项目提出了基于多元素耦合提高易切削性能的技术思想，采用一种可入药的环保元素替代铅元素作为辅助切削助剂的无铅成分设计思路，解决传统圆珠笔头用不锈钢不环保的问题，先期采用中间实验室，小型试验轧机等加工设备进行初步摸索基本数据。进行基础工作的研究，找准各项关键的冶炼、轧制指标水平，为规模化生产线提供重要依据。 在研究结果推向工业化生产过程中，创新的采用纯净铁水、纯净合金为原料，避免采用废钢原料和常规低品位合金冶炼可能带入外来有害物质造成的质量负面影响，该技术方案确保了成分的环保性。纯净原料经过千吨级产能的大容量转炉吹炼，再经过特殊的精炼手段获得需要的钢水，浇铸成坯，冶炼工艺示意图如图3所示。坯料再经过多重表面处理和多重冷热加工确保高表面质量和优异的组织性能，获得高质量的圆珠笔头用不锈钢产品。

本项目对已实现综合利用的固废品类进行了分析，重点针对冷轧硅钢产生的含铬废液、废乳化液、冶炼工序烟气净化产生的半干法脱硫灰、全厂废包装物等固废、危废。具体如下： （1）硅钢Cr6+废液自动还原难度大，Cr3+废液厂内全量稳定固化难度大。 （2）废乳化液有一定的杂质、流动性较差，属于低热值难燃油种；含油废液来源多、有一定的杂质、膏状废油脂降粘困难，处理难度较大。 （3）脱硫灰中CaSO3含量高、杂质品种多，脱硫灰返其他湿法脱硫系统利用存在杂质元素影响脱硫效率、利用过程引起吸收塔起泡等风险。 （4）废包装物返转炉利用存在爆响、钢水中硫超标等风险，同时利用过程可能影响烟气达标排放，存在安全、环保和质量风险。 （5）固废厂内协同处理量增加后，厂内固废的中转、仓储、加工、再利用等环节变多，特别是根据国家新固废法，危废从产生到利用的全过程要进行详细记录和精细管控，如计量偏差大于等于三吨，会有刑法违法风险，技术监管难度增大。 针对以上难题，宝钢湛江钢铁有限公司、宝山钢铁股份有限公司、宝武集团环境资源科技有限公司进行了联合攻关。本项目的主要思路是先对已实现综合利用的固废品类的利用情况进行分析；对于尚未实现稳定综合利用的固废品类，充分利用厂内冶金炉窑开展协同利用的技术研发，在不影响产品质量、不新增安全隐患、不发生二次污染的情况下，发挥已配套环保设施的功能状态和治理效果，对工业试验过程开展针对性的环境监测和评估。

废钢作为唯一可以代替铁矿石炼钢的绿色环保、可多次循环利用的再生铁素资源，将在后续钢铁冶炼中占据更重要的作用和地位，更加广泛的应用于钢铁冶炼。由于废钢使用量大，多料型掺杂混装，且时常发生废钢掺假等现象，为保证产品质量、提升钢铁产量，避免爆炸、钢水喷溅等事故的发生，需要对购买的废钢进行验质。传统废钢验质工作面临如下几个难题： 1、钢铁企业废钢验质过程，通常应用人工目测、卡尺测量等手段，受人为主观因素影响较大，缺乏统一的废钢分类定级标准，无法形成量化的评价结论及很好的数据分析，不易让供应商信服。 2、废钢验质作业环境较为恶劣，验质人员每次需要攀高四五米到大货车车顶，对车内废钢进行近距离观察，劳动强度大，作业风险高，效率低下。 3、卸货过程中，掺假、密闭容器未切割、超长超大件等，在人工验质过程中，经常存在漏验、错验等情况，异物无法及时提醒，可能会直接影响后续钢铁冶炼安全，发生重大的安全事故或生产事故。 4、废钢验质结果将直接决定废钢的回收价格，判级等级的差异直接影响钢铁企业的利益、供应商的利益，进而影响供应商的合作积极性。如何实现双赢，保障双方利益，也是传统验质工作执行难的重要难题。 河钢数字科技自主研发了基于人工智能技术的废钢智能验质系统。该系统主要利用机器视觉对废钢车辆卸料过程实时感知、逐层采样，通过人工智能技术（AI），在卸货过程中进行单层判级和整车判级，智能识别出不达标废钢、杂质和异物，最终通过AI算法计算出整车扣重的预估值，对危险物、异物及时做出预警。

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。

众所周知，轴承材料中滚动体的技术难度大于套圈，钢球的难度又大于滚子和滚针，而大载荷轴承钢球与其它用途轴承钢球相比具有以下技术难点：①更大载荷：压碎负荷2500kN以上，工作应力1250kN以上，因此对于疲劳失效更加敏感；②更大规格：大载荷钢球规格高达Φ89mm(对应棒材规格为Φ60mm)，钢材组织均匀性控制难度大；③更恶劣服役环境：风电轴承全寿命周期免维护，服役于低温、腐蚀等恶劣环境，要求钢材P含量≤0.010%。 基于以上特点，大载荷轴承钢球要求钢中夹杂物数量少且尺寸小、碳化物细小均匀、P等有害元含量低，目前国内外只能采用模铸工艺生产，但这一工艺存在能耗排放高、生产效率低、制造成本高等问题。因此，开发绿色高效化炼钢-连铸工艺生产大载荷轴承钢球用钢成为行业的追求目标，如能成功攻克可填补国际国内空白，仅金属收得率从模铸的约83%提升至连铸的96%以上。 尽管随着冶金行业的技术不断进步，轴承钢的磷含量、钢水纯净度已不再成为轴承钢质量提升的限制性环节，部分特钢企业也能够采用连铸工艺生产小规格(Φ30mm以下)轴承钢球用钢，但是，如何在高效化转炉(供氧强度达到5.0Nm3/min/t)、快节奏精炼模式下快速将钢水P含量控制到0.010%以内、钢材总氧控制到5ppm以内，同时采用连铸工艺即可稳定生产出大规格长寿命轴承钢球用钢，目前很少有这方面的研究报道。因此，江苏中天钢铁集团特钢公司针对绿色高效化炼钢-连铸工艺生产大载荷轴承钢球用钢，本项目需要解决转炉高效率低磷含量控制、快节奏精炼钢水纯净度控制以及低中心偏析和高组织均匀性控制等科学技术问题及行业共性难题。

目前国内各大钢厂在生产亚包晶钢时，实际最大工作拉速约为1.25m/min～1.35m/min，目前四钢轧亚包晶钢的最大工作拉速为1.30m/min，经统计其加权平均铸坯宽度为1300mm；实际工作拉速为1.25m/min，浇注周期为53.2min/炉，与钢水供应周期41min/炉，相差约12min，造成炉机严重不匹配；随着亚包晶钢产量的进一步提升，在满负荷生产条件下，严重制约了产能的提升，将难以满足当前板材市场对小订单、小批量、特殊规格等的个性化生产需求，不但导致生产组织及质量稳定控制难度增大，而且严重制约了钢区产能释放，增加了生产成本。 基于上述现状，于2018年开始立项并实施该项目。本项目通过优化连铸工艺技术，稳步提升亚包晶钢最大工作拉速，不但对优化冶炼－连铸－加热－轧制生产节奏匹配及释放铸机产能，而且对铸坯质量的稳定控制及降本增效工作都具有十分重要的实际意义；此外，将为系列高强钢的放量及质量控制奠定扎实基础。

中国科学院金属研究所自建所之初就部署了稀土钢研究方向。2007年以来开展新一轮稀土钢研究，经过多年持续攻关，深入生产企业进行实地考察，通过大量实验室研究和工程化试验，揭示了纯净度尤其是氧含量对稀土钢性能提升的决定性作用，控制氧含量是实现高品质特殊钢“高纯、均质”的关键。受此启发，中国科学院金属研究所发现稀土金属本身的纯净度和稀土加入前钢液的纯净度，是影响稀土在钢中发挥有益作用和工业化生产工艺不稳定的关键因素。研究结果表明，稀土金属中即使含有几百ppm少量的氧，也足以使稀土在钢中的作用由正变负，而部分商业纯稀土中的氧含量甚至高达1000ppm以上。因此，稀土金属与钢水双纯净双低氧是稀土钢获得稳定应用的前提和基础。 基于此，中国科学院金属研究所研发了高纯稀土金属制备关键技术与钢水纯净度控制工艺，通过控制稀土原料中的氧含量、稀土加入前钢水中的氧含量和杂质元素，突破了生产工艺不能顺行和性能不稳定两大难题，成功细化夹杂物到亚微米尺度，制备出超高洁净度亚微米夹杂物的稀土钢。 稀土钢共性关键技术路线示意图如图1所示。中科院金属所通过优化设计炉体结构、优化调整工艺参数、防氧化浇注和防氧化储运等方式实现了高纯低氧稀土金属制备，稀土金属的全氧含量低于100ppm；同时，通过采取低氧纯净化冶炼、创新稀土加入工艺、控氧自动化浇注、低偏析微缺陷控制等手段实现了全流程低氧钢水纯净度控制，能够保障千吨级稀土钢连铸生产顺行，从而形成了稀土钢工业化应用共性关键技术，实现了稀土在钢中工业化应用的实质性突破。

当前限制薄带铸轧技术进一步发展的瓶颈主要有四个方面： 1.生产稳定性差，核心技术指标偏低，生产成本高。薄带铸轧产线是将钢水到带钢卷取集合在一起的连续性产线，其中一个环节出问题，整个生产过程就要中断，尤其是在铸区，对钢水质量、耐材质量、工艺控制等要求非常高。纽柯公司Castrip产线计划完成率不到80%，连浇炉数不足4炉，成材率也不到90%，这导致其生产成本较高，产品竞争力不强。 2.薄规格产品比例低，技术优势未充分发挥。薄带铸轧技术可直接铸出2.0mm以下厚度的铸带坯，易于实现薄规格产品生产，同时单机架轧制也利于板型控制。但在集中生产薄规格产品时，单道次轧制压下率大，导致板型控制困难。 3.工艺优势未充分利用，特色品种少。薄带铸轧亚快速凝固的优势，可消除易偏析元素含量高的钢种在凝固过程中的偏析，从而充分利用相应元素的有利作用。但部分元素对于凝固过程和相变过程的影响，会导致钢水稳定成带困难、带钢易出现表面微裂纹等问题，因此此类产品一直未能量产。此外，利用薄带铸轧过程强化元素特殊的物理冶金规律表现，以及短氧化过程的特点，可开发具有显著成本优势和良好使用性能的产品。但技术引进时纽柯公司Castrip产品主要是结构用低碳钢和低合金高强钢，在特殊钢种的开发和推广应用方面一直没有涉及。 4.设备由国外供应商提供，采购成本高，部分设备使用效果不理想。薄带铸轧产线流程短、工序紧凑，在很短距离内工艺控制点多，设备要求高，目前产线设备只能由国外少数供应商供应，价格高且供货及时性难以保证。 以上这些问题导致薄带铸轧生产成本高、产品品种少、应用面窄、产品竞争力相对较差，严重影响了薄带铸轧技术的推广和应用。薄带铸轧技术如何实现从“可以生产”到“稳定高效生产”的突破已成为钢铁行业亟待解决的难题。

稀土作为国家战略资源，包钢白云鄂博矿中富含稀土，其在钢中具有净化钢水、夹杂物变性、组织细化及微合金化作用，通过这些作用很好改善了钢材的性能，如冲击性能，所以探索利用稀土在钢中的作用，通过夹杂物变性、组织细化、阻碍P的析出，来提高汽车板表面质量、冲压性能、稳定加磷强化钢。 本项目通过稀土提升汽车板深冲性能及表面质量的关键技术、高品质汽车板绿色高效智能炼钢关键集成技术、稀土汽车板洁净度精准控制及高效连铸关键集成技术等一系列攻关，解决了利用白云鄂博矿特色资源生产高品质稀土汽车板过程中所面临的磷高硅高极端恶劣铁水冶炼条件、稀土收得率低和可浇性差等世界性技术难题，实现具有资源特色稀土汽车板的规模化稳定生产。

2004年起，北京科技大学朱荣教授团队依托国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点及面上项目的持续支持，提出了“二氧化碳绿色洁净炼钢技术及应用”项目，从炼钢过程抑制烟尘、高效脱磷、稳定脱氮、强化控氧和底吹长寿等方面入手，以CO2利用、固废减量、钢质洁净、降本增效为目标，开发了二氧化碳利用于炼钢工艺的原创技术，发现并掌握了了CO2具有的反应冷却、气泡增殖、弱氧化、强冲击等独有特性，解决了炼钢烟尘和炉渣固废源头减量，钢水磷、氮、氧洁净控制的诸多炼钢工艺难题，先后发明了CO2-O2混合喷吹炼钢降尘技术、CO2控温高效脱磷技术、CO2吸附深度稳定脱氮技术、CO2稀释强化控氧技术和CO2强化底吹安全长寿成套技术，实现了CO2利用和炼钢生产工艺的完美结合，解决了炼钢脱磷、脱氮、控氧和底吹长寿等诸多炼钢工艺难题，开辟了炼钢过程CO2规模化消纳利用路径。