钢铁冶炼过程需要消耗大量的能源及水资源，耗水量约占我国全部工业用水消耗的10%，废水排放量约占全部工业废水排放量的14%，是典型的高耗水行业。我国高度重视钢铁行业的用水节水，经过20多年的发展，目前钢铁企业的平均吨钢新水耗量约2.5m3/t，平均吨钢废水排放量约0.5~0.6m3/t，仅分别为20年前的1/10及1/20，均已达到国际先进水平，但总量依然巨大。以2020年全国粗钢产量10亿吨计，当年新水消耗约25.7亿m3，废水排放量约6亿m3。此外，钢铁企业大量使用水作为冷却介质，经过蒸发后的废水中富集了大量盐分，盐浓度可达新水的数十倍以上，直接排放将对生态环境、人类健康和安全造成极大的危害，也会造成盐资源的损失。因此，实现钢铁行业的废水零排放，回收水资源与盐资源，已然成为践行习近平生态文明思想、推动钢铁行业绿色发展的当务之急。 然而，当前钢铁行业的废水零排放却受制于分盐结晶这一关键性技术。分盐结晶是指通过热法或者膜法，将工业废水中的不同盐组分（如NaCl、Na2SO4、KCl等）分离，然后通过结晶的方式实现水与单质盐的分离，过程中的冷凝水回用，盐晶作为其他行业的原材料，实现新水用量降低、废水零排放的目的，过程中常用的膜分离技术、蒸发浓缩/结晶技术均属于成熟技术，已在不同领域中成功应用。但是在钢铁行业探索废水分盐结晶技术应用的过程中，由于水系统设计缺少对钢厂水质水量的系统性精准预测，常规废水预处理技术缺乏智能化精细控制，水系统管理方式落后等原因，致使目前我国钢铁企业的大多数废水零排放系统均无法高效稳定运行，运行成本高、故障率高、盐品质低，影响企业水资源的利用效率和废水零排放成效。因此，亟需从水盐平衡、预处理精细化管理、水系统智能化管控等角度攻克分盐结晶技术应用过程中存在的诸多问题。

钢铁工业煤气生物发酵法制燃料乙醇新技术使用的菌种为乙醇梭杆菌，是一种严格厌氧细菌，因此对原料气需要进行除氧处理，气体中的苯、萘、焦油、氰化氢、乙炔等均会影响菌体健康生长。保持菌体健康是发酵过程连续稳定运行的先决条件，因此需要通过研究钢铁工业煤气组分特点，优化气体预处理工艺设计及催化剂选型，确保发酵进气得到有效净化。 发酵反应过程在生物反应器中进行，菌体与气体充分接触，吸收气体中的CO并在微生物菌体代谢反应下转化为乙醇等代谢产物，同时实现菌体持续的增殖。CO利用率、乙醇浓度、乙醇产率等参数是影响项目成本及能耗的关键指标，通过研究搅拌速度、气体分布、CO供给等对CO利用率及代谢产物分布的影响，提高CO利用率、乙醇浓度等发酵性能指标。 本项目采用连续发酵工艺，持续的排出含有菌体及乙醇等代谢产物的醪液，发酵醪液中含有大量的菌体蛋白，经提取乙醇后的含菌余馏水如直接排入污水，高含量的菌体蛋白将会使污水系统无法运行。根据菌体蛋白特性，选择分离干燥工艺，开发菌体蛋白的高价值应用，将有助于降低后续污水处理负荷，同时通过回收副产品提高经济效益。 发酵工艺是一种需要在液体环境下进行的高耗水工艺，研究蒸馏余馏水及污水处理后中水回用对发酵性能及代谢产物积累的影响，实现高比例水回用，将有助于降低水及化学品消耗，降低污水处理负荷，进而降低生产成本。 通过以上研究，打通从原料气预处理、发酵、蒸馏脱水、菌体蛋白分离干燥、煤气处理、污水处理等全系统工艺流程，实现高性能发酵及产物高效提取，解决废水处理难题，形成循环化系统集成工艺，并在此基础上建立全球首套钢铁工业煤气发酵法制生物乙醇工业化示范装置，将工业煤气发酵技术从实验室技术转化为工业化应用。

变速箱作为汽车及工程机械传输动力的“大脑”，是汽车及工程机械最主要的三大核心装备之一，对于汽车和工程机械装备性能的发挥至关重要。齿轮作为变速箱的重要传动部件，其品质直接决定着变速箱的整体质量和运行稳定性。近年来，随着国民经济的迅速发展和工业化水平的提高，作为国家重要支柱产业的汽车工业和工程机械装备制造业面临诸多挑战，这对汽车及工程机械齿轮的轻量化、长寿命、高可靠性和安全性等优良服役性能提出了更为严格的要求。而齿轮钢作为齿轮制造的重要基础材料，其强韧性、纯净度、淬透性、均匀性及易切削性等性能要求也日益严苛。但长期以来，受工艺技术及装备水平的影响，超低氧、易切削、高均质等的协同稳定控制难题一直困扰着齿轮钢的生产，严重制约了变速箱高端齿轮钢的品种拓展与升级。如何实现齿轮钢超低氧、易切削、高均质等性能的协同稳定控制是解决高端变速箱齿轮高效稳定运行和长寿命安全服役亟待破解的关键共性难题。 针对上述问题，承德建龙特殊钢有限公司联合北京科技大学、中国汽车工程研究院股份有限公司、晋江市成达齿轮有限公司和山东润通齿轮集团有限公司等多家单位，立足承德建龙“钒钛磁铁矿—高炉铁水—提钒转炉—半钢脱硫—炼钢转炉—LF精炼—VD真空脱气—方坯连铸—控轧控冷—精整—检验—棒材”特色产线，以超低氧、易切削、高均质和长寿命为目标，依托国家自然科学基金项目和企业合作，开展了“产-学-研-用”全链条联合技术攻关，成功研发变速箱用超低氧易切削高端齿轮钢生产成套技术。

高端板带材属于难焊接材料，焊接易产生冷裂纹、热裂纹、粗晶区脆化、气孔等缺陷，焊缝质量控制难度大。焊缝质量是影响高端板带连续生产线稳定运行的最关键因素之一，焊缝质量不好易造成生产线断带，事故停机，特别是断带发生在轧机段、退火炉、酸洗槽内，处理时间长，产生废钢多，严重影响板带连续生产线的稳定性和成材率，给企业带来很大的经济损失。为了避免这类断带，客观上对焊接工艺及焊机设计提出很高的要求。 国产焊机一般采用激光或激光填丝焊接工艺，高端板带材焊缝性能不稳定，焊接成功率较低，不能满足大批量、高效、连续化生产要求。长期以来，国内板带连续生产线主要依赖进口激光焊机，但进口焊机造价高，且使用的二氧化碳气体激光器价格昂贵、结构复杂、维护困难、使用成本高。而以光纤激光器和碟片激光器为代表的高功率固体激光器具有低阈值、高效率、窄线宽、可调性好和显著的投资低、运行成本低、维护简单方便等高性价比优势，近十年来已逐渐替代传统的二氧化碳气体激光器，大量应用于工业生产中，原先基于二氧化碳气体激光器的焊接工艺及设备已不能满足固体激光器的应用要求。因此，开发研究适用于高端板带连续生产线的新型焊接工艺及装备势在必行。

为进一步提高攀西钛资源的利用水平，国家发改委于2013年批准设立全国唯一的资源开发综合利用试验区—攀西国家战略资源创新开发试验区。攀钢集团积极响应国家号召，创新开发钒钛磁铁矿中钛资源，采用熔盐氯化法生产TiCl4，建成了年产6万吨TiCl4 的生产线，由3台小型熔盐氯化炉生产线组成，2015年全面实现达产达效，其单炉粗TiCl4实际日产量达到80t/d-120t/d。在世界上冶金炉窑朝着大型化方向发展以及国家大力对海绵钛、氯化法钛白的发展战略布局下，现有熔盐氯化炉已难以满足行业对钛资源高效规模化利用的需要。因此，开发基于攀西钛资源的大型熔盐氯化关键技术对我国钛工业的可持续发展具有重要的现实和战略意义。 然而，熔盐氯化炉大型化过程中存在诸多困难和关键核心问题亟待解决，主要包括：①大型熔盐氯化炉炉内流场分布与炉型结构尺寸设计规律不清的设计难题；②大型化后熔盐氯化炉物质流及能量流无法维系的连续稳定运行难题： ③氯化后TiCl4与杂质之间气固液三相分离效率不高导致的产品质量稳定控制难题。这些技术难题在过去70年里，俄罗斯、乌克兰等国际先进的熔盐氯化技术掌控者均未得到合理解决和应用。为了解决以上技术难题，自2015年以来，攀钢组织开展了基于攀西钛资源的160t/d大型熔盐氯化关键技术开发及应用研究，以期突破熔盐氯化炉大型化的世界性技术难题。

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%。

提高喷煤比是高炉炼铁节能减耗和改善操作指标的重要措施之一，但未燃煤粉对炉况和高炉冶炼过程的影响较大。多年的高炉炼铁生产实践表明，高炉上部压差变化不大，未燃煤粉主要集中在高炉下部，制约高炉配煤比的因素主要有：1）未燃煤粉在高炉下部的过量堆积，会使高炉透气性下降，气流分布异常，压差增大，严重时导致高炉操作不稳定；2）为了控制一定的燃料比，煤粉提高的同时必然需要焦比降低，有限的焦炭在高炉内由于气化溶损反应的作用，使得高炉软熔带及以下部位的焦炭强度变差，限制了焦炭在软熔带发展“焦窗”功能的作用。 由于以上两个原因的共同影响，限制了高炉煤比的进一步提高，且未燃煤粉的分布无法得到有效控制，焦炭强度在高炉内无法得到有效保护、高炉透气性难以改善以及炉身热效率难以进一步的提高。因此，上述两个原因是长期以来限制高炉冶炼提煤降焦的技术瓶颈之一。基于此，以东北大学为代表的研究团队自1996年起，针对该问题展开了详细深入的理论研究、技术开发、设备制造和工业化应用等方面的工作。历经20余年的不懈努力与研究，以改善未燃煤粉在高炉内的分布、避免局部过量堆积为出发点，以保护焦炭强度为重要应用效果，以改善高炉透气性、提煤降焦、强化高炉冶炼，提升高炉炉身热效率为最终目标展开一系列的技术攻关，最终本项目的研究成果成功地实现了工业化的稳定应用。 本项目主要得到如下创新性的研究成果： （1）基于未燃煤粉在高炉内的分布状态及其对高炉冶炼的影响，建立了“原始创新”的炉身喷吹与风口喷吹并行的“两段式煤粉喷吹理论”，揭示了炉身喷吹煤粉的走向及其影响因素，为控制未燃煤粉的分布、改善高炉料柱透气性和有效保护高炉操作环境下的焦炭强度等目标提供理论基础。 （2）开发了两段式煤粉喷吹工艺，即在传统风口喷吹的同时在炉身下部软熔带上方设置炉身喷吹口，该工艺具有保护焦炭强度、改善料柱透气性和提高高炉热效率等特点。采用该技术可实现喷吹煤粉在高炉内的高效利用，针对未燃煤粉特性，达到了“扬长避短”的使用效果。 （3）基于本项目提出的高炉两段式煤粉喷吹理论及工艺，设计了两段式煤粉喷吹技术的关键设备和操作系统，包括水平式特质喷枪及适合于炉身喷吹的硬件系统和自控控制系统以及二次补气技术和配套操作系统。这些关键设备和操作系统运行稳定可靠，实现了两段式煤粉喷吹工艺的长期稳定运行。

炼焦行业是工业污染大户。在焦炉生产过程中，装煤和出焦等环节产生大量有毒含尘废气,并无组织排放到大气中。其中含有固体悬浮物、苯可溶物、苯并芘、H2S、NH3等有害物质,长期接触对人体健康十分有害。这些烟尘主要来自于焦炉连续性、阵发性和事故性三类排放源。 炉头逸散烟尘的特点是，间歇性排放，烟气湿度大，温度高，含有可燃气体和焦油，而且产尘点会在长距离上频繁移动，兼有固定源和移动源的特征。炉头烟尘处理的难点在于: 1、如何高效保证烟尘捕集率 炉头周围设备、构筑物较多，炉头烟尘逸散速度快，如何根据现场情况研发合理的收尘装置是保证烟尘捕集率的关键。 2、除尘系统如何适应焦炉生产工艺特点 出焦和平煤等焦炉生产过程是有规律的间歇性作业，整个焦炉不是所有的炉门都在逸散烟尘，需对炉头烟尘逸散点进行精准控制。研发一套完全适应焦炉生产的炉头除尘软硬件系统是一大难题。 3、如何实现焦炉烟尘处理系统的稳定运行 从以往运行经验看，焦炉烟尘中含有高温挥发出的焦油及未燃烧充分的炭渣火星, 容易粘布袋和烧布袋，严重影响除尘器的稳定运行。 因此。研制出适应于新环保政策要求的的焦炉炉头除尘技术迫在眉睫。

该技术致力于建立基于刚柔耦合特性的热连轧机系统动力学模型体系，揭示轧机稳定性和振动机理；开发轧机动态仿真和振动控制技术，提高轧机振动控制技术水平；设计高稳定性的新型四/六辊轧机关键结构，开发轧机动力学综合测试中试平台，推动科研成果的中试和转化；将中试平台和相关技术应用到工业生产，提升行业整体技术水平，为企业创造经济效益。

近年来随着装备技术水平的提高，轧机长期高速高负荷运行，国外引进和自主设计的板带轧机都频繁出现轧机振动及导致的产品质量问题，一般采用调整工艺参数、更换关键零部件（轧辊、接轴等）、负荷重新分配等手段，但都没有从根本上解决问题，企业损失巨大。其根本原因在于轧机动力学理论体系不完善、轧机设计（以刚性为主）没有考虑轧机动特性、轧机振动控制技术不系统。因此，要解决板带轧机稳定运行和振动问题，关键在于揭示动态机理的板带轧机动力学模型体系构建和考虑动力学特性的板带轧机设计。本项目建立基于辊系刚柔耦合特性的板带轧机系统动力学模型体系，开发了轧机稳定运行和振动控制技术，应用于国内多套连轧机组，效果良好。