这些年，在烧结工艺不断完善的背景下，进一步提产的空间不大。如果烧结面积和风机大小不变，则提高烧结效率即提产的关键在于提高烧结料层的透气性和优化料层的风量分布。对于料层透气性，提出了返矿分流工艺来进一步提高料层透气性。传统上烧结返矿均经过配料室、一混和二混的工艺流程。21世纪初，针对矿粉资源粒度的细化，日本东北大学葛西荣辉提出了镶嵌烧结的概念，以此提高料层的透气性，但是由于镶嵌物质强度等原因，该理念一直未能工业化。2008年后日本住友（现属于新日铁）开始逐步实施了返矿镶嵌工艺。项目组对该工艺跟踪和调研后，认为其在两方面可进一步优化，以进一步提高烧结效率和改善质量，一是其返矿镶嵌的粒度不易控制，二是镶嵌的返矿粒级偏细。 对于烧结风量分布，除了长期存在的烧结机漏风高的问题，前人对于烧结机长度方向，即前、中、后区域的适宜风量分布未有充分研究，关于烧结机宽度方向风量不匹配问题的研究也较少。烧结靠燃料与风的反应来进行，如何通过强化措施优化风量分布，对于烧结提产降耗有重要意义。 基于中天钢铁烧结自身，提高烧结矿产量、减少外购球团矿配比，从而降低高炉炉料成本一直是近几年工作的目标。在这个背景下，项目组围绕烧结返矿分流和风量优化开展了一系列攻关研究。在攻关前，北区180m2烧结的上料量（不含内返矿）在280t/h水平，折算系数在1.55水平，期望通过技术攻关，上料量能在325t/h，折算系数能提到1.8水平，提产15%以上；预计北区180m2双机通过技术创新实现烧结矿年增产57万吨，替代外购高价球团矿的效益显著。

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。

钢铁工业是国民经济的支柱产业，也是污染物和碳排放重点行业，根据研究报告我国钢铁行业二氧化碳排放占全国总量的16%左右。在国家“双碳”目标及十四五“更趋严格的能耗”要求下，钢铁行业低碳绿色发展越显重要。我国钢铁工艺主要以高炉+转炉长流程冶炼为主，长流程钢占比90%，而长流程的吨钢CO2排放在1.8~2.2t，二氧化硫、颗粒物、氮氧化物等污染物排放0.7kg/t以上，其中高炉炼铁系统的污染物排放占90%以上，CO2排放占85%以上，所以高炉炼铁系统的节能减排对钢铁工业低碳绿色化发展意义重大。 我国高炉炼铁炉料结构主要以烧结矿为主，烧结矿平均入炉比例在70%以上，但烧结工艺普遍存在工序能耗高、烟气和污染物排放量大等问题，对炼铁系统的污染物和碳排放影响较大。球团工艺的能耗和污染物排放仅为烧结工序的50%以下，CO2排放为烧结的30%左右，所以用球团替代烧结，提高球团矿在高炉炼铁中的使用比例有利于降低炼铁系统的污染物和碳排放。

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。

本课题以钒钛磁铁矿高效综合利用为目标，从钒钛矿烧结配矿、高炉冶炼、转炉提钒、五氧化二钒制取到钒氮合金制备，开展钒氮合金全产业链生产关键技术研发及产业化应用集成. 主要创新点 1、高碱度钒钛矿烧结技术研究与应用，有效提高了烧结矿中铁酸钙占比，优化了高炉渣系，保障了高炉冶炼过程稳定顺行，工序钒回收率达到93.5％。 2.钒钛球团配加海砂矿比例突破性达到25％，不但降低生产成本而且增加了系统钒投入，同时为钒钛冶炼海砂矿应用推广起到示范作用。 3. 提钒转炉供氧制度、冷却制度以及底吹系统的优化将钒的氧化率提高至92.68％；聚渣剂的使用、滑动挡渣技术及缩小出钢口径等措施将钒渣流失率控制在10.46％ 。氧化率提升及钒渣流失率降低将工序钒回收率提高至81.0％，达到国内先进水平。 4. 钒渣溅渣护炉技术、低温烧结补炉料补炉技术、生铁块及钒渣补炉技术的研发与应用，将提钒转炉炉龄提高至13820炉次，远高于国内其他提钒转炉8000～10000炉次。 5.原料细磨技术应用将钒渣钠化焙烧工序钒收得率提升1.5％；五氧化二钒熔化－闪蒸技术应用又将钒收得率提升1.02％，为国内首创。 6. 在V2O5碳化还原氮化制备钒氮合金机理与工艺研究基础上，建成国内主体最长（46米）双道推板窑钒氮合金生产线，并稳定量产VN19合金，填补了黑龙江省内钒氮合金深加工技术空白。 黑龙江建龙钢铁有限公司钒氮合金厂已成功研制出VN16、VN19两种牌号的钒氮合金。4条双道式推板窑每月产量为400吨，较设计产量超出35吨，其中生产的VN16牌号符合国家标准，已销售到全国各地，产品深受业内好评，生产的VN19已完成国家标准的制定，已在建龙集团内部使用，效果明显。

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%。

优质球团特别是高赤铁矿熔剂性球团，对原料条件要求非常苛刻，需要低硅、低碱金属的优质球团精粉，以减少回转窑结圈、避免环冷机板结及降低球团还原膨胀指数。而市场上低硅、低碱金属的优质精粉资源非常匮乏，且其生产技术国内没有成熟经验可供借鉴，国外作为竞争对手，很难技术共享。 因此，从球团原料资源供应低成本宽口径、球团产品多元化、生产过程稳定和清洁化等多方面开展技术创新迫在眉睫，解决上述存在的卡脖子难题对宝武集团旗下两条世界最大型链篦机-回转窑球团生产线的生死存亡及未来可持续发展意义重大，研究成果也将对提升我国球团行业技术水平，改善钢铁冶炼环境具有重要的现实意义。

氧化球团是现代大型高炉炼铁必不可少的炉料，2016-2018年我国球团占炼铁炉料结构比例约13%，但与美国、瑞典等发达国家（80-90%球团入炉）相比，我国因球团矿产量严重不足，入炉比偏低。中国球团品种长期以酸性球团为主，缺乏生产碱性球团技术。此外，因回转窑生产碱性球团对原料条件要求苛刻，市场上低硅、低碱金属的优质精粉资源非常匮乏，且磁铁精矿严重短缺、价格高。因此，以来源广泛、价格低、传统球团企业难利用的镜铁精矿、粗粒赤铁粉矿为原料，开发资源宽口径的多元化配矿技术就成为解决上述难题的必然选择。但镜铁精矿和赤铁粉矿存在粒度粗、成球性差、生球强度低、预热和焙烧温度高、能耗高等技术特点，同时存在生产过程控制难度大，回转窑易结圈，产品存在还原膨胀率偏高等技术难题。 本项目开发了资源宽口径配矿及矿石表面改性技术。制定了粗粒烧结粉和镜铁矿组合磨矿、高压辊磨表面改性的技术标准，开发了载体沉降及强化过滤技术，打破了粗粒烧结粉用于球团的“技术壁垒”。使镜铁精矿的磨矿能耗下降30%，强亲水性的细磨赤铁粉矿沉降速度提高24.4%，过滤脱水效率提高10.6%，解决了微细颗粒对水体污染问题。非传统球团用烧结粉矿和镜铁矿配比达到80-85%，实现了资源多元化，显著提高了资源利用率，大幅度降低了原料成本。开发了链篦机-回转窑多元化球团制备技术，在高赤铁矿配比(80%～90%)下，生产镁质熔剂性球团，突破了国外镁质球团以带式焙烧机为主的工艺限制，及国内以磁铁矿为主的原料类型限制，具备在线切换生产碱性、镁质、酸性球团能力。开发了窑体精确定位与红外连续三维测定技术，建立了回转窑内结圈物厚度及分布的数学模型，研制了窑内结圈物三维分布可视化系统，通过及时测量和预测、精准调控、预防回转窑结圈，停机时间降低95.4%，作业率提高5%。开发了低温烟气高效脱硫脱硝技术，球团烟气脱硫已运行四年，实现球团绿色清洁生产。 获授权发明专利4项，企业技术秘密6项，发表学术论文49篇。项目成果已成功应用于宝钢湛江、武钢、安钢3家国内钢铁企业，优质球团产品长期供宝钢、武钢、安钢、日本制铁、韩国浦项、台湾中钢等国内外企业大型高炉使用，经济效益和社会效益显著。

开展原料基础特性、低硅碱性球团矿固结机理及还原膨胀率控制机理研究，开发了高铁低硅碱性球团矿适宜熔剂，并进行热工制度、高铁低硅碱性球团矿还原膨胀率控制技术及综合炉料冶金性能研究，开发低硅碱性球团矿和高铁低硅酸性球团矿并在首钢京唐公司3条504m2大型带式焙烧机成功生产，入炉比例达到55%以上。