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。

螺纹钢产品是国家基础设施、铁路桥梁及水利等发展的重要需求，其生产技术及装备标志着国家长材轧钢发展水平的重要标志。现阶段我国城乡一体化建设及城市化的不断推进，螺纹钢产品市场的需求量一直稳步增加；在国家政策方面，我国螺纹钢新国标政策的执行，钢铁行业的经营秩序得到了进一步的规范，螺纹钢产品的质量要求需要提升，钢企在生产工艺及装备上面临升级转型的需求。 针对热轧钢筋生产，系统性研究多线切分轧制控轧控冷，开发了基于多线切分控轧控冷的“合金减量化生产技术”（Quantitative reduction rolling technology）提高生产效率，降低资源浪费，在钢坯最少合金元素的前提下提升螺纹钢产品的质量

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。

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，国际流行的冷轧带钢板形测控系统存在的主要问题是：（1）板形仪辊面质量和检测精度不够高。分段压磁式板形仪辊面有缝，可能会压伤和划伤带钢表面。整辊压电式板形仪的传感器分散螺旋布置，不能对横向板形实现同步测量。（2）碳刷滑环式板形信号传输装置，易受摩擦磨损振动和电磁温度等干扰，运行维护困难。（3）整辊式板形仪存在通道耦合问题，影响检测精度。（4）板形分析计算和控制器设计模型都是静态的，不能实现动态预报和解耦。（5）板形控制建模的智能程度和计算精度低，影响控制系统性能。 为打破国外垄断，实现用自主国产板形测控系统装备带钢冷轧机，生产高级冷轧带钢，在国家科技支撑计划、863计划、国家自然科学基金和校企合作的支持下，燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心刘宏民教授团队针对上述科技问题，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，并成功应用于鞍钢1780 mm五机架冷连轧机和马钢1720、河钢1550等12套钢带、铜带、铝带冷轧机组，替代进口，实现了大型带钢冷连轧机板形测控系统的首台套国产化和冷带轧机板形测控系统的规模化应用。

本研究针对焦化废水高浓度、难降解的特性，研究开发焦化废水零稀释、零排放集成技术，依托北营炼铁总厂焦化废水处理工程，开展应用研究，对焦化三区原有废水处理系统进行升级改造，采用“预处理+强化预曝气+A2O生化处理+生物流化床+臭氧催化氧化+膜处理（超滤+反渗透）+浓水处理”的集成工艺处理该厂焦化废水，使焦化废水处理后的各级出水分质达标、回收利用，实现零稀释零废水排放。从根本上解决了焦化废水的处理问题，项目技术水平达到国际领先水平。项目现已在北营焦化厂三个作业区全面应用，年创经济效益1000万元以上，在节省人工、水源、能源等资源同时降低环境污染、社会效益良好，为钢铁焦化企业废水处理新工艺方法提供示范和借鉴。 本项目研究成果具有广泛的适用性，既可用于现有各焦化废水处理站升级改造，又可作为新建焦化厂焦化废水处理工艺。焦化废水的零排放依赖于焦化企业下游的中水利用，单独的焦化企业可应用本研究成果处理焦化废水后达标排放。该技术的推广和应用与国家对行业水质标准的完善及提高相适应，市场需求旺盛，具有广泛的推广应用前景。

汽车用特殊钢品种繁多，生产工艺复杂，冶金过程需分钢种、定制化的精准控制，针对钢种特性进行产品工艺设计。汽车用特殊钢的控制难点可简要归纳为夹杂物塑性化控制、连铸冷却均匀性控制、铸坯中心偏析预测与控制和针对钢种特性的冶金过程综合控制。为此，湘钢与北科大钢铁冶金新技术国家重点实验室合作，组建了高品质汽车用特殊钢生产关键技术研发团队，开展了系统研究。

本项目属于金属材料冶炼加工制造领域，具体是取向硅钢的研发、制造及应用领域。取向硅钢被称为 “钢铁皇冠上的明珠”，主要用作变压器铁芯，是制造工艺最复杂的钢铁产品。本项目应电机行业发展和市场迫切需求，开展了新型无底层绿色环保涂层高磁感取向硅钢的开发及规模化制造，产品主要用作大型发电机铁芯，工序更漫长、工艺更复杂，是取向硅钢中的“专精特新”产品。 本项目历时五年，行业内首次成功实现无底层绿色环保涂层高磁感取向硅钢的大批量生产及应用，取得四个方面创新成果： 1）发明了一种新的含铋及独有脱碳退火工艺生产取向硅钢的制造技术，可抑制取向硅钢硅酸镁底层的生成，生产出可满足于电机行业使用的新型低成本无底层高磁感取向硅钢，该技术独创了无底层取向硅钢制备工艺，为全球领先技术； 2）攻克了含铋无底层取向硅钢的铋元素添加、稳定热轧技术，解决了铋元素的均匀、稳定添加，以及热轧板边裂的控制难题，全球取向硅钢领域内首次实现了含铋无底层取向硅钢的稳定、批量生产； 3）以含铋无底层取向硅钢为基材，创新了表面处理技术，研制出一种新型低表面硬度、附着性等级高的特殊涂层取向硅钢产品，并实现全球首发，该产品可有效解决电机行业采用取向硅钢制作电机铁芯时存在的冲片毛剌大、模具损耗严重的难题； 4）以含铋无底层取向硅钢为基材，创新了表面处理技术，研制出另一种新型可自粘接成型的特殊涂层取向硅钢产品，并实现全球首发，该产品可有效解决风电电机铁芯粘接端板不能用取向硅钢制造（无法整体成型）的难题。 项目产品短时间内一举通过东方电机火电（核电）、中车株洲电机风电产品质量认证，累计销售1.50万吨，实现销售收入2.06亿元，直接经济效益3383万元，利税3290万。项目获发明专利33项（授权22项、受理11项），论文10篇，核心技术秘密2项，制定行业标准1项，开发出5个牌号新产品，其中2项全球首发。项目产品应用于中车株洲电机海外风电项目、东方电机“大国重器”项目——大型百万千瓦级火电发电机组，国内市场占有率100%，彻底解决了困扰电机制造行业多年取向硅钢制作铁芯冲片毛剌大、加工成本高的“卡脖子”问题（冲片加工效率可提高10～15倍、模具成本降至1/100），经济和社会效益显著。项目产品助力电机企业满足电机能效的更高要求，可更好的实现技术降本与产品创新，为我国“双碳”目标推进提供有力支撑，为国家和社会绿色低碳发展作出贡献。

国内现有船舶及海洋装备用钢无法满足极寒环境应用，其主要原因在于： 1、36-40kg高强船板，通常采用控轧、正火轧制或传统TMCP方式生产，常规组织的韧脆转变温度较高、防止结构脆性瞬断能力不足，无法满足极地船舶-60℃的设计服役要求； 2、极寒和超深水海洋平台用钢需满足超高强、大厚度、易焊接、厚向均匀等特性，传统上采用调质生产的钢板其高屈强比、高碳当量导致可焊性差；钢板厚度方向性能不均，心部强度和低温韧性易存在波动，无法满足超深水和极寒海工装备在高韧性设计和应用服役性能要求。 为满足国家重点领域关键材料亟需，鞍钢联合项目各完成单位开展“产-学-研-用”协同创新，针对不同海洋装备的设计选材要求，实施材料设计-制造-应用-服役评价等全链条集成化技术创新，探清低温韧化机制，开发出全系列极寒环境用高强韧易焊接海洋装备用钢，实现国内外重大海工装备示范应用，为海工装备产业技术升级、实现高端材料自主可控提供了重要支撑。 鞍钢作为国内海洋装备用钢的重要研发基地，率先完成F级极寒环境海洋装备用钢的船级社认证，与项目完成单位在极寒环境海洋装备用钢的合金体系设计、强韧化机理、服役性能评价等方面开展了合作，并积累了丰富的经验。鞍钢拥有国际一流的海洋工程用钢生产装备，5500mm轧机轧制力高达105000kN，最大板宽可达5200mm，完全可以满足极寒环境海洋装备用钢的轧制要求。鞍钢拥有强大的热处理能力，可进行淬火、回火、正火、退火等热处理，为本项目的研发提供了支撑。

钢铁工业是国民经济的支柱产业，也是污染物和碳排放重点行业，根据研究报告我国钢铁行业二氧化碳排放占全国总量的16%左右。在国家“双碳”目标及十四五“更趋严格的能耗”要求下，钢铁行业低碳绿色发展越显重要。我国钢铁工艺主要以高炉+转炉长流程冶炼为主，长流程钢占比90%，而长流程的吨钢CO2排放在1.8~2.2t，二氧化硫、颗粒物、氮氧化物等污染物排放0.7kg/t以上，其中高炉炼铁系统的污染物排放占90%以上，CO2排放占85%以上，所以高炉炼铁系统的节能减排对钢铁工业低碳绿色化发展意义重大。 我国高炉炼铁炉料结构主要以烧结矿为主，烧结矿平均入炉比例在70%以上，但烧结工艺普遍存在工序能耗高、烟气和污染物排放量大等问题，对炼铁系统的污染物和碳排放影响较大。球团工艺的能耗和污染物排放仅为烧结工序的50%以下，CO2排放为烧结的30%左右，所以用球团替代烧结，提高球团矿在高炉炼铁中的使用比例有利于降低炼铁系统的污染物和碳排放。