项目属冶金科学连铸技术领域。项目为“十三五”国家重点研发计划“钢铁流程关键要素协同优化和集成应用”项目中的“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的主要研究任务，以及企业间的横向技术合作。项目的研究时间为2015年9月-2021年12月。针对国内微合金化钢板带材生产中存在的能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，在实验室计算机仿真和模拟加热、轧制等实验研究的基础上，以邯钢、鞍钢、京唐、莱钢等大板坯连铸机-加热炉-轧机生产线为依托，重点开展了连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键工艺与装备技术的研发和工业生产验证工作。形成的关键技术成果与创新如下： （1）探明了边直裂的形成机理，创新性的提出：合理优化铸坯角部形状,可以提高铸坯温度的均匀性，同时有效改善铸坯轧制过程中的角部受力和变形状态，达到消除和避免轧制过程边直裂产生的核心思想。开发出独有的连铸坯角部形状二次倒角工艺与装备系统专利技术，在国际上率先实现工业化应用。大幅度减小板带材的裁边量，使成材率提高约1%。 （2）微合金化钢红送裂纹形成机理研究取得突破，开发出了独家的双工位铸坯红送裂纹在线控制工艺和装备专利技术，一方面使铸坯8～10mm表面层温度快速降低到铁素体相区，实现了微合金化钢由冷装或码垛温装向平均750℃以上快冷直装的跨越，另一方面满足了铸坯高拉速、高效率生产，彻底解决了铸坯表面残水蒸发给厂房及设备带来的污染。 （3）首次开发出基于热流监测的锥度动态控制技术和组合结构的侧面支撑足辊装备以及弧形曲面形状优化的新型倒角结晶器，使低碳钢和超低碳钢大倒角连铸坯正常工作拉速达到1.7m/min，最高拉速达到1.8m/min；同时有效避免了裂纹敏感性宽厚板铸坯的角部横裂纹缺陷发生，使铸坯表面无缺陷率达到99.6%以上。 （4）在世界范围内首次集成连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键技术，并辅助以多种优化工艺与控制模型软件，创建了低成本、高效化板带材绿色制造工业示范生产线。 项目开发实现了系统技术成果在国内大型钢铁企业的推广应用，优化了微合金化钢生产工艺，提高了钢的成材率、节约了能源、大幅度缩短了生产时间。有力的推动了行业技术进步。 项目共获得授权专利33件，其中国际发明专利4件、国际实用新型专利6件。为在国内和国际市场推广奠定良好的基础。

本研究成果来源于湖南华菱湘潭钢铁有限公司与北京科技大学合作的横向课题“汽车用线材品种方坯裂纹研究”（合同号：K515001-514107421）和“汽车用弹簧钢的开发研究”（合同号：K518001-518112403）。 本项目针对汽车用特殊钢在冶金过程存在的共性计算技术难题，如弹簧钢、帘线钢中硫元素含量和夹杂物的控制效果不理想，轧制和拉拔过程中夹杂物的变形能力不佳，难以保证产品高疲劳寿命的稳定性的问题；汽车用特殊钢多含有合金元素，钢的裂纹敏感性大大增加，冷却不均匀性是连铸生产面临的共性难题；铸坯的中心偏析控制严重依赖生产经验，缺少相应的偏析预测模型，只能采用试错的方式对生产参数进行调整，对于偏析涉及的众多生产参数的调整与优化组合缺少相应的指导模型；湘钢产低碳冷镦钢C4C-Q、含硫钢42CrMoQ等高品质汽车用钢，在冶炼以及连铸生产中存在一系列的技术难题等等进行了研究，并取得了很好的效果。 具体内容见科技成果评价书及科技成果评价申请表。

本项目研究形成了一套集诊断、调控、监测等技术为一体的安全低碳高炉炉缸保护层监控预警平台。基于高炉炉缸解剖，提出了以控制石墨碳析出为核心的高炉炉缸自修复理念，明确了高炉炉缸安全低碳护炉方向，实现了炉缸铁液富石墨碳保护层的析出诊断。通过构建炉缸活跃模型，明确了优化炉缸活跃性的操作调控技术，改善石墨碳析出环境。通过强化炉缸传热体系，降低炭砖热面温度，调控高炉侵蚀炉型，为石墨碳析出提供动力学条件。通过量化炭砖侵蚀速率，构建炉缸侵蚀模型，兼顾保护层析出诊断、析出调控，形成保护层动态监控预警平台，最终实现了高炉炉缸侧壁温度保持并在安全温度范围内，保障了炉缸生产安全。

变速箱作为汽车及工程机械传输动力的“大脑”，是汽车及工程机械最主要的三大核心装备之一，对于汽车和工程机械装备性能的发挥至关重要。齿轮作为变速箱的重要传动部件，其品质直接决定着变速箱的整体质量和运行稳定性。近年来，随着国民经济的迅速发展和工业化水平的提高，作为国家重要支柱产业的汽车工业和工程机械装备制造业面临诸多挑战，这对汽车及工程机械齿轮的轻量化、长寿命、高可靠性和安全性等优良服役性能提出了更为严格的要求。而齿轮钢作为齿轮制造的重要基础材料，其强韧性、纯净度、淬透性、均匀性及易切削性等性能要求也日益严苛。但长期以来，受工艺技术及装备水平的影响，超低氧、易切削、高均质等的协同稳定控制难题一直困扰着齿轮钢的生产，严重制约了变速箱高端齿轮钢的品种拓展与升级。如何实现齿轮钢超低氧、易切削、高均质等性能的协同稳定控制是解决高端变速箱齿轮高效稳定运行和长寿命安全服役亟待破解的关键共性难题。 针对上述问题，承德建龙特殊钢有限公司联合北京科技大学、中国汽车工程研究院股份有限公司、晋江市成达齿轮有限公司和山东润通齿轮集团有限公司等多家单位，立足承德建龙“钒钛磁铁矿—高炉铁水—提钒转炉—半钢脱硫—炼钢转炉—LF精炼—VD真空脱气—方坯连铸—控轧控冷—精整—检验—棒材”特色产线，以超低氧、易切削、高均质和长寿命为目标，依托国家自然科学基金项目和企业合作，开展了“产-学-研-用”全链条联合技术攻关，成功研发变速箱用超低氧易切削高端齿轮钢生产成套技术。

高品质棒材发展趋势主要包括高强塑化、低成本、绿色化、减量化生产，这些均需要现有工艺的创新升级和设备升级。通过针对市场上销售的钢筋进行的相关质量统计，全国钢铁企业抽检合格率93%，市场抽检不合格率28.9%，浙江省公开报导钢筋抽检不合格率46.38%。其中钢筋不合格项主要为：显微组织、硬度、金相组织、成分、力学性能，其余为尺寸外形、重量偏差、钢筋标识等。如何在现有生产线条件下通过工艺和设备的升级改造，节约成本、提高质量稳定性、获得减量化效果，是本项目所解决的主要问题。本项目所提的减量化包括两方面内容：一是通过减少合金加入量，降低生产成本；二是通过提高HRB400E和HRB500E的质量稳定性，增加成材率，同时通过开发超高强度级别钢筋（700MPa级和800MPa级）替代HRB400E，可以减少钢材的使用量，获得减量化效果。

板形检测与控制是带钢冷轧机的核心关键技术，是我国钢铁工业智能化急需解决的重大技术难题。为打破国外垄断，消除“卡脖子”隐患，在国家科技支撑计划支持下，该项目历时10余年，自主创新研制了整辊无线式板形仪和智能板形控制系统，并成功进行了一系列工业应用。 第一项创新：提出板形检测信号解耦机理模型，研制整辊无线智能型板形仪，实现高精度检测。在建立通道耦合与信号解耦机理模型的基础上，研制整辊无缝密排传感器板形检测辊，提高辊面质量，实现同步精确测量。采用无线数字通讯技术，研制无线式板形信号传输装置，提高稳定性、可靠性和使用寿命。建立误差补偿模型，研制板形信号计算机处理系统，实现智能精准检测。 第二项创新：提出板形分量控制方案和动态解耦控制模型，研制多手段协同板形控制系统，实现高精度控制。根据相对增益理论，将复杂的板形控制系统分解为对称板形分量、非对称板形分量、局部板形分量等3个独立的控制子系统，简化控制器设计。根据解耦控制理论，分别建立3个分量系统动态解耦控制模型，研制倾斜轧辊、非对称弯辊、对称弯辊、横移轧辊、分段冷却等多手段协同的板形控制系统，提高控制性能。 第三项创新：提出板形控制机理智能协同建模方法，研制智能板形控制系统，实现高精度控制。根据轧辊带钢变形机理和轧制过程实测数据，分别建立机理模型控制方案和智能模型控制方案，然后加权结合，制定精确的控制方案。为补偿板形检测大滞后，研发机理智能板形预测控制技术，提高控制精度。 该项目获授权发明专利20项、计算机软件著作权10项，主持制定国家标准2项，发表论文65篇。该项目板形检测分辨力0.2I，板形控制精度4-6I，闭环控制周期100ms，3项技术指标好于国外先进水平（0.5I，8-10I，200ms）。技术装备价格是国外的30%，每套节约投资1000万元。提升了我国冷轧带钢板形测控技术的国际竞争力。 该项目整体技术已应用于鞍钢1780mm五机架冷连轧机和马钢1720mm、河钢1550mm等12套带钢（材）冷轧机，节省投资1.2亿元，近3年新增销售额119亿元，新增利润11.3亿元。带钢（材）板形从普通精度提升到高级精度，用于红旗奔驰奥迪和格力海尔、华为手机和5G设备等高级汽车家电、电工电子板，顶替进口，出口美欧日韩。提升了我国冷轧带钢质量和轧机装备智能化的国际竞争力。

目前我国工业企业内部大量采用有线传输技术实现企业内部网络的通信，无线通信在制造领域中的应用较少。一方面，由于传统工业生产设施相对静态和持久，没有无线连接的需求。另一方面，传统无线技术达不到工业要求，特别是可靠性、时延、安全等性能。然而，随着自动化、智能化生产的需求日益强烈，同时 5G 通信技术在可靠性和时延上的突破，为无线应用到制造领域提供了可能。在未来工厂中，由 5G 无线通信提供的灵活、移动、通用的连接，必将对制造业生命周期中的生产、运输和服务带来革命性的发展。 在我国，钢铁企业生产工艺流程复杂、条件苛刻，具有高温、腐蚀以及生产连续性强等特点，在长周期连续运转过程中，受工艺设备、人员操作水平等因素的影响，生产设备可能存在一些影响安全生产的因素，易造成停车停产等事故。设备管理、安全监管、运维管理面临着人为响应不及时、备品备件繁多无法及时跟踪状态等问题，涉及的设备运维无法进一步精细化管理，采用新的技术手段对设备进行智能化管理需求迫切。 针对鞍钢集团及下属工业制造企业内部复杂、多变的无线传输环境，面对工业生产高可靠、高带宽、高安全、低时延的技术挑战，鞍钢集团信息产业有限公司努力克服 5G 和 MEC关键技术在工业互联网中的部署难题，形成了一种具有示范推广价值和行业复制性的企业内 5G 网络部署架构与网络建设、运维、管理新模式。

项目承担单位自2005年起，开展转底炉处理含铁、锌尘泥资源循环利用关键技术及示范项目研究，并于2018年与韶关钢铁签订了25万吨/年转底炉处理钢铁含铁锌固废生产线；2019年与永钢签订了25万吨/年转底炉处理钢铁含铁锌固废生产线；2020年在湛江转底炉公司建成了转底炉协同处置钢铁厂含铬废液新工艺生产装置；同年，上海宝钢两条25万吨/年转底炉处理钢铁含铁锌固废生产线投产，在国内唯一全量处置多源固废：出铁场灰、高炉二次灰、瓦斯泥、电炉灰、LT灰、OG泥、含锌冷轧污泥的生产线，不仅实现了含铁、锌尘泥资源的循环回收利用，同时协同处理了钢铁厂固危废，为我国钢铁行业含铁、锌尘泥资源化利用，保障固废不出厂起到示范及引领作用。

通过添加高分子助磨剂、高频振动和机械力化学作用和通过喷雾和微波照 射，将通式为 RCOONH(CH 2 CH 2 OH) 3 的聚羧酸醇胺型活化剂固化在微粉颗粒表 面，其带电功能团提高尾矿中 SiO 2 和 Al 2 O 3 的可溶性，使尾矿微粉活性化指数 提升，可部分取代水泥制备新型胶凝材料；通过研发金属尾矿综合利用智能生 产执行系统和智能化生产装备，自适应控制生产工艺的动态最优化，使尾矿微 粉的生产获得最佳的活性；通过混凝土配合比和砌块孔型优化，研发自保温再 生混凝土和满足夏热冬冷地区墙体节能要求的尾矿微粉自保温再生混凝土砌 块，实现金属尾矿微粉绿色、高效、低成本大宗建材化利用。

北京科技大学通过研究形成了一套集诊断、调控、监测等技术为一体的安全低碳高炉炉缸保护层监控预警平台。基于高炉炉缸解剖，提出了以控制石墨碳析出为核心的高炉炉缸自修复理念，明确了高炉炉缸安全低碳护炉方向，实现了炉缸铁液富石墨碳保护层的析出诊断。通过构建炉缸活跃模型，明确了优化炉缸活跃性的操作调控技术，改善石墨碳析出环境。通过强化炉缸传热体系，降低炭砖热面温度，调控高炉侵蚀炉型，为石墨碳析出提供动力学条件。通过量化炭砖侵蚀速率，构建炉缸侵蚀模型，兼顾保护层析出诊断、析出调控，形成保护层动态监控预警平台，最终实现了高炉炉缸侧壁温度保持并在安全温度范围内，保障了炉缸生产安全。