首钢集团于1992年成功收购秘鲁铁矿股份有限公司（以下简称首钢秘铁），并拥有其所属670.7平方公里矿区的永久开采权、勘探权和经营权，是迄今为止我国海外铁矿投资最成功的案例。矿区探明铁矿资源储量达22.17亿t，还蕴藏有大量的铜、铅、锌等多种伴生有价金属矿产资源。2018年建成的首钢秘铁新区选矿厂是“一带一路”落地南美洲的首个项目，年产铁精矿1000万吨。 随着矿山开采范围的扩展，以14#矿体（储量1.3亿吨）为代表的高锌高硫难选磁铁矿矿体已进入实质性开发阶段，矿石中锌硫载体矿物种类多、嵌布粒度微细、共生关系复杂，导致铁精矿深度降锌降硫难度大，由于该类矿石缺少铁精矿高效除杂技术，生产铁精矿中锌硫等杂质含量高，产品积压滞销，严重影响企业经济效益。如果这些高锌高硫原生磁铁矿矿体得不到技术支撑进行有效处理，将导致储量达1.3亿吨（价值95亿元人民币）铁矿资源的浪费。 为开发利用好秘铁复杂共伴生铜铅锌原生磁铁矿资源，长沙矿冶研究院与首钢秘鲁铁矿股份有限公司联合从铁精矿降锌脱硫和伴生铜铅锌金属综合回收两个方面开展科技攻关。

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。

钢坯表面高质量清理技术是高附加值钢材质量提升的关键技术之一。钢坯表面清理技术主要包括：自动火焰清理、人工火焰清理、人工修磨和抛喷丸清理等。相比传统机械清理技术所带来的低效率和作业环境恶劣，劳动强度大等不足；自动火焰清理具有清理质量高、生产效率高和劳动强度小等优点。但由于国内技术开发较晚，受限于国外的牵制，导致进口火焰清理设备维修周期过长且无法受我国钢铁企业自我把控，进而导致板坯清理生产效率及板坯生产受到严重影响。因此，开发具有自主知识产权的火焰清理机及成套装备对提高我国钢铁企业的自主研发地位和生产效率具有重要意义。该项目针对高表面质量要求的精品钢生产进行创新性研究，开发出连铸板坯火焰清理机成套装备。

金属线材制品是指以金属线材为原料，经过拉拔或冷轧等方式加工成的金属丝以及用丝进一步加工成的产品，具有强度高、抗松弛及蠕变能力强、疲劳寿命长、耐蚀及耐磨性能好、可在各种恶劣环境下长期工作等特点，是典型的高效钢材，广泛应用于国民经济中高速铁路、路桥建设、海洋工程、汽车、矿山、码头等诸多领域，具有无可替代的地位。长期以来，国际金属线材制品强国主要包括日本、德国、比利时、英国、美国和意大利等国家，他们以基础研究为支撑开发出一系列性能指标处于全球先进行列的高性能线材制品，同时通过装备的智能化实现低能耗和高效率的生产。相比之下，我国金属线材制品产业水平整体大而不强，缺乏全球竞争力。 本项目自2007年开始，依托一系列国家和省级重点科技计划项目，以珠光体组织强韧化机理的理论研究为突破口，并集中力量突破一批产业关键共性技术，开发出一系列高性能特种金属线材制品并完成产业化，抢占国际竞争的制高点。

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。

我国已经具备国际领先的钢铁冶金生产装备，然而国内一些关键钢材质量和稳定性与国外领先水平仍有较大差距，一些关键钢种还无法实现自主生产，其重要原因之一就是我国在冶金热力学和动力学软件开发领域与国际先进水平存在明显差距，主要存在如下局限性： （1）我国到目前为止还没有一个具有自主知识产权的冶金相关热力学和动力学软件，开发一款属于中国冶金热力学和动力学计算软件已经非常急迫。 （2）我国在复杂冶金反应过程中热力学和动力学耦合计算方法方面研究较少，国外计算软件中包含了先进计算方法但不完全公开，制约了我国相关研究发展。 （3）我国没有建立完整的冶金反应器过程中相关热力学和动力学数据库，国外计算软件中整合了大量相关热力学和动力学数据，并通过多种方法对其进行优化选择，但是这些数据库都完全保密，且购买使用权价格昂贵，制约了我国相关研究发展。 （4）当前已有国外软件的热力学数据库部分参数仍存在争议，例如镁、钙和稀土等强脱氧合金元素，软件计算结果与实际试验结果存在一定的偏差，需要对其热力学数据进行补充和更新。 （5）当前已有国外软件应用领域范围太广，大多不是专门针对钢铁冶金领域，很多冶金反应过程缺少针对性、无法实现。因此，有必要开发一款具有我国自主知识产权的洁净钢冶金热力学和动力学相关计算软件平台，为我国钢铁材料的洁净化和精准化水平提升坚实基础。

国内外很早就认识到镁在钢中的良好作用。镁加入钢中能降低氧化铝夹杂物尺寸，减少Ⅱ类硫化物数量；镁可以提高钢的低温冲击功、冷脆转变温度和断裂韧性；镁还有净化晶界、改善碳化物分布、提高钢等轴晶率的良好效果。尽管如此，镁处理技术迟迟未能工业化推广和应用，主要原因是：①金属镁熔点、沸点低，蒸气压高（1873K时，蒸气压为2238kPa），加入钢液会迅速气化，收得率极低；②部分钢企对钢液加镁存在认识误区，认定生成的尖晶石对钢种有害，却没有考虑夹杂物尺寸减小带来的巨大冶金优势；③钢的镁处理技术被日本等少数国家垄断，如新日铁HTUFF技术，日本爱知制钢开发的镁处理无铅易切削钢新产品等。 为此，开发具有自主知识产权的钢液镁处理新技术，研制高效、洁净、低成本洁净钢新产品，大幅提升产品性能和附加值，为我国钢铁制造的绿色、可持续化发展提供技术支撑，助力我国洁净钢制造水平的提升。

本项目成果建立原子团簇与宏观性能跨尺度关联模型，发明了铁基纳米晶合金新成分、开发具有自主知识产权的宽幅超薄铁基纳米晶带材及连续化制造技术以及其应用技术，填补了宽幅超薄纳米晶带材及连续化制造技术的空白，建成了国际首条4000吨/年的生产线，生产效率显著提高，制造成本降低40%以上，纳米晶带材、铁芯及器件性能达到国际领先水平。

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。

首钢秘鲁铁矿（简称秘铁）是我国首个在南美投资铁矿资源最早、最成功的典型，同时秘鲁也是我国在南美洲推行“一带一路”建设的主要国家。随着秘铁矿山开采范围的扩展，高硫、高锌难选磁铁矿石已进入实质性开发阶段，由于缺少铁精矿高效降杂技术，导致铁精矿中锌硫等杂质含量高，产品积压滞销，严重影响企业经济效益。针对这一问题，2015年以来，长沙矿冶研究院与首钢秘铁密切合作，从基础理论、关键技术、工程化应用方面开展系统研究，在铁精矿深度除杂、海水体系下复杂共伴生铜铅锌多金属高效富集与分离、高浊度选矿废水高效澄清回用等关键技术取得了重大突破，以研究成果为支撑建成了现代化大型节能选矿厂。本项目主要特点如下： （1）基于化学清洗与定向氧化协同作用原理，重构矿物表面，开发了多活化功能耦合协同的广谱活化剂CYA-29，开发了极细粒锌、硫载体矿物多矿相同步活化技术，解决了铁精矿深度除杂技术难题。首钢秘铁新区选矿厂2019年1月至2020年底累计生产品位TFe70.8%、Zn0.018%、S0.08%、SiO20.5%的高纯铁精矿1205万吨。 （2）基于铜铅锌复杂硫化矿界面亲水/疏水精确调控，研发出耐盐型抑制剂CYZ-10，开发了海水体系下铜铅锌同步浮选、异步失活-选择性抑制浮选技术，工业应用获得铜精矿品位Cu 20%、Cu回收率68%，锌精矿品位Zn 40%、Zn回收率67%的技术指标，实现了伴生铜铅锌多金属的综合利用。 （3）基于有机聚合物混凝剂在固体悬浮物表面的电性吸附及絮凝剂分子对聚团的“桥联”效应，开发了高浊度选矿废水快速澄清净化技术，实现了选矿废水100%回用，对选矿技术指标无不良影响，回水成本为0.5美元/吨精矿。 （4）超细碎-高效预选短流程、铁精矿深度除杂、智能控制等节能绿色高效技术的集成创新，建成了年产1000万吨高纯铁精矿的大型现代化选矿厂。 本项目通过实施上述成套关键技术，盘活了首钢秘鲁铁矿14#矿体（1.3亿吨）高硫高锌难选磁铁矿资源，生产出高纯铁精矿，综合利用了伴生铜铅锌资源。在用技术优势和产品质量优势助力“一带一路”国家战略、提升国际形象等方面起到了重要作用，为国内外高硫、高锌复杂难选铁矿石高值化利用提供了示范，具有很好的推广应用价值。