在高炉冶炼进程中，炉前作业是一个重要的环节，其主要任务是连续不断地将高炉内生成的渣铁从铁口排出，在主沟内渣铁分离后，高炉渣经渣沟进入渣处理系统，铁水流经铁沟和摆动溜槽进入鱼雷罐车运输至下道工序，保证高炉生产正常进行。炉前作业的主要场所为高炉出铁场，是除高炉本体之外最重要的高温区域，由出铁场平台、出铁口、主沟和渣铁沟、残铁沟、摆动溜槽和炉前除尘系统组成。宝钢高炉设有4个铁口分布在2个对称的矩形出铁场。出铁场由多种耐火材料组成，耐火材料性能决定了高炉的安全生产和正常运行。 目前具有近40年大型高炉操作经验、拥有9座4000m3以上大型高炉、大型高炉铁水年产能超过3300万吨的宝钢股份，经过多年技术研发及应用改进，出铁场耐火材料应用消耗水平总体保持在国内领先水平，但是还存在着很多薄弱环节，影响了出铁场耐材整体应用水平，给现场生产与环保造成了不少困难与安全隐患。 针对特大型高炉出铁场在出铁口和沟系统应用中存在主沟接头易钻渣渗铁、沟料施工烘烤时间长、采用沥青结合的出铁场耐材使用过程中产生可视环境污染、铁口区煤气火治理效果不佳影响铁口永久砖保护砖结构稳定、泥套损坏过快等技术难点，从现状问题着手，进行了损坏机理研究，产生改进方向，并试验出配套施工工艺，深入开展基础研究，提出解决方案后，以工业试验应用的方式验证、优化，取得显著的效果后，固化技术成果，形成大型高炉出铁场高效、环保耐材技术开发与应用技术，降低了劳动强度，消除了主沟接头处钻渣渗铁等事故，改善炉前作业环境和作业人员劳动强度。

针对固废资源再利用过程应“因材施法”，本项目经过近二十年的技术攻关，突破了传统的低效能、高污染、低附加值的利用方式，系统地提出了固废资源从源头利用的方法、针对一些特殊固废的利用开发了成套关键装备及技术平台，实现了上述固废整体绿色增值化利用。发泡陶瓷和微晶玻璃具有导热系数低、强度高、容重低、防火阻燃、生态环保等优点，且应用范围广、需求量大、生产工艺相对简单，对上述有价组元含量低难提取的矿冶固废具有较大的消纳能力。根据发泡陶瓷或微晶玻璃的组成特点，通过调整多种固废的组成及比例与目标产品相匹配可制备出性能优良的发泡陶瓷和微晶玻璃产品。而对于有价组元含量高且易实现有价组元提取分离的矿冶固废可根据其自身特性进行对有价组元有效回收及回收后产生的固废用于生产其他高附加值材料，较好地解决了矿冶固废整体化、高效化、绿色化利用难的问题。本项目针对含钛高炉渣、高硅铁尾矿、钢渣、赤泥等有价组元难有效回收的固废，采取了直接整体利用的思路用于制备发泡陶瓷和微晶玻璃；针对烧结机头灰、瓦斯灰、沉泥、二次锌渣、酸洗废液、炼钢干法除尘灰、轧钢铁磷、热镀锌渣等二次资源固废，采取了对其中的有害或有价元素进行提取或直接利用制备其它功能材料，经提取或功能化利用后产生的固体废可用作生产发泡陶瓷/微晶玻璃的原料。

作为国内超80%高炉渣的处理工艺，底滤法水冲渣工艺一般在过滤池内铺设一定高度、按照粒度分层级铺设的鹅卵石作为过滤层。这种技术存在明显弊端：一方面，鹅卵石质量、规格缺乏统一的标准，自动化生产差；另一方面，鹅卵石对自然环境依赖性强且破坏自然生态。因此，在2017年之前，中冶设备总院便开始研制一种“完美”的滤料用来替代鹅卵石。 钢渣是钢铁企业利用较差的大宗固体废物之一，一直都是钢铁工业绿色低碳发展的“拦路虎”：一方面，大部分钢渣得不到有效利用，堆积成山；另一方面，钢渣产量却随着粗钢产量的增长而不断增加。因此，中冶设备总院基于将钢渣“变废为宝”，资源化利用的思路，开发出利用钢渣制备“过滤球”工艺，从而为有效解决钢渣资源化利用和鹅卵石基过滤料的弊端问题提供了可行性途径。

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%。

钢铁行业是我国国民经济发展的支柱行业，其能耗占我国工业总能耗的23%以上，但其能源的一次利用率仅在40%左右，在其生产过程中，产生了大量的余热余能，经过几十年的发展，绝大多数的余热余能得到了很好的利用，但高温液态熔渣的显热和低温余热资源至今未得到很好的回收利用，高温液态熔渣是钢铁生产过程中的副产物，其排出温度高达1500℃，蕴含大量高温余热，是目前钢铁行业中唯一未能回收的高温余热资源。2016年中国生铁产量为6.91亿吨，其中高炉渣总量为2.35亿吨，占总熔渣量57%，蕴含总热量约为1419万吨标煤。 北京中冶设备研究设计总院有限公司在高温熔渣干法粒化及余热回收技术取得新进展，完成了转盘法干法粒化与余热回收核心工艺技术、核心装备技术、核心工艺控制技术、工业试验与示范应用等四方面的研究。

球团工序的能耗和污染物排放是烧结工序的55%左右，在节能减排新形势下，发展球团，提高球团矿在高炉炼铁中的使用比例是钢铁企业绿色化发展方向。 为了推动钢铁工业绿色化发展，首钢京唐二期工程未建烧结系统，建设了2条400万吨球团矿生产线，与一期工程融合后，3座5500m3高炉的球团矿比例将从28%提高至55%。而开发出低硅碱性球团矿是高炉实现高比例球团冶炼和获得良好技术经济指标的先决条件。 为了开发出高铁低硅碱性球团矿，本项目研究了生产低硅碱性球团矿的适宜熔剂及熔剂制备技术和质量需求，低硅碱性球团矿的焙烧固结机理及还原膨胀率控制措施等关键技术，提出了用消石灰替代传统石灰石粉生产高铁低硅碱性球团矿的工艺路线，攻克了球团膨润土配比高影响硅含量，低硅球团矿还原膨胀率严重，碱性球团矿焙烧温度范围窄等诸多难题，最终在京唐504m2大型带式焙烧机上成功生产出了铁品位66.2%以上，SiO2含量2.2%以下，碱度1.1~1.2，抗压强度3000N/P以上，还原膨胀率18%以下，还原度86%以上的优质高铁低硅碱性球团矿，球团矿综合指标超过了巴西Vale公司的优质碱性球团矿。使用低硅碱性球团矿后，京唐公司3座5500m3高炉实现了55%以上球团矿稳定冶炼，高炉渣量降低至215kg/t，燃料比到483kg/t。 项目的创新点主要有： （1）提出了以消石灰替代传统石灰石粉生产高铁低硅碱性球团矿的工艺路线，生产出了铁品位66.2%，SiO2含量2.2%，碱度1.1~1.2的高铁低硅碱性球团矿，为高炉降低渣比至215kg/t提供了主要条件，并制定了球团生产用消石灰质量指标； （2）克服了碱性球团矿生产过程中熔剂配料不稳定，生球易爆裂，碱金属析出多等难题，通过改进配料装置、电除尘和布风板，打通了影响碱性球生产的主要环节，单台设备日产量达到12900吨，超过了设计值； （3）研究了低硅碱性球团矿的还原膨胀机理，通过合理调整碱度，焙烧制度及形成有利物相等措施，攻克了低硅碱性球团矿还原膨胀率高的难题，使球团矿SiO2含量降低至2.2%的同时，还原膨胀率降到了17.5%，满足了大型高炉使用要求。 本项目的实施对高炉高比例球团冶炼，降低渣量和燃料消耗，实现节能减排，绿色化发展起到了重要的示范作用。

自2013年开始，该项目在安徽省科技攻关计划的支持下，通过产学研用全链条联合，历经多年艰苦攻关，攻克了“转炉能量高效利用与低排放工艺技术”等转炉炼钢流程的关键技术难题，降低了转炉固体废弃物与气体排放，为促进我国转炉炼钢企业实现资源节约、环境友好型炼钢作出了重要贡献，并取得了以下创新成果： （1）首次提出了转炉内炉渣分阶段控制工艺，即在脱磷阶段采用复合相炉渣脱磷方法，利用2CaO•SiO2-3CaO•P2O5固溶体颗粒脱磷，实现了低碱度炉渣脱磷（炉渣减低于2.5）；在溅渣护炉阶段通过加入白云石进行钢渣改质，提高炉渣碱度，使得炉渣满足溅渣护炉要求，并将高碱度炉渣循环至下一炉使用，通过炉渣分阶段工艺大幅降低了渣量和气体排放，提高了转炉能量利用率； （2）自主研发了转炉内铁矿石熔融还原技术，首次发现了影响铁矿石熔融还原率的关键因素，实现了转炉不同冶炼阶段铁矿石的熔融还原控制方法，使得一部分铁矿石不需要采用烧结、炼铁流程，而被直接还原为铁，降低气体排放；另一部分铁矿石存在于炉渣中，有效降低了铁氧化造成的铁损； （3）开发了转炉智能化炼钢控制模型，通过对转炉内物料平衡、能量平衡以及反应均衡的解析，解决了转炉内物料合理供给、能量经济利用、铁矿石熔化还原、高效脱磷、平稳吹炼、终点命中、炉体维护以及钢渣循环利用等一系列关键技术问题，实现了科学炼钢。

该项目开发了现代高炉原燃料条件下烧结—球团—高炉添加MgO协同优化的冶炼技术，旨在探讨“现代高炉最佳镁铝比的冶炼技术”，确定烧结矿的最佳MgO含量、球团矿的最佳MgO含量、及高炉渣最佳的MgO/Al2O3操作参数等。

北京大学自主研发的专利技术——利用热态高炉渣制造矿渣纤维的方法。该技术以热态高炉渣、粉煤灰及铁尾矿等为主要原料，利用高炉熔渣的热量，经过废弃物能质耦合及形貌转化调质改性处理后，通过高温熔滴纤维化转化及多力场协调作用直接制备矿物纤维产品。该产品属于无机矿物纤维类保温节能材料，产品具有轻质、保温、防火、隔音、防水、生产原料来源丰富、价格低廉、生产过程清洁环保、符合国家产业政策发展方向等特点；产品主要应用于电厂、石油化工厂、钢铁冶金及交通运输、管道、罐体、锅炉、建筑及各种加热炉体的绝热保温工程；它又是重要的新型建筑保温材料，与其它材料复合即可制成各种复合材料用于建筑物的墙板或屋面、地板等保温工程。该技术已经完成千吨级工业示范生产线和年产2万吨利用热态高炉渣耦合制备矿渣纤维外墙保温板的工业生产线成功投产运行。已经取得多项具有自主知识产权的专利技术，拥有整体核心技术，技术整体水平处于国际先进。