一、科学目标 　　阐明电磁场影响金属材料凝固温度点变化本质和内在机制及其对金属材料形核影响规律；在深入认识和掌握热电磁力和热电磁对流生成机制及其对凝固组织和偏析影响机理的基础上，建立热、电、磁、力协同作用下凝固组织和偏析演变模型；提出电磁场与温度场等协同控制凝固组织和偏析，以及电磁场控制应力作用下固态相变制备织构材料等技术原理；为提高我国高品质金属材料的生产水平提供理论和技术基础。 　　二、研究内容 　　（一）电磁场下相变形核机理。 　　研究电磁场下合金材料的凝固过冷行为和电磁场对材料过冷度的影响规律；研究电磁场对界面能的影响规律和电磁场下微结构演化规律，建立合金界面能与电磁场强度间的关系；研究电磁场下液-固、固-固、气-固转变形核机制，建立电磁场下凝固结晶分子动力学模型。 　　（二）电磁场下冶金相变动力学。 　　研究电磁场作用下原子扩散规律，并揭示其微观机制和建立基本模型；研究电磁场作用下相变过程位错和晶界生成和运动行为，建立电磁场与位错运动等的关系；研究电磁场下冶金相变速率变化规律、晶体长大行为及形貌演变、溶质分布规律，建立电磁场下晶体生长基本模型。提出电磁场下凝固组织和偏析控制方法和原理。 　　（三）热、电、磁、应力协同作用下相变界面行为与组织形态演变规律。 　　研究热、电、磁协同作用下凝固多尺度流动与溶质传输规律，及其对凝固枝晶形态等的影响规律并建立相应模型；研究热、电、磁协同作用下两相区及凝固组织演化规律；建立凝固两相区、晶粒组织和偏析变化模型；研究电磁场和应力共同作用时固-固转变界面行为及组织演化规律并建立相应模型。提出电磁场控制金属材料组织的新技术原理。 　　三、申请注意事项 　　（一）申请书的附注说明选择“电磁场作用下的冶金相变机理” ，申请代码1选择E0418（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。 　　（二）申请人申请的直接费用预算不得超过1500万元/项（含1500万元/项）。 　　（三）本项目由工程与材料科学部负责受理。

以压水堆核电站关键结构材料和焊接部件的主要失效形式为重点，研究现役和在建核电站国产材料在模拟核电高温高压水环境中微纳米尺度缺陷的损伤演化规律，并与国外材料对比。重点研究环境/力学/材料成分与微观结构对高温电化学的热力学、动力学的影响规律；研究材料微纳米尺度缺陷的腐蚀到应力腐蚀裂纹萌生的演化规律；研究裂尖纳米尺度的化学/结构/力学特征及其扩展机制；通过第一原理计算研究合金元素和残余应力对辐照导致元素团簇形成的影响，用辐照结合小试样试验研究析出原子团簇的交互作用及其与脆性转变温度的关系；研究材料/温度/水化学/载荷/位移/频率等多因素交互作用下的微动磨损行为；研究依据电化学方法的监检测系统，实现电化学探头长期可靠性和微纳级上的早期/无损/在线腐蚀损伤监检测；研究依据损伤机理的寿命预测模型和安全评估方法。在环境因素与材料交互作用的非线性耦合理论、材料在环境中损伤演化的微细观理论、材料环境行为的模型与寿命预测理论三个关键科学问题上有所突破。形成与基础理论紧密联系的若干关键技术基础和两项示范性技术—监检测与寿命评估，为材料国产化和科学使用、建立材料安全使用的评价准则和寿命预测提供基础数据和判据。

目前，国内外三座热风炉都在采用“两烧一送”的操作制度。此种操作制度只能单炉送风，无法降低换炉排放能耗；人为安排的燃烧时间过于浪费，影响热风炉的效率；发挥不出小孔格子砖换热面积大的优点。中冶京诚工程技术有限公司开发的“三座热风炉采用一烧两送热并联技术”，针对不同的热风炉设计参数，选择适当的送风时间和燃烧时间，可以达到提高风温、节能减排的目的。 一．技术特点  保持原有拱顶温度条件下，可以提高风温；  保持原有风温一定的条件下，可减少换炉排放次数，达到节能减排的目的；  可以使高炉接收的风温更加稳定；  能够充分发挥小孔格子砖加热面积大的优势；  用在新设计热风炉上，在满足相同风温的条件下，可以减少格子砖的总重。 二．控制系统组成 1、多变量参数热风炉数字模型；2、神经元矩阵模型推演机；3、具有专家知识库的热风炉自适应智能调节算法；4、数字式高精度冷风流量调节阀；5、热风炉PLC 系统。 三．主要技术参数 送风方式：一烧二送 热风温度控制范围：900-1350℃ 热风温度控制误差：+/-5℃ 冷风调节阀直径：适合用户冷风管道尺寸 冷风调节阀精度：0.00001度 三座热风炉如果采用“一烧两送热并联”创新工艺，可以取得的效果有多条。 1、可降低同等设计条件下热风炉系统的一次性建设投资5~10%。 2、原有拱顶温度不变时，既可以提高风温，同时可以降低换炉排放能耗，而且可以自定分配份额。 以某钢厂1为例，可提高风温25℃、同时减排50%；以某钢厂2为例，可提高风温40℃，同时减排38.3%。

随着烧结机的大型化日益发展，对烧结生产过程控制，特别是全流程的过程控制需求越来越多。目前，国外发达工业国家的烧结生产基本上实现了全过程智能自动控制。国内应用烧结智能控制系统情况，总体看分为引进技术和自主研发两种。对引进技术普遍存在功能不能完全使用，连续投运率差，其主要原因是国外控制系统功能不尽适用国内生产实际，以及国内设备、环境、经营理念等因素所致。自主研发的同类型控制系统主要存在以下问题：传统的检测系统设计造成测量不准确，控制精度低，不稳定；未能有效克服烧结系统的大滞后特性，实时性差；手动控制多，需要大量人工干预。因此，国内需要一种适合我国国情的全流程的综合自动控制系统以满足烧结现代化生产的需求。 此项目中将烧结全流程综合自动控制系统分为6个一级模型和5个二级模型共11个模型，一级为基础自动化控制系统，唐钢南区360m2烧结机的控制系统由AB公司的Logix5000系列产品组成，在实现设备顺序控制和常用检测功能基础上进行改造，增加温度、水分率、流量、密度等检测仪表以及调节阀等调节执行设备，开发新的控制软件。新增二级烧结智能控制系统，二级系统采用客户端/服务器模式。由一台服务器和两台客户机、一台打印机组成并通过100M交换机组成以太网络，与一级系统的通讯通过PLC网关实现。 一级控制模型包括烧结混合料料量控制模型、返矿控制模型、混合料水分控制模型、燃料控制模型、烧结混合料布料控制模型、烧结混合料点火控制模型。二级模型包括基本配料模型、动态配料控制模型、烧透偏差控制模型、烧透位置控制模型、生产报表和趋势图数据管理。

随着高炉生产对烧结矿质量、产量要求的日益提高和设备大型化的发展要求，烧结过程控制的目标也越来越高。如何从以往简单的一级定值控制，转换为整个烧结生产的稳定的、优化的、复杂的、多目标的计算机智能闭环控制，成为一项重要课题。作为高炉冶炼的上游工序，烧结智能专家系统的研发和应用，是为5500m3特大型高炉提供高质量的稳定的原料供应的基础保障。烧结智能控制系统的应用可以使生产过程稳定，降低能耗，实现可持续性发展。国外的引进系统不仅成本高、技术封锁、优化升级困难，而且不能很好的适应工况。因此，开发和应用具有自主知识产权的智能控制系统，可以提升企业乃至整个行业整体竞争力。 550m2烧结机智能闭环控制系统将人工智能技术与烧结工艺基本理论结合，针对从配料开始的烧结全过程，应用数学方法建立模型进行控制。系统主要包括配料控制子系统、烧结过程控制子系统、质量控制子系统和生产信息管理子系统等四个子系统，实现了烧结生产的智能控制，保证了烧结生产过程节能降耗，提高了产品质量。该成果的应用，优化了烧结生产过程，实现了烧结生产的智能闭环控制，填补了首钢在烧结自动化控制领域的空白，使首钢京唐烧结生产达到了国际领先水平，提高了企业形象和竞争力；具有完全自主知识产权的烧结智能控制系统在行业内具有广泛的推广应用价值。

迁钢公司为了提高企业的竞争力，满足生产精品板材，开发高端产品的需要，实现科学炼钢，达到稳定操作、降低消耗、提高质量目的，在迁钢210t转炉建设的同时，决定采用炼钢自动化成套技术。 目前国内外转炉多数采用副枪自动化炼钢技术。截止到2005年，国内转炉使用的近70套副枪自动化炼钢技术全部由国外引进。到2007年，国内宝钢、武钢等十几个转炉炼钢厂的副枪自动化炼钢系统均引进国外技术。多数企业引进国外技术后，由于国内工厂条件与外方模型需求条件有差距，造成模型应用上存在一定的问题，如炼钢模型不能投运、模型计算不准确以及一、二级自动化间存在通讯问题等等，影响了副枪自动化炼钢技术应用水平的提高。 210吨转炉炼钢自动化成套技术是我国第一套完全由国内自主设计研发、制造的炼钢自动化成套技术，主要包括以下关键技术：⑴精确称量技术；⑵原料质量稳定技术；⑶工艺-物理模型；⑷副枪技术；⑸自动控制系统和装备；动态控制软件。通过以上关键设备和工艺技术，实现了转炉炼钢全自动控制。

随着用户对冷轧带钢板形质量要求的不断提高，世界各国钢铁企业都将提高产品板形质量作为技术研发的重点。冷轧机板形控制核心技术是轧制工艺、轧制理论、测量系统、控制系统、过程控制数学模型和工业应用等多方面技术的结合，是冶金领域高科技产品的代表之一。 中国从上世纪70年初开始从事冷轧板形控制核心技术研究，40年来中国冷轧工业生产线的板形控制系统全部依赖进口。由于技术的复杂性和综合性，目前，世界范围内只有德国、瑞典等少数国家掌握冷轧带钢工业应用所需的全套板形测量、控制系统和相关板形工艺控制技术。这些国家的跨国公司只提供产品，不提供核心技术，昂贵的价格严重限制了板形控制系统在中国冷轧生产线上的应用，这不利于我国冷轧带钢板形质量的整体提升。 冷轧板形控制是当前轧制领域难度高、影响大的前沿技术，为满足用户需求，在国家重大科技计划支持下，鞍钢启动了冷轧板形控制技术研发与工业应用方面的一系列项目，开发板形测量系统、控制系统、板形控制机型、系统模型及相关理论和工艺新技术，以满足汽车、家电等用户高精度板形质量的要求。目前，国际上只有德国、瑞典等少数国家掌握冷轧工业应用所需的全套板形测量、控制技术。这些国家的跨国公司只提供产品，不提供核心技术。为了突破国外技术封锁，实现板形控制技术的国产化，需解决板形测量、信号处理、控制模型、冷轧机型配置等一系列关键技术开发和应用问题，形成冷轧带钢板形控制核心技术体系。

热连轧自动化控制系统是一种大型复杂控制系统，它很大程度上决定了生产线最终的市场竞争力。国内在宽带钢热连轧自动化控制系统的新建或改造上多采用硬件和核心软件由国外供货并调试的方式，存在着核心技术掌握在外方手中不公开，不利于系统的后期升级和维护，不能满足钢厂再发展的需要。 热连轧计算机控制系统是一种大型复杂控制系统，长期以来，其核心技术掌握在外国公司手里。本项目自主开发出全套的宽带钢热连轧计算机控制系统，其特色在于：从传动控制级(L0)、基础自动化级（L1）、过程控制级（L2）、生产管理级（L3）全部使用自主开发的管理模型、数学模型和控制程序，所形成的技术均拥有自主知识产权，并且能够完成从系统设计﹑软件设计、系统集成制造、编程、培训、现场调试﹑服务﹑到开工投产的全过程。

针对高品级、高附加值产品质量管控需求，尤其是以事后检验为手段，靠人工经验分析来保证产品质量，一旦出现质量异议，缺乏有效的过程溯源数据，很难定位质量原因，以及产品质量设计、工艺参数缺乏有效的技术手段等问题。由我中心技术人员自主研发的冶金全流程工艺质量在线判定与分析诊断系统通过多种适配器采集制造过程来自L1/L2/MES等系统的工艺参数、质量参数、质量判定结果、制造规范等数据，在进行数据重整后按统一的数据存储模型进行存储，为用户提供了统一的全流程工艺质量参数信息，用户可以按物料、订单、批次、班组等多种主题进行工艺质量数据追溯与分析。同时提供产品过程质量在线监控、预警与在线评级、离线工艺质量追溯、分析与工艺参数优化分析、异常诊断等功能。该系统可以帮助企业技术人员对全流程工艺参数数据进行统一分析、展现，找到工艺质量异常原因，实现产品质量持续改进。

先进热处理装备技术是生产高等级中厚钢板的关键，研制辊式淬火装备及工艺技术，开发高等级中厚钢板热处理工艺及产品，集成高精度淬火工艺模型及淬火自动控制系统，解决了4-150mm全厚度规格钢板高强度均匀化淬火、高低压连续淬火等技术难题，有效提升了高等级钢板热处理产品的的质量。