常峪铁矿隶属河钢集团矿业有限公司，矿山地质储量1.25亿吨，设计年产铁矿石500万t。矿区构造以褶皱为主，区内矿体赋存于四面受断层控制的被抬升的断块中，受响嘡断裂、北北东断裂牵引和挤压，矿体同时受走向近东西、轴面直立、东西两端向北偏转的一向一背的开阔复式褶皱控制。在多期褶皱和断裂的共同作用下，矿体总体以近东西向走向，北倾为主的相对宽缓的复式褶皱形态存在。项目以常峪铁矿采矿工程设计为背景，针对该大型地下矿山地质构造复杂、项目建设投资大、周期长的特点，以系统简化、功能不减、安全高效、投资节省为原则，对采矿工程设计进行了系统地研究与优化，研究成果提高了采矿效率及安全性、极大地降低了常峪铁矿项目建设投资，为矿山的可持续发展奠定了良好基础。

本项目属于冶金节能减排领域。 我国钢铁产量大，污染物排放高，颗粒物、SO2、NOX分别占工业的30.1%、13.7%、15.7%。现有排放标准已无法满足“打赢蓝天保卫战”要求。2017年政府工作报告提出：推动钢铁行业超低排放改造。结合目前钢铁行业环保水平，钢铁行业实现超低排放还存在以下难点：（1）无组织排放点位多、排放量大，排放底数不清，缺乏治理有效路径；（2）高炉煤气用户SO2排放末端治理难度大、缺乏源头控制技术；（3）转炉一次除尘、高炉料罐均压煤气等重点工序颗粒物治理技术不完善；（4）球团烧结稳定达标排放难度大。（5）污染物一体化管控难度大。针对上述难点，首钢股份公司开展了无组织排放管控治一体化技术研究，有组织达标排放成套技术研究。项目取得了以下创新成果： （1）首次建立了迁钢钢铁生产全流程超低排放技术体系，研究了钢铁生产全流程污染物排放特征及规律，开发了有组织排放稳定达标的成套技术，搭建了全流程污染物管控治一体化智慧环保平台，使首钢股份公司吨钢颗粒物、SO2、NOx排放绩效指标分别达到了0.17kg、0.21kg、0.4kg。 （2）开发了有组织排放长期稳定达标的成套技术，在综合分析高炉煤气有害成分的基础上，首创了高炉煤气喷碱控硫技术；在系统研究了煤气防爆技术和污水处理技术后，首次将湿式电除尘器技术与转炉煤气OG除尘有机结合；对料罐煤气放散特征系统分析技术上，首创了全量回收料罐均压煤气技术；在系统性地研究了球团烟气特点后，创造性地将SCR脱硝技术引入到球团烟气治理领域；通过上述技术的应用使迁钢公司有组织排放远低于超低排放要求。 （3）建立了无组织排放综合除尘控制技术体系，首次研究了无组织排放产尘机理和扩散规律，开发了卸料行为图像智能识别技术、超细雾炮抑尘技术、双流体干雾抑尘技术、生物纳膜抑尘技术、Y型双层密闭导料装置等，实现对无组织排放污染物管控与治理。 （4）首次建立钢铁企业超低排放智能管控平台，开发了以网格化综合管控模块为核心，以大数据技术及机器学习自适应算法为驱动，以机器管理代替人员管理，实现污染源点精准化、治理技术智能化、治理过程信息化、决策反馈一体化、污染应对数据化、操控管理无人化的“黑灯工厂”。 项目环境效益显著：2019年比2017年颗粒物减排3122吨，SO2减排1531吨，NOX减排2344吨，减排比分别达69%、47%、42%。

通过开发CSP过程控制系统在线改造关键技术，实现了多品规轧制和产品厚度、板形、温度、性能等指标的高精度控制，并成功进行示范应用，主要研究内容和创新性如下： （1）基于工况动态感知的辊底式隧道加热炉智能燃烧系统。通过建立考虑氧化铁皮及上下表面换热差异的多维快速板坯温度场在线预报模型、基于工况动态感知技术和改进精英策略的遗传算法板坯最佳升温曲线模型、板坯加热质量及隧道炉能效评估智能决策模型，集成了CSP隧道炉智能燃烧系统，实现了加热质量、能耗等指标的整体优化，大幅提升了板坯温度的FET、模型、同板差、同炉坯间差、交叉坯间差命中率，自动烧钢率由0%提高到90%以上，能耗下降19%以上。 （2）适应CSP流程的高精度轧制过程控制模型。通过建立基于相变动力学和位错密度理论的两相区轧制统一变形抗力模型、基于自学习参数动态分区拟合算法和自学习速度在线优化算法的多种自学习策略模型、基于物理冶金和工业数据混合驱动的组织性能在线预报及工艺优化模型，满足了多品规、双流交叉、品规快速过渡的高精度轧制需求，厚度、FDT、CT的命中率分别由97.57%、93.83%、87.34%提高至99.60%、98.10%、97.87%，碳钢产品实现了“免取样”。 （3）兼顾全幅宽和多目标的板形综合控制技术。在开发边部变凸度工作辊辊形及其控制技术、考虑温度-相变-应力多场耦合的全幅宽机架间板形传递模型的基础上，集成上下游机架多辊形灵活配置策略及下游机架变参数异步窜辊策略的、兼顾多目标的板形成套控制系统，实现了全幅宽板形与轧制稳定性的协同控制，凸度C40、平坦度命中率分别由98.46%、96.64%提高到99.08%、99.80%，且凸度C25命中率能达95.97%，薄规格生产能力由2.00mm扩展至1.20mm。 （4）基于数据网关的过程控制系统在线升级改造技术。通过开发基于数据网关的新老系统并行调试技术、基于通信中间件的高性能电文实时解析与分发技术、功能模块级别的系统无缝双向一键软切换技术和采用自主研发的中间件平台和模块化设计方法，搭建了具有开放、可配置、免维护等特点的、稳定可靠的过程控制系统，实现了低风险的、无需专门停机时间的过程控制系统在线改造。

钢铁行业是我国节能减排重点关注的领域，其冶炼过程中排放大量的低热值燃气，其中高炉煤气量最大。因低热值燃气热值低、压力与成分波动性大、燃烧性差以及煤气发电机组单机容量小等特点，冶金低热值燃气利用存在利用效率低，制约了我国钢铁工业的绿色发展。 中冶南方都市环保自成立以来一直致力于低热值燃气的清洁高效利用，历经近10年产学研合作研究，研发了冶金低热值燃气高效清洁智能发电技术，实现了超高压/亚临界参数应用于低热值燃气发电工程中，并形成了相关技术规范。 项目成果已实现系列化应用，在日照钢铁集团有限公司、印尼青山钢铁等海内外40余家钢铁厂的79个机组中得到了大范围推广，共装机容量6190MW，合同额超100亿元，国内低热值燃气发电市场占有率超50%。项目成果每年节约1486万吨标准煤，当量减排SO2 28.5万吨、CO2 4950万吨、NOx 26万吨；在项目成果引领下，我国钢铁工业的低热值燃气利用效率大幅提升，减少了吨钢能耗，促进钢铁行业高质量发展。 项目成功研发后彻底改变了低热值煤气利用格局，因该技术性价比极高，该技术的实施基本取代了低热值煤气燃气联合循环发电技术，引领了低热值燃气利用领域的技术发展，对本行业的发展意义重大。本技术的开发迅速在150MW容量以下其他行业小型发电机组中取得应用，有效提升化工、印染、冶金等行业的能源利用效率，并在光热发电中取得了应用，全面提升了我国小型发电机组的能源利用效率，意义深远。

整车涂装作为汽车制造环节中最大的污染环节之一，汽车工业界提出，到2030年，将VOC排放量降低70%。 免中涂工艺完全取消了中涂线全部工序，能耗和制造成本大幅度降低。预计到2015年底，在中国建成的各种先进的紧凑型涂装工艺生产线达到20条。采用水性涂料的涂装线的数量达到50条以上，产能达到千万辆以上。 与传统涂装工艺相比，新的环保涂装工艺使漆膜厚度减薄，漆膜流动性增大，使得漆膜对钢板表面缺陷和表面波纹的遮盖力减弱，涂漆外观质量下降，在同等条件下，涂漆外观质量下降，表面鲜映性难以达到汽车外板要求。 项目的主要研究内容有： （1）研究了锌锅内部锌液的流动、炉鼻子内部锌液流动规律以及炉鼻子内部气体流动规律，提出了抑制锌锭附近低温旋涡、提高炉鼻子内部温度均匀以及改造炉鼻子锌灰泵结构的控制措施，抑制了炉鼻子内部锌液表面锌灰形成，使得百米锌渣数大幅度降低80%以上。 （2）研究了涂装后表面鲜映性指标与钢板表面轮廓参数的对应关系，提出了优化光整辊磨削工艺消除粗糙度与波纹度相关性的工艺路线，在不改变粗糙度的情况下降低镀锌外板表面波纹度，实现波纹度Wa1-5的平均值减少50%。 （3）研究了薄钢板成形过程中的表面波纹度轮廓演变过程，提出了薄板表层析出物梯度分布的控制措施，通过冶金、热处理和光整轧制工艺措施优化，实现成形后的表面波纹度指标显著降低； 项目的创新点主要有： （1）首次开发了提高汽车用钢板在免中涂工艺下涂装鲜映性的完整解决方案，形成了高鲜映性系列汽车用钢板及“零”缺陷热镀锌板表面质量控制设备，突破了免中涂工艺下高鲜映性汽车外板生产和应用瓶颈，成功应用于国内汽车主机厂的免中涂绿色涂装产线。 （2）首次揭示了成形过程中表面波纹度演变与表层晶粒取向的关系，形成了以表层织构控制为核心的全流程关键工艺成套控制技术，实现变形5%时的表面波纹度指标Wa1-5不超过0.35微米，免中涂涂装后鲜映性指标DOI达到88以上 （3）首次提出Wa1-5波纹度参数及其测量方法，通过均匀快速磨辊技术降低了表面粗糙度参数与波纹度参数的相关性，攻克了粗糙度与波纹度协同控制的矛盾，实现钢板表面Wa1-5平均值从0.50微米降低到0.25微米 ，同时保证粗糙度不低于1.0微米。 （4）首创了低加热功率锌锅分区热流控制设备，集成开发了锌灰锌渣抑制清除设备，突破了热镀锌汽车外板表面细微点状缺陷的控制瓶颈。

钢液加镁可以生成尺寸细小、分布弥散的尖晶石，尖晶石常被MnS-MgS包裹，具有一定的变形能力，从而改善了钢的性能。钢中加镁还能促进Ⅱ类硫化物转变为Ⅲ类硫化物。但金属镁比重轻，极其活泼，且蒸气压极高，加入钢液非常困难，制约了镁在钢中的大规模应用。此外，镁在不同钢种的作用机理还不明确，对某些特殊钢种（如轴承钢、硅钢等），钢液加镁的风险尚未系统评估。苏州大学与宝钢股份合作实施了“镁洁净钢新产品开发与技术集成”项目。其技术原理是：开发炼钢用镁合金包芯线，实现了镁向钢中高效、安全、稳定加入；开发适合梅钢炼钢产线的钢液镁处理新工艺和新品种；开发镁-钛协同夹杂物控制新技术，改善钢的凝固组织；开发以镁部分代替Nb、Ti、Mn的新方法，降低生产成本；形成钢液镁处理新技术集成，并实现工业化稳定应用。项目实现了如下目标： 1）乘用车车轮钢平均氧含量从18ppm降低至12ppm，夹杂物尺寸细小、分布弥散，车轮钢高周疲劳寿命从106增加至107；同类钢种的疲劳寿命在国内钢企中处于领先水平； 2）镁处理后，低碳微合金钢中Nb可以降低0.01%，Mn可以降低0.1%，吨钢降低成本10元以上； 3）镁处理后，含钛包晶钢的高温热塑性（700-900℃内断面收缩率）从20%提高到60%以上，包晶钢板坯角部质量显著改善。钢的高温热塑性接近新日铁-住金SSC技术获得的高温热塑性值（断面收缩率超过60%）； 4）镁处理后，430铁素体不锈钢等轴晶比例由37%提高到89%，443铁素体不锈钢等轴晶比例高达100%。比较新日铁生产的430不锈钢平均等轴晶率仅为60%。 该成果已经在上海梅山钢铁股份有限公司工业化应用，共涉及两大类钢种，共生产新产品73.77万吨。采用新技术后，低碳微合金钢力学性能显著提升，降低了合金成本；含钛包晶钢板坯质量显著改善，成品热卷废次降降低减少的质量损失。板坯角部裂纹减少，基本取消下线和清理，实现板坯热送，减少了能源消耗。新技术应用产生的直接经济效益6920万元/年，之前因夹杂物控制不稳定引起的乘用车车轮钢用户质量异议基本消除，困扰含钛包晶钢板坯裂纹缺陷的问题也基本得到解决，梅钢产品质量获得用户的极高评价。项目申请国家发明专利14项（授权3项），发表论文11篇。新技术还将在高强钢、管线钢、汽车板钢、不锈钢上推广应用，具有极好的应用前景，是洁净钢生产中一项重要的创新性成果。

球团工序的能耗和污染物排放是烧结工序的55%左右，在节能减排新形势下，发展球团，提高球团矿在高炉炼铁中的使用比例是钢铁企业绿色化发展方向。 为了推动钢铁工业绿色化发展，首钢京唐二期工程未建烧结系统，建设了2条400万吨球团矿生产线，与一期工程融合后，3座5500m3高炉的球团矿比例将从28%提高至55%。而开发出低硅碱性球团矿是高炉实现高比例球团冶炼和获得良好技术经济指标的先决条件。 为了开发出高铁低硅碱性球团矿，本项目研究了生产低硅碱性球团矿的适宜熔剂及熔剂制备技术和质量需求，低硅碱性球团矿的焙烧固结机理及还原膨胀率控制措施等关键技术，提出了用消石灰替代传统石灰石粉生产高铁低硅碱性球团矿的工艺路线，攻克了球团膨润土配比高影响硅含量，低硅球团矿还原膨胀率严重，碱性球团矿焙烧温度范围窄等诸多难题，最终在京唐504m2大型带式焙烧机上成功生产出了铁品位66.2%以上，SiO2含量2.2%以下，碱度1.1~1.2，抗压强度3000N/P以上，还原膨胀率18%以下，还原度86%以上的优质高铁低硅碱性球团矿，球团矿综合指标超过了巴西Vale公司的优质碱性球团矿。使用低硅碱性球团矿后，京唐公司3座5500m3高炉实现了55%以上球团矿稳定冶炼，高炉渣量降低至215kg/t，燃料比到483kg/t。 项目的创新点主要有： （1）提出了以消石灰替代传统石灰石粉生产高铁低硅碱性球团矿的工艺路线，生产出了铁品位66.2%，SiO2含量2.2%，碱度1.1~1.2的高铁低硅碱性球团矿，为高炉降低渣比至215kg/t提供了主要条件，并制定了球团生产用消石灰质量指标； （2）克服了碱性球团矿生产过程中熔剂配料不稳定，生球易爆裂，碱金属析出多等难题，通过改进配料装置、电除尘和布风板，打通了影响碱性球生产的主要环节，单台设备日产量达到12900吨，超过了设计值； （3）研究了低硅碱性球团矿的还原膨胀机理，通过合理调整碱度，焙烧制度及形成有利物相等措施，攻克了低硅碱性球团矿还原膨胀率高的难题，使球团矿SiO2含量降低至2.2%的同时，还原膨胀率降到了17.5%，满足了大型高炉使用要求。 本项目的实施对高炉高比例球团冶炼，降低渣量和燃料消耗，实现节能减排，绿色化发展起到了重要的示范作用。

⑴项目基于数字化虚拟制造的全轧制过程孔型系统智能设计技术研究。如何突破型材轧制孔型系统设计长期依赖经验试错、效率低、成本高的难题，实现钢轨及异型材孔型系统智能设计、智能化配辊以及轧辊加工NC代码自动输出，大幅度提高新产品研发效率并降低研制成本。 ⑵全轧程热力耦合三维模拟精准预测及生产过程质量稳定性控制技术研究。 结合建立完整的生产工艺与质量数据库,实现系列钢轨及异型材轧制全过程工艺优化和质量稳定性控制，显著提高产品内在质量稳定性和一致性,并使钢轨残余应力显著降低。 ⑶基于大数据及在线控制的钢轨轧制金属流动预测-补偿模型和全长尺寸精度智能控制技术研究。解决高铁轨,重轨全长尺寸在线高精度控制问题。 ⑷钢轨局部润滑轧制及表面质量控制技术研究。努力搞清高温高压轧制条件下金属流动、轧辊氧化皮粘结及局部磨损机理和规律，消除钢轨表面轧疤及通长“人”字轧痕等表面质量缺陷,并轧辊寿命延长。

针对振动现象和机制，本项目从三个主要方面实施了抑制轧机振动的措施：一是减小连板坯振痕形貌对轧机振动的激励；二是消减液压压下（或压上）系统提供的轧机振动能量；三是消减主传动电机提供的轧机振动能量。现场实践表明上述主要措施的实施，使轧机振动得到了有效的抑制，取得了显著的效果，为轧制薄规格高强钢奠定了技术基础。

项目首次提出极低损耗取向硅钢广义复合抑制剂理论，创建了极低损耗取向硅钢制造核心工艺技术体系，自主设计集成专用功能装备及全套高效产线，确立了复杂工况下特高压输变电变压器选型设计原则。项目开发技术成功应用于宝钢取向硅钢三期、四期工程，推广应用于一期、二期产线升级改造；项目研制的10个极低损耗高磁感取向硅钢产品全球首发，8个极低损耗新产品填补国内空白。其中，B30R090、B27R080、B23R070、B20R060、B18R060为所有常规厚度规格世界最高等级产品；除0.23mm规格外，其余规格均领先日、韩等国际一流企业同规格产品一个牌号以上，实物质量达到国际领先水平。在大型特高压电力变压器上，自2014年成功应用于灵绍±800KV直流特高压工程以来，已累计制造1000kV交流、±800KV等特高压工程变压器560台套，国内市场占有率71.7%，性能指标全面优于进口同类产品的实绩水平；2018年，B23R075率先成功制造出1100kV直流换流变，并在世界首条、全球最高电压等级的1100kV特高压直流输电（昌吉-古泉）工程示范应用。在高能效配电变压器上，薄规格极低损耗取向硅钢制造S15型配电变压器800多台套，空载损耗较目前国家一级能效降低约30%，节能降耗示范效益显著。2013年以来，累计制造极低损耗取向硅钢新产品近百万吨，新增产值120多亿元；其中，2017-2019年，制造新产品40.29万吨，新增产值49.15亿元，新增利润10.18亿元，新增税收7.46亿元。极低损耗取向硅钢新产品出口欧、美、日、韩高端市场，近三年出口总量17.16万吨，2018年出口占比30%，创汇3.01亿美元。