鋼渣高效利用技術發展研究專利分析

王東梅，鄭玉榮，陳瑜，張有余

（1.酒鋼（集團）有限責任公司，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）

鋼渣是冶金工業生產過程中產生的廢渣，其產生率為粗鋼產量的8%～15%，近年來全世界排放鋼渣量2億t左右（其中50%來自中國）。中國的鋼渣產生量隨著鋼鐵工業的快速發展而迅速遞增，全國鋼渣累積堆存約10億t，鋼鐵企業廢渣的處理和資源化利用問題也越來越受到重視[1-3]。

鋼渣主要由鈣、鐵、硅、鎂，以及少量鋁、錳、磷等的氧化物組成。主要的礦物相為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵鋁酸鈣，以及硅、鎂、鐵、錳、磷的氧化物形成的固熔體，還含有少量游離氧化鈣以及金屬鐵、氟磷灰石等。有的地區因礦石含鈦和釩，鋼渣中也稍含有這些成分。鋼渣可以回收用于煉鋼煉鐵原料、燒結材料、高爐熔劑、返回渣料等，還能作為道路、建筑、玻璃、環境及農業用料[4-6]。

通過采用國際權威專利數據源和主流情報工具，對鋼渣利用專利技術進行分析，為企業內部鋼渣利用發展指明方向。

1 專利制備技術及工藝

1.1 數據來源

專利技術數據主要來源于3個方面，包括DerwentInnovationsIndex，ProQuestDialog專利數據庫和中國知識產權局的專利數據[7-9]。

（1）DerwentInnovationsIndex（簡稱 DII）是由 ThomsonScientific出版的基于Web的專利信息數據庫，將德溫特世界專利索引（DerwentWorldPatentsIndex）和專利引文索引（PatentsCitptionIndex）整合在一起，可以通過它檢索專利信息及專利的引用情況。該數據庫收錄了來自全球40個專利發行機構的基本發明專利，專利覆蓋范圍可追溯到1963年，引用信息可追溯到1973年，是檢索全球專利最權威的數據庫之一。

（2）ProQuestDialog專利數據庫收錄全球90多個國家地區的發明專利、實用新型等方面的專利數據，包括全球專利數據、鄧白氏商業數據、美國專利訴訟、美國商標數據等方面的專利信息，也是檢索全球專利最權威的數據庫之一。

（3）中國知識產權局專利數據庫收錄了1985年9月10日至今在中國地區申請的專利，包括發明專利、實用新型、外觀設計，每周三更新。

1.2 分析工具

文中用到的主要分析工具包括TDA，ThomsonInnovation，INNOGRAPHY等國際主流情報分析工具[10-12]。

（1）TDA（ThomsonDataAnalyzer）是美國 Thomson公司開發的一款專利分析軟件，具有很強的專利數據挖掘功能，提供從數據清洗、比較矩陣、數據圖譜、技術挖掘、報告生成等一系列功能。能夠從專利授權組織、專利技術領域分布、機構合作情況、專利家族、發明人產出情況等10多個不同方面對專利數據進行分析，可以幫助研發人員洞察科學技術的發展趨勢，發現行業新興技術，還可以為知識產權轉化尋找合作方，為科研管理決策層提供戰略發展與競爭態勢報告等。

（2）ThomsonInnovation是一款可視化的專利地圖分析工具，通過數據挖掘和專利引文分析等方法，揭示專利信息間的相互關聯，為用戶提供專利技術研發方向、不同國家和企業的專利技術市場布局、不同階段專利技術的主要研發方向、專利評價與評估、專利資產運營、專利權保護（包括專利侵權預警、專利訴訟及專利權邊境保護等）、企業聯營與合作或兼并等的生產經營決策活動信息。

（3）INNOGRAPHY是Dialog公司旗下最新的專利檢索與分析平臺，包含90多個國家地區的發明專利、實用新型等，收錄全球專利數據、鄧白氏商業數據、美國專利訴訟、美國商標數據等方面的專利信息。Innography將專利、商業、訴訟等各方面信息結合在一起形成結構化分析方案，以可視化圖表形式直觀呈現。主要功能包括專利數據挖掘、各企業的技術強度和市場強度、核心專利技術選擇與分析等。

1.3 數據檢索日期

專利檢索日期截止時間為2017年9月1日。

1.4 檢索式

通過檢索詞多重組和，以及檢索式的制定，共收集到全球專利3 363條[13-14]。

2 鋼渣專利整合發展態勢

2.1 時間序列

鋼渣處理專利技術主要開始于20世紀60年代，2000年前比較平穩，每年的專利技術量不超過50件，從2000年開始增速明顯加快，2016年達到423件為歷年最高，2000—2016年的年平均增長率12%。歷年鋼渣處理專利技術數量見圖1。

圖1 鋼渣處理專利技術年際變化

2.2 主要研發國家

世界鋼渣處理專利技術分布見圖2。中國（占整個專利技術的67%，下同）、日本（占20%）、韓國（占5%）是研究鋼渣處理最主要的國家/地區，中日韓三國的鋼渣處理專利技術占到了全球專利技術的92%。

圖2 鋼渣處理專利技術主要研發國家

從專利年際變化（圖3）可以看出，鋼渣處理專利技術增速明顯上升的主要因素來源于中國，中國從2003年開始，鋼渣處理的專利技術數量明顯上升。

圖3 主要國家鋼渣處理專利技術年際變化

鋼渣處理及應用主要專利技術研發方向見圖4。包括鋼渣回收技術與方法（約占18%）、鋼渣用做填料（如混凝土）（約占18%）、通過造粒或者加入其他成分處理鋼渣（約占12%）、轉爐鋼渣及其處理（約占10%）、鋼渣應用于水泥（約占9%）、其他熔融鐵渣及其處理（約占8%）、鋼渣綜合利用方法與途徑（約占6%）、出爐材料的裝卸和處理（約占4%）、鋼渣分離方法與設備（約占4%）、電爐鋼渣及其處理（約占3%），以及與鋼渣匹配的促凝劑、磨粉或粉碎裝置，與鋼渣匹配的增塑劑等方面。

分析專利技術法律狀態，見圖5。大約有38%屬于有效專利，21%在審，41%處于無效狀態（包括專利過期、未繳年費和專利撤回等）。

分析專利分類，見圖6。中國各個省份發明專利和實用新型專利的比例存在差異，山東的實用新型專利技術比例較大，四川省基本上全屬于發明專利。

圖4 鋼渣處理主要專利技術方向

圖5鋼渣處理專利技術法律狀態

圖6 中國主要省份鋼渣處理專利技術類別

2.3 主要研發企業

鋼渣處理及應用專利技術主要研發企業包括新日鐵住金、寶武集團、中冶寶鋼技術、JFE鋼鐵株式會社、鞍鋼集團、浦項制鐵、日本神戶制鋼、山西太鋼、日新制鋼、萊鋼集團、武漢理工大學、首鋼集團等，其中新日鐵住金、寶武集團、中冶寶鋼技術、JFE鋼鐵株式會社的專利技術數量明顯高于其他企業。各企業研發專利數及所占比例見表1。

鋼渣處理及應用專利技術主要研發企業的技術研發方向有差異，新日鐵住金綜合性較強，各個研發方向上都比較重視。寶武的研發重點在鋼渣回收技術與方法、造粒等方面。圖7為主要研發企業技術方向對比。

表1 鋼渣處理及應用專利技術主要研發企業

圖7 鋼渣處理主要研發企業技術方向對比

2.4 主要技術點分布

從專利地圖中可以看出，鋼渣經過處理作為水泥或者混凝土應用在道路工程中是其專利技術研發的主要方向（圖8），最重要的性能是透水功能，高價值專利技術在這個研發方向分布也是最多的。通過年際變化分析也可以看出，這個技術方向也是最先發展起來的技術。

作為孰料或者摻雜應用在地磚和陶瓷中也是其重要的技術研發方向，另外鋼渣的磁選技術、造渣技術、余熱利用技術、熱悶技術等也是其重要的技術方向。

圖8 鋼渣處理與應用專利地圖

3 結論

（1）應用權威的專利數據源和國際主流專利技術分析工具對鋼渣處理及應用技術進行分析后可知，目前鋼渣利用專利技術研發處于快速發展階段，中國和日本是鋼渣處理專利研發最主要的兩個國家，韓國、俄羅斯、美國等國家是鋼渣處理重要的研發國。

（2）鋼渣處理及應用主要專利技術研發方向包括鋼渣回收技術與方法、鋼渣用做填料、通過造粒或者加入其他成分處理鋼渣、轉爐鋼渣及其處理、鋼渣應用于水泥等，主要的研發包括新日鐵住金、寶武集團、中冶寶鋼技術、JFE鋼鐵株式會社、鞍鋼集團、浦項制鐵、日本神戶制鋼、山西太鋼、日新制鋼、萊鋼集團、武漢理工大學、首鋼集團等，鋼渣處理及應用專利技術主要研發企業的技術研發方向有差異，新日鐵住金綜合性較強，各個研發方向上都比較重視。寶武集團的研發重點在鋼渣回收技術與方法、造粒等方面。

（3）從專利地圖上分析，鋼渣經過處理作為水泥或者混凝土應用在道路工程，作為孰料或者摻雜應用在地磚和陶瓷等，是其專利技術研發的主要方向，也是高價值專利分布比較集中的方向。

4 結束語

鋼鐵行業“十三五”規劃中，再次強調綠色循環理念，提出了2020年鋼鐵渣的綜合利用率達到90%（其中鋼渣的利用率達到60%以上）和建立10個“鋼渣綜合利用”示范企業的目標[14]。因此，大力推進鋼渣先進適用技術研發與推廣作用，促進鋼渣的綜合利用尤為重要。