钒是我国的优势战略资源，是发展现代工业、现代国防不可缺少的重要材料。中国是钒资源大国，储量、产量均居世界第一；其中攀西钒资源得天独厚，钒资源储量占全国63%。目前全球88%的钒来自钒钛磁铁矿—钒渣提钒流程，已工业化的钒渣提钒技术有两种，但均没有解决绿色制造、高品位氧化钒与低成本生产的难题。 传统的钠盐提钒工艺是应用最早、也最成熟的提钒技术，但在人们对美好生活越来越强烈的绿色发展需求下，该工艺存在：高钠高氨氮废水处理能耗高、废硫酸钠难利用、固废总量大、辅材消耗量大、生产成本高等难题，全行业采用该工艺每年产生310万m3高盐废水、170万吨提钒固废，消耗.25×107GJ能源，排放340万吨二氧化碳，这是制约全球钒产业高质量发展的瓶颈问题。 另一种是俄罗斯石灰提钒工艺，因所得产品品位低，仅90%～94%，不能满足市场对高质量氧化钒的需求，目前仅Evraz公司图拉钒厂使用。进一步提纯制备高品位氧化钒产品，同样存在与钠盐提钒工艺相似的废水处理和成本高的难题。 此外，国内外研究了各种绿色提钒工艺，但因存在各种问题，多处于实验室研发或规模验证中，尚未实现大规模产业化。 综上，亟需开发新的钒渣提钒工艺，解决绿色制造、高品位钒产品与低成本生产的全行业共有的难题。

山东墨龙HIsmelt绿色高效熔融还原炼铁共性技术与装备集成研究项目利用粉状含铁物料和煤粉进行熔融还原，具有完全喷吹、炉内涌泉、虹吸出铁三大典型技术特征。（1）由于溶解碳还原氧化亚铁的速度比固体碳还原氧化亚铁的速度高出1-2个数量级，HIsmelt熔融还原单体生产效率高；（2）向熔融反应器中浸入式喷煤不仅可以回收煤中的固定碳，而且可以使煤粉挥发分中的碳氢化合物裂解产生碳，使得铁浴中碳的回收率高；（3）由于在HIsmelt流程中煤粉很快被铁液所溶解，可最大限度地降低散入炉气中的碳量，避免碳和炉气中的氧或二氧化碳的反应，使得二次燃烧率较高；（4）鉴于HIsmelt熔融还原炉内特殊的氧化还原气氛，使得HIsmelt铁水质量较好，低磷，低“五害”元素，经过炉外脱硫后，已经达到特级高纯铸造生铁标准，且具备进一步开发稀有金属提炼的潜在优势。

钢铁工业是国民经济的支柱产业，也是污染物和碳排放重点行业，根据研究报告我国钢铁行业二氧化碳排放占全国总量的16%左右。在国家“双碳”目标及十四五“更趋严格的能耗”要求下，钢铁行业低碳绿色发展越显重要。我国钢铁工艺主要以高炉+转炉长流程冶炼为主，长流程钢占比90%，而长流程的吨钢CO2排放在1.8~2.2t，二氧化硫、颗粒物、氮氧化物等污染物排放0.7kg/t以上，其中高炉炼铁系统的污染物排放占90%以上，CO2排放占85%以上，所以高炉炼铁系统的节能减排对钢铁工业低碳绿色化发展意义重大。 我国高炉炼铁炉料结构主要以烧结矿为主，烧结矿平均入炉比例在70%以上，但烧结工艺普遍存在工序能耗高、烟气和污染物排放量大等问题，对炼铁系统的污染物和碳排放影响较大。球团工艺的能耗和污染物排放仅为烧结工序的50%以下，CO2排放为烧结的30%左右，所以用球团替代烧结，提高球团矿在高炉炼铁中的使用比例有利于降低炼铁系统的污染物和碳排放。

高端板带材属于难焊接材料，焊接易产生冷裂纹、热裂纹、粗晶区脆化、气孔等缺陷，焊缝质量控制难度大。焊缝质量是影响高端板带连续生产线稳定运行的最关键因素之一，焊缝质量不好易造成生产线断带，事故停机，特别是断带发生在轧机段、退火炉、酸洗槽内，处理时间长，产生废钢多，严重影响板带连续生产线的稳定性和成材率，给企业带来很大的经济损失。为了避免这类断带，客观上对焊接工艺及焊机设计提出很高的要求。 国产焊机一般采用激光或激光填丝焊接工艺，高端板带材焊缝性能不稳定，焊接成功率较低，不能满足大批量、高效、连续化生产要求。长期以来，国内板带连续生产线主要依赖进口激光焊机，但进口焊机造价高，且使用的二氧化碳气体激光器价格昂贵、结构复杂、维护困难、使用成本高。而以光纤激光器和碟片激光器为代表的高功率固体激光器具有低阈值、高效率、窄线宽、可调性好和显著的投资低、运行成本低、维护简单方便等高性价比优势，近十年来已逐渐替代传统的二氧化碳气体激光器，大量应用于工业生产中，原先基于二氧化碳气体激光器的焊接工艺及设备已不能满足固体激光器的应用要求。因此，开发研究适用于高端板带连续生产线的新型焊接工艺及装备势在必行。

2004年起，北京科技大学朱荣教授团队依托国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点及面上项目的持续支持，提出了“二氧化碳绿色洁净炼钢技术及应用”项目，从炼钢过程抑制烟尘、高效脱磷、稳定脱氮、强化控氧和底吹长寿等方面入手，以CO2利用、固废减量、钢质洁净、降本增效为目标，开发了二氧化碳利用于炼钢工艺的原创技术，发现并掌握了了CO2具有的反应冷却、气泡增殖、弱氧化、强冲击等独有特性，解决了炼钢烟尘和炉渣固废源头减量，钢水磷、氮、氧洁净控制的诸多炼钢工艺难题，先后发明了CO2-O2混合喷吹炼钢降尘技术、CO2控温高效脱磷技术、CO2吸附深度稳定脱氮技术、CO2稀释强化控氧技术和CO2强化底吹安全长寿成套技术，实现了CO2利用和炼钢生产工艺的完美结合，解决了炼钢脱磷、脱氮、控氧和底吹长寿等诸多炼钢工艺难题，开辟了炼钢过程CO2规模化消纳利用路径。

本课题立足河钢承钢现有产线，围绕影响直接轧制的主要因素，因地制宜，以解决影响直接轧制的关键问题为切入点，通过理论研究指导技术方案的制定和技术改造的实施，成功开发了棒线材直接轧制负能制造技术，建立了棒线材负能化直接轧制的理论体系，形成具有自主知识产权的专利技术，探索了智能化在直接轧制工艺中的应用，提高了生产效率，大幅降低了生产成本，实现了全流程负能制造。（1）通过研究铸坯拉速与表面温度的关系，建立了数据模型，开发了小半径（R7m）方坯连铸机高拉速生产集成技术，优化冷却模型，确保铸坯切后温度达到1050℃以上，奠定了直接轧制温度基础；（2）建立铸坯直接输送通道，自主开发了全程保温技术、铸坯快速输送技术，确保高温铸坯过程温降低于20℃/min，50s内快速输送至轧机，成功建成了示范产线，轧钢工序能耗降低至10.55kgce/t，降幅达78.6%；全流程工序能耗-13.49kgce/t，实现了全流程负能制造；（3）开发了铸坯头部温度补偿技术，通过智能补温缩小头尾温差，实现了钢材头尾性能差稳定控制在15MPa以内，稳定产品质量；（4）自主开发了智能化出坯直送控制系统、全流程自动跟踪系统，大幅提升棒材产线智能化水平，为新建棒材产线或行业内传统棒材产线的升级改造提供解决方案。项目授权实用新型专利1项；项目受理专利5项，其中发明专利3项、实用新型专利2项；授权软件著作权2项，发表学术论文7篇。 本项目投产至今，累计生产86.5万吨，创效3460万元。 直轧示范线炼钢工序能耗-24.24kgce/t（回收蒸汽和煤气与工序电耗的差值），轧钢工序能耗10.94kgce/t，炼钢-轧钢工序能耗-13.3kgce/t，炼钢-轧制全过程吨钢能耗小于零，实现负能制造。直轧改造前，轧线工序能耗≥41kgce/t，改造后轧钢系统工序能耗为≤10.94kgce/t，能耗降低值≥30kgce/t。累计节约能耗折合3万吨标准煤，按照每吨标准煤排放二氧化碳2.6t、排放二氧化硫8.5kg计算可减排二氧化碳7万吨以上，二氧化硫240吨以上。

钢铁工业是CO2排放大户，2018年我国钢铁行业CO2排放量占国内工业CO2排放总量的16%，达18亿吨。寻求钢铁流程CO2减排或资源化利用，实现低排放和高洁净的炼钢生产，是钢铁工业实现“绿色质造”的必然选择。 2004年，研发团队依托“十二五”国家科技支撑计划及企业支持，开启了实现CO2资源化利用的应用研究。发明了具有自主知识产权的炼钢喷吹CO2降尘、高效脱磷、脱氮/控氧及长寿底吹等技术，完成了CO2资源化应用的工业示范及推广。

技术通过搅拌+气浮降低热轧油泥含油率，同时改善平流池水质。即在平流池入水端增加搅拌器对含有附有油膜的细铁鳞来水进行搓洗，在平流池内增加高压溶气水释放器使其释放微米级气泡将油分浮至平流池表面形成废油，废油经撇油刮渣机收集为有资质的厂家回收利用，除油后细铁鳞沉入平流池底部经撇油刮渣机刮入泥斗区被抓斗机抓出后作为烧结原料循环利用。 本技术可以利用热轧厂现有平流池进行在线改造，增加污水回流泵、气浮溶气装置和安装溶气水释放装置等，实现油泥和废水同时除油。也可以利用本技术新建一条油泥处理生产线，实现油泥除油目的。本技术成熟稳定，不仅从源头上解决热轧油泥堆存污染土壤、水源和空气问题，而且改善热轧浊环水质、降低水处理成本、提高钢板表面质量。其特点是投资少、运行成本低、无二次污染、减排二氧化碳、自动化程度高，不增加现场生产定员，经济效益、环境效益和社会效益显著。

钢铁工业经历三十年节能技术革新，能耗下降幅度趋缓，新形势下其能源结构高碳化、集中供能柔性不足、数据模型技术开发不够等问题愈加突出。为探索钢铁企业节能新方向，以钢铁多流耦合分布式能源技术理论研究与架构设计为先导，选择关键技术实施开发与应用。主要创新成果如下： 1、研究揭示了钢铁生产与分布式能源的耦合关系，提出“源-网-荷-储”钢铁多流耦合分布式能源理论并完成架构设计：以可再生能源开发、清洁能源多能互补优化传统能源结构；以余能就地极限回收利用与区域能源自平衡提升能源效率；以数据驱动和需求侧响应能力提升增强源荷互动能力；以多网互融和网储一体优化钢铁能源系统调整能力。 2、形成钢铁低碳清洁能源与传统能源高效多能互补技术,包括：攻克光伏屋顶组件动态清洗运维技术难关，建成世界最大屋顶光伏发电并网工程，使之成为钢厂低碳清洁能源重要组成；发明高炉冲渣水乏汽与烟气余热热电冷联供系统及方法，开发余热用于高炉煤气碳捕获、协同处置有机废弃物制备生物质能技术，建成兆瓦级涌动型烧结余热有机朗肯循环发电机组，构建余热资源分布式能源微网。 3、形成流体网络建模和能量储存优化等组合式节能技术，包括：开发管网和煤气柜储气数值模拟技术，为电厂大流量和宽幅波动使用高炉煤气解除安全顾虑；对热力系统不同效率汽源给出基于等效电算法的多目标优化方法；发明循环水组合节能方法及系统；开发适用于南方钢厂移动供热模式，以规模化移动热网丰富钢厂能量输配网络。 4、形成模型支撑、数据驱动的源荷交互柔性调控用能技术，包括：开发六大工序三层多阶极限能耗模型，为工序能耗从理论、技术、生产层逼近极限提供定量判据；开发电力负荷预测方法，控制关口电量和制定分时电价响应策略；以燃气互换性理论指导典型炉窑燃烧效率和煤气调配；用数据挖掘结合热工理论确定加热炉能效关键指标及操作模式。 以“多能互补、数据驱动、网储一体、源荷交互、极限能效”为主线的钢铁多流耦合分布式能源技术研究与应用使宝钢节能水平显著提高：近三年节能8.87万吨标煤、减排二氧化碳22万吨，经济效益4.7亿元,对传统钢铁工业能效提升、绿色低碳转型发展提供实践示范。本项目申请国家发明专利24项（已授权15项），实用新型专利授权8项，国家标准1项，企业标准1项，软件著作权3项，企业技术秘密20项，发表论文25篇，编著和参编专著2本。

我国多数钢铁企业建有焦炭装置，其产生的焦炉气未能加以有效利用，多数作为燃料使用；其炼钢产生的转炉气也未能加以有效利用，多数放散至大气中或作为燃料使用。焦炉气中含有一半以上的氢气，而转炉气中含有约60%一氧化碳和18%的二氧化碳，如果将焦炉气中氢气分离出来与转炉气用于合成甲醇，可以避免单独采用焦炉气制甲醇出现的转化高温带来的安全问题，相对于焦炉气转化制甲醇工艺，具有安全可靠性高、投资和成本低的优势。 焦炉气提氢和转炉气配合合成甲醇技术推广将为钢铁企业副产气体的利用找到一条出路，对钢铁企业转入新能源生产和化学工业生产打下基础，实现可持续发展。