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。

汽车用薄规格热轧酸洗板对表面质量要求较高，要具有良好的表面质量，同时对力学性能也有严格要求。薄规格热轧酸洗汽车板是一种高附加值的汽车用钢。 本钢以建设精品板材基地为目标，近年把汽车用热轧酸洗板作为汽车用钢的重点发展方向，随着本钢酸洗生产线的正式投产及与生产热轧酸洗板的前部工序设备相关技术改造的完成，本钢已全面具备研制开发和生产汽车用热轧酸洗板的能力，目前可以批量生产780MPa以下和最小1.2mm厚度规格的薄规格高强汽车用热轧高强酸洗板。 本钢近年对薄规格高强热轧酸洗汽车板产品进行了深入的基础研究、技术质量攻关及市场推广等工作。本钢提高了炼钢生产的钢质纯净度水平、热轧轧制工艺控制水平，力学性能稳定性大幅提高，实现了高强薄规格热轧酸洗板整体生产能力及质量水平的提高；在表面质量方面，结合酸洗工艺的优化，解决（或极大改善了）夹杂、氧化铁皮、硌印、表面锈蚀、色差、表面清洁性、表面粗糙度等诸多问题，成功实现了高强热轧酸洗板的批量生产， 本系列产品主要包括QStE、SAPH、SP和S-MC等。质量指标包括表面质量、板型和力学及成型性能。本项目通过控制钢板内部组织，晶粒尺寸以及析出物的形态和数量的方法，保证钢板强度和成型性能；采用稳定高效环保的酸洗工艺消除热轧板的表面氧化铁皮；通过CVC板型控制系统，满足用户对产品板型的要求。 到目前为止，国内的热轧酸洗板仍然以普通厚板为主，高强薄板方面的产品极少。截至2021年9月，本钢已累计生产薄规格高强热轧酸洗板系列产品18.5万吨，性能合格率100%，板形良好，已成功供货东风日产、上海汽车、沈阳华晨、奇瑞汽车、上海通用、东华汽车、江铃汽车、天津汽车、北京现代等汽车厂。

企业电网智能管控平台在技术攻关过程中面临着如下的技术难关： 1、全电网信息孤岛。国内外尚无一套用于企业电网的智能管控系统，该系统的体系架构没有可借鉴性；目前各变电站横向之间互相孤立，信息没有交互；要实现信息交换，缺乏统一的数据传输协议和对象模型。 2、关口潮流阈值难以精准确定。传统的关口潮流阈值（即企业电网关口功率设定值）都是人工凭经验设定，设定裕量大；行业内没有准确计算阈值的算法。 3、电网潮流缺乏快速精准控制。企业电网网架结构复杂，难以快速识别不同运行方式下源、网、荷的对应关系，无法实现精准控制；传统控制系统采用多层网络架构，造成数据传输速度缓慢。 4、控制策略无法在真实电网中热试。各类电网仿真软件无法实现全网信号的真实模拟。 企业电网智能管控平台将信息化系统和企业电网深度融合，实现了电网运行安全化、电网调度智能化、潮流控制自动化、数据采集全景化、设备运维规范化、事故处理智慧化的核心功能，大幅提升了企业电网智能化管理水平，帮助企业最大限度利用自发电量、减少人员成本、节省电费开支、减少停电损失、降低运维成本。该项目对企业电网关口潮流实现了精准控制，使企业电网的运行控制方式及管理模式得到重大转变。

钢铁企业电网存在智能化运维水平不高、电网运行控制自动化程度低下、企业电网信息化集成性不足、自发电量倒送外部电网从而无法充分利用、运维管理信息化水平低、管理不规范、事故分析缓慢不准确等问题。 本项目研究目的就是将信息化系统和企业电网深度融合，保证电网安全运行，实现源网荷自动潮流快速控制、供配电设备全生命周期管理和电网故障的精确定位、实时分析及提前预警，全面解决钢铁厂内部电网建设、管理、运维中的各种问题。 在整个项目的研发过程中，形成了如下的创新成果： 1、针对钢铁企业电网智能化水平不高的难题，首次创建了面向千万吨级钢铁企业电网的CPS信息物理系统，突破了企业电网统一信息建模、统一网络设计、统一通讯协议、信息安全分区分流的关键技术，打造了世界首套企业级电网智能管控平台，每年对千万吨级钢铁企业节约费用3亿元以上，减少企业电网运维人员90%以上。 2、针对自发电率高的钢铁企业冶炼及轧钢负荷频繁波动，导致企业电网自发电量无法充分利用的行业难题，首创多目标协同企业电网关口潮流控制算法及自备发电机组协调控制策略，实现了对企业关口潮流的精准控制，使自发电量利用率提升7%以上，每年为企业节约3.3亿度电。 3、首次开发了基于改进型DFS算法的快速动态拓扑识别技术，解决了潮流控制系统对源网荷拓扑关系需要进行快速动态识别的难题，突破了多级设备、多层网络造成数据传输速度慢的瓶颈，在企业电网内首次实现了70ms内完成电网潮流的快速精准控制。 4、开发了实时化、可变步长、支持实时网络的交互式企业电网半实物仿真技术，首次针对钢铁行业搭建企业电网半实物仿真平台，实现了1ms内完成4000字节数据的交换，相对于国内外现有仿真系统数据交换量提高了40倍。 首次构建的电网智能管控平台实现了电网运行安全化、电网调度智能化、潮流控制自动化、数据采集全景化、设备运维规范化、事故处理智慧化的核心功能，大幅提升了企业电网智能化管理水平。 项目成果已申请专利9项、登记软件著作权12项、注册商标1项，其中多项技术均为国内外企业级电网智能管控领域的首创应用。形成企业标准1项，目前正在申请行业标准。 本平台已在新华冶金、石横特钢、临沂钢铁等环保搬迁项目中得到了成功推广和应用，近六年累计实现新签合同额7.5585亿元，新增销售额4.7亿元，新增利润4974.96万元，新增税收2650.81万元。

提高喷煤比是高炉炼铁节能减耗和改善操作指标的重要措施之一，但未燃煤粉对炉况和高炉冶炼过程的影响较大。多年的高炉炼铁生产实践表明，高炉上部压差变化不大，未燃煤粉主要集中在高炉下部，制约高炉配煤比的因素主要有：1）未燃煤粉在高炉下部的过量堆积，会使高炉透气性下降，气流分布异常，压差增大，严重时导致高炉操作不稳定；2）为了控制一定的燃料比，煤粉提高的同时必然需要焦比降低，有限的焦炭在高炉内由于气化溶损反应的作用，使得高炉软熔带及以下部位的焦炭强度变差，限制了焦炭在软熔带发展“焦窗”功能的作用。 由于以上两个原因的共同影响，限制了高炉煤比的进一步提高，且未燃煤粉的分布无法得到有效控制，焦炭强度在高炉内无法得到有效保护、高炉透气性难以改善以及炉身热效率难以进一步的提高。因此，上述两个原因是长期以来限制高炉冶炼提煤降焦的技术瓶颈之一。基于此，以东北大学为代表的研究团队自1996年起，针对该问题展开了详细深入的理论研究、技术开发、设备制造和工业化应用等方面的工作。历经20余年的不懈努力与研究，以改善未燃煤粉在高炉内的分布、避免局部过量堆积为出发点，以保护焦炭强度为重要应用效果，以改善高炉透气性、提煤降焦、强化高炉冶炼，提升高炉炉身热效率为最终目标展开一系列的技术攻关，最终本项目的研究成果成功地实现了工业化的稳定应用。 本项目主要得到如下创新性的研究成果： （1）基于未燃煤粉在高炉内的分布状态及其对高炉冶炼的影响，建立了“原始创新”的炉身喷吹与风口喷吹并行的“两段式煤粉喷吹理论”，揭示了炉身喷吹煤粉的走向及其影响因素，为控制未燃煤粉的分布、改善高炉料柱透气性和有效保护高炉操作环境下的焦炭强度等目标提供理论基础。 （2）开发了两段式煤粉喷吹工艺，即在传统风口喷吹的同时在炉身下部软熔带上方设置炉身喷吹口，该工艺具有保护焦炭强度、改善料柱透气性和提高高炉热效率等特点。采用该技术可实现喷吹煤粉在高炉内的高效利用，针对未燃煤粉特性，达到了“扬长避短”的使用效果。 （3）基于本项目提出的高炉两段式煤粉喷吹理论及工艺，设计了两段式煤粉喷吹技术的关键设备和操作系统，包括水平式特质喷枪及适合于炉身喷吹的硬件系统和自控控制系统以及二次补气技术和配套操作系统。这些关键设备和操作系统运行稳定可靠，实现了两段式煤粉喷吹工艺的长期稳定运行。

随着智能化向冶金行业的不断深入，产线也加快了其各个工序的智能化脚步。加热作为其中间工序，智能化势在必行，而加热炉控制系统又是产线自动化水平较为薄弱的环节，主要体现在以下几个方面： （1）加热炉生产受上游连铸、板坯库库存、下游轧制节奏、生产计划等众多因素影响，装炉基本依靠人工进行调度、核对、定位直至最终入炉。出炉基本采用周期或手动出钢的方式，很难做到依据轧制的节奏，结合即将出炉板坯的温度，自动出钢。 （2）影响加热炉板坯加热质量的因素很多，且各因素互相耦合，是个多变量、非线性很强的系统，控制难度大。而炉内高温、粉尘的气氛环境，没有有效的检测手段来实时测量板坯的温度，使其成为名副其实的“黑箱”。 （3）多年来一直困扰加热炉生产调度、精准控制等的一系列难题，如板坯的加热过程缺乏规划和连续性、加热质量难以保障、随机性强等。换辊或轧机故障时，也不能有效地进行炉温智能控制，无法保证恢复轧制时板坯出钢温度达到要求的同时加热能耗达到最优。 （4）对加热炉能效及加热质量缺乏整体的评估，相关性参数也较为单一，仅仅依靠开轧或轧后温度作为评估的依据，时效性较差且难以满足目前复杂工况、炉况、多规格、高品质生产的需求。 因此，面对产线智能化的需求，针对加热炉的现状，解决控制系统的痛点问题，实现“会思考”的加热炉是目标。加热炉智能化过程控制技术的突破，对推进产线数字化、智能化革新具有重要意义。

北京科技大学工程技术研究院（简称“北科工研”）开发的无人天车与智能库管系统，是由智能库管系统、无人天车控制系统、智能视觉识别系统、数据分析优化系统以及库区辅助工艺设备改造设计组成的智能化、信息化、自动化综合系统及工程服务。系统实施投运可以有效减少人工工作强度、提高物料信息与设备安全、改善钢材表面质量、降低运营成本，并通过实现生产信息与物流信息实时交互，贯通进料、上料、生产、下线、储存、发货等多环节信息流，全面提升生产效率。

本课题立足河钢承钢现有产线，围绕影响直接轧制的主要因素，因地制宜，以解决影响直接轧制的关键问题为切入点，通过理论研究指导技术方案的制定和技术改造的实施，成功开发了棒线材直接轧制负能制造技术，建立了棒线材负能化直接轧制的理论体系，形成具有自主知识产权的专利技术，探索了智能化在直接轧制工艺中的应用，提高了生产效率，大幅降低了生产成本，实现了全流程负能制造。（1）通过研究铸坯拉速与表面温度的关系，建立了数据模型，开发了小半径（R7m）方坯连铸机高拉速生产集成技术，优化冷却模型，确保铸坯切后温度达到1050℃以上，奠定了直接轧制温度基础；（2）建立铸坯直接输送通道，自主开发了全程保温技术、铸坯快速输送技术，确保高温铸坯过程温降低于20℃/min，50s内快速输送至轧机，成功建成了示范产线，轧钢工序能耗降低至10.55kgce/t，降幅达78.6%；全流程工序能耗-13.49kgce/t，实现了全流程负能制造；（3）开发了铸坯头部温度补偿技术，通过智能补温缩小头尾温差，实现了钢材头尾性能差稳定控制在15MPa以内，稳定产品质量；（4）自主开发了智能化出坯直送控制系统、全流程自动跟踪系统，大幅提升棒材产线智能化水平，为新建棒材产线或行业内传统棒材产线的升级改造提供解决方案。项目授权实用新型专利1项；项目受理专利5项，其中发明专利3项、实用新型专利2项；授权软件著作权2项，发表学术论文7篇。 本项目投产至今，累计生产86.5万吨，创效3460万元。 直轧示范线炼钢工序能耗-24.24kgce/t（回收蒸汽和煤气与工序电耗的差值），轧钢工序能耗10.94kgce/t，炼钢-轧钢工序能耗-13.3kgce/t，炼钢-轧制全过程吨钢能耗小于零，实现负能制造。直轧改造前，轧线工序能耗≥41kgce/t，改造后轧钢系统工序能耗为≤10.94kgce/t，能耗降低值≥30kgce/t。累计节约能耗折合3万吨标准煤，按照每吨标准煤排放二氧化碳2.6t、排放二氧化硫8.5kg计算可减排二氧化碳7万吨以上，二氧化硫240吨以上。

以数学模型为基础，通过大数据研究方法形成转炉冶炼过程控制系统的吹炼模型、加料模型和终点控制模型，形成一套转炉智能制造控制及仿真系统软件。控制系统通过流程输出端数据群能够自调整过程控制参数。控制及仿真系统利用过程监控数据具备自学习功能。 研究转炉智能制造技术的过程监控方法，通过炉气成分分析、音频化渣技术、副枪技术或倒炉取样以及下渣检测技术检验和修正模型。 在创新应用激光炉气分析技术的基础上，提高入炉原料供应标准，完善转炉基础数据信息在线检测技术，开发静态和动态智能控制模型、自动出钢技术，实现对转炉冶炼全过程的无干预智能化炼钢。