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。

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。

把所有的炼钢数据和板坯质量信息进行关联，能够更好地提升现场生产和工艺人员的工作效率，集成在内分析辅助工具能够更快速准确地提升分析能力。 以板坯为索引，把炼钢数据和板坯质量信息进行关联，通过板坯号就能够直接获取其各位置对应的生产过程数据、板坯质量信息。并提供统计分析工具，对不同类别、不同质量结果的板坯进行快速分类和分析。

板坯连铸的实践表明，结晶器内钢水流动在很大程度上影响板坯内夹杂物和气泡的行为，弯月面附近的钢水流动又支配着保护渣熔融、铺展及保护渣的卷吸，决定了铸坯的表面质量。电磁搅拌是利用不同的磁场发生装置，在铸坯周围产生交变磁场，当铸坯中的钢液通过此交变电磁场时，产生感生电流，感生电流又与磁感应强度共同作用产生电磁力推动铸坯内部钢液运动。因此，板坯连铸普遍采用结晶器电磁搅拌，以改变弯月面附近钢水流动方向，促使板坯表层的初生凝固壳前沿钢液的均匀流动，维持坯壳均匀稳定地生长，从而抑制钢液温度分布的偏差，降低凝固滞后的发生率，减小坯壳厚度偏差，成为获得优质铸坯的重要技术手段。

采用基于机器视觉的测量方案，能够实现镰刀弯、翘扣头等非对称特征量的实时检测，效率高，安装简单，能够适用于各种安装环境，此外具有自主知识产权的玻璃折射成像模型、标定技术使得在热轧环境下具有更高的检测精度，满足现场检测需求。基于金属三维流动特性的板坯变形模型为基础，结合模糊预测模型、神经网络模型，使得镰刀弯、翘扣头缺陷的控制具有更高的精度，并具备自适应能力，满足各种工况条件下的镰刀弯、翘扣头缺陷控制。相关技术申请发明专利6项，具有自主知识产权，并成果应用于国内大型钢铁企业。

全流程综合板形控制技术包含热轧板形控制系统、工作辊和支撑辊辊形技术、质量分析技术及轧后板形分析等内容，全流程板形质量控制主要分为工序间工艺数据窗口的建立和单工序质量控制，其核心为工艺数据窗口的建立。合理的工艺数据窗口可以更好的协调各个工序之间的质量衔接，单工序质量控制主要是为满足工序间质量窗口需求服务。所以各个工序质量控制精度需要丰富的控制手段以满足下游质量工序的需求最终达到工序间的质量协调。 该项技术具有完全自主知识产权，已成功应用于国内多家大型钢铁企业，涉及常规热连轧、薄板坯连铸连轧、铝热连轧、不锈钢热连轧及炉卷轧机等，取得了良好的经济效益，获得了多项国家级及省部级奖项。

针对以CSP流程为代表的薄板坯连铸连轧产线存在的外方系统黑匣子、品规扩展精度低、系统老化故障多、局部改造风险大等共性难题，通过全面系统调研、大量离线测试、高精模型研发、先进算法应用、智能功能开发等途径，从高精度轧制过程控制模型、兼顾全幅宽和多目标的板形综合控制技术、新一代过程控制系统集成技术等方面开展了系统的理论和应用研究。项目成果成功应用于马钢CSP产线，是自主研发的成套过程控制系统首次应用于薄板坯连铸连轧产线，首次替代原外方的系统，首次提出网关+双系统并行的零停机时间的在线替换模式，首次敢于同时保证C40、C25双凸度控制精度，综合指标优于同期采用国外技术的同类产线，标志着我国具备了自主完成薄板坯连铸连轧过程控制系统研发和改造国外过程控制系统的能力，打破了国外公司在此领域的长期垄断，为企业提升产品质量、拓展品种规格、降低制造成本及实现智能化升级提供了更多选择和便利。相关技术成果也推广应用于日钢1580、柳钢2032等常规热连轧生产线，均取得了很好的应用实绩，推动了宽带钢热连轧关键共性技术的持续进步。

大型工业加热炉智能燃烧控制系统在板坯全自动精确跟踪基础上，通过板坯温度、尺寸、重要参数的自动测量、坯号智能识别等技术手段实现生产计划自动核对，板坯实物、计划、工艺的准确对应。此外，基于板坯加热温度实时精准预测模型，建立智能化燃烧控制策略系统，实现复杂工况和炉况的动态感知与自适应，减少人工干预以及对操作经验的依赖。综合运用各类大数据分析工具，对板坯温度、位置、工况、设备等海量的同时空大数据分析加热质量与升温曲线、设备以及工况的关系，建立板坯加热质量和加热炉能耗评估体系，实现真正会“思考”的加热炉。

中厚板生产过程中，板坯的头尾部及侧面会由于一系列的因素而发生较为严重的塑性变形，使得轧制成品的平面形状偏离矩形形状，需要后续的精整以及剪切工序使其满足订单所需的规格。而现今钢板轮廓检测方法，大多苦于现场环境复杂，噪声污染严重，导致检测精度不高。因此，基于机器视觉的中厚板轮廓精准识别成为提高中厚板剪切效率、降低剪切损耗的有效手段和必选方案。 本系统将给出基于机器视觉的中厚板形状检测系统硬件配置与软件功能总体方案，建立中厚板图像轮廓采集系统的架构，开发大尺寸运动目标采集模型、结合中厚板厚度变化的相机动态标定及畸变矫正模型以及多尺度噪声融合情况下的中厚板轮廓识别模型等一系列高精度检测模型，可以精准检测到中厚板的轮廓特征，为后续剪切提供数据指导。 基于机器视觉中厚板轮廓检测系统具有很高的检测精度，宽度检测指标±3mm，长度检测指标±20mm（40m），可极大程度降低剪切后长度不足以及问题板的比例。该项技术不仅是中厚板企业和市场的需要，也是摆脱国外厂商在机器视觉检测技术方面垄断的需求。相比传统中厚板检测及剪切方案，可大幅度提高剪切智能化水平，有效降低劳动强度，为中厚板生产线降本提质增效奠定良好基础。现已推广应用至某4300mm宽厚板生产线，预计年度创效约380万元。

板坯自动火焰清理机的工作原理是利用氧气、天然气形成的燃烧火焰，预热板坯的局部区域，在其表面形成预热熔池，接着板坯以一定的速度从烧嘴喷出连续、纯净、干燥的氧气流下通过，由于高压氧气流与所接触的板坯成一定的锐角，氧气与表面金属氧化，并将其与所含的缺陷部分一起吹除至预定的深度，被清理表面层的氧化溶渣在高压水作用下粒化清除。板坯的清理厚度可以通过清理的速度选择来调节和控制，清理后的板坯平面平整、无缺陷，表面质量得到极大提高。