主要研究内容包括：①气-固-液多相高效上升管换热器的研制与换热强化；②导热油负压脱苯工艺及其传热传质强化；③导热油回收上升管系统网络建模；④能量流网络智能化控制优化设计。 本项目通过低碳洁净能源流网络的构建，变革现有上升管余热的回收方式与焦化余热的利用方式，大幅降低焦化系统能耗、减少焦化过程CO2排放、推动焦化工艺技术进步；为焦化企业创造更好的经济效益和社会效益，加速实现焦化企业可持续发展、绿色转型升级和“双碳”奋斗目标。

目前冶金、焦化行业用于焦炉煤气脱硫脱氰的主流工艺。但该脱硫工艺长期以来存在以下问题： 1、脱硫副产硫磺纯度低（通常含有焦油、萘、煤粉、焦粉等多种杂质，纯度一般仅能达到90%左右。），市场销售困难，甚至补贴销售，导致焦炉煤气脱硫后硫资源无法有效回收利用，造成资源浪废并固废产生二次污染； 2、脱硫过程产生的含有硫氰酸铵、硫代硫酸铵等副盐的脱硫废液缺乏有效的处理工艺。多数厂采用提盐工艺提取硫氰酸铵及硫代硫酸铵粗盐产品，但市场容量小，产品滞销。同时，提盐工艺操作现场环境污染及设备腐蚀严重。 3、煤气脱硫系统副盐浓度高，影响焦炉煤气脱硫脱氰效率，对钢铁联合企业下游煤气用户及环保造成较大危害，并增加二次脱硫成本。 因此，研发环境友好、资源节约、能够有效处理焦炉煤气氨法湿式催化氧化脱硫工艺副产低纯度硫磺及脱硫废液的新的工艺技术及装备，对于改进、提升国内焦炉煤气脱硫脱氰工艺技术水平，推动钢铁冶金及焦化行业技术进步，实现行业节能减排及发展绿色循环经济具有重要的意义。 中冶焦耐在国内自主研发成功了焦炉煤气氨法湿式氧化脱硫工艺副产低纯硫磺及脱硫废液制酸工艺，2017年8月在南钢焦化成功建成投产，并获得2021年冶金科技进步奖。

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。

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。

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。

首钢从资源、环境、技术和经济多方面综合衡量，将炼铁工艺流程配置创新升级为“3座5500m3高炉+3台504m2带式焙烧机+2台500m2烧结机”（简称“3+3+2”），传统三元炉料结构调整为“熔剂性球团矿+酸性球团矿+高碱度烧结矿+块矿”四元炉料结构，是一项可填补国内空白兼具行业特色示范性工程，被列为国家“十三五”钢铁流程绿色化关键技术中的重大突破性技术之一。 该项目创新点有： 创新点一： 从低碳清洁和经济性出发，创新配置了“3座5500m3高炉+3台504m2带焙机+2台500m2烧结机”（简称“3+3+2”）的炼铁工艺流程，通过球团矿质量和综合炉料冶金性能的融合研究，确定了“35%碱性球+20%酸性球+40%烧结矿+5%块矿”的差异化炉料结构，填补了国内行业的空白。 创新点二： 研究了不同炉料及装料顺序对炉料分布和透气性、膨胀性能的影响，提出并设计了适用于高比例球团冶炼的并罐布料装置、炉身角度及合适的高径比，有效解决高比例球团冶炼时布料偏析、炉料膨胀影响等难题，为超大型高炉高比例球团稳定冶炼创造了有利条件。 创新点三： 提出了与高比例球团冶炼相匹配的煤气控制技术，形成了以压差为目标、以炉腹煤气指数为纽带、以高富氧高顶压高风温鼓风加湿为路径的超大型高炉高比例球团冶炼技术体系，实现了低碳高效稳定运行。 创新点四： 开发了原料工序通过单拱全球最大跨度的料场封闭技术、高炉炉顶煤气全量回收系统、烧结烟气循环工艺，烧结球团工序实施半干法+SCR脱硫脱硝技术，实现了京唐铁前工序的清洁生产，CO2排放降低10%，SO2、NOx等污染物排放降低15%以上。 项目共取得专利9项、论文4篇。 自2019年6月全面实施50%以上高球团比例的冶炼，实现了3座5500m3高炉50%球团比例的高效稳定运行，平均利用系数达到2.3t/（m3•d）以上，月均日产量最高达到39000t，其中3高炉连续五个月平均日产12820t，平均渣比降低到213kg/THM，平均燃料比达到468kg/THM。最高月均日产量达到13198t，最低月均燃料比463kg/t、最低月均渣比206kg/t。工序能耗最低实现了440kgce，较基准期降低了20 kgce/t以上，取得了良好的效果。项目经济效益约1.5亿元。CO2减排10% ；颗粒物、SO2和NOx污染物减排24%，CO减排33%；高炉渣减排30%。

焦炉在炼焦过程中，产生大量的余热，其他余热基本都回收利用，只有高温荒煤气带出约36%热量，由于受上升管工艺要求、高温环境、腐蚀性介质、烟尘、上升管材质结构等影响，关键技术没有突破，仍未有成熟、可靠、稳定的回收技术得到工业化应用。不仅浪费了荒煤气热能，而且增加了水、电等宝贵资源、能源的浪费和环境污染。 江苏龙冶首创具有纳米自洁涂层的高效、可靠、稳定的焦炉荒煤气上升管换热装备和成套余热回收技术，形成系统技术集成，实现余热回收系统安全、环保、长寿和高效运行。 该项技术在福建三钢、武钢焦化、山钢日照等多家焦化企业成功应用，已投产运行十八套装置，多个项目已运行近三年，最长运行时间已六年半以上。上升管余热回收已成为新建焦炉的标配，推广应用前景广阔，节能减排和经济效益显著。

本项目属烧结技术领域。 新常态下我国钢铁工业逐渐向减量、均质、绿色智能发展，提高烧结矿质量，减少工序能耗和污染物排放，已成为行业追求的目标。提高烧结矿质量主要是生产均质烧结矿，其关键是形成一种理想的烧结混合料结构，能使空气的流动、热量的产生以及固体物料的熔化在料层任何一处都能均衡地进行，因此要求混合料透气性均匀、热量均匀和适当的液相反应。 然而随着烧结系统大型化和矿石资源品质劣化，完善均质烧结存在如下技术难题：1）传统的“依据铁矿石资源量、化学成分及成本”的一般配矿水平难以满足生产优质烧结矿的需要；2）烧结机大型化后料面加宽，台车料面宽度的点火、风量均匀性发展难以控制，烧结横向均匀性差；3）现有的点火装备难以实现低耗、高效的点火要求；4）通过有效的信息反馈对烧结过程复杂的固液相反应进行预判和靠前调整。 为解决以上难题，马钢遵循源头绿色生态设计的原则，以300-360㎡烧结机为载体，从配矿、料层结构、点火控制及烧结过程热量方面进行了立体调优提质技术研究，并突破了关键工艺技术，实现了生产应用。项目具有如下特点：1）提出并利用基于铁矿石液相生成能力的烧结配矿方法，指导铁矿石的使用和烧结优化配矿，有利于烧结矿质量的稳定；2）开发了基于差异布料、均质点火和风量均匀分配的横向均匀烧结调控技术，烧结横向均匀性连续数值化可评价；3）大空间分区域独立控制与全方位立体监控相结合，安全均匀稳定喷加焦炉煤气，烧结过程热量调优；4）提出并实施一种低耗节能和点火均匀性双提升的点火装备及工艺技术。 通过项目的实施，授权国家发明专利8项、实用新型2项，总体水平达到国内领先。应用后技术指标进步，节能效果明显。近三年，马钢应用该技术，烧结综合成品率由成果实施前三年平均值60.67%提高至68.8%，固体燃耗由62.71kg/t下降至52.86kg/t，烧结工序能耗明显低于国内先进(冠军)机。累计增收节支总额16237万元，年增收节支总额5412万元，分别降低CO2、SO2排放量2.9万t/年、86t/年。 基于绿色生态设计的大型烧结机立体调优提质技术改善了烧结立体均匀性，实现了烧结提质降耗，同时促进了关键点火工艺装备技术进步，减少了CO2、SO2等污染物的排放，改善环境。该技术在促进我国钢铁工业向“减量、均质、绿色智能”发展方面发挥了较好的典范引领作用，具有较为广阔的推广前景。

本标准第一版为“工艺设计规范”于2008年发布，修订后的第二版改为了“高炉炼铁工艺设计规范”于2015年发布。为建立本标准的理论基础和便于推广应用，专门编写了专著“高炉设计---炼铁工艺设计理论与实践”，随标准的发布也编写了两个版次，受到广大炼铁工作者的欢迎。2008年，全国生铁产量4.69亿吨，平均燃料比565kg/t；2015年，生铁产量6.96亿吨，平均燃料比533.5kg/t；2019年，生铁产量8.09亿吨，平均燃料比528.4kg/t。本标准作为高炉工程的设计规范促进了炼铁行业的可持续发展，对炼铁产量的提升和燃料比的降低发挥了重要的推动作用，为推动我国炼铁行业的可持续发展和节能减排，做出了巨大的贡献。 本标准规定了高炉工程设计的指导思想和技术方针，规定了包括原燃料的技术指标、总图运输、矿焦槽及上料系统、炉顶、炉体、风口平均及出铁场、热风炉、渣铁处理、煤粉制备及喷吹、高炉鼓风、高炉煤气净化及余压利用、电气及自动化、给排水、采暖通风、节能及介质管线、检化验、安全环保等高炉工程所涉及的全部工程范围的设计规范，从可持续发展、高效低耗、节能减排、循环经济、安全环保等角度，首次全面建立了高炉工程完整的设计规范，首次结合新理论体系和设计体系，为高炉工程提供了全方位规范设计和建设依据。

本课题立足河钢承钢现有产线，围绕影响直接轧制的主要因素，因地制宜，以解决影响直接轧制的关键问题为切入点，通过理论研究指导技术方案的制定和技术改造的实施，成功开发了棒线材直接轧制负能制造技术，建立了棒线材负能化直接轧制的理论体系，形成具有自主知识产权的专利技术，探索了智能化在直接轧制工艺中的应用，提高了生产效率，大幅降低了生产成本，实现了全流程负能制造。（1）通过研究铸坯拉速与表面温度的关系，建立了数据模型，开发了小半径（R7m）方坯连铸机高拉速生产集成技术，优化冷却模型，确保铸坯切后温度达到1050℃以上，奠定了直接轧制温度基础；（2）建立铸坯直接输送通道，自主开发了全程保温技术、铸坯快速输送技术，确保高温铸坯过程温降低于20℃/min，50s内快速输送至轧机，成功建成了示范产线，轧钢工序能耗降低至10.55kgce/t，降幅达78.6%；全流程工序能耗-13.49kgce/t，实现了全流程负能制造；（3）开发了铸坯头部温度补偿技术，通过智能补温缩小头尾温差，实现了钢材头尾性能差稳定控制在15MPa以内，稳定产品质量；（4）自主开发了智能化出坯直送控制系统、全流程自动跟踪系统，大幅提升棒材产线智能化水平，为新建棒材产线或行业内传统棒材产线的升级改造提供解决方案。项目授权实用新型专利1项；项目受理专利5项，其中发明专利3项、实用新型专利2项；授权软件著作权2项，发表学术论文7篇。 本项目投产至今，累计生产86.5万吨，创效3460万元。 直轧示范线炼钢工序能耗-24.24kgce/t（回收蒸汽和煤气与工序电耗的差值），轧钢工序能耗10.94kgce/t，炼钢-轧钢工序能耗-13.3kgce/t，炼钢-轧制全过程吨钢能耗小于零，实现负能制造。直轧改造前，轧线工序能耗≥41kgce/t，改造后轧钢系统工序能耗为≤10.94kgce/t，能耗降低值≥30kgce/t。累计节约能耗折合3万吨标准煤，按照每吨标准煤排放二氧化碳2.6t、排放二氧化硫8.5kg计算可减排二氧化碳7万吨以上，二氧化硫240吨以上。