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徐德龙:策动水泥工业革命

  每一个时代,都会有激动人心的故事。
  每一个年份,总有令西安建大人格外自豪的收获。
  2011年年底,由教育部科学技术委员会组织评选的2011年度“中国高等学校十大科技进展”在京揭晓,西安建筑科技大学粉体工程研究所所长徐德龙院士及其团队完成的“高固气比悬浮预热分解理论与技术(XDL水泥熟料煅烧新工艺)”跻身其中。同时,该项成果获准列入国家科技部支撑计划,并被列入国家发改委重点节能减排技术推广项目。
  “中国高等学校十大科技进展”评选活动开始于1998年,首次荣获这项具有重要社会影响和广泛社会声誉的奖项,已是双鬓花白的徐德龙院士和他的同事们也是难掩激动之情:历经28年的坚守与开拓,他们期盼和策动的水泥工艺革命性变革再次取得重大突破。 
  

拯救百亿投资

  提起徐德龙,水泥行业很少有人不知道。他给业界人士留下最深刻印象的是,其勇于“第一个吃螃蟹”并具有锲而不舍的探索精神。 
  徐德龙常说,“第一个螃蟹不好吃,但是必须吃,只有这样中国才能真正成为一个创新型国家。”
  每年春节,全国各地水泥企业的职工代表都会千里迢迢来西安给徐德龙拜年。他们说:“这是职工们的心愿。”
  水泥职工为啥要感谢徐德龙?这事要从徐德龙的一项“第一个吃螃蟹”的研究成果说起。
  改革开放初期,我国六百多家中小水泥厂引进的立筒式悬浮预热分解技术,由于产量低、热耗高,企业大面积亏损,国内“枪毙”立筒窑的呼声不断。“枪毙”立筒窑,将给国家造成二百五十多亿元的损失,造成一大批企业破产,职工下岗。
  日本一些水泥工程公司得知这一信息,抢先投入巨资攻关,企图以技术转让的形式占领中国市场。
  拯救国家的数百亿投资、以一己之力阻挡日本水泥企业大举进军中国的步伐,是时代赋予徐德龙的神圣使命。
  然而,科研之路的艰辛只有踏踏实实的探路者才能深知。资金得不到支持、技术取得突破后,工程实践、技术推广依旧困难重重。尤其面对原创性科研成果,很多企业缺乏“第一个吃螃蟹”的胆识也不为过。
  1990年前后,徐德龙研发的“X·L型水泥悬浮预热系列技术”取得了突破性成果,必须找厂家进行应用试验。徐德龙找了好几个厂家,对方不是摇头就是搪塞。他听说临潼县阎良水泥厂投资1000万元,要上一条水泥生产线,就把厂家请到学校说:“我可以帮助你们搞设计,但必须上全新技术。”
  水泥厂厂长犹豫地说:“万一花那么多钱失败了,这损失谁赔?”
  “我赔!”徐德龙立下军令状:如果改造后达不到设计指标要求,愿赔偿一切经济损失。厂长被他感动了。
  为了尽快完成设计,徐德龙一头扎进工作室,连续几天不出来。饿了,吃包方便面,困了,躺在地板上打个盹。有个同事看到徐德龙蓬头垢面地走出工作室,含着泪水哽咽地说:“徐老师真是铁人呀!”
  施工最紧张时,徐德龙安全帽一戴,9天9夜守在现场。几个月后,凝聚着他全新科研成果的生产线建成。原本月产量只能达到3000吨的生产线,第一个月水泥产量上升到3600吨,此后逐月上升,稳定达到5000吨。台时产量超过国内同类窑80%,能耗降低20%,阎良水泥厂效益迅速好转。
  1991年,国家建材局组织专家进行鉴定,认为该成果居国际先进水平,具有独创性,命名为“闫良型”,并决定迅速在全国推广。
  科学研究,一旦形成了可推广的技术,它的力量抵得过千军万马。随后的两年多时间,全国很多省市的水泥厂都留下徐德龙的足迹。他的新技术如同一把神奇的“魔杖”,让这些企业迅速改变了面貌。过去企业面临亏损发不出工资,如今经济效益好了,工人收入高了,有的厂长还被评为“全国五一劳动奖章”获得者。
  1996年10月,“X·L型水泥悬浮预热系列技术”荣获国家科技进步二等奖。作为国家科技成果重点推广计划,该系列技术先后在近百家企业推广,累计新增产值80亿元。
  徐德龙的科研成果将日本人的跃跃欲试挡在了国门之外,这使他亲身感受到科学技术为国家民族赢得的尊严与骄傲是那么的崇高。 
  

开发生态水泥

  2000年元月,中国混凝土学科的一代宗师、著名无机非金属材料科学家吴中伟院士病危。徐德龙急匆匆搁下手头事务,专程前往北京探望。
  病榻上82岁的吴中伟见到徐德龙,忍着疼痛强坐起来,拉住他的手说:“德龙啊!见到你,我死也瞑目了。”
  吴老何以如此器重徐德龙,这与他们的一项研究有关。
  我国是钢铁和产煤大国,钢铁企业、煤炭企业在为国家创造巨大经济效益的同时,也破坏着生态环境。矿渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石等堆积如山,而且这些废物也按每年大于10%的速度增加。2000年,我国每年产生高炉矿渣约1.05亿吨、钢渣8000万吨、粉煤灰几亿吨。
  这些矿渣等如果常年露天堆放,不仅要占用大量的土地,而且还会因扬尘和其中的重金属离子随雨水等浸出而对大气、土壤和地下水系造成严重的污染。
  吴老曾多次呼吁水泥研究领域的科技工作者要下决心解决这一问题,吴老了解徐德龙的研究能力和研究方向,认定他是中国水泥技术研究领域的领头人,因此对徐德龙寄予莫大的希望。
  吴老听完徐德龙如何完善整个工艺系统,利用高新技术,使高炉矿渣、钢渣、粉煤尘和城市垃圾变废为宝的研究状况后,消瘦的脸庞上绽开了久违的微笑,声音微弱但却无比坚定地说:“这我就放心了,有你牵头搞,一定能成功,拜托了。”
  其实,如何有效处理高炉矿渣等一直是个国际难题。在长期的研究中,人们发现高炉矿渣的化学成分与水泥熟料相似,这就有可能通过科学方法将其转化成低成本的水泥。尽管如此,但由于工艺、设备等原因,多年来国内外对高炉矿渣的资源化利用基本都属于低水平处理,远远达不到全面有效、节能减排的目的。
  为了搞清我国的矿渣、钢渣、粉煤灰和城市垃圾的分布和成分情况,徐德龙和他的同事们兵分几路,到全国各地进行详细考察和取样分析。
  徐德龙研究发现,高炉矿渣不仅具备转化为水泥的基本条件,而且因为其所含成分的特殊性,经过适当的加工技术处理后,所形成的水泥更具有早期水化热低、致密性高、耐久性好的特点。
  粉煤灰用电选的方法脱去其中大部分碳粒,就可大量地掺入水泥中,替代水泥熟料,制造出低热高耐久性的水泥。在徐德龙眼中,我国每年成以亿吨的工业废弃物,简直是一座座尚未发掘的金矿。
  徐德龙和他的团队经过多年研究,成熟地掌握了高炉矿渣超细粉大比例替代水泥熟料制备高性能混凝土的配比和方法,成功开发出了高炉矿渣水泥的加工工艺,将那些昔日一文不值、祸害不小的废弃物变成了发展循环经济、促进节能减排的新资源,研究水平居国际领先。
  消息传开,不少钢铁企业纷纷来人来函洽谈合作。徐德龙和他领导的粉体工程研究所,先后为全国数十家钢铁企业建成了各项技术指标居世界领先水平的矿渣水泥生产线,年处理矿渣1200万吨,不仅使这些企业的高炉矿渣得以资源化和产品化,为企业年新增经济效益12亿元。而且还创造了年减排二氧化碳1200万吨、节煤1100万吨等喜人的环保效益和社会效益。
  科技的力量就是这么神奇,掌控了它就可以点石成金、变废为宝。 
  

策动“绿色革命”

  水泥是重要的建材产品,但每生产1吨水泥熟料的同时会排放约1吨的二氧化碳。
  2009年,温家宝总理在丹麦哥本哈根气候变化大会上,代表中国向世界郑重承诺:“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。”这是一个极高的减排目标,需要中国的科学家为企业实现宏伟的减排目标提供有力的技术支持。
  “世界水泥产量有一半以上在中国,中国理所应当地引领世界潮流,而且中国也有条件、有能力做成这件事情。”2010年11月5日,徐德龙在全国建材工业“由大变强、靠新出强”发展战略与展望座谈会上,响亮地提出了中国水泥及建材行业未来的发展定位。徐德龙之所以底气十足,在于他已经清楚地知道,一场水泥工艺的革命性变革,将从中国率先开始。
  实际上,在此之前,他已经为这场将从中国率先开始的水泥工艺的“革命性”变革做了充分的技术准备。早在1983年,徐德龙经过反复的热力学理论研究,首次从数学和物理学的角度揭示了固气比对热效率的影响后,进而创立了高固气比悬浮预热预分解理论。
  这个理论大大超越了当时窑外预分解技术的框架,揭示了许多前人尚未认识和无法解释的规律,在国际学术界内获得高度评价。但在此后的多年里,这个新理论在国内水泥界却并未得到足够的认识。
  为了将这项理论成果转化为实用技术,徐德龙和同事们坚持不懈地进行了十余年的开发研究,在山西太原钢铁公司、山东宝山生态建材集团等企业进行了工业性试验,在此基础上开发出全系统的工业应用技术。研究成果出来后,徐德龙一直苦苦寻找放大试验的机会。
  2008年12月,机会终于来了。采用高固气比预热分解新技术日产2500吨的水泥熟料生产线,在地处韩城市的陕西阳山庄水泥有限公司开始建设。
  2010年9月,阳山庄水泥有限公司的高固气比预热分解新技术生产线进入生产调试。按照国际惯例,生产测试连续进行了72小时。该窑型的标准设计产量为每天2500吨,熟料平均产量达到日产3576吨,使用效果表明,实际增产43%,吨投资降低30%以上,综合热耗降低了21%,电耗降低15%以上。
  2011年5月28日,由中国工程院副院长谢克昌院士担任组长、多位院士组成的专家组的对高固气比预热分解理论与技术进行鉴定。在阳山庄生产现场,控制着生产线的一排电脑上,跃动的产量数字、能耗数字清楚地表明,在引领世界水泥生产技术的竞争中,中国人再次走在了前头。
  经过严格的鉴定,专家组认为,该成果成功地实现了从理论创新到技术发明再到工业应用的原创性成果转化,实现了回转窑水泥熟料煅烧技术一次新的突破,多项指标达到国际领先水平,是具有我国自主知识产权的原创性工艺技术,对于改造现有的干法生产线,进一步提高我国水泥工业的节能减排水平,具有重大现实意义。
  在技术鉴定会上,从事材料科学研究的美国俄亥俄州立大学闵永刚教授倍感自豪,他为中国科学家为世界水泥生产技术的革命性贡献而由衷的敬佩。
  国家建材局原副局长黄书谋说,徐德龙院士不仅是大学教授、校长,同时也有企业家的素质。徐德龙院士及其团队经过28年锲而不舍、曲折艰难的探索,到形成完整的系统的理论体系,并将理论应用到工程实践中,极大地推动了水泥工业的科技进步,为中国建材行业的发展做出了突出贡献。

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