约占10%)、钢渣应用于水泥(约占 9%)、其他熔融铁渣及其处理 (约占 8%)、钢渣综合利用方法与途径 (约占6%)、出炉材料的装卸和处理(约占 4%)、钢渣分离方法与设备(约占 4%)、电炉钢渣及其处理(约占 3%),以及与钢渣匹配的促凝剂磨粉或粉碎装置,与钢渣匹配的增塑剂等方面。分析专利技术法律状态,见图 5。大约有 38%属于有效专利,21%在审,41%处于无效状态(包括专利过期、未缴年费和专利撤回等)。分析专利分类,见图 6。中国各个省份发明专利和实用新型专利的比例存在差异,山东的实用新型专利技术比例较大,四川省基本上全属于发明专利。

 

主要研发企业

 

钢渣处理及应用专利技术主要研发企业包括新日铁住金、宝武集团、中冶宝钢技术、JFE 钢铁株式会社、鞍钢集团、浦项制铁、日本神户制钢、山西太钢、日新制钢、莱钢集团、武汉理工大学、首钢集团等,其中新日铁住金、宝武集团、中冶宝钢技术、JFE 钢铁株式会社的专利技术数量明显高于其他企业。各企业研发专利数及所占比例见表 1钢渣处理及应用专利技术主要研发企业的技术研发方向有差异,新日铁住金综合性较强,各个研发向上都比较重视。宝武的研发重点在钢渣回收技术与方法、造粒等方面。

图 7为主要研发企业技术方向对比


主要技术点分布

 

从专利地图中可以看出,钢渣经过处理作为水泥或者混凝土应用在道路工程中是其专利技术研发的主要方向(图 8),最重要的性能是透水功能,高价值专利技术在这个研发方向分布也是最多的。通过年际变化分析也可以看出,这个技术方向也是最先发展起来的技术。作为孰料或者掺杂应用在地砖和陶瓷中也是其重要的技术研发方向,另外钢渣的磁选技术、造渣技术、余热利用技术、热闷技术等也是其重要的技术方向。


结论

 

(1)应用权威的专利数据源和国际主流专利技术分析工具对钢渣处理及应用技术进行分析后可知,目前钢渣利用专利技术研发处于快速发展阶段,中国和日本是钢渣处理专利研发最主要的两个国家,韩国、俄罗斯、美国等国家是钢渣处理重要的研发国。

 

(2)钢渣处理及应用主要专利技术研发方向包括钢渣回收技术与方法、钢渣用做填料、通过造粒或者加入其他成分处理钢渣、转炉钢渣及其处理、钢渣应用于水泥等,主要的研发包括新日铁住金、宝武集团、中冶宝钢技术、JFE 钢铁株式会社、鞍钢集团、浦项制铁、日本神户制钢、山西太钢、日新制钢、莱钢集团、武汉理工大学、首钢集团等,钢渣处理及应用专利技术主要研发企业的技术研发方向有差异,新日铁住金综合性较强,各个研发方向上都比较重视。宝武集团的研发重点在钢渣回收技术与方法、造粒等方面。

 

 

(3)从专利地图上分析,钢渣经过处理作为水泥或者混凝土应用在道路工程,作为熟料或者掺杂应用在地砖和陶瓷等,是其专利技术研发的主要方向,也是高价值专利分布比较集中的方向。钢铁行业“十三五”规划中,再次强调绿色循环理念,提出了 2020 年钢铁渣的综合利用率达到 90%(其中钢渣的利用率达到 60%以上)和建立 10 个“钢渣综合利用”示范企业的目标。因此,大力推进钢渣先进适用技术研发与推广作用,促进钢渣的综合利用尤为重要。

 

 

原文标题《钢渣高效利用技术发展研究专利分析》

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