废钢回收利用技术专利分析

赵亚军，郑玉荣，张有余，刘佳玲

（1.甘肃酒泉钢铁集团公司技术中心，甘肃嘉峪关735100；2.中国科学院兰州文献情报中心，甘肃兰州730000）

废钢和铁矿石都是钢铁工业的主要铁源，铁矿石是自然资源，而废钢属于可回收的再生资源，钢铁工业应少用铁矿石，多用废钢，这样不仅有利于保存资源，还有利于节约能源，保护环境[1-2]。钢铁行业碳排放量占工业碳排放量的25%，如何减少CO2排放是钢铁行业长期研究的重点课题[3-4]。

废钢是一种载能节能、低碳环保、可循环使用的再生资源。与铁矿石相比，用废钢直接炼钢可节约能源60%，其中多用1 t废钢，可节约0.4 t焦炭或约1 t原煤，减少1.6 t CO2排放、3 t固体废物的排放、1.7 t精矿粉的消耗、4.3 t原矿的开采以及2.6 t尾矿渣的排出[5]。

21世纪以来，伴随着工业化和城市化进程的加速，我国钢铁工业持续高速发展。2014年，我国粗钢产量达到峰值8.23亿t。其后的2015—2016年，我国的粗钢产量均在8亿t左右。目前我国钢铁积蓄量已经达到80亿t，预计到2020年末，钢铁积蓄量将达到100亿t左右，届时每年产生的废钢资源产量可达到2亿t。我国废钢回收利用产业起步较晚，发展相对滞后。2016年我国废钢比仅为11%，远低于世界平均水平的34.2%，跟欧美等发达国家的差距更大[6]。

2016年12月中国废钢铁应用协会发布的《废钢铁产业“十三五”规划》明确，到2020年，我国炼钢的废钢比要达到20%，并提出废钢业六大发展目标[7]，随着汽车等用钢行业报废期集中到来[8]，废钢业有望快速发展。专利是能够反映科学技术发展水平最新动态的情报文献[9]，分析专利信息可以获得丰富的竞争信息，对国家战略高新技术发展规划的制定与布局、对企业研发投资与市场策略的制定等都具有积极作用[10]。为了全面了解废钢回收利用技术的发展趋势，把握专利布局特点，借鉴国外先进企业的技术思路，对全球废钢回收利用技术专利进行了检索及分析。

1 研究方法

1.1 数据来源

专利技术数据主要来源于3个方面，包括Derwent Innovations Index（DII）、Proquest Dialog专利数据库和中国知识产权局的专利数据。

1.2 分析工具

主要分析工具包括Thomson Data Analyzer（TDA）、Thomson Innovation、Innography等国际主流情报分析工具。

2 整体态势发展

废钢回收利用技术主要开始于20世纪60年代，每年申请专利数量在100件以内，并呈缓慢增长趋势，2006年以后开始快速增长，2014—2017年均在200件/年以上，其中2014年达到了220件，为历年最高。

2.1 专利研发国家

废钢回收利用技术专利的产出国家主要包括中国（共申请了1 183件，专利家族进行了合并，占整个专利技术的30.91%，下同）、日本（1 158件，占30.26%）、俄罗斯（369件，9.64%）、韩国（259件，7.71%）、德国（230件，6.01%）、美国（217件，5.67%）等。其中，中国和日本是废钢回收利用的主要研发国家，专利总量达到了61.17%，见图1。

图1 废钢回收利用技术专利主要产出国家

从各国专利技术的产出优先年可以看出，日本从20世纪80年代开始就是全球最主要的废钢回收利用研发国家，其中20世纪90年代处于研发高峰期，专利数量平均在50件/年以上。俄罗斯、美国、德国等国家尽管在专利数量上不是很多，但他们在20世纪70年代就开始有少量专利产出。韩国在废钢回收利用技术研发方面的起步较晚，在2010年左右处于研发高峰期。中国在废钢回收利用技术方面的研发起步较晚，2000年以前基本没有专利产出，2000年以来废钢回收利用技术专利产出量开始明显增加，2011年开始超过100件/年，并保持较高的增长速度，2017年达到207件，专利数量远高于其他国家，见图2。

图2 废钢回收利用专利技术主要研发国家/地区专利产出年际分布

2.2 专利研发机构

废钢回收利用的主要研发企业有新日铁公司、JFE钢铁公司、浦项制铁公司、大同特殊钢株式会社、现代制铁、宝武钢铁集团等。其中，中国的主要研发企业有宝武钢铁集团、中冶赛迪、鞍钢集团等，见表1。

表1 废钢回收利用技术专利主要研发企业

2.3 专利研发方向

分析废钢回收利用主要研发方向，电炉炼钢处理废钢技术（621件，占整个专利技术的12.44%）、废钢中提取其他有色金属（610件，占比12.22%）、废钢预热处理技术（595件，占比11.92%）、废钢冶炼净化除杂技术（594件，占比11.90%）以及转炉炼钢处理废钢技术（581件，占比11.64%）为排名前五的主要研发方向，占整个专利技术总量的60%。另外，废钢磁选分离技术、废钢剪切破碎技术、非高炉炼铁处理废钢技术和废钢预处理技术（如焙烧）等方面有一定的专利产出，见表2。

表2 废钢回收利用技术专利主要研发方向

分析主要研发国家的研发重点，中国在废钢磁选分离技术方面申请的专利数量最多，其次是废钢冶炼净化除杂技术和废钢预处理技术（如焙烧）。日本在废钢预热技术、电炉炼钢处理废钢技术、转炉炼钢处理废钢技术、废钢中提取其他有色金属以及废钢冶炼净化除杂技术等方面均有较多的专利数量，见图3。

图3 废钢回收利用技术主要研发国家研发重点

分析主要研发企业的研发重点，日本企业新日铁公司和JFE钢铁公司在转炉炼钢处理废钢、废钢预热、非高炉炼铁处理废钢、电炉炼钢处理废钢、废钢中提取其他有色金属等方面有较多的专利数量。韩国企业浦项钢铁公司和现代制铁更注重电炉炼钢处理废钢、废钢预热、废钢冶炼净化除杂以及转炉炼钢处理废钢等方面的研发。中国宝武集团在转炉炼钢处理废钢和废钢冶炼净化除杂等方面有较多的专利产出，见图4。

图4 废钢回收利用技术主要研发企业研发重点

3 主要企业研发态势

选取日本、韩国、欧洲、中国等国家和地区的代表性企业，包括新日本制铁公司（日本）、JFE钢铁公司（日本）、浦项钢铁公司（韩国）、宝武集团（中国）、奥钢联（欧洲）等5家典型企业对其研发方向和重点进行分析可知，几家核心企业的研发方向相似度介于0.104～0.71。其中新日本制铁、JFE钢铁公司、浦项制铁3家日韩重点企业具有较高的技术相似度，在0.509～0.71；宝武集团与其他4家技术相似度较低，在0.104～0.409，其中，宝武集团与奥钢联的技术相似度最低，为0.104，说明中国企业与国外企业技术相似性差别较大，尤其是欧洲部分企业，见表3。

表3 主要研发企业相似度对比

分析5家主要研发企业废钢回收利用技术专利申请数量随年代的分布趋势，奥钢联在20世纪80年代就开始有少量专利产出，新日本制铁公司和JFE钢铁公司两家日本企业在20世纪90年代专利申请数量达到了峰值，随后逐年减少；韩国浦项制铁2000年以后开始有较多的专利产出，年专利产出量比较稳定；中国宝武钢铁集团在2010年以后才开始有较多专利产出，见图5。上述表明，在废钢回收利用技术方面最早开展研究工作的是欧洲和日本，其次是韩国，中国起步最晚。

图5 主要研发企业随年代分布趋势

分析主要企业的主要技术方向，日本、韩国的主要企业在转炉炼钢处理废钢和电炉炼钢处理废钢方面有较大数量的专利产出；欧洲代表企业奥钢联在转炉炼钢处理废钢方向几乎没有专利产出，主要在电炉炼钢处理废钢、用废钢生产有色金属或其他化合物以及其他炼钢法处理废钢三方面有较多的专利产出；而我国的宝武钢铁公司主要以转炉炼钢处理废钢为主，电炉炼钢处理废钢占比较少，其次是在剪床或剪切设备的附属装置上有较多数量的专利，见表4。

4 核心专利技术

核心专利在一个专利群中处于节点和纽带的地位，是后续科技之核心，也是产业经济之核心。对于一个企业来说，是否具有很强的创新能力，在于它在所从事的领域里是否拥有核心技术，而拥有核心技术的标志就是“核心专利”[11]。废钢回收利用技术在专利主要产出年份基本上都有核心专利产出，2009年之前，核心专利数量基本上保持在6件以内，2009年以后核心专利数量明显上升，其中2012年、2013年达到16件/年，为历年之高。

表4 主要企业研发方向

4.1 核心专利产出国家和机构

废钢回收利用核心专利技术主要集中在美国（44件，占整个核心专利技术的27%），中国（34件，占21%），日本（25件，占16%），德国（20件，占 12%），上述4个国家占整个核心专利总量的76%，见图6。

图6 废钢回收利用核心专利技术产出主要国家

分析废钢回收利用核心专利产出机构，主要有奥钢联（6件，占比 3.73%）、JFE钢铁公司（5件，占比3.11%）、曼内斯曼集团（5件，占比3.11%）等公司。中国的中冶赛迪、鞍钢集团均有3件核心专利产出，占比1.86%，见表5。

表5 废钢回收利用技术核心专利主要产出机构

4.2 核心专利研发方向

分析核心专利主要包括的技术方向，主要集中在通过冶炼处理废钢、废钢预热焙烧以及废钢的物理处理等领域。其中，废钢预热技术（核心专利数量43件，占比32.92%）、废钢中提取其他有用金属（49件，占比30.43%）、电炉炼钢处理废钢技术（42件，占比26.09%）、废钢冶炼净化除杂技术（30件，占比18.63%）是核心专利数量排名前四的技术方向，见表6。

表6 核心专利在各个技术点上的分布

5 结论

通过对废钢回收利用技术专利进行分析得出以下结论。

（1）废钢回收利用技术主要研发国家包括中国、日本、韩国、俄罗斯等；主要研发机构包括新日铁公司、JFE钢铁公司、浦项制铁等；电炉炼钢处理废钢、废钢中提取其他有色金属、废钢预热处理等技术是废钢回收利用主要研发方向。

（2）通过冶炼处理废钢、废钢预热焙烧、废钢物理处理（如破碎、压块、磁选等）3个方向产出专利最多，也是研发的热点方向。其中通过冶炼处理废钢中真空处理熔融铁类合金、用气体除去熔融铁类合金中的杂质、转炉炼钢中生产特殊成分炉渣是近年来增长较快的技术方向，废钢物理处理中磁力分离、振动输料机、装载装卸设备是近年来增长较快的技术方向。

（3）在研发方向和研发重点方面，我国的企业和国外企业技术相似度较低。日本、韩国企业研发方向和研发重点是在转炉炼钢处理废钢和电炉炼钢处理废钢，欧洲主要在电炉炼钢处理废钢，我国主要以转炉炼钢处理废钢为主。

（4）核心专利技术主要集中在美国、中国、日本、德国4个国家；主要产出机构有奥钢联、JFE钢铁公司、曼内斯曼集团等；中国的中冶赛迪、鞍钢集团等都有一定的核心专利产出。核心专利技术研发方向主要集中废钢预热、废钢中提取其他有用金属、电炉炼钢处理废钢等方面。