讓“雙碳”插上“方法”的雙翼

文/本刊記者 馬思遙

崔猛團隊利用創新方法解決問題

天津賽區

天津新天鋼聯合特鋼有限公司

伴隨著“雙碳”目標的提出，我國未來的規劃和發展出現了全新的挑戰和要求，產業結構轉型、高質量發展、可持續發展、綠色低碳發展等均成為了我們的發展目標。

鋼鐵工業是國民經濟的基礎產業，也是制造強國的重要基石，如何既能夠實現“雙碳”目標，又能保證鋼鐵行業的高質量發展，這成為當代“鋼鐵人”的全新課題。而“創新方法”則猶如“天降神兵”般成為了解決這一課題的“關鍵先生”。

在2022年中國創新方法大賽上，天津市新天鋼聯合特鋼有限公司（以下簡稱“聯合特鋼”）的參賽項目“熱態鋼渣在線循環利用關鍵技術開發”是在TRIZ（發明問題的解決理論）模式下，在雙碳模式的探索中尋找到的最具有平衡性的解。

聯合特鋼成立于2009年，2019年由國有控股企業混改成為混合所有制大型鋼鐵企業，是我國改革開放后國內最大的一宗混改案例。短短3年時間，公司累計完成營業收入3731億元，實現稅金56億元，環保投入80億元，成功助力其控股公司上海德龍集團首次躋身世界500強。

在中國創新方法大賽上，聯合特鋼派出的由技術中心科長崔猛帶領的團隊成功斬獲全國總決賽一等獎的桂冠，并進入了全國電視擂臺賽。這是天津賽區歷屆參賽以來，首次取得國家一等獎的好成績。

該團隊共有3人，除了項目牽頭人崔猛之外，還有馬桂芬和王利波兩位成員，他們均有十余年的冶金工作經驗。崔猛在“熱態鋼渣在線循環利用關鍵技術開發”項目中主要負責轉爐煉鋼新技術的研發工作；馬桂芬則是煉鋼廠技術科長，是公司所有創新工作室中唯一一位女性負責人，在該項目中主要負責工序銜接和爐渣回收等工作；王利波是公司連鑄工序的青年骨干，在該項目中主要負責連鑄澆余鋼渣的循環利用研究工作。

2021年，我國的粗鋼產量達到了10.33億噸，產生了1.64億噸的鋼渣，然而國內未實現循環利用的鋼渣固廢堆存已經超過了10億噸，不僅占用土地資源，長此以往，也將為生態環境帶來巨大的隱患。一般而言，每千克1600攝氏度的鋼渣中含有2000千焦的熱量，因此，鋼渣的處理方法一般都是將熱態鋼渣冷卻后進行磁選加工。不過要把1600攝氏度的鋼渣冷卻到常溫，不僅需要消耗大量的水資源、冷卻耗材，還會污染環境，而且冷卻過程中鋼渣所釋放的熱能就此白白浪費，顯然這與“雙碳”目標背道而馳。因此，開展鋼渣循環利用技術研究，對于鋼鐵行業的高質量發展和實現“雙碳”目標，均具有重要意義。

常規鋼渣作為冶金固體廢棄物處理，其中含有大量的金屬鐵、氧化鈣、氧化鐵以及氧化鎂等可利用成分，并且液態鋼渣則具有大量的余熱，如果能加以利用，將產生巨大的經濟效益和社會效益。

聯合特鋼一直有志于熱態鋼渣循環利用的研究工作，通過實施精益管理和質量攻關活動等方式，實現了小幅度的鋼渣回收率的提升，但是在鋼渣在線循環利用的一些核心工程技術難題上，仍然缺乏創造力、突破性的解決方案，想要達到理想的預期效果，還有一定差距。

為此，崔猛團隊嘗試采用TRIZ創新方法求解。他們首先建立了功能模型，分析整個工業過程中存在的問題，發現了在轉爐環節中，存在“轉爐鋼渣輻射散熱向車間環境、渣盆澆余鋼渣輻射散熱向車間環境、天車作業危害熱修站安全”三項有害功能，并在精煉環節發現了“轉爐鋼渣再利用加入于轉爐、澆余鋼渣再利用加入于精煉爐”兩方面功能不足。秉持著煉鋼爐渣能收盡收的理念，他們通過對鋼渣循環利用率低的問題進行因果分析，得到了4個關鍵缺陷——鋼渣氧化性強侵蝕轉爐爐襯、鋼渣界面動態變化造成溢渣損失、天車運行倒渣影響生產節奏和工藝要求加引砂造成強制倒渣。

之后他們又使用了九屏幕法分析，發現了除塵器、鋼包等組件可以為鋼渣綜合利用提供支持。通過資源分析，發現鋼包車、鋼渣、污泥等資源可以充分利用，借此實現鋼渣回收再利用；通過TRIZ方法找到了問題的關鍵點后，團隊迅速產生了理想解IFR，即鋼渣進行渣料調質后，再進行循環利用。

通過TRIZ分析，崔猛團隊得到了“利用鋼渣余熱提升廢鋼溫度”“利用污泥調質高溫階段鋼渣，促進還原反應發生，熱能轉化為化學能”等方案。在整個成果研發過程中，他們針對3個關鍵環節，使用物場模型、技術矛盾、物理矛盾、發明遠離、“小人法”等TRIZ工具得到了17個解決方案，最終匯總成了8項方案，組合實施，達到了最終目標。

由于鋼渣在熱態的溫度高達1600攝氏度，在線循環利用安全隱患非常大，而且不易回收，崔猛團隊的研發過程屢次受阻。不過他們并沒有放棄：大家解決的不正是這個問題嗎！團隊成員大膽創新，將現有困難帶入到TRIZ理論中，借助創新方法，再次設計出了多套試驗方案，并組織進行了工業化試驗，形成了一系列具有突破性的、行之有效的可落地方案。

崔猛團隊的研究成果在聯合特鋼實施后，公司熱態鋼渣循環利用率從原先的35%提升至現在的90%以上，每年可從源頭減少鋼渣數量20.62萬噸，增加熱量回收利用36萬吉焦，二氧化碳減排16萬噸。項目通過了天津市科技成果評價，達到國際先進水平，轉爐工序能效達到“優于標桿水平”。

TRIZ創新方法在聯合特鋼大放異彩，這次的研發成果只是驚鴻一瞥。崔猛通過將創新方法與煉鋼工藝緊密結合在一起，在2019—2021年，以他作為技術骨干研發的“轉爐長周期高效低碳穩態運行新技術開發與應用”項目，攻克了轉爐煉鋼流程長周期低鐵水消耗冶煉的若干關鍵技術難題，提出了整套技術提升方案，實現了轉爐煤氣資源的100%回收，廢鋼比提高到35%以上，噸鋼綜合能耗降至400千克標準煤以下，并于2021年實現增加效益3.65億元，經天津市科技局組織專家鑒定達到國際先進水平。同年，聯合特鋼噸鋼的碳排放強度為1.44萬噸二氧化碳，遠低于行業均值1.8萬噸至2.0萬噸，與2018年相比較下降了34%。在創新方法的加持下，公司成為鋼鐵工業中的“雙碳”先鋒。