近日，從中央研究院傳來好消息，由寶武工程科學(xué)家肖永力領(lǐng)銜的熱態(tài)渣技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊聯(lián)合武漢理工大學(xué)、寶武環(huán)科、寶鋼工程等幾家單位，30年磨一劍，自主創(chuàng)新研發(fā)的《大宗鋼渣固廢高效低碳制備高等級瀝青路面材料及工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)》榮獲2023年度上海市技術(shù)發(fā)明一等獎，這不僅讓“鋼渣向何處去”這個困擾鋼鐵行業(yè)多年的世界性難題有了“寶武方案”，還讓高速公路采用鋼渣替代天然集料（石料）成為現(xiàn)實，有力支撐了鋼鐵和交通兩大行業(yè)的綠色低碳協(xié)同發(fā)展。

　　鋼鐵工業(yè)作為現(xiàn)代工業(yè)的基石，是國家建設(shè)的重要保障，是經(jīng)濟(jì)的重要支撐。近年來，隨著我國對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，尤其是在“雙碳”戰(zhàn)略提出后，鋼鐵行業(yè)作為我國碳排放較多的行業(yè)之一，在減少碳排放方面任重道遠(yuǎn)。在實施路徑方面，加快鋼渣資源化利用，是我國鋼鐵行業(yè)落實碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)任務(wù)的重要途徑之一。然而，在鋼渣綜合利用方面，全球鋼鐵行業(yè)目前仍存在利用率普遍偏低、利用途徑單一等問題，大量鋼渣堆存不僅占用土地資源，還給生態(tài)環(huán)境帶來了較大安全隱患。

　　“鋼渣的資源化綜合利用一直是個世界性的行業(yè)難題！”肖永力在接受記者采訪時開宗明義地表示，與鋼鐵領(lǐng)域的其他專業(yè)不同，作為冶金末端工藝，鋼渣處理技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于主工藝，這是一塊鋼鐵技術(shù)版圖的不毛之地和荒漠。

　　鋼鐵與渣從來都是相伴而生，鋼鐵渣不但產(chǎn)量大，而且出爐溫度高達(dá)1500℃，如何處理直接影響鋼鐵的正常生產(chǎn)和環(huán)保，更與鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展和低碳冶金息息相關(guān)。在鋼鐵渣中，鋼渣是鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的主要固體廢物之一，每年產(chǎn)生量超過1.5億噸。由于鋼渣成分復(fù)雜，體積穩(wěn)定性差，無法得到有效利用。

　　“以往很長一段時間，鋼渣的資源化綜合利用的主要方向是‘入土’，鋼渣以粉料的形式用于水泥生產(chǎn)、混凝土制作等。”據(jù)初步估算，鋼渣用于通用硅酸鹽水泥的量，占比高點時接近50%，其中絕大部分用作水泥混合材料。

　　然而，2023年11月，GB175-2023《通用硅酸鹽水泥》（以下簡稱：2023版）正式發(fā)布，并于2024年6月1日起實施。2023版的修訂明確限制了鋼渣在硅酸鹽水泥領(lǐng)域的應(yīng)用，鋼渣的大規(guī)模消納和資源化利用一時間成為鋼鐵行業(yè)急需解決的重大難題。

　　“一石激起千層浪！”“原用作水泥混合材料的鋼渣，不能再作為通用硅酸鹽水泥的混合材料。”許多業(yè)內(nèi)專家不禁要問：“鋼渣不能用于水泥，那每年持續(xù)產(chǎn)生的巨量鋼渣怎么辦？”“鋼渣向何處去？！”

　　近年來，我國公路建設(shè)飛速發(fā)展，高速公路總里程已超18萬公里，每年還在以1萬公里的速度快速增長。瀝青路面是高速公路的核心結(jié)構(gòu)，路面表層直接決定行車安全與服役周期，瀝青路面材料中95%為天然集料（石料），每年新建與養(yǎng)護(hù)工程所需優(yōu)質(zhì)集料約1億噸，這些集料都是通過炸山鑿石、粉碎加工而來。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，天然集料日益短缺且造價逐年攀升，相關(guān)資源顯現(xiàn)出環(huán)保壓力大、逐步枯竭等現(xiàn)象。

　　“一方面，在公路交通行業(yè)，受生態(tài)保護(hù)政策和天然集料長期無節(jié)制開采的影響，瀝青路面建設(shè)所需優(yōu)質(zhì)集料開采受限且造價逐年升高，迫切需要開發(fā)新型道路材料?！薄傲硪环矫?，鋼鐵行業(yè)每年產(chǎn)生的大量鋼渣急需資源化利用！”

　　“‘入混凝土’不行，那就‘上柏油路’！”肖永力明確表示，如果鋼渣能夠替代瀝青路面的天然集料，意義非常重大！不僅能解決鋼渣清潔處理、規(guī)?；咧道煤吐酚眉腺Y源日益短缺的難題，一舉破解鋼鐵和交通兩大支柱行業(yè)發(fā)展困境，還能實現(xiàn)兩大行業(yè)綠色協(xié)同發(fā)展，保護(hù)綠水青山。

　　但鋼渣進(jìn)入道路表層尚無先例，尤其是鋼渣中的游離氧化鈣難題更是令人談虎色變，一旦路面鼓包開裂，后果不堪想象。同時，鋼渣與瀝青的作用機(jī)理不清晰，一缺標(biāo)準(zhǔn)二缺配套技術(shù)支撐。

　　作為渣世界的耕耘者，早在十多年前，由肖永力領(lǐng)銜的中央研究院熱態(tài)渣技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊就敏銳地意識到，滾筒鋼渣質(zhì)地堅硬、棱角較多，十分契合鋪路集料的需求：“鋼渣堅硬耐磨，優(yōu)于天然集料”“鋼渣呈現(xiàn)堿性，與瀝青粘附性好！”

　　于是，研發(fā)團(tuán)隊揚(yáng)長避短，將替代天然砂石制備瀝青路面集料作為滾筒渣資源化重點推進(jìn)方向。為此，研發(fā)團(tuán)隊攜手武漢理工大學(xué)、寶武環(huán)科、寶鋼工程等單位，以嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度和自立自強(qiáng)的勇氣，找準(zhǔn)目標(biāo)、全力攻關(guān)，著力開發(fā)鋼渣瀝青路面集料制備工藝和應(yīng)用技術(shù)。

　　“鋼渣游離氧化鈣高、吸水膨脹起包，這個問題一直制約著鋼渣的規(guī)模化利用?！毙び懒υ敿?xì)介紹說，鋼渣是煉鋼過程中的副產(chǎn)物，在煉鋼工藝中，過量的石灰在煉鋼的高溫條件下形成過燒石灰，分散在鋼渣中，同時高溫鋼渣在冷卻過程中又會析出氧化鈣，這兩部分石灰俗稱游離氧化鈣，它是影響鋼渣體積穩(wěn)定性的重要成分，也是影響鋼渣資源化利用的關(guān)鍵因素。

　　“因為集料的性能是決定高速公路安全順行的關(guān)鍵，公路交通行業(yè)對于集料的要求還是很高的，從膨脹率到與酸性瀝青粘附性、再到顆粒尺度等都有很嚴(yán)格的要求?！毖邪l(fā)團(tuán)隊加大科研力量投入，進(jìn)行了大量基礎(chǔ)研究和實驗，最終采用快冷+機(jī)械攪拌的滾筒法鋼渣處理工藝，利用滾動金屬球破碎快冷、多點噴淋精細(xì)冷卻及在線分離分選方法，使熔融態(tài)鋼渣從1600℃迅速冷卻至100℃以下并破碎成15mm以下顆粒。

　　“這個過程因冷卻速率大、破碎徹底，渣中游離氧化鈣含量得到較好的抑制析出、分散均化和水化，尾渣中游離氧化鈣含量能夠保持在3%以下，同時，鋼渣的晶粒尺寸也得到約30%左右的降低?！毙び懒χ毖?，滾筒法鋼渣處理工藝得到的鋼渣不僅自然粒度均勻，滿足集料的級配要求，鋼渣顆粒性能穩(wěn)定，而且比天然石料棱角豐富，骨架結(jié)構(gòu)牢固，鋼渣又是堿性材料，與瀝青的結(jié)合更加牢固。

　　此外，瀝青與集料之間的粘附性對于確保瀝青混合料的性能和路面的耐久性至關(guān)重要。研發(fā)團(tuán)隊通過對鋼渣形成過程及其表面構(gòu)造進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，固化后鋼渣表面形成了大量微孔結(jié)構(gòu)，這些微孔可以起到吸附作用，使得鋼渣能夠更好地與瀝青相互結(jié)合，并形成牢固的結(jié)構(gòu)體系。這樣一來，在道路建筑和使用過程中，可以通過充分利用鋼渣在固化過程中產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)以及其中豐富元素所帶來的優(yōu)勢特點，進(jìn)一步改善并提升道路建設(shè)品質(zhì)，并延長其使用壽命。

　　攻克游離氧化鈣富集膨脹難題以及挖掘鋼渣的天然優(yōu)點，僅僅是研發(fā)團(tuán)隊勇闖創(chuàng)新“無人區(qū)”，攻克鋼渣替代天然集料眾多難關(guān)的一個縮影。多年來，研發(fā)團(tuán)隊聚焦煉鋼熔渣的滾筒法高效清潔處理技術(shù)，從機(jī)理研究、工藝開發(fā)、裝備研制、產(chǎn)品加工、標(biāo)準(zhǔn)體系建立和工程化推廣應(yīng)用等幾個方面開展系統(tǒng)性研究，相繼在熔渣的滾動快冷?；?、多相態(tài)鋼渣清潔處理、高效低碳滾筒鋼渣集料加工、系列化鋼渣瀝青路面材料的研制和應(yīng)用方面開展關(guān)鍵性技術(shù)研究，并借助規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和大量工程實踐，形成煉鋼熔渣的全量化滾筒法快冷?；案咧挡牧匣鉀Q方案，成功研發(fā)了鋼渣低碳高效制備高等級瀝青路面材料與應(yīng)用成套關(guān)鍵技術(shù)，不僅暢通了大宗鋼渣固廢低碳循環(huán)路徑，還成功在世界上第一個實現(xiàn)了鋼渣替代天然集料用于高速公路表層，實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)與交通行業(yè)的雙贏。

　　目前，該發(fā)明成果已在上海、湖北、廣西、內(nèi)蒙古等不同氣候地區(qū)應(yīng)用，建設(shè)公路超過3000公里，應(yīng)用鋼渣瀝青混凝土3000萬噸，碳減排198萬噸，有力支撐了鋼鐵與交通兩大行業(yè)的綠色發(fā)展與碳中和，經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益顯著。

　　“點渣成金，破解世界性難題！”“項目成果系統(tǒng)解決了鋼渣從處理到制備高等級瀝青路面材料的一系列技術(shù)、工程和產(chǎn)業(yè)化瓶頸，有力支撐了低碳冶金和綠色交通?！薄八粌H具有原創(chuàng)性和新穎性，而且具有顯著的實用性，項目成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平?！痹摪l(fā)明成果，先后通過國內(nèi)相關(guān)院士和專權(quán)威家的科技評定、成果驗收、國外同行公開評價、科技情報檢索及國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)綜合對比分析后，紛紛給予高度評價。其中，在中國金屬學(xué)會組織的科技成果評價會上，中國工程院院士殷瑞鈺為首的專家組評價意見為——“煉鋼熔渣高效清潔全量處理及產(chǎn)品化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用”項目的技術(shù)成果被認(rèn)定為“國際領(lǐng)先水平”。

　　作為一項鋼鐵行業(yè)的世紀(jì)難題，大宗鋼渣的出路及高值資源化利用一直備受關(guān)注，中國寶武給出了自己的答卷和方案，如何在低碳綠色發(fā)展的大背景下，跨行跨界系統(tǒng)考慮各類大宗工業(yè)固廢的資源化循環(huán)和利用，方興未艾，任重道遠(yuǎn)。