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。

钢铁工业是我国经济发展的重要基础产业，也是固废排放大户，在其冶炼过程中会产生大量粉尘。据统计，钢铁企业各类粉尘产生量一般占钢铁产量的8%-12%，而其中含锌粉尘约占20%-30%。以此推算，2020年我国钢铁行业含锌粉尘排放量超过2000万吨。含锌粉尘属于固废，部分粉尘，如电炉粉尘中含有多种重金属，属于典型危废（HW23），必须按规范妥善处置；另一方面，含锌粉尘也是宝贵的二次资源，主要含有铁、锌、铅、碳、钾、钠、铟、铋、锡等多种有价元素，其中部分稀有金属含量甚至已高于某些原生矿工业品位。因此，对含锌粉尘多种有价元素进行分离与提取对于含锌粉尘高值化利用具有重要意义。

我国基础件用钢年产量超过3000万吨，约占特殊钢总量的30%，是量大面广的特殊钢品种。基础件产品种类丰富、制造工序繁多且质量要求逐步提升，对原材料的组织和性能提出特殊要求，但目前中高碳特钢线材在线组织性能精准调控仍是突出的技术难题，典型代表有：1）弹簧钢51CrV4等淬透性较强，小规格线材常规工艺易出现M+B组织，直接深拉拔时材料心部易发生“人字型”裂纹；2）8.8级紧固件用免退火冷镦钢市场需求量大，但当前产品球化/退化珠光体比例小，变形抗力大，模具损耗高而应用受限；3）工具钢S2（67SiCrNiMoV）淬透性高，轧后易形成M组织，在储运及加工过程易发生脆断导致报废；4）因低温变形抗力大，轴承钢100Cr6传统工艺不利于碳化物网状控制，显著影响滚动体轴承疲劳寿命；5）高强帘线钢LX86A要求原材料具有高索氏体化率、无封闭网碳，以保证深拉拔及捻股及疲劳性能，因此通常采用离线热处理（球化退火、盐浴或铅浴）及二火材等工艺来解决，带来成本增加、成材率低、能耗高、环境污染等一系列问题。 中天钢铁集团特钢公司通过在线组织调控技术的持续创新是有效解决上述问题的有效途径。传统控轧控冷技术（TMCP）主要应用于板带及型材生产，相关研究及技术成果较多。相比之下，基础件用特殊钢线材的在线组织调控技术研究相对薄弱，缺乏系统性，应用受限。因此当前特钢厂亟需结合下游用户的需求，加强研究力度，加快推进我国特钢线材的高品质、绿色化、节约化发展进程。

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。

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。

国内外很早就认识到镁在钢中的良好作用。镁加入钢中能降低氧化铝夹杂物尺寸，减少Ⅱ类硫化物数量；镁可以提高钢的低温冲击功、冷脆转变温度和断裂韧性；镁还有净化晶界、改善碳化物分布、提高钢等轴晶率的良好效果。尽管如此，镁处理技术迟迟未能工业化推广和应用，主要原因是：①金属镁熔点、沸点低，蒸气压高（1873K时，蒸气压为2238kPa），加入钢液会迅速气化，收得率极低；②部分钢企对钢液加镁存在认识误区，认定生成的尖晶石对钢种有害，却没有考虑夹杂物尺寸减小带来的巨大冶金优势；③钢的镁处理技术被日本等少数国家垄断，如新日铁HTUFF技术，日本爱知制钢开发的镁处理无铅易切削钢新产品等。 为此，开发具有自主知识产权的钢液镁处理新技术，研制高效、洁净、低成本洁净钢新产品，大幅提升产品性能和附加值，为我国钢铁制造的绿色、可持续化发展提供技术支撑，助力我国洁净钢制造水平的提升。

首钢秘鲁铁矿（简称秘铁）是我国首个在南美投资铁矿资源最早、最成功的典型，同时秘鲁也是我国在南美洲推行“一带一路”建设的主要国家。随着秘铁矿山开采范围的扩展，高硫、高锌难选磁铁矿石已进入实质性开发阶段，由于缺少铁精矿高效降杂技术，导致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。针对这一问题，2015年以来，长沙矿冶研究院与首钢秘铁密切合作，从基础理论、关键技术、工程化应用方面开展系统研究，在铁精矿深度除杂、海水体系下复杂共伴生铜铅锌多金属高效富集与分离、高浊度选矿废水高效澄清回用等关键技术取得了重大突破，以研究成果为支撑建成了现代化大型节能选矿厂。本项目主要特点如下： （1）基于化学清洗与定向氧化协同作用原理，重构矿物表面，开发了多活化功能耦合协同的广谱活化剂CYA-29，开发了极细粒锌、硫载体矿物多矿相同步活化技术，解决了铁精矿深度除杂技术难题。首钢秘铁新区选矿厂2019年1月至2020年底累计生产品位TFe70.8%、Zn0.018%、S0.08%、SiO20.5%的高纯铁精矿1205万吨。 （2）基于铜铅锌复杂硫化矿界面亲水/疏水精确调控，研发出耐盐型抑制剂CYZ-10，开发了海水体系下铜铅锌同步浮选、异步失活-选择性抑制浮选技术，工业应用获得铜精矿品位Cu 20%、Cu回收率68%，锌精矿品位Zn 40%、Zn回收率67%的技术指标，实现了伴生铜铅锌多金属的综合利用。 （3）基于有机聚合物混凝剂在固体悬浮物表面的电性吸附及絮凝剂分子对聚团的“桥联”效应，开发了高浊度选矿废水快速澄清净化技术，实现了选矿废水100%回用，对选矿技术指标无不良影响，回水成本为0.5美元/吨精矿。 （4）超细碎-高效预选短流程、铁精矿深度除杂、智能控制等节能绿色高效技术的集成创新，建成了年产1000万吨高纯铁精矿的大型现代化选矿厂。 本项目通过实施上述成套关键技术，盘活了首钢秘鲁铁矿14#矿体（1.3亿吨）高硫高锌难选磁铁矿资源，生产出高纯铁精矿，综合利用了伴生铜铅锌资源。在用技术优势和产品质量优势助力“一带一路”国家战略、提升国际形象等方面起到了重要作用，为国内外高硫、高锌复杂难选铁矿石高值化利用提供了示范，具有很好的推广应用价值。

火法-湿法联合工艺首先采用火法工艺将钢铁工业含锌尘泥中的有价金属挥发出来，烟尘经冷却分离后得到富含有价金属的粉尘，该粉尘经次氯化锌综合处理后得到脱氯液与脱氯渣，脱氯液经蒸发结晶、离心分离后得到高纯度NaCl、KCl。脱氯渣经低酸脱锌后得到脱锌液与脱锌渣。脱锌液经过综合处理后可以得到硫酸锌、粗镉、金锭和银锭。脱锌渣经过综合处理后可以得到粗铋、粗铅、粗锡、粗铟。

环保型圆珠笔头用超易切削不锈钢丝是一种不含铅的碲、磷、铋、硫复合的兼具超易切削性、耐磨性、耐墨水腐蚀性的超易切削钢丝。本项目开展了一下研究工作： （1）对日本的无铅型样品材料SF20E进行全面解析，分析了其化学成分、晶粒度、机械性能、夹杂物等所有技术指标。 （2）以三相有衬电渣炉作为冶炼基本手段，研究了三相有衬电渣炉不同阶段的温度控制及其对渣的影响，通过渣组分的分析，研究了渣碱度、炉渣及脱氧制度与硫元素回收率的关系。 （3）研究了Mn/S非金属夹杂物由铸态到冷拉态成品的加工过程中的演变规律，及其数量、大小、分布及形貌与笔头制造过程及笔头质量之间的对应关系。 （4）对比解析了日本材料和首钢吉泰安新材料有限公司研制的无铅型材料，比较了表层及材料内部夹杂物变化的基本规律，机械性能、晶粒度等所有技术指标。 （5）将本项目试验成果材料提供给客户试用，发现了碗口开裂、后外圆开裂、刀具磨损等系列问题，一一进行了研究和改进。

通过对冶金粉尘的矿相结构、碳热还原规律，水浸制卤-钾钠分步结晶分离工艺等的研究，提出了冶金粉尘钾钠锌铅碳热还原与铁分离、富钾粉尘浸取制卤生产氯化钾的资源高效综合利用技术路线，发明了冶金粉尘转底炉碳热还原分离钾钠锌铅工艺技术、富钾粉尘生产氯化钾的工艺的技术，完成了产业化应用成套装备及工艺技术开发和示范应用。