廢鋼回收利用技術專利分析

趙亞軍，鄭玉榮，張有余，劉佳玲

（1.甘肅酒泉鋼鐵集團公司技術中心，甘肅嘉峪關735100；2.中國科學院蘭州文獻情報中心，甘肅蘭州730000）

廢鋼和鐵礦石都是鋼鐵工業(yè)的主要鐵源，鐵礦石是自然資源，而廢鋼屬于可回收的再生資源，鋼鐵工業(yè)應少用鐵礦石，多用廢鋼，這樣不僅有利于保存資源，還有利于節(jié)約能源，保護環(huán)境[1-2]。鋼鐵行業(yè)碳排放量占工業(yè)碳排放量的25%，如何減少CO2排放是鋼鐵行業(yè)長期研究的重點課題[3-4]。

廢鋼是一種載能節(jié)能、低碳環(huán)保、可循環(huán)使用的再生資源。與鐵礦石相比，用廢鋼直接煉鋼可節(jié)約能源60%，其中多用1 t廢鋼，可節(jié)約0.4 t焦炭或約1 t原煤，減少1.6 t CO2排放、3 t固體廢物的排放、1.7 t精礦粉的消耗、4.3 t原礦的開采以及2.6 t尾礦渣的排出[5]。

21世紀以來，伴隨著工業(yè)化和城市化進程的加速，我國鋼鐵工業(yè)持續(xù)高速發(fā)展。2014年，我國粗鋼產量達到峰值8.23億t。其后的2015—2016年，我國的粗鋼產量均在8億t左右。目前我國鋼鐵積蓄量已經達到80億t，預計到2020年末，鋼鐵積蓄量將達到100億t左右，屆時每年產生的廢鋼資源產量可達到2億t。我國廢鋼回收利用產業(yè)起步較晚，發(fā)展相對滯后。2016年我國廢鋼比僅為11%，遠低于世界平均水平的34.2%，跟歐美等發(fā)達國家的差距更大[6]。

2016年12月中國廢鋼鐵應用協(xié)會發(fā)布的《廢鋼鐵產業(yè)“十三五”規(guī)劃》明確，到2020年，我國煉鋼的廢鋼比要達到20%，并提出廢鋼業(yè)六大發(fā)展目標[7]，隨著汽車等用鋼行業(yè)報廢期集中到來[8]，廢鋼業(yè)有望快速發(fā)展。專利是能夠反映科學技術發(fā)展水平最新動態(tài)的情報文獻[9]，分析專利信息可以獲得豐富的競爭信息，對國家戰(zhàn)略高新技術發(fā)展規(guī)劃的制定與布局、對企業(yè)研發(fā)投資與市場策略的制定等都具有積極作用[10]。為了全面了解廢鋼回收利用技術的發(fā)展趨勢，把握專利布局特點，借鑒國外先進企業(yè)的技術思路，對全球廢鋼回收利用技術專利進行了檢索及分析。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

專利技術數(shù)據(jù)主要來源于3個方面，包括Derwent Innovations Index（DII）、Proquest Dialog專利數(shù)據(jù)庫和中國知識產權局的專利數(shù)據(jù)。

1.2 分析工具

主要分析工具包括Thomson Data Analyzer（TDA）、Thomson Innovation、Innography等國際主流情報分析工具。

2 整體態(tài)勢發(fā)展

廢鋼回收利用技術主要開始于20世紀60年代，每年申請專利數(shù)量在100件以內，并呈緩慢增長趨勢，2006年以后開始快速增長，2014—2017年均在200件/年以上，其中2014年達到了220件，為歷年最高。

2.1 專利研發(fā)國家

廢鋼回收利用技術專利的產出國家主要包括中國（共申請了1 183件，專利家族進行了合并，占整個專利技術的30.91%，下同）、日本（1 158件，占30.26%）、俄羅斯（369件，9.64%）、韓國（259件，7.71%）、德國（230件，6.01%）、美國（217件，5.67%）等。其中，中國和日本是廢鋼回收利用的主要研發(fā)國家，專利總量達到了61.17%，見圖1。

圖1 廢鋼回收利用技術專利主要產出國家

從各國專利技術的產出優(yōu)先年可以看出，日本從20世紀80年代開始就是全球最主要的廢鋼回收利用研發(fā)國家，其中20世紀90年代處于研發(fā)高峰期，專利數(shù)量平均在50件/年以上。俄羅斯、美國、德國等國家盡管在專利數(shù)量上不是很多，但他們在20世紀70年代就開始有少量專利產出。韓國在廢鋼回收利用技術研發(fā)方面的起步較晚，在2010年左右處于研發(fā)高峰期。中國在廢鋼回收利用技術方面的研發(fā)起步較晚，2000年以前基本沒有專利產出，2000年以來廢鋼回收利用技術專利產出量開始明顯增加，2011年開始超過100件/年，并保持較高的增長速度，2017年達到207件，專利數(shù)量遠高于其他國家，見圖2。

圖2 廢鋼回收利用專利技術主要研發(fā)國家/地區(qū)專利產出年際分布

2.2 專利研發(fā)機構

廢鋼回收利用的主要研發(fā)企業(yè)有新日鐵公司、JFE鋼鐵公司、浦項制鐵公司、大同特殊鋼株式會社、現(xiàn)代制鐵、寶武鋼鐵集團等。其中，中國的主要研發(fā)企業(yè)有寶武鋼鐵集團、中冶賽迪、鞍鋼集團等，見表1。

表1 廢鋼回收利用技術專利主要研發(fā)企業(yè)

2.3 專利研發(fā)方向

分析廢鋼回收利用主要研發(fā)方向，電爐煉鋼處理廢鋼技術（621件，占整個專利技術的12.44%）、廢鋼中提取其他有色金屬（610件，占比12.22%）、廢鋼預熱處理技術（595件，占比11.92%）、廢鋼冶煉凈化除雜技術（594件，占比11.90%）以及轉爐煉鋼處理廢鋼技術（581件，占比11.64%）為排名前五的主要研發(fā)方向，占整個專利技術總量的60%。另外，廢鋼磁選分離技術、廢鋼剪切破碎技術、非高爐煉鐵處理廢鋼技術和廢鋼預處理技術（如焙燒）等方面有一定的專利產出，見表2。

表2 廢鋼回收利用技術專利主要研發(fā)方向

分析主要研發(fā)國家的研發(fā)重點，中國在廢鋼磁選分離技術方面申請的專利數(shù)量最多，其次是廢鋼冶煉凈化除雜技術和廢鋼預處理技術（如焙燒）。日本在廢鋼預熱技術、電爐煉鋼處理廢鋼技術、轉爐煉鋼處理廢鋼技術、廢鋼中提取其他有色金屬以及廢鋼冶煉凈化除雜技術等方面均有較多的專利數(shù)量，見圖3。

圖3 廢鋼回收利用技術主要研發(fā)國家研發(fā)重點

分析主要研發(fā)企業(yè)的研發(fā)重點，日本企業(yè)新日鐵公司和JFE鋼鐵公司在轉爐煉鋼處理廢鋼、廢鋼預熱、非高爐煉鐵處理廢鋼、電爐煉鋼處理廢鋼、廢鋼中提取其他有色金屬等方面有較多的專利數(shù)量。韓國企業(yè)浦項鋼鐵公司和現(xiàn)代制鐵更注重電爐煉鋼處理廢鋼、廢鋼預熱、廢鋼冶煉凈化除雜以及轉爐煉鋼處理廢鋼等方面的研發(fā)。中國寶武集團在轉爐煉鋼處理廢鋼和廢鋼冶煉凈化除雜等方面有較多的專利產出，見圖4。

圖4 廢鋼回收利用技術主要研發(fā)企業(yè)研發(fā)重點

3 主要企業(yè)研發(fā)態(tài)勢

選取日本、韓國、歐洲、中國等國家和地區(qū)的代表性企業(yè)，包括新日本制鐵公司（日本）、JFE鋼鐵公司（日本）、浦項鋼鐵公司（韓國）、寶武集團（中國）、奧鋼聯(lián)（歐洲）等5家典型企業(yè)對其研發(fā)方向和重點進行分析可知，幾家核心企業(yè)的研發(fā)方向相似度介于0.104～0.71。其中新日本制鐵、JFE鋼鐵公司、浦項制鐵3家日韓重點企業(yè)具有較高的技術相似度，在0.509～0.71；寶武集團與其他4家技術相似度較低，在0.104～0.409，其中，寶武集團與奧鋼聯(lián)的技術相似度最低，為0.104，說明中國企業(yè)與國外企業(yè)技術相似性差別較大，尤其是歐洲部分企業(yè)，見表3。

表3 主要研發(fā)企業(yè)相似度對比

分析5家主要研發(fā)企業(yè)廢鋼回收利用技術專利申請數(shù)量隨年代的分布趨勢，奧鋼聯(lián)在20世紀80年代就開始有少量專利產出，新日本制鐵公司和JFE鋼鐵公司兩家日本企業(yè)在20世紀90年代專利申請數(shù)量達到了峰值，隨后逐年減少；韓國浦項制鐵2000年以后開始有較多的專利產出，年專利產出量比較穩(wěn)定；中國寶武鋼鐵集團在2010年以后才開始有較多專利產出，見圖5。上述表明，在廢鋼回收利用技術方面最早開展研究工作的是歐洲和日本，其次是韓國，中國起步最晚。

圖5 主要研發(fā)企業(yè)隨年代分布趨勢

分析主要企業(yè)的主要技術方向，日本、韓國的主要企業(yè)在轉爐煉鋼處理廢鋼和電爐煉鋼處理廢鋼方面有較大數(shù)量的專利產出；歐洲代表企業(yè)奧鋼聯(lián)在轉爐煉鋼處理廢鋼方向幾乎沒有專利產出，主要在電爐煉鋼處理廢鋼、用廢鋼生產有色金屬或其他化合物以及其他煉鋼法處理廢鋼三方面有較多的專利產出；而我國的寶武鋼鐵公司主要以轉爐煉鋼處理廢鋼為主，電爐煉鋼處理廢鋼占比較少，其次是在剪床或剪切設備的附屬裝置上有較多數(shù)量的專利，見表4。

4 核心專利技術

核心專利在一個專利群中處于節(jié)點和紐帶的地位，是后續(xù)科技之核心，也是產業(yè)經濟之核心。對于一個企業(yè)來說，是否具有很強的創(chuàng)新能力，在于它在所從事的領域里是否擁有核心技術，而擁有核心技術的標志就是“核心專利”[11]。廢鋼回收利用技術在專利主要產出年份基本上都有核心專利產出，2009年之前，核心專利數(shù)量基本上保持在6件以內，2009年以后核心專利數(shù)量明顯上升，其中2012年、2013年達到16件/年，為歷年之高。

表4 主要企業(yè)研發(fā)方向

4.1 核心專利產出國家和機構

廢鋼回收利用核心專利技術主要集中在美國（44件，占整個核心專利技術的27%），中國（34件，占21%），日本（25件，占16%），德國（20件，占 12%），上述4個國家占整個核心專利總量的76%，見圖6。

圖6 廢鋼回收利用核心專利技術產出主要國家

分析廢鋼回收利用核心專利產出機構，主要有奧鋼聯(lián)（6件，占比 3.73%）、JFE鋼鐵公司（5件，占比3.11%）、曼內斯曼集團（5件，占比3.11%）等公司。中國的中冶賽迪、鞍鋼集團均有3件核心專利產出，占比1.86%，見表5。

表5 廢鋼回收利用技術核心專利主要產出機構

4.2 核心專利研發(fā)方向

分析核心專利主要包括的技術方向，主要集中在通過冶煉處理廢鋼、廢鋼預熱焙燒以及廢鋼的物理處理等領域。其中，廢鋼預熱技術（核心專利數(shù)量43件，占比32.92%）、廢鋼中提取其他有用金屬（49件，占比30.43%）、電爐煉鋼處理廢鋼技術（42件，占比26.09%）、廢鋼冶煉凈化除雜技術（30件，占比18.63%）是核心專利數(shù)量排名前四的技術方向，見表6。

表6 核心專利在各個技術點上的分布

5 結論

通過對廢鋼回收利用技術專利進行分析得出以下結論。

（1）廢鋼回收利用技術主要研發(fā)國家包括中國、日本、韓國、俄羅斯等；主要研發(fā)機構包括新日鐵公司、JFE鋼鐵公司、浦項制鐵等；電爐煉鋼處理廢鋼、廢鋼中提取其他有色金屬、廢鋼預熱處理等技術是廢鋼回收利用主要研發(fā)方向。

（2）通過冶煉處理廢鋼、廢鋼預熱焙燒、廢鋼物理處理（如破碎、壓塊、磁選等）3個方向產出專利最多，也是研發(fā)的熱點方向。其中通過冶煉處理廢鋼中真空處理熔融鐵類合金、用氣體除去熔融鐵類合金中的雜質、轉爐煉鋼中生產特殊成分爐渣是近年來增長較快的技術方向，廢鋼物理處理中磁力分離、振動輸料機、裝載裝卸設備是近年來增長較快的技術方向。

（3）在研發(fā)方向和研發(fā)重點方面，我國的企業(yè)和國外企業(yè)技術相似度較低。日本、韓國企業(yè)研發(fā)方向和研發(fā)重點是在轉爐煉鋼處理廢鋼和電爐煉鋼處理廢鋼，歐洲主要在電爐煉鋼處理廢鋼，我國主要以轉爐煉鋼處理廢鋼為主。

（4）核心專利技術主要集中在美國、中國、日本、德國4個國家；主要產出機構有奧鋼聯(lián)、JFE鋼鐵公司、曼內斯曼集團等；中國的中冶賽迪、鞍鋼集團等都有一定的核心專利產出。核心專利技術研發(fā)方向主要集中廢鋼預熱、廢鋼中提取其他有用金屬、電爐煉鋼處理廢鋼等方面。