焦化废水是焦化厂生产焦炭、煤气、焦油以及焦化产品的过程中产生的废水，其成分复杂，含有大量难降解的、危害水生生物和人体的剧毒物质及致癌物质，这些物质对微生物的生长繁殖有很强的抑制作用，可生化性差，但COD浓度很高，通常可高达4000mg/L以上，达标排放标准为80mg/L以下，焦化废水的处理具有很高的难度。 我国有数百家焦化厂和煤气厂的焦化废水处理几乎全部采用传统活性污泥法，没有完善的去除COD及脱氮脱氰装置，大部分企业不能达标，存在生化处理段效率低、耐冲击能力差、运行不稳定及运行费用高等问题，亟需新型焦化废水处理技术及核心装备。

我国水处理行业在经历了上世纪八十年代的打基础阶段以及新世纪前后的自动化阶段后，已基本实现了城镇污水全处理（截止2016年底，全国城镇污水处理率达96%以上），水处理厂均建设了设备自动化控制系统，大幅解放了劳动力。目前，行业正处于智能化转型阶段，利用无线传感器网络、数据库技术和3/4G网络，搭建水处理企业的数字化业务系统和数据库，大大提高了信息存储、查询和回溯的效率，初步实现了业务管理的信息化，突破了水处理企业原有各工艺、各系统环节间的“数据孤岛”，实现了数据“一张图”、“一张表”。然而，从信息化到智能化仍然存在较大差距，例如，缺少对水处理工艺环节的智能控制，绝大部分过程控制仍然依靠人工决策，难以将数据与精细化管理充分结合。

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。

超高强度、高韧性、抗腐蚀损伤一直以来是国内外超高强度不锈钢领域发展的关键技术，随着国家海洋战略的实施，对装备的轻量化、耐腐蚀、长寿命的服役性能提出更高的要求，同样对具有更高强度和耐海洋腐蚀性能的合金钢的需求日益增长。 钢铁研究总院在2000年前后开始第三代超高强度不锈钢的研发，于2010年发布了具有自主知识产权的钢种USS122G钢，综合性能优于国外的同等材料FerriumS53钢，与国外材料不同，我国的USS122G钢是采用了金属间化合物+碳化物复合强化手段来设计的合金，目前已经成功应用。与此同时，我国在超高强度不锈钢的技术发展已经实现了与国外并跑。 2012年前后，钢铁研究总院开始研制第四代超高强度不锈钢，目标强度达到2.2GPa，经过近10年的技术攻关，通过在合金设计、组织制备、热处理工艺等方面深入的研究，提出了多维复合强韧化理论，成功攻克了多维强韧化耦合协同、多维精细组织调控及控制等重大科学难题，在国际上率先掌握了第四代超高强度不锈钢核心技术，也使我国成为世界上首个成功开发出2.2GPa级超高强度不锈钢的国家。

钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，同时也是高能耗和环境污染严重的工业部门之一，钢铁生产过程的环境污染问题已经成为制约其可持续发展的重要因素。钢铁生产中烧结、高炉等都会产生大量高盐除尘灰，这些除尘灰富含铁元素，理论上可收集后配入烧结原料使用；但其中含有较高的碱金属（>15%）和氯元素（>20%），直接返回烧结会由于钾、钠、氯的富集而造成设备腐蚀或结疤、除尘灰吸湿板结以及烟气脱硫脱硝系统净化效率下降等问题。因此，开发能够实现钢铁厂高盐固废有价资源高效回收和综合利用的技术，已经成为国内大中型钢铁企业生产重要的节能减排研究课题。 除了固体废物之外，钢铁烧结工序还会产生湿法脱硫废水或酸性洗涤废水（SRG洗涤除杂产生的废水）。这些废水通常呈酸性，含有大量的悬浮物、氯离子、硫酸根、氨氮，以及一定量的钙镁和少量的重金属离子，其成分复杂、处置难度大。通常在预处理后返回钢铁生产工序使用，其中的盐分未有适宜的出口，导致盐分不断富集，造成设备腐蚀，轻则生产停机，重则造成生产事故。 目前，针对钢铁厂产生的高盐固废，常采用水洗的方式去除碱金属和氯元素，再返回烧结工序配料矿化；但在此过程中会产生大量的高盐废水，如果不经处理直接排放将会导致厂内水处理系统氯失衡，造成严重污染。而钢铁烧结过程中所产生的酸性废水也具有高盐特性，同样需要经过处理后方可排放。因此，采用高盐固废和酸性废水协同处置，能够实现同质废水协同消纳，统一处理，最终实现两者的资源回收和循环利用。

为了促进制造业高端钢铁材料升级迭代，引领我国制造行业“高性能、新材料”技术领域的巨大改革和突破，实现国产化超高强度钢产品替代进口，打破欧洲垄断地位，2017年1月至2021年12月，河钢邯钢与东北大学、终端客户以产学研用合作的方式，开展“板带材多功能高精度热处理核心关键技术的创新及应用”项目的研究实施：1）研发板带材冷却路径可控的控温淬火、约束淬火工艺，实现热处理可视化、交互性顺序及板区域位置坐标控制，温度精度±4.5℃，时间同步精度±0.01秒，达到国际同类设备领先水平。2）国际上首次实现“烧嘴明火+热风循环”强制对流循环混合回火加热技术，建成国内首套高精度热风循环式回火炉，在钢板上下表面形成对称的有序流场，强化传热效率、传热精度，实现大温度跨度回火热处理精度为±3℃，能耗排放降低15%，实现绿色生产、绿色制造。

钢铁企业副产品种类多、产量大、成分杂、处理难，对环境影响十分突出。返矿是钢铁工业中一种典型的副产品，是烧结作业中无法避免的产物，粒度一般在5mm以下，块矿少粉矿多。目前国内大部分钢铁企业是将返矿返回烧结配料，生产实践中有30%～45%返矿会进入烧结系统循环再烧。既浪费人力、物力，又浪费能源，返矿量过多会影响烧结过程控制，烧结矿强度差，造成烧结生产恶性循环，炼铁成本上升[6]。因此，回收和利用好烧结返矿对钢铁企业提高资源利用水平、减少矿产资源的开采、释放炼铁原料供给压力、减少污染物排放量具有极强的现实意义。 冷压球团因其制备工艺无高温处理过程、能显著减少能耗和降低污染、可吸纳部分冶金固废、充分利用二次含铁原料，同时具有流程简单和投资少等优点，成为冶金固废处理和新型炉料制备的关注热点[7]。基于此，将返矿高效利用、固废协同运用与冷压球团有效衔接，形成与高炉运用相适配的返矿冷压球团技术，发挥更大的社会和经济效益，则是推动钢铁企业降碳增效的重要路径.

我国钢结构建筑日益向大型化、高层化、装配化、高效化的趋势发展，对钢铁材料提出了抗震性、强韧性、耐火耐候性等功能多样化的服役要求。为此，必须解决以下主要技术问题： 问题1：为保证建筑钢结构良好的抗震性能，对钢材提出的关键技术指标要求是较低屈强比（≤0.83）、更高抗层状撕裂性能（Z35）、窄屈服强度波动（≤110MPa），以及具有明显的屈服平台。对于420MPa以上大厚度高强韧建筑钢，依靠原有技术难以稳定控制显微组织中软硬相比例，无法实现特厚钢板心部晶粒细化。 问题2：为解决结构耗能、消能、减震设计需求，对制作钢结构“减震器”的软钢，提出了极低屈服强度等级（100MPa）、低屈强比（≤0.6）与小波动范围（±20MPa）、极高断后伸长率（≥50%）等技术要求，需要创新设计低屈服强度软钢成分体系，突破轧制和热处理精准化工艺技术。 问题3：为提高建筑钢结构综合抗灾能力（火灾和腐蚀），要求开发适应不同防火等级的耐火耐候钢，特别是在600℃高温并保持3小时的条件下，690MPa的屈服强度不低于室温目标值的2/3（≥460MPa），需要探明抗震、耐火耐候组织与性能耦合机制，系统开展耐火极限等服役性能评价。

钒是我国的优势战略资源，是发展现代工业、现代国防不可缺少的重要材料。中国是钒资源大国，储量、产量均居世界第一；其中攀西钒资源得天独厚，钒资源储量占全国63%。目前全球88%的钒来自钒钛磁铁矿—钒渣提钒流程，已工业化的钒渣提钒技术有两种，但均没有解决绿色制造、高品位氧化钒与低成本生产的难题。 传统的钠盐提钒工艺是应用最早、也最成熟的提钒技术，但在人们对美好生活越来越强烈的绿色发展需求下，该工艺存在：高钠高氨氮废水处理能耗高、废硫酸钠难利用、固废总量大、辅材消耗量大、生产成本高等难题，全行业采用该工艺每年产生310万m3高盐废水、170万吨提钒固废，消耗.25×107GJ能源，排放340万吨二氧化碳，这是制约全球钒产业高质量发展的瓶颈问题。 另一种是俄罗斯石灰提钒工艺，因所得产品品位低，仅90%～94%，不能满足市场对高质量氧化钒的需求，目前仅Evraz公司图拉钒厂使用。进一步提纯制备高品位氧化钒产品，同样存在与钠盐提钒工艺相似的废水处理和成本高的难题。 此外，国内外研究了各种绿色提钒工艺，但因存在各种问题，多处于实验室研发或规模验证中，尚未实现大规模产业化。 综上，亟需开发新的钒渣提钒工艺，解决绿色制造、高品位钒产品与低成本生产的全行业共有的难题。

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。