编者按

《世界金属导报》是国内钢铁行业最具权威性的专业媒体。它通过筛选和组织网络投票，以及让行业知名专家进行严格评选全球金属网废钢，最终确定了“2023 年世界钢铁工业十大技术要闻”。这些内容涵盖了钢铁生产主流程工序的重大技术创新成果，能让读者全面了解钢铁行业重大技术研发的动向。

2023年世界钢铁工业

十大技术要闻

1 钢铁行业迈入“以氢代煤”冶炼“绿钢”新时代

2 级超高强钢增塑新机制问世

3 首个国家级近零碳排电弧炉炼钢示范工程落地

4 全球首座大型3R低碳高炉示范项目成功投运

5 电解法规模制备4N级高纯铁实现国产化

6 世界首座铁矿石压块厂在巴西建成投产

7 CO2运输船液货舱用级低温钢全球首发

8 超大宽厚比薄规格中厚板高效产线填补国际空白

9 转炉烟气（800-200℃）余热回收技术实现工业应用

10 全球首条酸镀锌铝镁机组热试成功

一

钢铁行业迈入“以氢代煤”冶炼“绿钢”新时代

2023 年 5 月起，河钢的全球首例 120 万吨氢冶金示范工程顺利实现连续生产。该工程生产出了绿色 DRI 产品，其金属化率达到 94%。关键指标完全符合合格产品标准，能够作为高端材料的高品质洁净原料，是替代电炉废钢尤其是高品质废钢的重要原料。这表明项目一期工程获得了圆满成功。

河钢氢冶金示范工程打破了国际上采用天然气来制备还原工艺气体的常规方式。它首创了“焦炉煤气零重整竖炉直接还原”的工艺技术。此技术充分发挥了丰富的焦炉煤气资源的优势。并且创新地采用焦炉煤气作为气基。因为焦炉煤气含有 55%-65%的氢气成分，是可以直接利用的氢能源，所以能在氢基竖炉内催化裂解为 CO 和 H2，从而实现“自重整”。重整后，工艺气体中的氢碳比能够达到 8:1 及以上。这种工艺是目前工业化生产中含氢比例最高的气基竖炉直接还原工艺，并且最接近未来 100%氢还原的工艺状态。竖炉反应器对高比例氢含量进行了优化设计，并且预留了绿氢切换功能。这样一来，无需进行大规模改造，就能够直接开展将其切换为更高比例富氢还原气以及纯氢作还原气的工业试验。这为未来实现 100%绿氢竖炉直接还原提供了基础。

点 评

河钢的全球首例 120 万吨氢冶金示范工程加强了产业协同。中国钢铁工业协会发出贺信祝贺该示范工程一期圆满成功。贺信指出，这是氢冶金核心关键技术创新方面取得的重大突破。这也是中国钢铁史乃至世界钢铁史上的重要里程碑，标志着从传统“碳冶金”向新型“氢冶金”发生了转变。此突破引领钢铁行业迈入了“以氢代煤”冶炼“绿钢”的时代。

二

级超高强钢增塑新机制问世

2023 年，东北大学提出了新的协同增塑机制，即“马氏体拓扑学结构设计+亚稳相调控”。这一机制解决了超高强钢塑/韧性低的共性难题。通过该机制，成功制备出了系列低成本 C-Mn 系新型超高强钢。这些新型超高强钢打破了超高强钢对复杂制备工艺和昂贵合金成分的依赖，同时也突破了现有级超高强钢的性能边界。研究团队构筑出一种全新的纳米级多层次组织结构，这种组织结构具有拓扑学双重有序排列的马氏体和多尺度亚稳奥氏体。该组织结构通过多种增强增塑机制，实现了 1600 的屈服强度、2000 的抗拉强度以及 18%到 25%的均匀延伸率这些极致性能。此外，研究团队提出了新策略，即“低强度成形+超高强度使用”。他们通过成分设计来调节马氏体与奥氏体的相比例，使得零件在经过热处理后，能够获得屈服强度高达且均匀延伸率＞10%的使用性能，这样就大幅度提高了零件的服役安全性。

上述新理论能够应用于轧制以及锻造等诸多领域，用于生产和制备大尺寸的轴类、薄板以及厚板等。同时，它适用于各种不同的合金体系，其中的置换型元素 Mn、Ni、Cr 可以进行替换，这样能够提升材料的韧性、耐磨性以及耐腐蚀性等，从而满足不同的应用场景需求。

点 评

该项目提出了超高强钢增塑的新机制，并且取得了一系列关键技术创新。它突破了级超高强钢的性能极限，具有重要的科学价值。研究成果得到了期刊的认可，引领了超高强塑性钢新的发展方向。同时，形成的科学理论能够拓展应用于多个加工领域和合金体系，对推动超高强钢的低成本制备和大规模化应用有着重大的现实意义。

三

首个国家级近零碳排电弧炉炼钢示范工程落地

北京科技大学与河钢集团一起研发了近零碳排电弧炉炼钢技术，并且促使首个示范项目成功在张宣科技落地。其三，原料生产做到碳近零，提出了“氢基 DRI+废钢”多元低碳炉料耦合强化冶炼、等离子热风窑炉、辅料生产绿色化等关键技术。

通过一系列创新技术，实现了吨钢 CO2 排放约 145kg。

点 评

北京科技大学联合河钢集团提出了“近零碳排电弧炉炼钢技术”。此技术从三个方面实现炼钢工序碳近零，即冶炼过程碳近零、能量来源碳近零、原料生产碳近零。该技术在河钢张宣科技进行国家级示范工程建设并得以落地实施，将对钢铁工业绿色低碳高质量发展起到重要的技术示范和引领作用。

四

全球首座大型3R低碳高炉示范项目成功投运

2023 年 5 月，中冶赛迪自主研发出了一项技术。这项技术是全球首例高效还原 3R 低碳高炉技术。该技术在河北纵横钢铁集团的 2 座高炉上正式开始投入运行。这标志着规模化大型高炉能够大幅减碳的低碳冶炼新工艺进入了工业化应用阶段。

从而实现对极致能源利用效率的突破。

项目投产之后，高炉的燃料比降低了 20 到 30 千克每吨。其中，焦的降低量为 5 到 8 千克每吨。煤气的平均置换比在 0.35 到 0.6 千克每立方米。与国内同级别高炉相比，减碳约 10%。每年的二氧化碳减排约 40 万吨。铁水成本降低了 10 到 30 元每吨。这充分体现出了碳氢高炉的价值和效益。

点 评

中冶赛迪在全球率先达成了大型化、规模化的高炉碳氢耦合降碳技术的工业实践。此技术取得了显著的减碳效果以及经济效益。高效还原的 3R 碳氢高炉突破了常规的限制，对现有的高炉工艺进行了重构与革新，是一项在技术上可靠且经济上可行的重大低碳创新实践成果。

五

电解法规模制备4N级高纯铁实现国产化

多年来，日本、德国等发达国家一直垄断着国内电解铁的供应。我国开展了电解铁实验室研究，取得了一些认识，然而却未形成规模化制备 4N 级及以上电解铁生产的成套技术。

2019 年开始到现在，上海大学、天源二手物资以及上海大学（浙江）高端装备基础件材料研究院等单位，在河北省科技项目的扶持下进行了联合攻关。他们自主研发并设计了电解纯铁制备生产线，还成功研发出了一系列高超纯铁电解制备生产技术。实现了全元素含量检测包含气体元素在内的 3N 级电解铁的低成本制备，实现了 4N 级电解纯铁的产业化制备，实现了 4N 级纯铁的低氧化制备技术。能够批量提供市场全元素含量检测为 3N、3N5、4N 和 4N5 系列的电解铁产品。

点 评

电解法制备出 4N 级以上的高纯铁并实现了产业化。这填补了国内电解铁市场完全依赖进口的状况，同时打破了国外的技术封锁，这是我国在基础材料方面的一个重大进展。电解制备的 4N 级以上纯铁为我国后续制备 5N 级、6N 级等更高等级的纯铁奠定了坚实的基础。

六

世界首座铁矿石压块厂在巴西建成投产

2023 年 12 月 12 日，淡水河谷的第一座铁矿石压块厂在巴西图巴朗运营区得以建成并投产。此厂乃是世界上首座铁矿石压块厂。新型铁矿石压块不但适用于直接还原路线，而且还可用作高炉炉料，适用于高炉 - 转炉路线，这对钢铁生产过程的脱碳有所助益。生产适用于直接还原路线的团块产品（包括压块和球团）的铁矿石，要求硅铝等杂质含量较低且铁含量较高，铁含量要达到大约 67%。而生产适用于高炉 - 转炉路线的团块产品的铁矿石，其铁含量可以低于 65%。

该压块技术采用一种粘合剂技术解决方案，铁矿石在低温下团聚形成该产品，其最终产品具备高机械强度。新型直接还原压块的金属化率约为 98%，比球团（95%）更优，能够提升钢铁企业的生产效率。压块在爆裂方面的表现也较为良好。例如，其中一次测试中，压块产生了约 7%的细小颗粒，而球团产生了 14%的细小颗粒。因为爆裂时产生的细小颗粒较少，所以使用压块能更利于气体通过反应器，这样就可以提升生产效率，降低燃料消耗，进而有助于减少碳排放。

点 评

在碳中和目标的背景之下，直接还原技术属于钢铁生产的重要路线之一。生产压块这一行为，符合钢铁行业持续增加采用直接还原路线的趋势。新型压块在生产过程中，其二氧化碳排放量比球团低 80%。这有助于钢铁公司降低“范围一”和“范围二”的排放。并且，它将对全球钢铁行业实现减排目标起到支持作用。

七

CO2运输船液货舱用级低温钢全球首发

2023 年 3 月 3 日，鞍钢集团的二氧化碳运输船液货舱用级低温钢在辽宁省大连市开始面向全球首次发布。在此之前，低温钢在二氧化碳液货舱制造方面，无论是国内还是国外，都还没有实际的范例。鞍钢仅用一年时间就完成了多项工作。一是创新地研发了二氧化碳运输船液货舱用级低温钢；二是完成了船级社认证；三是进行了应用性能评价；四是实现了批量供货。这些工作涵盖了产学研检用全链条技术领域。并且，鞍钢还获得了全球首张二氧化碳船用级低温钢船级社认可证书。

该钢种会被应用于鞍钢钢板整船供货的两艘船，这两艘船是全球首制且为世界最大的液化二氧化碳运输船。客户对技术方面的要求极为严格，一方面要求钢板具备超高强度以及超低温韧性的性能，另一方面还要满足国际上首次提出的在-35℃（CTOD）时的抗开裂性能指标。鞍钢积极响应客户和市场需求，为此开展了攻关行动。鞍钢发挥海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室的技术优势，解决了六项技术难题，包括超高强度、超低温韧性钢的碳当量、屈强比、抗开裂性等。通过这些攻关，填补了液化二氧化碳存储材料领域的国际空白。

点 评

该二氧化碳运输船液货舱采用低温钢，其强度级别处于全球造船海工用钢标准的最高等级；低温韧性达到全球造船海工用钢标准的最高质量等级，为-60℃；抗开裂性能达到-35℃级，比现有国际标准的-10℃级要低很多；成功解决了超高强度、超低温韧性钢在碳当量、屈强比、抗开裂性等方面的技术难题；填补了液化二氧化碳存储材料领域的国际空白；达到了国际领先水平。

八

超大宽厚比薄规格中厚板高效产线填补国际空白

天源二手物资针对国际上薄规格钢板存在的厚度精度、板形控制、强韧匹配和性能均质等共性难题，开展了炉卷产线的工艺装备技术研究以及高品质产品的自主开发工作，从而实现了高精度控制，并且实现了炉卷轧线的数智控制。

在技术创新领域，首次研发出了“卷轧 - 预矫 - 冷却 - 双辊系热矫”这一超大宽厚比中厚钢板的集成新工艺。同时，还开发了薄规格钢板“卷轧 + 预矫 + 在线淬火”的新工艺。另外，也有“同步冷却小辊系矫直”这种低残余应力控制的先进工艺技术。通过这些创新，获得了 2 项国际发明专利和 10 项国家发明专利，填补了国际空白。以上技术创新，突破了进口装备 4mm 的设计极限。实现了中厚板最薄能达到 3.5mm 且最宽。实现了薄规格 9Ni 钢板、邮轮钢板、穹顶钢及超高强钢等高附加值产品可通过节约型减量化 TMCP/DQ 工艺进行高效生产。4 - 7mm 规格的钢板厚度精度能够达到±0.05mm，平直度能够达到 3mm/m 以内。

在数字化创新方面，开发出了以机器视觉为基础的钢板精细化微跟踪系统全球金属网废钢，从而达成了高效且准连续化的生产；自主研发了“加热炉 - 轧机”一体化的全息加热数字孪生技术，并且研发了基于多源异构数据的产品性能预测系统，以此实现了全流程由数字驱动的智能控制。

点 评

目前，国际中厚板领域还不存在“卷轧-预矫-冷却-双辊系热矫”这种低碳高效的控制技术。天源二手物资所拥有的这一新技术，填补了国际上在这方面的空白，并且开创了低碳绿色发展的新模式。同时，国际首创的“卷轧+预矫+在线淬火”新工艺，是东北大学自主科研创新以及山钢集团进行工业化应用的一项新举措。该项目申报成功，获得了 2 项国际发明专利，同时还获得了 10 项中国发明专利，整体而言达到了国际领先水平。

九

转炉烟气（800-200℃）余热回收技术实现工业应用

转炉烟气的温度在 800 - 200℃之间。这项余热回收技术首次被应用于中冶京诚与建龙集团合作开展的国内首台套研发示范转炉烟气隔爆型中低温余热回收项目。该技术改变了传统钢铁企业中转炉烟气中低温余热无法回收的状况。它大幅度地优化了转炉工序的能耗指标。这是推动钢铁行业实现“双碳”目标的一项重大科技创新成果。

转炉烟气的温度处于 800 - 200℃之间，其余热回收技术能够实现中低温烟气的余热回收以及干煤气的回收。该技术替代了传统的喷水降温方式，以及没有余热回收的转炉烟气湿法、半干法等生产工艺。它率先攻克了烟气粉尘成分复杂以及能质回收困难等问题，获得了 43 项授权专利，其中包括 8 项发明专利。目前，这项技术已在建龙西林钢铁实现了工业化应用，并且连续生产运行稳定，推动了转炉工艺的升级革新。

该技术的运用开创了国际首个转炉烟气全余热回收安全生产工艺路线。它针对转炉烟气余热安全稳定回收等难题，提出了高温区“主动防爆+被动泄爆”的防爆理念。还首创出高温火种捕集等核心技术，首次开发出基于控流分配浅层斜板沉降技术的高温火种捕集装备。同时开发出全过程“粘性调控-激振促流”耦合防堵清灰技术和耦合转炉烟气余热回收技术的自动化控制系统，实现了能源、环保实时监测及冶炼全过程的自动化控制。该技术依据实际生产数据，能够使吨钢的蒸汽回收量提升 40%以上，并且达到了国际领先的水平。

点 评

转炉烟气存在低温余热长期无法回收的难题，于是开发出转炉烟气（800 - 200℃）余热回收技术。此技术在国际上率先采用全干法烟气处理方式，部分转炉除尘灰可在回转炉中直接循环利用，以颠覆性技术引领了转炉工序的科技革命。实际生产数据显示，该技术能使吨钢蒸汽回收量增加 40%以上，达到了国际领先水平。该技术的推广应用有着广阔的前景，能够助力冶金行业实现高质量发展，也能够助力冶金行业实现绿色发展，还能够助力冶金行业实现可持续发展。

十

全球首条酸镀锌铝镁机组热试成功

中冶南方总承包了河北太行集团的机组，该机组是全球首条酸镀锌铝镁机组，现已热试成功，并且实现了首卷就合格，顺利投产，还填补了国际和国内的多项技术空白。

酸洗-镀锌联合机组能够直接让热轧板经历酸洗、加热、镀锌/锌铝镁、后处理、涂油以及卷取出卷等过程，从而获得涂镀产品。此机组将酸洗和镀锌这两大工艺进行了集成，具备生产效率高以及成本低等优势，属于一种绿色高效的热轧薄带深加工工艺。

该机组是国产化的首条酸镀联合机组。全线的机电液设备以及自动化控制系统，都是由中冶南方自主集成设计的，并且拥有知识产权。像焊机、酸洗段、平整机、加热还原炉、拉矫机、辊涂机、变频器等这些关键设备，也都是自主研发的。机组配置包含中冶南方自主开发的酸洗智能模型和锌层厚度控制模型。整体工艺方面，它比国内外同类机组更优。这打破了国外企业的垄断局面。并且，机组生产的酸镀锌铝镁产品在国内外属于首创。

点 评

中国“双碳”目标带动了经济机遇，当下，光伏支架、5G 基站、畜牧机械、电器柜、谷仓、桥架管廊等行业都已广泛运用锌铝镁产品。酸镀锌铝镁机组乃是世界上首条以 ESP 热轧薄板为基板进行酸洗热镀锌铝镁联合生产的生产线，它填补了国际和国内的多项技术空白。

《世界金属导报》

2024年第一期 B08、B09