中国钢研自主设计开发的基于多尺度公网云计算、区块链数据共享与高通量增材制备的行业级材料数字化研发平台（简称“Material-DLab”）。该平台集材料计算、工艺模拟、服役模拟及高通量制备于一体，开辟了全图形云计算、材料APP、材料区块链、元素级3D打印高通量制备等新的技术理念和应用场景。 平台突破了高性能计算（HPC）架构下的图形/指令一体化的材料多尺度云计算技术，设计了基于“云堡垒”的智能路由系统，实现了基于Windows-Linux多许可证调度的多尺度材料、工艺软件公网云计算。在确保软件产权的前提下实现了资源共享，实现了20余款国际知名材料、工艺软件的远程计算、移动计算和排队计算，覆盖纳观、微观、介观、宏观的全尺度计算资源。 首创基于区块链的材料数据对等发现及共享技术，突破了数据产权确认、数据汇聚和共享的行业难题，满足了材料数据确权管理及安全溯源需求，促进企业级、行业级科研检测数据矿山的形成，实现FAIR原则下的跨团队、跨部门数据可发现、可访问、可操作、可重用。 首创元素粉末SLM原位合金化高通量制备技术，建立了行业内首个块体样品的高通量增材制备系统，突破了高速打印条件下元素粉末扩散、均质化难题，可实现一次上百种不同成分块状合金的高效制备，大幅度提升材料研发、优化迭代效率。已成功应用高熵合金、不锈钢、高温合金、超硬合金和梯度功能材料等材料开发中。 建立了全球首个材料APP专业资源平台，开发并上线350余款材料APP应用，以解决材料、工艺和计算工程师的知识衔接和知识沉淀难题，支持多种广义APP的云端生成、云端远程计算。支持企业专区设立，可共享、可修改、可移植、可保护版权。算法覆盖纳观、微观、介观、宏观全尺度，具备从材料设计、组织性能预测、工艺模拟到服役仿真全流程的微应用计算解决方案。提供了材料原创性研发所必需的计算-数据-场景迭代升级能力。 Material-DLab平台开放运行6个月期间，累计实现在线计算任务6000余项；完成在线科研检测及数据上传任务1000余项，开发和众筹各类材料APP超过350项，向行业发布悬赏征算任务18项、参与团队170多个，认证数字化研发教师/工程师64人，完成行业培训2000余人，直接收益超过3000万元。已与包括鞍钢北京研究院、北京钢研高纳、安泰科技、中石化广州工程等多家用户单位合作，为其带来收益超过2亿元。

本技术非铝组合脱氧方式（硅锰预脱氧+扩散/沉淀脱氧+真空脱氧）冶炼轴承钢，由于硅锰合金的脱氧能力较铝脱氧弱，仅依靠硅锰合金脱氧不足以将钢液中的全氧含量控制在10ppm以下，而一般工艺采用的铝脱氧方法可以将全氧含量稳定控制在5ppm左右。因此，本技术中采用RH真空精炼方法，利用碳在高真空度条件下具有极强的脱氧能力的特点，对高碳轴承钢钢液进行深度脱氧，以弥补硅锰弱脱氧造成的脱氧能力不足的问题，将钢液的全氧含量控制在5-9ppm。加料过程中严格控制流程中铝的带入量，保证全流程低铝操作，严格控制钢中的铝含量，以减少钢中含铝类夹杂物的生成；同时采用碱度为1-1.5的低碱度精炼渣，降低渣中的氧化钙含量，将精炼渣成分控制在低熔点范围内，使钢中夹杂物主要为塑性夹杂物。这种工艺大大减少了钢中钙铝酸盐类和尖晶石类夹杂物的含量，形成了以硅酸盐类夹杂物为主要氧化物夹杂物类型的塑性夹杂物体系，保证了钢中D类和Ds类夹杂的极低量控制。同时有效的减少了钢中含铝类夹杂物的数量，大大提高了连铸可浇性，连铸过程中无水口堵塞现象，连浇17炉后水口内壁光滑无絮瘤物。解决了铝脱氧钢连铸结瘤率高，浇注不稳定，大颗粒夹杂物剥落导致的疲劳寿命异常问题。

目前冶金工业机理模型的不足制约了工业互联网平台在冶金工业的发展。另外，由于行业机理模型这类核心行业知识难以通过短期学习就可以快速掌握，必须通过行业从业人员通过长期的实践才能获得。因此，将冶金工业全流程涉及的人、流程、数据和事物都结合在一起，将工业的技术原理、行业知识、基础工艺等形成机理模型并形成冶金流程行业工业机理模型库，是实现工业互联网平台在冶金工业领域价值的关键。 冶金工业机理模型是冶金流程行业工业机理模型库的核心，是各类应用和APP的技术基础，也是工业互联网平台技术能力的集中体现。目前，我国冶金工业机理、工艺流程、模型方法等方面的经验和知识积累不足，机理模型缺失，模块化组件化能力较弱，现有通用工业互联网平台尚不能完全满足工业级应用需要，大大制约了工业机理模型库的应用效果和实际价值。

中国科学院金属研究所自建所之初就部署了稀土钢研究方向。2007年以来开展新一轮稀土钢研究，经过多年持续攻关，深入生产企业进行实地考察，通过大量实验室研究和工程化试验，揭示了纯净度尤其是氧含量对稀土钢性能提升的决定性作用，控制氧含量是实现高品质特殊钢“高纯、均质”的关键。受此启发，中国科学院金属研究所发现稀土金属本身的纯净度和稀土加入前钢液的纯净度，是影响稀土在钢中发挥有益作用和工业化生产工艺不稳定的关键因素。研究结果表明，稀土金属中即使含有几百ppm少量的氧，也足以使稀土在钢中的作用由正变负，而部分商业纯稀土中的氧含量甚至高达1000ppm以上。因此，稀土金属与钢水双纯净双低氧是稀土钢获得稳定应用的前提和基础。 基于此，中国科学院金属研究所研发了高纯稀土金属制备关键技术与钢水纯净度控制工艺，通过控制稀土原料中的氧含量、稀土加入前钢水中的氧含量和杂质元素，突破了生产工艺不能顺行和性能不稳定两大难题，成功细化夹杂物到亚微米尺度，制备出超高洁净度亚微米夹杂物的稀土钢。 稀土钢共性关键技术路线示意图如图1所示。中科院金属所通过优化设计炉体结构、优化调整工艺参数、防氧化浇注和防氧化储运等方式实现了高纯低氧稀土金属制备，稀土金属的全氧含量低于100ppm；同时，通过采取低氧纯净化冶炼、创新稀土加入工艺、控氧自动化浇注、低偏析微缺陷控制等手段实现了全流程低氧钢水纯净度控制，能够保障千吨级稀土钢连铸生产顺行，从而形成了稀土钢工业化应用共性关键技术，实现了稀土在钢中工业化应用的实质性突破。

冷轧废水是冶金行业最难处理的废水之一。首先冷轧工序复杂，包括酸轧、脱脂、热镀锌、电镀锡、彩涂、平整等，各个工序不同种类的废水汇总成冷轧废水。其次是冷轧废水水量大、有机物含量高、成分复杂。第三，钢铁企业废水排放口主要排放的是环保达标的冷轧废水。环保局在每个排放口都安装了在线检测装置，对废水系统处理的稳定性要求高。 宝钢冷轧废水主要主要由预处理单元和生化处理单元两部分构成。冷轧废水COD为1000-3000mg/L，总氮为40-60mg/L，经过处理后，冷轧外排水COD为60-90mg/L，总氮为20-35mg/L。传统处理工艺已经不能满足新的废水排放标准，而且国内外钢厂均采用类似的处理工艺尚无成熟的处理工艺可借鉴。因此，本项目以构建高效冷轧废水处理工艺为目标，杜绝水质超标排放，实现冷轧废水各种污染物全流程管控。

宝钢股份宝山基地原料场是世界级特大型原料场，负责股份直属厂部95％以上原燃料的输入、储存、加工处理，并向高炉、烧结、炼焦、电厂、焙烧、炼钢六个用户单位进行物料输送，年作业总量在1.3亿吨以上。宝山基地原料场始建于1978年，1982年开始投运，经过一、二、三期工程建设，露天原料场占地190万平方米，煤料、矿石、辅料的有效贮量分别约为80万吨、245万吨和62万吨;原料系统配套皮带输送机800余条，总长约125公里。 随着国际国内对能源、环保、可持续发展和以人为本的不断重视，生态智慧型原料场将是未来原料场发展的必然趋势。为响应和落实国家环保和上海市关于空气污染防治工作的要求，宝钢股份在钢铁行业内率先提出建设原料场全封闭改造示范工程，2012年宝钢股份编制形成《宝钢股份总部炼铁厂原料区域大修规划》，正式启动原料场全封闭改造工程立项和建设准备工作，并将宝钢股份原料场全封闭建设项目列入《2013-2018年宝钢股份绿色发展规划》。2013-2014年宝钢股份对原料场全封闭改造规划进行了局部调整和完善。随后，宝钢股份开始策划对东山基地、梅山基地料场进行封闭改造。与此同时，对原燃料储运系统全流程进行技术升级，实现宝钢股份原料场要素数字化、设施设备智能化、信息资源网络化和日常管理可视化，大幅提高自动化水平，进一步优化岗位定员。

在工业互联网应用、数据模型研发和全流程质量控制上，国内外针对如上技术难点，鲜有全面成功技术解决方案，缺乏灵活动态质量设计能力，无法解决“一业多地”模式的跨公司质量设计以及设计的长流程动态调整，很少能够实现跨公司和工序一体化排产，缺少全流程的质量管控和全厂关键工艺实时预警，较少将各种关键指标KPI指标化和生产、质量一切问题数字化。 2014年10月，由唐山钢铁集团有限责任公司、唐山高强汽车板有限责任公司和唐山不锈钢有限责任公司合作开展基于工业互联网的数字化精益制造研发与应用的系统性设计、实施，通过对信息系统集成挖掘、各种模型的建立完善以及数字化建设，实现了在产销一体、管控衔接、三流同步的产销一体化平台基础上数据化的精益制造研发和应用，提升企业全局管控能力，为供给侧改革提供有力地支撑，向高效增长方式转变。

钢铁工业是国之基石，中国是名副其实的钢铁大国，但高端产品制造仍面临着质量稳定性差、产品质量合格率低、定制化能力弱等重大共性问题。自2007年始，项目团队在国家科技支撑计划、863和国家自然科学基金等国家级课题资助下，以面向产品质量智能管控的工业互联网平台为依托进行全过程质量协同管控，重点研发了钢铁产品质量智能管控的工业互联网平台架构设计、全流程产品质量在线管控、跨业务/跨工序的质量协同优化，研发了具有自主知识产权的模型库与方法库等核心关键技术,形成一整套基于工业互联技术的全过程产品质量智能管控技术与平台解决方案。

“环保新时代，绿色新中国”。生态文明建设需要打好污染防治攻坚战，让天更蓝、水更清、环境更优美。 解决钢铁工业发展中的环境保护问题是钢铁企业绿色高质量发展的重要保障。钢铁企业长期存在冷轧废水难降解有机物和总氮等关键污染物控制的“卡脖子”难题，在国家大力推进污染防治行动计划和钢铁废水排放标准日趋严格的背景下，冷轧废水达标处理成为钢铁企业亟待解决的重大环保科技问题。 项目团队立足宝钢股份冷轧废水的现状，聚焦冷轧废水难降解有机物和总氮等关键污染物，从冷轧废水深度处理的系统性、整体性与全过程出发，突破了高浓度活性微生物精准控制脱碳除氮、炭基纳米载体臭氧催化、高效膜循环资源化回用和浓水三维电氧化等4项关键核心技术，并通过小试、中试和示范工程研究，构建了冷轧废水生化-物化强化处理新工艺，获得重大科技创新。 1）首创了高浓度活性微生物精准控制脱碳除氮技术。 2）率先开发了炭基纳米载体臭氧催化技术。 3）率先形成高效膜循环资源化回用技术。 4）首次开发浓水三维电氧化技术。在绿色创新发展理念指导下，项目团队积极开展技术攻关的同时，注重核心技术的知识产权布局，共申请发明专利42件，已授权13件，认定企业技术秘密17项，发表论文21篇。技术转化应用经济效益和社会效益显著，近三年累计直接科研效益12332.5万元。 项目成果应用于宝钢宝山基地冷轧2030废水系统、1420/1730废水系统、1800废水系统和硅钢4期废水系统、湛江东山基地冷轧1期和冷轧2期废水系统，每年处理冷轧废水超1500万吨，全系统废水回用率达到65%以上，有机物和总氮的排放量低于国内外同行。项目成果的大规模推广，实现了宝山基地和湛江基地冷轧废水处理工艺和装备的系统升级，全面提升了全流程污染物控制和去除能力，为建设“高于标准、优于城区”的城市钢厂奠定了坚实基础。

本项目属于冶金材料及生产工艺开发领域，主要涉及高强度耐腐蚀钢筋、耐火抗震钢筋品种及生产工艺开发，以解决我国建筑钢筋品种单一，耐蚀性能及耐火性能等功能性钢筋匮乏的问题。本项目充分发挥Cu、Ni、Cr等合金元素抗腐蚀和提高强度的能力，通过成分优化设计，最大限度减少Mn、Nb、V、Ti等昂贵合金元素用量，开发出含铜系、含镍铬系以及含铜镍铬系耐腐蚀钢筋品种。同时，系统研究了炼钢、连铸、轧钢及控冷工艺对钢筋微观组织结构和性能指标的影响，建立了低成本生产耐蚀钢筋全流程工艺制度，生产出合格的400MPa、500Mpa、600MPa级别高强度耐腐蚀钢筋。 针对传统硅锰系钢筋不能满足高温强度这一缺陷，提出了开发耐火钢筋生产技术，对Mo、Cr、Nb、V、Ti等元素对耐火性能影响进行了研究，并通过成分优化提出其他元素与Mo元素合理匹配关系，节约了昂贵的Mo合金元素，在国内首次生产出合格的300MPa、400MPa、500MPa级别含钼系耐火钢筋，含镍铬钒钼系、含镍铬钒铌钼系耐腐蚀耐火钢筋产品。 基于海砂矿、低品质红土镍矿、铜渣难以单独利用且价格低廉的特性，提出海砂矿-低品质红土镍矿-铜渣配矿冶炼生产含Cu、Ni、Cr、V、Ti低合金铁水生产耐腐蚀钢筋工艺路线，结合炼钢环节的微合金化技术，大幅减少炼钢环节贵重合金的添加量，进一步降低高强度耐腐蚀钢筋的生产成本。此外，提出了海砂矿-低品质红土镍矿配矿冶炼生产含Ni、Cr、V、Ti低合金铁水及耐火抗震钢筋工艺路线，降低了耐火抗震钢筋生产成本。 在此基础上，成功开发出了一条配矿冶炼-炼钢-连铸-轧钢完整的低成本生产高强度耐腐蚀钢筋、耐火钢筋工艺路线。 本项目的特点如下： （1）充分利用了海砂矿、低品质红土镍矿、铜渣中的Cu、Ni、Cr、V、Ti等有价元素生产合金铁水，有效降低生产成本。 （2）建立了含铜磷系耐大气腐蚀钢筋、含镍铬系耐氯离子腐蚀钢筋、含铜镍铬系耐大气及氯离子腐蚀钢筋，含钼系耐火钢筋、含镍铬钒钼系及含镍铬钒铌钼系耐腐蚀耐火钢筋生产体系。 （3）构建了完整的耐腐蚀钢筋及耐火钢筋从原料-产品-标准的技术集成体系，填补了我国耐腐蚀钢筋和耐火钢筋产品和标准空白。 本技术已在盐城市联鑫钢铁、广西盛隆冶金和阳春新钢铁进行生产应用，耐腐蚀钢筋总产量130余万吨，耐火钢筋总产量33余万吨，新增利税8亿元。