发明创造名称：一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法
外观设计名称：
决定号：201130
决定日：2019-12-30
委内编号：1F258051
优先权日：
申请（专利）号：201610464949.6
申请日：2016-06-23
复审请求人：北京科技大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：张华
合议组组长：韩翻珍
参审员：王素燕
国际分类号：C21B13/10，C22B1/242
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：评价一项权利要求是否具备创造性时，应将其与最接近的现有技术比较以确定区别技术特征和实际解决的技术问题，然后考察现有技术整体上是否给出了将上述区别特征应用到该最接近的现有技术以解决所述技术问题的启示，如果现有技术中存在这种启示，则该项权利要求对于本领域技术人员来说是显而易见的，不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610464949.6、名称为“一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为北京科技大学，申请日为2016年6月23日，公开日为2016年9月7日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年4月27日以权利要求1-2不具备专利法第22条第3款规定的创造性为由驳回了本申请。驳回决定所依据的文本为2017年12月13日提交的权利要求第1-2项，2016年6月23日提交的说明书第1-30段、说明书附图图1、说明书摘要和摘要附图。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法，其特征在于将机械混磨方法引入转底炉煤基直接还原工艺中，在不妨碍原有生成流程的前提下，利用机械活化改变原料的物理化学性能，达到提高生球强度、降低还原开始温度、提高还原速率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的，主要生产工艺流程为：
(1)将铁矿粉、碳质还原剂以及粘结剂按预定比例配好，其中还原剂的配入量为铁矿量的15～25％、粘结剂的配入量为铁矿量的1～3％，混合料的总水分控制在5～10％，将配好的混合料经混匀后装入磨机中进行一定时间的混磨；
(2)磨好的混合料经造球设备制成含碳球团，球团经烘干后单层布在转底炉的炉底耐火材料上，含碳球团在转底炉内经加热还原制得金属化球团；
所用的还原设备为环形转底炉，还原温度为900～1200℃，还原时间为20～40分钟，球团的金属化率达到80～90％；
所用的铁矿粉是低品位普通铁矿、高品位普通铁矿以及较难还原的复合铁矿，所用的碳质还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、石油焦、半焦或焦粉，铁矿粉和还原剂的粒度100％小于1mm。
2. 如权利要求1所述的一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法，其特征在于：所用的混磨设备为润磨机、球磨机、棒磨机。”
驳回决定认为：权利要求1与对比文件1（CN102642027A，公开日为2012年8月22日）相比，区别在于：粘结剂的配入量为铁矿量的1-3%，略低于对比文件1中的3.5%，且限定了球团单层布在转底炉的炉底耐火材料上，以及转底炉中还原温度、金属化率、铁矿粉和还原剂的粒度范围。然而，对比文件1已公开了有机粘结剂相对于铁矿粉的加入量，本领域技术人员可根据粘结剂的种类通过简单的试验选择其添加量，并能预见其技术效果；将球团单层布在转底炉的炉底耐火材料上为本领域的常规选择；在对比文件1公开内容的基础上，本领域技术人员可结合生产实际需要选择还原温度以及金属化率，并容易选择铁矿粉和还原剂的粒度100%小于1mm，没有产生预料不到的技术效果。此外，铁矿粉为“高品味普通铁矿”、“较难还原的复合铁矿”和还原剂为“无烟煤、烟煤、褐煤、石油焦、半焦”均是在对比文件1的基础上结合现有技术容易做出的常规选择，因此，权利要求1相对于对比文件1和本领域常用技术手段的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。从属权利要求2的附加技术特征是本领域技术人员在对比文件1公开内容的基础上所做的常规选择，因此权利要求2也不具备创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年8月10日向国家知识产权局提出复审请求，并提交了意见陈述书和修改后的权利要求书替换页。具体修改方式为：将原权利要求1中的“还原温度为900-1200℃”修改为“还原温度为900-1100℃”，将原权利要求2中的“所用的混磨设备为球磨机、棒磨机”并入原权利要求1中，并删除原权利要求2。修改后的权利要求1如下：
“1. 一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法，其特征在于将机械混磨方法引入转底炉煤基直接还原工艺中，在不妨碍原有生成流程的前提下，利用机械活化改变原料的物理化学性能，达到提高生球强度、降低还原开始温度、提高还原速率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的，主要生产工艺流程为：
(1)将铁矿粉、碳质还原剂以及粘结剂按预定比例配好，其中还原剂的配入量为铁矿量的15～25％、粘结剂的配入量为铁矿量的1～3％，混合料的总水分控制在5～10％，将配好的混合料经混匀后装入磨机中进行一定时间的混磨；
(2)磨好的混合料经造球设备制成含碳球团，球团经烘干后单层布在转底炉的炉底耐火材料上，含碳球团在转底炉内经加热还原制得金属化球团；
所用的还原设备为环形转底炉，还原温度为900～1100℃，还原时间为20～40分钟，球团的金属化率达到80～90％；
所用的铁矿粉是低品位普通铁矿、高品位普通铁矿以及较难还原的复合铁矿，所用的碳质还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、石油焦、半焦或焦粉，铁矿粉和还原剂的粒度100％小于1mm；所用的混磨设备为球磨机、棒磨机。”
复审请求人认为：
（1）本申请与对比文件1的工艺方法、原料和装置的选择、以及工艺目的不同。对比文件1产品是直接还原铁粉，要求高全铁含量和金属化率，原料的选取仅涉及高纯铁精粉或轧钢铁鳞，混料后需要润磨一段时间，对转底炉的要求较高，需要五段还原，还原温度较高；而本申请的产品是高金属化率的球团，在原料的选取上涉及低品位普通铁矿、高品位普通铁矿以及较难还原的复合铁矿，混料后需要机械混磨一段时间，对转底炉的要求不高，还原工艺简单，还原温度较低。
（2）本申请中的铁矿含碳球团的还原温度不是随意选择的，且对比文件1中海绵铁的TFe含量与本申请的金属化率没有必然关系；本申请的机械混磨与对比文件1中的润磨完全不同，即本申请所提及的球磨机、棒磨机研磨与对比文件1的润磨不同，对比文件1中润磨的目的仅是混匀原料，且该工艺对物料的研磨强度较低，不可能用来促进铁矿含碳球团的还原速率，因此对比文件1并未涉及机械混磨的相关工艺，也未给出相关技术启示；不同成分和种类的铁矿对转底炉煤基还原装置和工艺具有不同的选择要求，本领域技术人员对此进行调整需要付出创造性劳动。
因此，本申请具备创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年8月21日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年9月29日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性，并对复审请求人的意见陈述进行了针对性回复。
对此，复审请求人于2019年10月29日仅提交了意见陈述书，并未修改申请文件。
复审请求人认为：
（1）对比文件1的润磨和本申请机械混磨的目的不同，从而对应的混磨过程以及混磨工艺参数的选择也不同，需要本领域人员付出创造性劳动。对比文件1只是用润磨来混匀物料和提高成球性能，润磨的目的仅是混匀原料，没有考虑到要将原料磨至很细，该工艺对物料的研磨强度较低，不可能用来促进铁矿含碳球团的还原速率，且对比文件1的4个实施例均没有提到润磨而只是提到混匀，因此不能等同于对比文件1可以达到“降低还原开始温度、提高还原速率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的”，进而对比文件1不会给出本申请由机械混磨实现机械力化学目的的技术启示。
（2）本申请中铁矿含碳球团的还原温度不是随意选择的，且对比文件1中海绵铁的TFe含量与本申请的金属化率没有必然关系。本申请金属化球团的直接还原工艺的工艺参数选择与金属化率之间的匹配关系明显不同于对比文件1中未经机械化力学处理的混合料的直接还原工艺的工艺参数选择与金属化率之间的匹配关系，因此本申请中工艺步骤和参数的选择并非本领域人员经过简单推理和有限次试验就能得出的，且现有的传统转底炉含碳球团直接还原工艺并不能在900℃实现球团金属化率80%以上。
（3）对比文件1润磨后的混合料粒度选择与本申请具备机械力化学作用的机械混磨后混合料的粒度选择不同，混合料中铁矿和焦粉的粒度匹配与机械力化学作用密切相关，而确定本申请中该粒度匹配关系对机械力化学的影响需要本领域人员付出创造性劳动。润磨机是一种特殊类型的球磨机，但不代表所有的球磨机。润磨仅可较小程度进行磨矿，使矿石的粒度变细，但本申请所使用的机械磨矿可以显著减小矿石的粒度，同时粗粒度的矿石全部消失，上述润磨不能实现本申请的混合物的粒度选择。
（4）《竖炉球团技能300问》中所述润磨的功能是一般规律，确定具体影响哪方面和影响有多大，需要本领域人员的创造性劳动，且并未提到“矿粉和煤粉在混磨过程中在二者的界面已经发生一定程度的反应，存储了一定的机械能”的技术效果，润磨是为了使粒子间的水分被挤压到颗粒表面，从而使颗粒更加紧密地黏结，这与本申请的机械混磨的机械力化学作用不同，不具备结合的技术基础。
（5）不同成分和种类的铁矿有不同的还原性能，对转底炉煤基还原装置和工艺具有不同的选择要求，本领域技术人员对此进行调整需要付出创造性劳动。
因此本申请具备创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出复审请求审查决定。
二、决定的理由
关于审查文本
复审请求人在提出复审请求时提交了权利要求书的修改替换页，经审查，所做修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定，因此本复审请求审查决定所针对的文本是复审请求人于2018年8月10日提交的权利要求第1项，2016年6月23日提交的说明书第1-30段、说明书附图图1、说明书摘要和摘要附图。
2、关于创造性
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
评价一项权利要求是否具备创造性时，应将其与最接近的现有技术比较以确定区别技术特征和实际解决的技术问题，然后考察现有技术整体上是否给出了将上述区别特征应用到该最接近的现有技术以解决所述技术问题的启示，如果现有技术中存在这种启示，则该项权利要求对于本领域技术人员来说是显而易见的，不具备创造性。
（1）关于权利要求1
权利要求1请求保护一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法。对比文件1公开了一种还原铁粉生产工艺，并具体公开了以下技术内容（参见说明书第[0019]段、[0033]段和图1）：采用TFe含量73.2％高纯铁精粉、焦末、有机粘结剂按80.9∶16.3∶2.8的质量比进行混料，混合料水份控制在9％左右，采用圆盘造球机制得Φ20mm-Φ30mm生球；生球在链蓖烘干机300℃中热风烘干15min，将水份脱至3％以下；然后至入转底炉中还原，经五段还原(最高还原温度1250℃)30min，得到TFe含量95％以上的海绵铁；由工艺流程图1可知，将铁精粉、还原剂、粘结剂进行配料、混合后，在润磨机中进行润磨。由上述内容可知，高纯铁精粉是一种高品位普通铁矿，焦末相当于权利要求1的碳质还原剂焦粉，即对比文件1公开了将铁矿粉、碳质还原剂以及粘结剂按预定比例配好；经计算，焦末的质量为铁精粉的20.1%，落入权利要求1中还原剂配入量为铁矿量“15-25%”的范围内，粘结剂的配入量为铁矿粉的3.5%，混合料水分落入权利要求1中混合料的总水分“5-10%”的范围内，还原时间落入权利要求1还原时间“20-40min”范围内；润磨机是润式混捏球磨机的简称（参见《球团矿生产技术》，张一敏等编，冶金工业出版社，2005年8月第一版，第44页），属于一种球磨机；圆盘造球机为一种造球设备，所制得的生球相当于权利要求1中的含碳球团，即对比文件1公开了将磨好的混合料经造球设备制成含碳球团，所用的还原设备为环形转底炉，球团经烘干后布在转底炉中，含碳球团在转底炉内经加热还原制得金属化球团，将混合料经混匀后装入磨机中进行一定时间的混磨。综上可知，对比文件1公开了“将机械混磨方法引入转底炉煤基直接还原工艺中”，在此基础上，取得的效果“在不妨碍原有生成流程的前提下，利用机械活化改变原料的物理化学性能，达到提高生球强度、降低还原开始温度、提高还原效率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的”也已被对比文件1实质公开。由此可知，权利要求1与对比文件1相比，区别特征在于：（1）粘结剂的配入量不同，权利要求1粘结剂的配入量为铁矿量的1-3%，对比文件1为3.5%，且权利要求1限定了球团单层布在转底炉的炉底耐火材料上，以及铁矿粉和还原剂的粒度范围；（2）权利要求1限定了转底炉还原温度以及球团金属化率。基于上述区别，本申请权利要求1实际解决的技术问题是如何提高铁矿粉的还原效率。
对于区别特征（1），在对比文件1公开的有机粘结剂相对于铁矿粉的加入量的基础上，本领域技术人员根据铁矿粉的具体类型结合常规实验可对有机粘结剂的添加量进行调整，其技术效果是可预期的。为了使球团受热均匀，利于还原反应进行，将球团单层布在转底炉的炉底耐火材料上为本领域的常规选择。对比文件1还公开了（参见说明书第[0014]-[0015]段）：含铁原料为高纯铁精矿粉，其性能指标：粒度小于74μm部分≥60%，还原剂为焦粉或煤粉，粒度≤1mm。较小粒度的原料利于各组分均匀混合，进而有助于还原反应的进行。因此，在对比文件1上述公开内容的基础上，本领域技术人员容易选择铁矿粉和还原剂的粒度100%小于1mm。
对于区别特征（2），对比文件1已经公开了（参见说明书第[0024]、[0033]段）：球团在环形转底炉中经五段还原(最高还原温度1250℃)；预还原段温度为900-1100℃、还原一段温度为1100-1230℃、还原二段温度为1230-1350℃、均热一段温度为1230-1350℃、均热二段温度为1100-1200℃。在此基础上，本领域技术人员综合考虑还原程度和热能效率，经过合理的选择即可确定合适的还原温度，且由本申请说明书公开的内容可知，该温度的选择并未取得预料不到的技术效果。基于对比文件1已公开了相同的反应原料以及将机械混磨方法引入转底炉煤基直接还原工艺中这一关键技术手段，并考虑到本领域技术人员在对比文件1公开内容的基础上经过适当的调整容易得到本申请的技术方案，相应的所得到的球团金属化率是本领域技术人员可预期的。
此外，低品味普通铁矿和较难还原的复合铁矿为本领域常见的铁矿粉原料，无烟煤、烟煤、褐煤、石油焦和半焦均为本领域直接还原过程中常用的碳质还原剂，因此本领域技术人员容易想到使用上述物质分别作为铁矿粉原料和碳质还原剂。
综上所述，权利要求1的技术方案对于本领域技术人员而言是显而易见的，不具有突出的实质性特点，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
关于复审请求人的意见
合议组经审查后认为：
（1）对比文件1虽未记载“降低还原开始温度、提高还原速率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的”，但已公开了（参见说明书第[0011]段和图1）：将铁精粉、还原剂、粘结剂进行配料、混合后，在润磨机中进行润磨。本领域技术人员知晓，润磨机是润式混捏球磨机的简称（参见《球团矿生产技术》，张一敏等编，冶金工业出版社，2005年8月第一版，第44页），即是一种球磨机，即对比文件1已公开了本申请所述的机械混磨；润磨在球团生产中的作用包括提高混合料的细度、增加矿物的晶格缺陷以增大矿物的表面活性，润磨可以改变物料的粒度组成（增大比表面积）、颗粒的表面形态、增加物料颗粒间的接触面及粒子表面结合力（参见《竖炉球团技能300问》，张天启编，冶金工业出版社，2013年6月第一版，第73-73、78-79页），由此可知，润磨也能起到活化作用，促进铁矿含碳球团的还原速率，进而实现上述“降低还原开始温度、提高还原速率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的”。由此可知，对比件1的润磨和本申请机械混磨的目的相同。且本申请说明书第[0014]记载了可以使用润磨机作为磨矿设备，这也表明润磨属于本申请所述的机械混磨，也就是说，润磨是实现本申请上述目的的一种有效技术途径。
（2）参见对权利要求1的评述可知，在对比文件1公开的还原温度基础上，本领域技术人员综合考虑还原程度和热能效率，经过合理的选择即可确定合适的还原温度，且由本申请说明书公开的内容可知，该温度的选择并未取得预料不到的技术效果。基于对比文件1已公开了相同的反应原料以及将机械混磨方法引入转底炉煤基直接还原工艺中这一关键技术手段，并考虑到本领域技术人员在对比文件1公开内容的基础上经过适当的调整容易得到本申请的技术方案，相应的所得到的球团金属化率是本领域技术人员可预期的。
（3）首先，对比文件1已公开了（参见说明书第[0014]-[0015]段）：含铁原料为高纯铁精矿粉，其性能指标：粒度小于74μm部分≥60%，还原剂为焦粉或煤粉，粒度≤1mm。较小粒度的原料利于各组分均匀混合，进而有助于还原反应的进行。因此，在对比文件1上述公开内容的基础上，本领域技术人员容易选择铁矿粉和还原剂的粒度100%小于1mm。其次，本申请权利要求1仅限定作为原料的铁矿粉和还原剂的粒度100%小于1mm，而满足上述要求的粒度并未确定是通过所述的混磨带来的，且本申请说明书也没有将铁矿粉和还原剂经混磨后使其粒度100%小于1mm的相关记载，也就是说，本申请说明书公开的内容并未表明上述粒度选择是由混磨实现的。再次，如请求人意见陈述中所述，润磨机是一种特殊类型的球磨机，即润磨机属于本申请权利要求1所限定的“球磨机”的下位概念，本申请权利要求1也限定了混合料的总水分控制在5-10%，这与润磨原料通常具有的水分含量8%左右接近，况且本领域技术人员可以通过调整润磨机的给料量、转速、研磨介质等技术参数得到润磨后合适的物料粒度，因此润磨也是能实现本申请所述目的的一种混磨方式。
（4）如前所述，《竖炉球团技能300问》不仅提到润磨能提高混合料的细度、增加物料颗粒间的接触面及粒子表面结合力、提高充填密度和物料成球性，还记载了润磨能改变颗粒的表面形态、增加矿物的晶格缺陷以增大矿物的表面活性。由此可知，润磨也能增加矿物的晶格缺陷，起到活化作用，进而本领域技术人员预期润磨能够实现“矿粉和煤粉在混磨过程中在二者的界面已经发生一定程度的反应，存储了一定的机械能”的技术效果，且由本申请说明书第[0009]段记载的内容“粉体颗粒被持续挤压、破碎，颗粒尺寸不断减小，接触面增加，颗粒新生表面间的接触也相应增加，降低了反应物经过产物层的扩散难度和反应发生的温度。此外，磨矿过程产生的大量缺陷可以加速扩散过程”可知，其描述的混磨所起作用大部分与上述润磨能实现的效果并无明显区别。
（5）虽然不同成分和种类的铁矿对转底炉煤基还原装置和工艺具有不同的选择要求，但本申请权利要求1限定的铁矿粉具有不同成分和种类，既包括低品位铁矿和较难还原的复合铁矿，也包括高品位普通铁矿，这表明针对不同要求对转底炉煤基还原装置和工艺的调整是本领域技术人员借助常规技术手段可以得到的，并不需要付出创造性劳动，且由本申请说明书记载的内容也未能得出针对上述不同成分和种类的铁矿对工艺和装置做出了何种具体的调整。
综上所述，合议组对复审请求人的主张不予支持。
在上述事实和理由的基础上，本案合议组依法作出如下复审请求审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年4月27日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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