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。

钢铁行业面临着日益严峻的资源、市场、环保、竞争等重大挑战，迫切需要加快实施转型升级和提质增效。行业普遍面临的重大考验包括：（1）钢铁需求减少，钢铁总体产能过剩；（2）环保压力日益增大；（3）企业间同质化竞争日趋激烈。装备大型化、流程高效化日益成为钢铁工业的发展趋势。 除日韩等少数先进企业采用高效生产外，采用“转炉-RH精炼-板坯连铸”工艺生产低碳、超低碳钢的大部分钢铁企业普遍存在如下问题：（1）连铸拉速普遍较低；（2）转炉和精炼工艺效率不高；（3）转炉出钢温度高；（4）浇铸过程水口易堵塞制约连浇炉数提高。首钢京唐公司致力于建设高效、优质板材生产基地。在项目开展前，也面临着国内外板材生产企业的行业难题：超低碳钢连铸拉速低于1.7m/min；转炉和RH冶炼周期分别为43min和50min，转炉出钢温度1687℃，浇铸超低碳钢4炉更换一次SEN，浇铸后期水口堵塞严重。 从2012年开始，首钢与北京科技大学合作，自主研发了"炼钢全流程高效生产技术"系列项目，创新点如下： （1）创新集成了板坯高拉速连铸技术，开发了结晶器强冷却、无锂高拉速保护渣与高拉速结晶器流场控制技术，解决了高速连铸拉漏和结晶器卷渣两大技术难题，建成了智能浇注平台，常规厚度板坯最大连铸拉速达到2.5 m/min，突破铸机设计最高拉速。 （2）开发了大型转炉强供氧技术、RH高效耦合脱碳技术，300吨转炉冶炼周期从43 min大幅度降至35 min、超低碳钢RH真空处理时间大幅度降低至20 min。超低碳钢转炉出毕至开浇时间降至70 min之内，结合全流程温度管控技术，转炉出钢温度降至1647℃，年产能从900万吨提高至1100万吨。 （3）开发快节奏条件下浸入式水口无粘附技术：通过转炉终点氧含量精准控制、全流程钢-渣反应控制、夹杂物快速去除、中包吹氩密封及浸入式水口防堵技术的开发，超低碳钢中间包钢水平均全氧含量达0.0015%，300t钢包连浇7炉不更换浸入式水口，浇铸结束后水口无堵塞率达90%以上。 （4）从生产组织、过程管理、精细管理三个方面集成了全流程智能化管控系统，解决了复杂品种、规格条件下的组织排产，提高了钢包周转效率，周期缩短22min，每台铸机钢包数量降至4个，实现铁钢界面、钢轧界面和生产过程信息全面感知、智能决策、精准执行，稳定支撑了炼钢全流程高效专线化生产。

绿色高效超高强度桥梁缆索是悬索桥或斜拉索桥的关键材料，是高强先进结构材料，国家重点支持的产品。 本项目针对国家区域经济发展战略及“一带一路”倡议，开展了超高强度桥梁缆索核心材料关键技术研究及推广应用，研究了桥梁缆索钢及缆索制造工艺、成份优化设计、无损拉拔及抗延迟断裂等核心技术。 主要研究内容：1）研究了适于桥梁缆索钢的专用绿色环保EDC（Easydrawing-conveyerprocess）技术；2）研究了与EDC在线水浴韧化处理工艺匹配的超高强缆索钢成分优化设计；4）研究了高强钢抗延迟断裂敏感性与控制技术；5）研究了钢丝低损伤拉拔及无接触热镀技术；6）研究了低弯曲应力锚具结构设计及高强钢镦头工艺。 本项目基于基础研究与生产实践相结合、关键工艺技术研究与智能化控制相结合、以及产品研发与工程应用相结合的研发思路，形成了包含EDC水浴韧化技术、成分优化设计、无损拉拔等关键核心技术的桥梁缆索制造体系，其具有绿色环保、短流程、高效率、低成本等特点，年产能可≥20万吨，可保障国内外大型桥梁建设需求。 2000MPa缆索钢项目成功立项ASTM《桥梁缆索钢丝用热轧盘条》标准（WK58959），完成了YB/T 4264-2020 《桥梁缆索钢丝用热轧盘条》标准升级修订，强度上限由1860MPa提升至2000MPa。项目合作单位江苏法尔胜缆索有限公司完成了T/CHTS 20007-2019 《公路桥梁缆索用锌-铝合金镀层钢丝》的制定工作，以上工作突破标准，为桥梁缆索的设计、生产、应用奠定了坚实的基础，为我国桥梁建设“走出去”起到积极的促进作用，具有十分重要意义。 本项目成功开发了高强、高韧新一代桥梁缆索关键材料，形成了产业化能力，产品应用于国内沪苏通长江大桥建设和深中通道项目，并达到该领域最高强度级别。通过本项目的实施，引领未来桥梁钢的发展。提升了我国桥梁建设行业的国际竞争力和影响力，同时引领了国内外制钢企业技术进步及国际标准的提高与应用，为建设钢铁强国作出了贡献。

本项目属烧结技术领域。 新常态下我国钢铁工业逐渐向减量、均质、绿色智能发展，提高烧结矿质量，减少工序能耗和污染物排放，已成为行业追求的目标。提高烧结矿质量主要是生产均质烧结矿，其关键是形成一种理想的烧结混合料结构，能使空气的流动、热量的产生以及固体物料的熔化在料层任何一处都能均衡地进行，因此要求混合料透气性均匀、热量均匀和适当的液相反应。 然而随着烧结系统大型化和矿石资源品质劣化，完善均质烧结存在如下技术难题：1）传统的“依据铁矿石资源量、化学成分及成本”的一般配矿水平难以满足生产优质烧结矿的需要；2）烧结机大型化后料面加宽，台车料面宽度的点火、风量均匀性发展难以控制，烧结横向均匀性差；3）现有的点火装备难以实现低耗、高效的点火要求；4）通过有效的信息反馈对烧结过程复杂的固液相反应进行预判和靠前调整。 为解决以上难题，马钢遵循源头绿色生态设计的原则，以300-360㎡烧结机为载体，从配矿、料层结构、点火控制及烧结过程热量方面进行了立体调优提质技术研究，并突破了关键工艺技术，实现了生产应用。项目具有如下特点：1）提出并利用基于铁矿石液相生成能力的烧结配矿方法，指导铁矿石的使用和烧结优化配矿，有利于烧结矿质量的稳定；2）开发了基于差异布料、均质点火和风量均匀分配的横向均匀烧结调控技术，烧结横向均匀性连续数值化可评价；3）大空间分区域独立控制与全方位立体监控相结合，安全均匀稳定喷加焦炉煤气，烧结过程热量调优；4）提出并实施一种低耗节能和点火均匀性双提升的点火装备及工艺技术。 通过项目的实施，授权国家发明专利8项、实用新型2项，总体水平达到国内领先。应用后技术指标进步，节能效果明显。近三年，马钢应用该技术，烧结综合成品率由成果实施前三年平均值60.67%提高至68.8%，固体燃耗由62.71kg/t下降至52.86kg/t，烧结工序能耗明显低于国内先进(冠军)机。累计增收节支总额16237万元，年增收节支总额5412万元，分别降低CO2、SO2排放量2.9万t/年、86t/年。 基于绿色生态设计的大型烧结机立体调优提质技术改善了烧结立体均匀性，实现了烧结提质降耗，同时促进了关键点火工艺装备技术进步，减少了CO2、SO2等污染物的排放，改善环境。该技术在促进我国钢铁工业向“减量、均质、绿色智能”发展方面发挥了较好的典范引领作用，具有较为广阔的推广前景。

根据轧钢生产工艺智能化发展成为技术发展的趋势，提升高速棒材生产线的智能水平已成为钢企迫切的需求。因此，系统的研究高速棒材生产线螺纹钢生产技术，解决现有高速棒材生产线中面临的产品精度低、生产灵活性不足、高速上钢稳定性差、成材率低及合金减量化生产问题及智能化的需求，研发柔性化45m/s高速棒材生产线的核心技术与装备，对提升高速棒材生产线技术水平，实现客户螺纹钢高质量、高效率、低成本、低消耗生产具有重要意义。

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。

对于转炉炼钢领域的过程控制，目前国内大型转炉基本已近实现了基于副枪或烟气分析技术的智能化吹炼，转炉终点命中率得到了革命性的改善，炼钢智能化水平跨上新台阶。 然而作为炼钢关键控制环节的出钢工艺，仍然沿用着依赖操作经验的人工控制模式。出钢时需要操作员时刻关注转炉、钢流及钢包状态，存在着高温、灼烫风险，同时也承受着噪声、粉尘危害，作业环境相对较差，与工业 4.0 时代发展要求显得不相适应。人工操作失误甚至会造成安全生产、质量管控、设备稳定方面的不利影响。 为实现炼钢全过程的智能化控制，降低操作岗位劳动强度，提高炼钢过程控制的稳定性，首钢迁钢公司开发转炉自动出钢控制技术。

钢材的氧化在热轧过程贯穿始终，由于热轧流程长，影响氧化因素多且相互耦合。而对于“轧制+气氛+温度”强耦合氧化理论，国际未见报道，由此造成氧化界面演变及氧化皮相组成控制技术开发方向不明确。同时，考虑到热轧氧化过程无法在线检测，属于典型黑箱过程，仅凭工程师经验控制势必试错量大、稳定性差。因此，实现热轧氧化精准、稳定控制是一项世界性难题。综上所述，构建多因素耦合的热轧氧化控制理论，形成具我国有自主知识产权的热轧氧化控制成套技术，实现热轧氧化调控由经验试错向数字化、智能化控制的转型，是全面提升钢材表面质量，保障制造业转型升级的必由之路。

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。