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。

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。

随着我国包装产业转型发展，国家提出了适度包装，用材节约的新要求。镀锡板作为主要的金属包装材料，占金属包装成本的60~80%。因此，镀锡板厚度与锡层减薄对于包装行业绿色发展具有重大意义。 为了实现镀锡板产品厚度和镀层减薄，本项目研究了超薄镀锡板冶炼、连铸、酸连轧、连退在线二次冷轧及超薄镀层电镀等关键工艺控制技术，攻克了镀锡板连铸高拉速、超薄带酸连轧高速卷取穿带、连退在线二次冷轧、超薄镀层耐蚀性等诸多难题，最终在首钢京唐公司实现了超薄厚度，超薄镀层镀锡板产品高效生产，取得良好的技术经济指标。 项目的创新点主要有： （1）研发出超薄镀锡板洁净钢冶炼及高效连铸技术，提出钢包渣改质、中包气幕、新型浸入式水口的新方法，降低结晶器液位波动，实现夹杂物尺寸显著降低，中包平均T.O含量≤11.7 ppm，连铸拉速1.7 m/min的国际领先指标； （2）开发出超薄镀锡板酸连轧高速稳定穿带及高精度板形控制技术，解决了超薄带高速卷取穿带及板形控制难题，实现酸连轧0.12 mm超薄带稳定、批量生产的国际领先指标，板形质量显著提高（2~4 IU）； （3）开发出连退在线二次冷轧高效稳定生产技术，解决了连退在线二次冷轧稳定性和炉区高速通板难题，实现DR材在线批量稳定生产，“连退+二次冷轧”生产周期大幅度降低至0.6 h； （4）发明了超薄镀层无铬钝化装备及电镀成套技术，阐明了传统助熔剂对超薄镀层均匀性的影响规律，解决了超薄镀层过合金化和耐蚀性难题，镀锡生产效率显著提高，最薄镀锡量降到0.5 g/m2（镀层厚约0.07 μm）。 该项目近三年累计实现镀锡板供货140余万吨，经济社会效益及环境效益显著，对降低金属包装材料消耗，实现绿色化、高效化发展起到了重要的示范作用。

本项目属于钢铁冶金学科中的炼钢、连铸技术领域。 按照国家可持续发展的战略要求及集团的整体布局，将承德建龙打造成全球能源用钢的引领者，成立《高品质连铸大圆坯生产关键技术及高端产品研发》项目组，通过不断的技术创新，产品综合质量水平大幅提升，客户档次不断升级，品种结构大幅改善，在相关细分高端用钢领域成为主要的供应商。已为维斯塔斯、西门子、斯伦贝谢、瓦卢瑞克、南高齿、天津钢管等国际国内一流公司稳定供货并形成战略合作。近三年共生产连铸圆坯358万吨，其中φ350~600mm的高品质级别钢材大圆坯产品产量167万吨，圆坯市场占有率连续多年全国第一，取得了明显的经济及社会效益，吨钢盈利能力位居国内前列。 为了充分利用钒钛资源的综合效益优势，必须要攻克高磷、硫钒钛磁铁矿冶炼高洁净钢的技术难点，同时解决连铸大圆坯纯净度、偏析和中心裂纹等问题，满足高端客户对质量的需求，项目主要内容及特点如下： （1）采用“钒渣低钙提钒”、“半钢水KR脱硫”、“半钢补热”等关键技术，达到脱硫后半钢水硫含量≤0.005%，转炉终点磷含量≤0.003%；同时开发了提钒转炉长寿命技术、转炉氧氮气体混吹提钒技术，实现了钒、铬资源的高效利用。 （2）开发了不同品种的专用精炼渣系、钢中低Ti、低Ca控制技术、钢包水口控制吹氩+中包气氛保护+整体水口浇注的连铸保护浇注系统集成技术，结合多孔水口创新设计，实现风电偏航变桨轴承钢、石油阀体钢非金属夹杂物D类、Ds类≤1.0级，耐腐蚀抗硫管线钢非金属夹杂物A类≤0.5级、B类≤1.0级。 （3）开发了“结晶器、末端电磁搅拌+连铸坯超缓冷处理”集成技术，实现了风电轴承、石油阀体等中碳铬钼钢连铸坯横截面碳极差≤0.045%。 （4）开发了高纯净、抗硫化氢腐蚀管线钢；国内首家生产出满足API新标准（API SPECIFICATION 6A-2018, 21st EDITION）的高端石油阀体用连铸圆坯，实现稳定供货，替代了传统钢锭和电渣锭；实现了风电法兰S355NL钢屈服强度≥345MPa（锻件厚度≥150mm），-50℃冲击韧性≥120J；风电轴承达到了使用寿命≥30年所需的国际先进质量指标。 近三年新增产值621455万元，利税246014万元。获批专利16件，其中发明专利9件，发表论文16篇，参与制定石油阀体团体标准1项。

长期以来，国内转炉技术更多借鉴国内外经验做应用优化，对转炉冶炼规律缺乏系统、针对性的研究，导致单工位单体技术和流程衔接技术开发不完善。更多的是单体工艺的优化或实验，被迫采用保守的冶炼工艺。尤其是大型转炉，其冶炼效率、洁净度水平直接影响了冶炼流程的低成本、高效率、洁净度、产品质量稳定性及节能环保状况，被迫采用较低复吹强度：顶吹强度 3.5Nm3 /t.min 以内，底吹强度0.06Nm3 /t.min 以内，冶炼时间长，冶炼终点氧含量高，炉渣氧化性和渣量大，有效复吹寿命小于 4000 炉，不能实现高洁净钢的稳定高效生产，已经成为我国钢铁行业转型升级时期炼钢水平和绿色化智能化进一步发展的限制性环节。

长期以来，国内转炉技术更多借鉴国内外经验做应用优化，对转炉冶炼规律缺乏系统、针对性的研究，导致单工位单体技术和流程衔接技术开发不完善。更多的是单体工艺的优化或实验，被迫采用保守的冶炼工艺。尤其是大型转炉，其冶炼效率、洁净度水平直接影响了冶炼流程的低成本、高效率、洁净度、产品质量稳定性及节能环保状况，被迫采用较低复吹强度：顶吹强度3.5Nm3/t.min以内，底吹强度0.06Nm3/t.min以内，冶炼时间长，冶炼终点氧含量高，炉渣氧化性和渣量大，有效复吹寿命小于4000炉，不能实现高洁净钢的稳定高效生产，已经成为我国钢铁行业转型升级时期炼钢水平和绿色化智能化进一步发展的限制性环节。 本技术解决了高洁净钢冶炼过程效率低、耗散大、不稳定、转炉有效复吹寿命低等世界难题，建立了转炉洁净钢高效、绿色、低成本、长寿、稳定生产的多目标高效协同体系。

通过与高效复吹工艺相结合，实现转炉冶炼前期高效脱磷并实现脱磷渣倒出；完成转炉后期少渣、高效脱碳冶炼；促成转炉低成本、高效化、稳定性洁净钢生产。主要内容包括高效复吹技术；前期高效脱磷技术；后期少渣脱碳炼钢技术。

本项目是大型钢铁企业、科研院所、检测机构等急需的产品。现在钢铁行业主要面临以下情况：利润需求：钢铁行业进入微利时代，高品质洁净钢具有更高附加值，成为钢铁企业发展的方向。 生产工艺：洁净钢技术研究及其生产工艺控制技术目前已经成为各钢铁企业的重要课题。减少钢中的杂质。而控制杂质的关键需要准确和快速的测定钢中夹杂物，并优化相应的炼钢工艺。由GPU计算工作群通过软件控制系统实现对高精密数控工作台、显微照相矩阵系统和激光光谱仪的精确控制，同时通过数据处理系统完成数据的采集和分析工作。

钢液加镁可以生成尺寸细小、分布弥散的尖晶石，尖晶石常被MnS-MgS包裹，具有一定的变形能力，从而改善了钢的性能。钢中加镁还能促进Ⅱ类硫化物转变为Ⅲ类硫化物。但金属镁比重轻，极其活泼，且蒸气压极高，加入钢液非常困难，制约了镁在钢中的大规模应用。此外，镁在不同钢种的作用机理还不明确，对某些特殊钢种（如轴承钢、硅钢等），钢液加镁的风险尚未系统评估。苏州大学与宝钢股份合作实施了“镁洁净钢新产品开发与技术集成”项目。其技术原理是：开发炼钢用镁合金包芯线，实现了镁向钢中高效、安全、稳定加入；开发适合梅钢炼钢产线的钢液镁处理新工艺和新品种；开发镁-钛协同夹杂物控制新技术，改善钢的凝固组织；开发以镁部分代替Nb、Ti、Mn的新方法，降低生产成本；形成钢液镁处理新技术集成，并实现工业化稳定应用。项目实现了如下目标： 1）乘用车车轮钢平均氧含量从18ppm降低至12ppm，夹杂物尺寸细小、分布弥散，车轮钢高周疲劳寿命从106增加至107；同类钢种的疲劳寿命在国内钢企中处于领先水平； 2）镁处理后，低碳微合金钢中Nb可以降低0.01%，Mn可以降低0.1%，吨钢降低成本10元以上； 3）镁处理后，含钛包晶钢的高温热塑性（700-900℃内断面收缩率）从20%提高到60%以上，包晶钢板坯角部质量显著改善。钢的高温热塑性接近新日铁-住金SSC技术获得的高温热塑性值（断面收缩率超过60%）； 4）镁处理后，430铁素体不锈钢等轴晶比例由37%提高到89%，443铁素体不锈钢等轴晶比例高达100%。比较新日铁生产的430不锈钢平均等轴晶率仅为60%。 该成果已经在上海梅山钢铁股份有限公司工业化应用，共涉及两大类钢种，共生产新产品73.77万吨。采用新技术后，低碳微合金钢力学性能显著提升，降低了合金成本；含钛包晶钢板坯质量显著改善，成品热卷废次降降低减少的质量损失。板坯角部裂纹减少，基本取消下线和清理，实现板坯热送，减少了能源消耗。新技术应用产生的直接经济效益6920万元/年，之前因夹杂物控制不稳定引起的乘用车车轮钢用户质量异议基本消除，困扰含钛包晶钢板坯裂纹缺陷的问题也基本得到解决，梅钢产品质量获得用户的极高评价。项目申请国家发明专利14项（授权3项），发表论文11篇。新技术还将在高强钢、管线钢、汽车板钢、不锈钢上推广应用，具有极好的应用前景，是洁净钢生产中一项重要的创新性成果。