科创中国

该项目针对全废钢电弧炉冶炼高品质钢过程中杂质元素及夹杂物稳定控制的核心技术问题，对全废钢电弧炉洁净冶炼工艺及装备进行了系统、全面的自主创新。提出了低碳多相体系钢液净化理论和钢液氧-硫-夹杂物多尺度集成控制理论，研发了电炉熔池内气-固喷吹低磷冶炼、全流程CO2高效吸附脱氮、氧-硫-夹杂物多尺度协同脱除等核心技术，建立了EAF-LF-VD-CC数字化质量成本管控平台，实现了全流程洁净冶炼的一体化管控集成。项目获授权发明专利15项、美国专利2项、软件著作权5项，形成标准5项。目前已在国内多家电弧炉炼钢企业应用，覆盖无缝管材、高端特钢等，实现了全废钢电弧炉炼钢的标准化、高效化和规模化稳定生产。实现指标：全废钢电弧炉炼钢终点磷≤0.005%，终点N≤45×10-6，成品硫≤5×10-6、全氧≤10×10-6。

1）首创了电弧炉熔池内气-固喷吹低磷冶炼新工艺，发明了熔池内多介质混合喷吹深度净化方法，稳定实现钢中磷≤0.005%，攻克了全废钢电弧炉超低磷冶炼的难题。2）揭示了金属熔体CO2微气泡强化脱氮机理，发明了EAF-LF-VD全流程喷吹CO2高效脱氮成套技术，成品氮降至50×10-6以下，填补了国内外全废钢电弧炉冶炼控氮的技术空白。3）独创了氧-硫-夹杂物多尺度协同脱除工艺，采用出钢在线连续喷粉脱氧、超高温碳热还原CaO硫-氧脱除、精炼钢液氧-硫-夹杂物多尺度集成控制等方法，解决了全废钢电弧炉高品质钢生产钢液深度净化的核心难题。4）研发了全流程钢液洁净冶炼一体化管控技术，开发了EAF-LF-VD-CC数字化质量成本管控平台，实现了全废钢电弧炉流程高品质钢的标准化、高效化和规模化稳定生产。

 电炉炼钢具有流程短、能耗低、碳排少等优势。面向国家“双碳”战略重大需求，发展电炉炼钢是我国钢铁工业实现绿色低碳发展最重要且最具可操作性的工艺路线。2022年1月国务院印发的《“十四五”节能减排综合工作方案》和2022年2月国家工信部、发改委、生态环境部联合发布的《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》明确提出鼓励将高炉-转炉长流程炼钢转型为电炉短流程炼钢。当前，我国电炉钢比例仅10%左右，远低于欧美等发达国家水平（2021年美国电炉钢比例为69%）。此外，我国铁矿石长期依赖进口，2020年对外依存度达到82%，严重威胁钢铁工业的原料安全。废钢可以大量替代铁矿石，作为钢铁工业的主要原料。2020年我国全社会废钢产出量达2.6亿吨，预计每年以0.1-0.15亿吨的速度增加。可以预见，未来我国电弧炉短流程炼钢将逐步放量发展，助力钢铁工业绿色低碳转型升级。然而，对于全废钢电弧炉而言，由于熔池C-O反应不足，全废钢电弧炉炼钢难以高效去除废钢中的有害杂质元素，制约了短流程高品质钢的生产和产品拓展。本项目针对全废钢电弧炉冶炼高品质钢过程中杂质元素及夹杂物稳定控制的难题，研发了全废钢电弧炉洁净冶炼技术，助力全废钢电弧炉短流程生产高性能高铁材料，具有较大的市场推广应用前景。

由朱荣教授领衔的北京科技大学绿色低碳炼钢团队长期从事炼钢工艺及节能减排的研究开发与产业化工作，组织完成绿色高效洁净电炉炼钢、二氧化碳在炼钢的资源化利用等国家支撑项目，取得多项标志性成果。研发出电炉炼钢复合吹炼技术，技术与装备在国内外200余座电炉应用，覆盖国内40%电炉钢产能。构建了全废钢深度洁净冶炼技术体系，解决了全废钢生产高品质钢的难题。首次将CO2应用于炼钢清洁生产，实现了炼钢源头降尘和碳减排，并牵头建成世界首条“工业尾气CO2回收→炼钢烟尘抑制→CO高值利用”的CO2循环利用示范产线。团队负责人朱荣教授获国家科技进步二等奖3项（两项第1获奖人，一项第5获奖人）、何梁何利科学与技术进步奖、全国创新争先奖状等，授权国内外专利110项、专著5部。

本项目在国家自然科学基金重点项目及面上项目、国家科技支撑计划课题、企业重大攻关项目等资助下开展了攻关研究，目前共计投入科研经费约600万元。后续将围绕残余元素高效控制、电炉炼钢自身减碳等开展进一步攻关，预计需要再投入研究经费500-600万元。

本项目研发的CO2-Ar高效吸附脱氮、出钢在线连续喷粉脱氧、熔池内气-固喷吹深脱磷等全废钢电弧炉洁净化冶炼技术，解决了短流程超低氮、低磷高品质钢生产的难题，为全废钢电弧炉短流程发展提供技术支撑。特别在双碳背景下，将有助于促进我国钢铁工业绿色低碳发展。

转化方式：技术服务。

转化方向和目标：与意向企业共同合作开展全废钢电弧炉洁净冶炼工艺优化及相关装备改造，并完成工业示范。