钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，同时也是高能耗和环境污染严重的工业部门之一，钢铁生产过程的环境污染问题已经成为制约其可持续发展的重要因素。钢铁生产中烧结、高炉等都会产生大量高盐除尘灰，这些除尘灰富含铁元素，理论上可收集后配入烧结原料使用；但其中含有较高的碱金属（>15%）和氯元素（>20%），直接返回烧结会由于钾、钠、氯的富集而造成设备腐蚀或结疤、除尘灰吸湿板结以及烟气脱硫脱硝系统净化效率下降等问题。因此，开发能够实现钢铁厂高盐固废有价资源高效回收和综合利用的技术，已经成为国内大中型钢铁企业生产重要的节能减排研究课题。 除了固体废物之外，钢铁烧结工序还会产生湿法脱硫废水或酸性洗涤废水（SRG洗涤除杂产生的废水）。这些废水通常呈酸性，含有大量的悬浮物、氯离子、硫酸根、氨氮，以及一定量的钙镁和少量的重金属离子，其成分复杂、处置难度大。通常在预处理后返回钢铁生产工序使用，其中的盐分未有适宜的出口，导致盐分不断富集，造成设备腐蚀，轻则生产停机，重则造成生产事故。 目前，针对钢铁厂产生的高盐固废，常采用水洗的方式去除碱金属和氯元素，再返回烧结工序配料矿化；但在此过程中会产生大量的高盐废水，如果不经处理直接排放将会导致厂内水处理系统氯失衡，造成严重污染。而钢铁烧结过程中所产生的酸性废水也具有高盐特性，同样需要经过处理后方可排放。因此，采用高盐固废和酸性废水协同处置，能够实现同质废水协同消纳，统一处理，最终实现两者的资源回收和循环利用。

钢铁企业副产品种类多、产量大、成分杂、处理难，对环境影响十分突出。返矿是钢铁工业中一种典型的副产品，是烧结作业中无法避免的产物，粒度一般在5mm以下，块矿少粉矿多。目前国内大部分钢铁企业是将返矿返回烧结配料，生产实践中有30%～45%返矿会进入烧结系统循环再烧。既浪费人力、物力，又浪费能源，返矿量过多会影响烧结过程控制，烧结矿强度差，造成烧结生产恶性循环，炼铁成本上升[6]。因此，回收和利用好烧结返矿对钢铁企业提高资源利用水平、减少矿产资源的开采、释放炼铁原料供给压力、减少污染物排放量具有极强的现实意义。 冷压球团因其制备工艺无高温处理过程、能显著减少能耗和降低污染、可吸纳部分冶金固废、充分利用二次含铁原料，同时具有流程简单和投资少等优点，成为冶金固废处理和新型炉料制备的关注热点[7]。基于此，将返矿高效利用、固废协同运用与冷压球团有效衔接，形成与高炉运用相适配的返矿冷压球团技术，发挥更大的社会和经济效益，则是推动钢铁企业降碳增效的重要路径.

钢铁工业煤气生物发酵法制燃料乙醇新技术使用的菌种为乙醇梭杆菌，是一种严格厌氧细菌，因此对原料气需要进行除氧处理，气体中的苯、萘、焦油、氰化氢、乙炔等均会影响菌体健康生长。保持菌体健康是发酵过程连续稳定运行的先决条件，因此需要通过研究钢铁工业煤气组分特点，优化气体预处理工艺设计及催化剂选型，确保发酵进气得到有效净化。 发酵反应过程在生物反应器中进行，菌体与气体充分接触，吸收气体中的CO并在微生物菌体代谢反应下转化为乙醇等代谢产物，同时实现菌体持续的增殖。CO利用率、乙醇浓度、乙醇产率等参数是影响项目成本及能耗的关键指标，通过研究搅拌速度、气体分布、CO供给等对CO利用率及代谢产物分布的影响，提高CO利用率、乙醇浓度等发酵性能指标。 本项目采用连续发酵工艺，持续的排出含有菌体及乙醇等代谢产物的醪液，发酵醪液中含有大量的菌体蛋白，经提取乙醇后的含菌余馏水如直接排入污水，高含量的菌体蛋白将会使污水系统无法运行。根据菌体蛋白特性，选择分离干燥工艺，开发菌体蛋白的高价值应用，将有助于降低后续污水处理负荷，同时通过回收副产品提高经济效益。 发酵工艺是一种需要在液体环境下进行的高耗水工艺，研究蒸馏余馏水及污水处理后中水回用对发酵性能及代谢产物积累的影响，实现高比例水回用，将有助于降低水及化学品消耗，降低污水处理负荷，进而降低生产成本。 通过以上研究，打通从原料气预处理、发酵、蒸馏脱水、菌体蛋白分离干燥、煤气处理、污水处理等全系统工艺流程，实现高性能发酵及产物高效提取，解决废水处理难题，形成循环化系统集成工艺，并在此基础上建立全球首套钢铁工业煤气发酵法制生物乙醇工业化示范装置，将工业煤气发酵技术从实验室技术转化为工业化应用。

项目提出了基于多元素耦合提高易切削性能的技术思想，采用一种可入药的环保元素替代铅元素作为辅助切削助剂的无铅成分设计思路，解决传统圆珠笔头用不锈钢不环保的问题，先期采用中间实验室，小型试验轧机等加工设备进行初步摸索基本数据。进行基础工作的研究，找准各项关键的冶炼、轧制指标水平，为规模化生产线提供重要依据。 在研究结果推向工业化生产过程中，创新的采用纯净铁水、纯净合金为原料，避免采用废钢原料和常规低品位合金冶炼可能带入外来有害物质造成的质量负面影响，该技术方案确保了成分的环保性。纯净原料经过千吨级产能的大容量转炉吹炼，再经过特殊的精炼手段获得需要的钢水，浇铸成坯，冶炼工艺示意图如图3所示。坯料再经过多重表面处理和多重冷热加工确保高表面质量和优异的组织性能，获得高质量的圆珠笔头用不锈钢产品。

洁净钢生产需要低碳、低硫、低磷、有害及残留元素低的铁源原料—洁净钢水或冶炼洁净钢基料。我国目前生产的洁净钢主要采用高炉-转炉传统冶炼流程。我国铁矿资源禀赋差，整体呈现出“贫细杂”的特点，虽然经过复杂的选矿工艺处理可以生产出满足高炉冶炼要求的铁精矿，然而冶炼得到的铁水通常含有较多杂质，这些杂质需在铁水预处理、转炉炼钢等过程中去除，造成了炼钢工艺流程的复杂和成本的上升，限制了我国洁净钢生产技术的发展。此外，高炉炼铁以焦碳为主要能源，排放大量污染物，严重污染环境。 除采用传统的高炉铁水外，高品质纯铁也是冶炼洁净钢的基料。直接还原炼铁是以非焦煤为能源，在不熔化、不造渣的条件下，原料基本保持原有物理形态，铁的氧化物经还原获得以金属铁为主要成分的固态产品的技术方法。其产品直接还原铁中硅、锰、镍、铬、钛、钒等元素含量比高炉铁水及废钢低1～2个数量级，是生产优质钢铁材料不可或缺的原材料。然而，由于受高品位铁矿资源缺乏的制约，我国直接还原铁工业发展极其缓慢。 针对我国铁精矿品质较差、洁净钢基料匮乏的现状，东北大学韩跃新教授项目团队提出了基于源头控制杂质含量的“铁精矿深度提质—直接还原—电炉熔炼”洁净钢基料低成本制备新工艺，并围绕超级铁精矿和洁净钢基料高效制备过程中铁精矿深度去杂、高纯铁精矿直接还原、直接还原铁品质控制等关键技术开展研究工作，以期解决我国直接还原铁原料和洁净钢基料匮乏的问题，为钢铁的短流程绿色生产提供技术支撑，促进钢铁工业的转型升级。

以红土镍矿为原料，针对铬镍系不锈钢开展了冶炼工艺 流程和品种开发等两大技术创新。一方面利用 RKEF 冶炼镍铁水直接 热送 AOD 精炼铬镍系不锈钢，大幅降低了综合能耗和成本，树立了全球铬镍 系不锈钢冶炼成本新标杆。另一方面创造性设计了 2000ppm 以上氮含量的资源 节约型高耐蚀奥氏体不锈钢 QN 系列（PREN 值高于 18.5），开发了从炼钢、连 铸、热轧到冷加工的全流程一贯制制造技术，耐蚀性优于 304 不锈钢，已广泛 应用于建筑、家电、电梯、人防工程、市政工程、化工和集装箱等领域，替代 304 甚至更高耐蚀级别的铬镍系不锈钢，实现了中国不锈钢品种从跟随到引领全 球的创新性转变。

针对固废资源再利用过程应“因材施法”，本项目经过近二十年的技术攻关，突破了传统的低效能、高污染、低附加值的利用方式，系统地提出了固废资源从源头利用的方法、针对一些特殊固废的利用开发了成套关键装备及技术平台，实现了上述固废整体绿色增值化利用。发泡陶瓷和微晶玻璃具有导热系数低、强度高、容重低、防火阻燃、生态环保等优点，且应用范围广、需求量大、生产工艺相对简单，对上述有价组元含量低难提取的矿冶固废具有较大的消纳能力。根据发泡陶瓷或微晶玻璃的组成特点，通过调整多种固废的组成及比例与目标产品相匹配可制备出性能优良的发泡陶瓷和微晶玻璃产品。而对于有价组元含量高且易实现有价组元提取分离的矿冶固废可根据其自身特性进行对有价组元有效回收及回收后产生的固废用于生产其他高附加值材料，较好地解决了矿冶固废整体化、高效化、绿色化利用难的问题。本项目针对含钛高炉渣、高硅铁尾矿、钢渣、赤泥等有价组元难有效回收的固废，采取了直接整体利用的思路用于制备发泡陶瓷和微晶玻璃；针对烧结机头灰、瓦斯灰、沉泥、二次锌渣、酸洗废液、炼钢干法除尘灰、轧钢铁磷、热镀锌渣等二次资源固废，采取了对其中的有害或有价元素进行提取或直接利用制备其它功能材料，经提取或功能化利用后产生的固体废可用作生产发泡陶瓷/微晶玻璃的原料。

目前，烧结除尘在稳定性、经济性、高效性、环保性方面仍有待提升，主要体现在： 1、焙烧冷却过程含尘废气排放量大，工序间耦合循环利用率低，除尘治理成本高，作业环境差：焙烧冷却过程，吨烧结矿生产需风量达4600m3以上，烧结需要风量，而冷却含尘热废气又直接外排，不仅浪费了能源，还导致无组织排放，大量细颗粒粉尘散落在环冷机作业区，以一台600m2烧结机为例，对环冷机含尘废气全部收集后通过布袋除尘治理，需增加投资5000万元，成本高。 2、混匀制粒过程易产生高湿高黏含尘废气，治理难度大，属世界性难题：烧结工序中添加生石灰可以改善混合料制粒效果，而生石灰消化会形成大量的含矿粉、石灰颗粒和蒸气的高湿高黏含尘废气，除尘过程极易结硬并堵塞管道，作业率低，管理要求高，检修工作量大，很难长期稳定达标排放。 3、原料输送过程转运距离长、落差高，易扬尘，运输皮带黏料严重，易散落：烧结系统皮带运输距离达3000m以上，粉料处理量达千万吨，转运落差达4-8m，下落冲击过程易产生碎裂和扬尘，且多为含水细颗粒物料，容易黏结在皮带表面上造成卸料不彻底，在皮带回程时跌落至各个不确定地点后形成扬尘。 4、散落粉尘磨琢性强，点源多，清扫工作量大，负压清扫与输送技术应用受限：厂区多点散料清扫与洁净作业是维护环境的重要工作，冶金粉尘磨琢性强，高负压气力清扫与输送过程中容易磨穿除尘装置，除尘点多，各支路工况变化对风速匹配度要求高。 因此，本项目围绕烧结工序不同生产环节粉尘减排的难题，针对性地开发烧结粉尘无组织排放控制技术，以期实现烧结清洁化生产。

钢铁企业原料场接收经由水路、铁路、公路运输进厂的原燃料，通过存储转运、和混配加工，为高炉、烧结、焦化等工序提供生产需要原、燃料的稳定可靠供应。 料场由多个相对独立的子料场组成，分别负责储运不同品种的原燃料，供应对象也各不相同，按年产1000万吨铁水产能计算，年接收转运球团、块矿、焦炭、粉矿、生熔剂、混匀矿等近千种约为2600万吨原燃料。具有品种繁多，堆存场地料线更换频繁等特点。传统料场在管控方面存在以下问题： 1、堆取作业依赖机上人工操作 2、缺失关键信息 3、缺少对数据的统一管理 4、生产组织依赖个人经验，缺少科学决策系统支持 针对上述问题，中冶南方数智料场研发团队开发了数智料场技术，成功实现了钢铁企业大型料场的一体化管控，有效解决了传统料场在自动控制和管理技术方面存在的不足。

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。