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。

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。

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。

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。