1.项目的简单概述 我国冶金矿山80％矿石量来自于露天开采。目前，我国大多数大中型露天矿已进入深凹开采，矿山生产遇到两个突出问题：第一，运输距离加长，运输效率降低，导致生产成本急剧上升。只有研究和采用新的运输系统，才能维持矿山的正常生产。第二，随着开采深度的增加和边坡的加高加陡，一方面，开采难度越来越大，开采安全性越来越差；另一方面，对大型露天矿，提高边坡角又是充分回收资源、减少剥离量、降低生产成本的重要手段。因此，必须研究边坡设计优化和深部强化开采技术，在保证生产安全的前提下，提高边坡角，减少剥离成本，提高经济效益。同时，大型露天矿生产设备品种多、数量大，生产和管理环节多，提高生产和管理技术水平，对企业降耗增效意义重大。 本项目以水厂铁矿为依托工程，完成了下列主要研究内容： （1）采用国际上最先进的汽车－胶带半连续运输技术，在水厂铁矿建立了一条矿石运输和两条排岩运输系统，通过研究解决了系统设计和运行过程中的关键技术问题，单条排岩运输系统和矿石运输系统的生产能力分别达到2100万吨/年和1100万吨/年。 （2）在大量系统的工程地质、水文地质勘查、矿区地应力场测量和矿岩物理力学特性试验基础上，采用大型非线性三维有限差分法、离散单元法和基于GIS的三维极限平衡法进行了边坡稳定分析和设计优化，使各区的总体边坡角分别提高了1°～6°。 （3）研制了矿车自动调度及管理系统和地测及采掘进度计划编制与实施系统，开发了具有自主知识产权的露天矿自动化调度模型和软件系统，并在水厂铁矿建立了基于GPS定位系统的生产设备自动调度和管理信息系统，实现了生产调度自动化。 2. 项目来源 本项目是“十五”国家科技攻关重大项目课题（编号：2001BA609A-08）。 3. 项目的最新进展、所达到的水平 通过本项目研究，解决了大型露天矿深部开采中的关键技术问题，不但为水厂铁矿创造经济效益1.27亿元/年，使水厂铁矿的生产和管理达到国际同期先进水平，而且项目研究成果对露天矿山具有普遍意义，具有广泛的市场应用前景和极大的推广应用价值。2004年6月经教育部组织鉴定，研究成果总体上达到国际先进水平。 4. 项目的关键数据 水厂铁矿总体边坡角提高1°～6°；运输成本下降50％；生产效率提高15%；生产成本下降15%；水厂铁矿西部排岩系统运输能力达到1800万吨/年，东部排岩系统达到2100万吨/年，矿石运输能力达到1100万吨/年。在攀钢朱家包包铁矿建立了国内首条坡度为40‰～45‰的陡坡铁路试验线；朱－兰铁矿运输效率提高14.28%，延长矿山服务年限7年；在朱－兰铁矿建成了国内第一条陡坡铁路工业生产试验生产线,全长880米；定制了一台224t工况电机车，用于工业试验；完成了40‰陡坡铁路系统施工图。 应用范围：本项目四个专题的研究成果已在水厂铁矿和朱家包包铁矿得到成功应用，做到了边研究、边开发、边应用。本项目研究解决的是露天矿深部开采中具有共性的关键技术问题，因此对全国同类矿山具有普遍适用意义，具有广泛的推广应用前景。

（1）构建新型煤粉燃烧动力学模型，分析了煤粉燃烧反应行为及限制性环节，确定含铁冶金粉料及过氧化钙作为喷煤添加剂。 （2）研究了高炉喷吹煤粉催化燃烧产物性能及其与焦炭的相互作用行为，分析了高煤比条件下高炉回旋区内焦炭劣化的原因，确定高炉喷吹用煤及添加剂的应用条件。 （3）自主研发出以转炉除尘灰与CaO2为主配料的新型高炉喷吹煤粉复合添加剂，有效改善高炉喷吹煤粉的燃烧性能，并实现冶金固废资源的有效利用及节能减排。 （4）开发出集高温控光技术和高炉回旋区火焰

项目简介 双向旋流强化絮凝一体化污水净化器占地面积小、能耗低、可在短时间内完成对合 流制排水管网污水、生活污水等的多级净化快速处理。设计、开发了一种具有双旋流室 的新型双向旋流净化器，利用 Fluent 流体动力学软件，采用改进的 k-ε 双方程模型对 双向旋流净化器内速度场进行了数值模拟，根据流场模拟结果对双向旋流净化器进行了 改进，在上旋流室中安装了多圈截头圆锥板，使水流上升时形成较小的漩涡，加强了颗 粒运动的紊乱程度，提高了絮凝效果。已完成净化器

航空发动机机匣是一种复杂薄壁零件，其加工变形问题是我国航空发动机制造的关键技术瓶颈。机匣毛坯组织结构的均匀性是影响机匣加工变形的主要原因之一。镍基高温合金具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，是航空发动机机匣的主要原料。镍基高温合金铸、锻件组织结构的无损检测与定量评价是实现组织结构均匀性检测与评价的基础，有助于准确判断毛坯制造质量，表征制造工艺改进的有效性，降低机匣加工变形概率。 超声检测具有穿透能力强，灵敏度和分辨率高、可定位和定量检测等优点，在航空发动机大规格高温合金构件制造质量检测领域得到了广泛应用。超声检测信号特征值与材料组织结构变化、二次相或沉淀物的形成相关，具备有效评价镍基高温合金的组织结构的能力。现有镍基高温合金铸、锻件组织结构的超声检测以噪声波高为主要判据，指标简单、阈值设置严格、误判率高，无法适应不断改进的制造工艺。 组织结构超声定量评价技术的核心是确定微观组织特征参数与超声检测特征参数之间的定量关系模型，其本质是以模型待定系数为决策变量，以评价准确性为目标函数的优化问题。超声波在镍基高温合金中传播时，受到晶界、相界、孪晶等复杂组织结构的综合作用，若采用声速、衰减系数、非线性系数等单一超声检测参数对组织结构进行建模与评价，会因信息量的缺失而导致评价误差大；若增加检测参数规模，则会导致所对应优化问题的困难性大幅增加。 本研究以镍基高温合金组织结构定量评价为主要研究对象，围绕如何利用协同进化算法求解定量评价的大规模优化问题、以及如何同时利用多种微观组织特征参数对镍基高温合金进行综合表征展开研究。科研成果为航空发动机机匣镍基高温合金毛坯制造质量检测、评价、性能预测提供技术支持，为制造工艺改进提供数据支持，也可进一步推广至其它高温合金、钛合金等材料中。

化学镀Ni-P具有优良的耐腐蚀性能，在工业生产中获得了广泛应用。但是，随着应用的增多也出现了一些问题。由于化学镀层是阴极性的，如在施镀过程中形成针孔、麻点以及使用过程中外力对镀层的损坏等，往往造成镀层在腐蚀介质中形成电偶腐蚀，使得镀层不仅对基体起不到保护作用，反而加速了基体的腐蚀。三元合金Ni-W-P镀层的出现在一定程度上解决了Ni-P镀层中所存在的问题。W元素的加入可以提高镀层的致密性，减小了腐蚀介质穿透镀层在镀层与基体之间形成电偶腐蚀的几率。此外，W是一种自钝化元素，在腐蚀介质中有利于镀层表面钝化膜的形成，提高了镀层的耐蚀性能，因此，P的含量相近时Ni-W-P镀层的耐蚀性能优于Ni-P镀层。但是Ni-W-P镀层与Ni-P镀层相比在与基体的结合力上并没有提高，在后续加工过程中如受到一定外力作用时，镀层很容易脱落，这就使得镀层的应用范围受到了一定的限制。该技术针对现有化学镀层在使用过程中所存在的问题，提出将含有一定量W元素的Ni-W-P镀层在高温下进行热处理，提高镀层的结合力和硬度，大幅度提高镀层的耐蚀耐磨性能，延长镀层的使用寿命。

中国生产的镍氢电池性能与国外相比差距还很大，这是由于工艺设备落后、材料性能较差等原因造成的，电池的一致性、稳定性均有待提高。日本稀土贮氢合金全部采用片铸(Strip Casting)工艺生产，我国则全部采用模铸(Mold Casting)工艺生产。在国家“八六三”计划支持下，开发具有自主知识产权的稀土贮氢合金的铸片产业化技术，达到日本同期水平。该技术优点有：（1）可以提高稀土贮氢合金的比容量。相同成分的稀土贮氢合金采用模铸工艺生产比容量为320mAh/g，如果采用片铸工艺生产则比容量提高到340mAh/g；（2）活化速度快。模铸工艺生产的稀土贮氢合金需要10-15个完全冲放周期才能达到最大吸氢量，片贮工艺则只需要2-3个完全冲放周期。（3）抗氧化、耐腐蚀、寿命长。片铸工艺生产的相同成分稀土贮氢合金比模铸工艺生产的抗氧化和耐腐蚀性能好，使用寿命长200个循环周期；（4）可以降低原材料成本。例如生产比容量为320mAh/g的稀土贮氢合金，采用片铸工艺可以大幅度降低金属钴，降幅达到30%-50%；（5)能耗降低。片铸工艺生产的稀土贮氢合金全部有均匀细小的柱状晶组成、相分布均匀、偏析降低到最低限度、没有富锰析出，不需要热处理。模铸工艺生产的稀土贮氢合金偏析严重、富锰相析出，因此需要热处理来消除或减弱。 LaNi5型稀土贮氢合金是1969年荷兰菲利浦公司发现的，它具有电化学容量高、循环工作寿命长、对电解液有良好的耐蚀性、对过充电时正极产生的氧要有良好的耐氧化性、电催化活性高、反应阻力（氢过电压）小、氢扩散速率大、电极反应可逆性好、在电池工作温度范围（-20～+60）内有合适的氢平衡分解压、无污染。稀土贮氢合金的重要应用是它可以被用作镍氢电池的阴极材料。镍氢电池与传统的镍镉电池相比，其能量密度提高两倍，广泛应用于能源、化工、电子、宇航、军事及民用各个方面，如笔记本电脑、计算机、摄像机、收录机、数码相机、通讯器材、电动工具、混合动力汽车等。

“高性能稀土镁合金薄板带生产技术”项目是以北京市科委经费支持为起源、以国家“十二• 五”科技支撑计划为发展，以北京科技大学与美国波音公司国际合作开发高性能稀土镁合金等为基础，逐步形成的一项特色科技成果。通过系统地研究铸轧、挤压板坯热轧、铸锭热轧和热处理过程中镁合金组织演变机理与性能控制技术等，研发出具有高成形性能的稀土镁合金；实现了高精度镁合金板成卷轧制过程自动化控制及精整、表面处理技术的开发，并完成了高精度镁合金专用轧机机组及控制装置的研发设计及应用，在此基础上研发出高性能稀土镁合金薄板带生产工艺技术。

2018年国家技术发明二等奖 电网是我国经济发展的命脉，架空输电导线作为电力输送的“血管”是电网中用量最大、最关键的组成部分之一。导线的导电率每提升1%IACS，全国每年节约线损超70亿千瓦时。特高压、远距离、大容量输电和清洁能源利用的发展，对架空导线的导电率、强度、耐热性能和疲劳性能提出了更高的要求。但提升导电率与同时提高强度和耐热性之间存在矛盾，导致我国电网建设急需的特种导线难以满足工程需求。上海交通大学孙宝德教授团队与江苏中天科技集团合作，经十余年研究，取得以下创新性成果： 1.发明了耐热高导Al-Zr-Y合金材料及微结构调控工艺，解决了耐热相粗大和溶质锆(Zr)原子析出不充分的难题，使导电率从60% IACS提高到60.8%IACS，耐热温度从150℃提高到210℃。研制的耐热铝合金导线电网改造工程中获得大量应用，占国内耐热导线40%市场份额； 2. 发明了高强抗疲劳Al-Mg-Si导线，解决了强化相调控和超细夹杂去除的难题，显著提高了材料的抗疲劳性能，在运行张力增大的条件下，振动疲劳寿命超过3000万次。研制的特种大跨越导线和全铝合金节能导线，占国内30%市场份额，特别是大跨越导线，几乎包揽了国家电网大跨越工程； 3. 发明了高效除氢、活性涂层陶瓷过滤和新型细化剂制备等导线冶金质量控制技术，解决了微量杂质元素与气体去除的难题，实现了电工铝导线的导电率从61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型节能导线在特高压工程中获得大量应用。 上述成果依托国家973项目、国家自然科学基金、上海市节能减排专项等项目，共获得19项中国发明专利，1项美国专利和25项实用新型专利，发表论文49篇。成果在特高压电网建设、电网增容改造、新能源并网发电、电网领域节能减排中发挥重要的作用，并且出口到欧美及一带一路沿线国家，海外累计架线超2万公里，打破国际垄断，成为中国制造和中国电力走出去的“国家名片”。 导线性能测试实验室 超细夹杂物去除-现场试验 加拿大奥尔兹湾跨海大跨越——世界拉力最大的输电跨越工程 晋东南-南阳-荆门 1000kV 黄河大跨越

化学镀Ni-P具有优良的耐腐蚀性能，在工业生产中被广泛应用。但是，随着应用的增多也 出现了一些问题。由于化学镀层是阴极性的，如在施镀过程中形成针孔、麻点以及使用过程中 外力对镀层的损坏等，往往造成镀层在腐蚀介质中形成电偶腐蚀，使得镀层不仅对基体起不到 保护作用，反而加速了基体的腐蚀。 三元合金Ni-W-P镀层的出现在一定程度上解决了Ni-P镀层中所存在的问题。W元素的加入 可以提高镀层的致密性，减小了腐蚀介质穿透镀层在镀层与基体之间形成电偶腐蚀的几率。此 外，W是一种自钝化元素，在腐蚀介质中有利于镀层表面钝化膜的形成，提高了镀层的耐蚀性 能，因此，P的含量相近时Ni-W-P镀层的耐蚀性能优于Ni-P镀层。但是Ni-W-P镀层与Ni-P镀层 相比在与基体的结合力上并没有提高，在后续加工过程中如受到一定外力作用时，镀层很容易 脱落，这就使得镀层的应用范围受到了一定的限制。 该技术针对现有化学镀层在使用过程中所存在的问题，提出将含有一定量W元素的Ni-W-P 镀层在高温下进行热处理，提高镀层的结合力和硬度，大幅度提高镀层的耐蚀耐磨性能，延长 镀层的使用寿命。 可应用于换热器、泵、轴、空冷等耐蚀或者耐磨的场合

我国的大飞机发展计划，为我国铝合金的发展提供了新的机遇。飞机的60-75%的构件是铝合金。航空铝合金是铝合金中高技术含量，高投资，高附加值产品。我国的C919客机已下线，但是该飞机所用的材料主要依赖进口，急需国产化。同时我国军用飞机的大型铝合金材料依然不能满足军机发展的需要。最近，国务院和中央军委大力倡导“民参军”，鼓励民营企业参加国防军工生产。所以该项目计划建设年产20万吨铝合金板带生产线，其中航空铝合金板带5万吨，其余为工业中厚板。 该项目采用了东北大学发明的两项关键技术-1）电磁-气刀连铸技术；以解决高质量锭坯制备，这一制约航空铝合金发展的关键技术，和2）铝合金电流场热处理技术，包括电流场均化和电流场固溶时效，在降低成本的同时，保证材料的性能，均有较高的效益。 一般客机自重为30吨左右，战斗机为10-20吨，大型运输机为60-80吨，其中60-70%为铝合金，则按一架飞机平均自重30吨估算，约需铝合金20吨左右，则需要的铝合金材料为200吨左右，80-90%被加工掉。如果我国飞机材料能达到500架/年，这需要10万吨铝合金。由于现在飞机大部分部件都采用板材机加工方法，所以板材要占80%，既8万吨。 同时我国的战车、炮车、军车等正在实现轻量化，也需要航空铝合金，预测每年要达到30-50万吨。 同时，该生产线还可以生产民用中厚板，包括罐车、动车车厢、铝合金煤车等，预测需要30-50万吨。 因此包括航空铝合金在内，我国每年铝合金中厚板的需求量可以达到80-100万吨，且随着我国飞机制造和高铁发展，需求量还会增加。 招商方向引导 金属结构材料，轻合金加工行业。可以新建，也可以在原铝合金加工厂改造升级。