转炉煤气是钢铁行业长流程生产中副产的二次能源之一，和高炉煤气、焦炉煤气统称为“钢厂三气”，随着钢铁行业节能降耗的发展需求，对于二次能源的利用，特别是含碳的二次能源利用提出了更高的要求。1）钢铁生产是高耗能过程，需要大量的燃料进行烧结、球团、焦化、轧钢等工序的加热，“钢厂三气”具有可燃性和一定的热值，被广泛应用于多个生产环节，同时也会出现高热值燃气短缺，低热值燃气富余的现象。2）转炉煤气中的CO是价值组分，既是热值来源，又是化工行业需求的原料气体，转炉煤气的利用主要也是指煤气中CO的利用，使转炉煤气从“物有所用”转向“物尽其用”，需要寻找更优的技术方案。 N2在转炉煤气中占比10-20%，在转炉煤气利用过程中几乎不产生作用，反而会带走热量，如果能将转炉煤气中的N2脱除，对于转炉煤气热值提升和CO资源化利用具有很大意义，但是N2和CO的分离是世界性难题。1）二者分子量相同都是28，气体密度相同，很难通过通过重力方法分离；2）二者沸点接近，N2沸点-195.6 ℃，CO沸点-191.5 ℃，很难通过深冷方法分离；3）二者分子直径想近，N2分子直径0.364nm，CO分子直径0.376nm，很难通过膜方法分离。 在“十二五”期间，为了钢铁行业转炉煤气的深度利用，北大先锋走自主创新的战略，采用载铜分子筛，利用CO和一价铜离子络合原理，使用弱化学吸附的方法攻克了转炉煤气中N2和CO分离的难题，既保证了N2和CO的分离效率，又保存了CO完整的性质形态；在“十三五”期间，石横特钢为带动当地产业经济，收购并成立阿斯德公司计划生产甲酸产品，再充分考虑经济性、可靠性和环境的三重因素下，选择与北大先锋合作，开展了以转炉煤气为原料生产甲酸工艺流程的技术攻关，集成了关键技术。

中钢集团天澄环保科技股份有限公司提出的轧钢加热炉烟气脱硝脱硫除尘协同治理技术，采用“余热升温+中高温 SCR 脱硝+SDS 脱硫+袋式除尘”协同工艺，对加热炉排放烟气中的 NO X 、SO 2 、颗粒物进行净化。

针对氧化铝生产过程产生的固体废弃物赤泥的规模化综合利用这一重大技术难题，北京科技大学张延玲教授团队研究了赤泥在炼钢过程中的应用基础理论，开发了炼钢过程规模化消纳赤泥的技术。提出炼钢生产过程中的铁水预脱硫、铁水预脱磷、转炉炼钢生产等多个工序均可以利用赤泥作为熔剂，吨钢消耗赤泥量达 15-20kg/t 粗钢，为我国规模化消纳赤泥的开辟了有效途径。

钢铁工业是国民经济发展的重要基础，近几年随着持续快速发展，每年产生的钢渣超亿吨，主要用于 “粉、砂、砖、土”等建筑材料原料，其销售价格低、市场半径小，导致钢渣利用率严重受限、大量堆存给环境造成风险巨大。近年来，已有几家钢铁公司因违规堆存、弃置钢渣受到中央环保督察组的点名和国家生态环境部的重罚。因此，如何进一步拓展钢渣资源利用领域，尤其是攻克钢渣高值化利用行业难点与痛点，已成为钢铁行业践行新时代“绿水青山”国家战略的“卡脖子”问题之一。 本项目在深入研究钢渣及相关固废特性的基础上，提出将其与相关固废进行协同用于橡胶、涂料功能填充材料的跨行业高值化利用新途径，替代原有生产工艺繁杂，能源和资源消耗巨大的炭黑、氢氧化铝、硫酸钡、铁红粉等化工填料，实现了钢铁企业“以废增效”、橡胶与涂料企业“以废降本”的双赢。 历经多年与钢铁企业、环保高新技术企业共同攻关，其技术成果在橡胶、涂料行业龙头企业推广应用，将市场售价20-30元/吨的普通钢渣与相关固废经改性与功能重构后，生产出800-1200元/吨的钢渣基新填充材料，性能超过国家标准。该技术自2016年10月开始在上述5家应用，近三年合计新增销售额54750万元、新增利润16765万元，具有显著的社会效益和经济效益。

河北远大、安徽工业大学、钢铁研究总院和新冶高科技集团有限公司在自有的研究及产业化基础上进行联合，形成特色鲜明、优势互补的产学研用的研发和产业化团队，形成了5项钢厂含锌粉尘多金属高值化梯级利用关键技术，创新性的实现了钢厂含锌粉尘回转窑工艺的长期顺行、多金属资源的高效增值化提取及全系统协同循环利用。5项关键技术如下： （1）回转窑处理含锌粉尘的长期顺行技术；（2）回转窑还原渣铁高效分离高值化利用技术；（3）火湿联合协同利用关键技术（4）次氧化锌硫酸法清洁浸出分离多元化高值化锌产品关键技术；（5）次氧化锌分步提取多种稀贵金属关键技术； 本项目在河北远大中正生物科技有限公司进行产业化，以含锌粉尘为原料年产一水硫酸锌45000 吨、粗铟7 吨、粗铋150 吨、粗锡30 吨、氯化钾2151 吨、氯化钠5877 吨、粗镉100 吨、精铁粉19000 吨、铅精矿3300 吨。生产系统回转窑烟气配有脱硫、脱硝装置和深度布袋除尘，排放大气中NOx、SO2和粉尘排放浓度优于钢铁行业超低排放标准，实现了生态生产。并在河北博泰环保科技有限公司和赤峰博大氧化锌有限公司推广应用，除了生产上述各类产品外，还生产氧化锌产品。

目前，国内进行高炉煤气脱硫的工程应用较少，在超低排放的要求下，钢铁企业迫切需要经济、易行的脱硫工艺。高炉煤气因其特殊性，不能直接套用现有传统脱硫技术，高炉煤气源头脱硫存在以下技术难点： （1）高炉煤气中的有机硫组分占比高且难以直接有效脱除。高炉煤气中的总硫含量约在60-160mg/Nm3之间，其中硫化氢占比在20%-40%之间，COS、CS2等有机硫占比在60%-80%之间，有机硫中COS占90%，其它有机硫组分占比较少。 （2）高炉煤气气量大、压力低。例如：1000m3级高炉产生的煤气量大约在220000 Nm3/h -350000 Nm3/h。高炉煤气经过TRT后压力＜20kpa。 （3）高炉煤气含水、含尘和Cl-离子。高炉煤气饱和温度较高，管输过程中随着温度下降会冷凝出大量水；在煤气布袋除尘运行状况较好的情况下含尘量仍有~10mg/m3；煤气中的Cl-离子对金属管道及设备具有较强腐蚀性，甚至会造成煤气脱硫所采用的催化剂中毒。 （4）高炉煤气脱硫装置对TRT发电效率的影响。无论高炉煤气脱硫装置布置在TRT前或者之后，若脱硫装置阻损过大将会直接导致TRT发电效率降低，从而导致脱硫装置的运行成本提高。 针对上述问题，中冶京诚工程技术有限公司在超低排放政策出台之前就预判到脱硫的技术发展方向，于2017年就开始对煤气脱硫技术路线进行研究和甄选，通过整合内外资源，历经两年多的研究，相继攻克了吸附材料、疏水抗尘、煤气温度调控、高效再生、解吸气处理、设备耐腐蚀等一系列技术难题，最终形成了系统性的高炉煤气源头脱除含硫、含氯杂质的成套技术和装备。

近几年，随着我国智能制造的快速发展，作为流程制造业的钢铁工业急需在智能化领域进行更深入的探索与实践；其中，多工序运行协同控制是智能制造的重要环节。在面对多品种、小批量、多规格、高质量、快节奏的生产要求时，因对生产工艺考虑不足，传统生产调度模型/系统很难达到令人满意的应用效果，故而钢铁企业对炼钢-连铸过程的多工序运行协同控制水平提出了更高的要求。 本项目针对多品种、小批量、多规格、高质量、快节奏等生产约束下生产计划与调度难的问题，首先对莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼钢厂物质流运行的时间参数进行系统解析，包括不同工况下炉次在各工序之间的作业时间和传搁时间等，在明晰物质流运行规律的基础上，充分考虑工艺、设备等多种约束因素，归纳总结适用于不同工况的生产调度规则库，优化生产运行模式；其次，应用生产调度规则库来指导调度模型的构建与求解，提高模型的可用性；再次，采用系统仿真的方法来探究车间平面布置、天车运行、钢包运转等因素对于物质流在多工序之间运行的作用机制，为调度模型及其求解算法的进一步完善提供指导；最后通过系统研究与流程运行相关的生产因素，提出多工序协同运行量化评价模型及评价参数，实现对炼钢厂多工序协同运行水平准确评价。 通过该项目的实施，莱钢银山型钢炼钢厂炼钢-连铸区段的生产运行节奏与有序性得到显著提高。项目获得授权发明专利2件、实用新型专利2件，登记计算机软件著作权1件，制定企业标准2项和形成企业技术秘密5项，发表国内外学术论文13篇。项目自2019年成功实施以来，共计创造经济效益14083.3万元。

本项目属于烧结环保领域。目前国内约有900台烧结机，仅26%企业有焦化厂，因此大部分烧结点火采用的是热值在6000KJ/m3以下的混合气。与采用焦炉煤点火相比，低热值煤气点火带来烧结表层点火质量差的问题，进而造成烧结内返矿高和强度低。为了保证点火质量，通常采用高含量煤气点火，这与当前烧结CO排放逐步成为环保关注点的背景相违背，值得关注并急需解决。 为了改善低热值煤气点火质量，降低烧结机头废气中CO含量，项目组围绕中天180m2烧结机，开展了低热值煤气富氧点火工艺仿真和试验等研究。项目通过开展产学研合作研究，攻克了烧结低热值煤气富氧点火的基本理论、工艺制度等关键技术，研发了富氧点火工艺及装备，明确了富氧点火对烧结产质量和废气排放的影响规律。项目取得创新成果如下： 1）提出了基于富氧燃烧的低热值燃气烧结点火方法。系统研究了富氧对低热值燃气反应特性、燃气预混燃烧过程的影响规律，形成了基于富氧燃烧的低热值燃气烧结点火基础理论，为低热值燃气点火工艺和装备的开发提供了新途径和理论依据。 2)研发了低热值燃气富氧点系统及关键装备技术。开发了基于钝体扰流的空氧气逆流混合器，实现了大流量差和大压力差下的空氧气高效混合；研制了分区梯级富氧点火系统，实现了点火炉分区域的富氧浓度调节；开发了基于分级调节的氧气流量精准控制技术，实现了富氧点火过程的精准控制；形成低热值燃气富氧点火成套装备及控制方法，为富氧点火技术的工业化应用提供了系统解决方案。 3）探明了富氧点火对低热值煤气点火烧结CO减排的积极作用，即富氧点火提高了炉膛内煤气的燃尽程度从而减少未燃煤气中CO进入料层，以及因富氧而提高氧含量、温度的废气提升了料层表层内固体燃料的燃烧效率，减少了CO的生成，二者共同作用实现了烧结CO减排10%。 在中天钢铁180m2烧结实施本工艺后，煤气消耗降低10%，点火温度升高30℃，表层结矿强度提高2.27%，内返降低1%，上料量提高5t/h，吨矿效益在1.2元/t水平。富氧可促进炉膛煤气和料层表层料中固体燃料的充分燃烧，从而降低机头风箱烟气中的CO 浓度，贡献整体废气CO减排10%。富氧点火后固体燃耗降低1kg/t。项目获专利7项，发表论文6篇。本项目对于全国70%多不配套焦化而采用低热值煤气点火的烧结有借鉴意义和推广价值，在改善烧结矿产质量的同时促进CO减排。

本技术前后历经近10年研究工作，在国家自然科学基金项目（No.51474021）的资助下完成基础研究，在邹平魏桥再生资源利用有限公司等的支持下完成扩大试验和工业试验，并相继在广西柳州钢铁集团有限公司、山东莱钢永锋钢铁有限公司等企业的炼钢流程中推广应用。

“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。