钢铁工业经历三十年节能技术革新，能耗下降幅度趋缓，新形势下其能源结构高碳化、集中供能柔性不足、数据模型技术开发不够等问题愈加突出。为探索钢铁企业节能新方向，以钢铁多流耦合分布式能源技术理论研究与架构设计为先导，选择关键技术实施开发与应用。主要创新成果如下： 1、研究揭示了钢铁生产与分布式能源的耦合关系，提出“源-网-荷-储”钢铁多流耦合分布式能源理论并完成架构设计：以可再生能源开发、清洁能源多能互补优化传统能源结构；以余能就地极限回收利用与区域能源自平衡提升能源效率；以数据驱动和需求侧响应能力提升增强源荷互动能力；以多网互融和网储一体优化钢铁能源系统调整能力。 2、形成钢铁低碳清洁能源与传统能源高效多能互补技术,包括：攻克光伏屋顶组件动态清洗运维技术难关，建成世界最大屋顶光伏发电并网工程，使之成为钢厂低碳清洁能源重要组成；发明高炉冲渣水乏汽与烟气余热热电冷联供系统及方法，开发余热用于高炉煤气碳捕获、协同处置有机废弃物制备生物质能技术，建成兆瓦级涌动型烧结余热有机朗肯循环发电机组，构建余热资源分布式能源微网。 3、形成流体网络建模和能量储存优化等组合式节能技术，包括：开发管网和煤气柜储气数值模拟技术，为电厂大流量和宽幅波动使用高炉煤气解除安全顾虑；对热力系统不同效率汽源给出基于等效电算法的多目标优化方法；发明循环水组合节能方法及系统；开发适用于南方钢厂移动供热模式，以规模化移动热网丰富钢厂能量输配网络。 4、形成模型支撑、数据驱动的源荷交互柔性调控用能技术，包括：开发六大工序三层多阶极限能耗模型，为工序能耗从理论、技术、生产层逼近极限提供定量判据；开发电力负荷预测方法，控制关口电量和制定分时电价响应策略；以燃气互换性理论指导典型炉窑燃烧效率和煤气调配；用数据挖掘结合热工理论确定加热炉能效关键指标及操作模式。 以“多能互补、数据驱动、网储一体、源荷交互、极限能效”为主线的钢铁多流耦合分布式能源技术研究与应用使宝钢节能水平显著提高：近三年节能8.87万吨标煤、减排二氧化碳22万吨，经济效益4.7亿元,对传统钢铁工业能效提升、绿色低碳转型发展提供实践示范。本项目申请国家发明专利24项（已授权15项），实用新型专利授权8项，国家标准1项，企业标准1项，软件著作权3项，企业技术秘密20项，发表论文25篇，编著和参编专著2本。

通过开发CSP过程控制系统在线改造关键技术，实现了多品规轧制和产品厚度、板形、温度、性能等指标的高精度控制，并成功进行示范应用，主要研究内容和创新性如下： （1）基于工况动态感知的辊底式隧道加热炉智能燃烧系统。通过建立考虑氧化铁皮及上下表面换热差异的多维快速板坯温度场在线预报模型、基于工况动态感知技术和改进精英策略的遗传算法板坯最佳升温曲线模型、板坯加热质量及隧道炉能效评估智能决策模型，集成了CSP隧道炉智能燃烧系统，实现了加热质量、能耗等指标的整体优化，大幅提升了板坯温度的FET、模型、同板差、同炉坯间差、交叉坯间差命中率，自动烧钢率由0%提高到90%以上，能耗下降19%以上。 （2）适应CSP流程的高精度轧制过程控制模型。通过建立基于相变动力学和位错密度理论的两相区轧制统一变形抗力模型、基于自学习参数动态分区拟合算法和自学习速度在线优化算法的多种自学习策略模型、基于物理冶金和工业数据混合驱动的组织性能在线预报及工艺优化模型，满足了多品规、双流交叉、品规快速过渡的高精度轧制需求，厚度、FDT、CT的命中率分别由97.57%、93.83%、87.34%提高至99.60%、98.10%、97.87%，碳钢产品实现了“免取样”。 （3）兼顾全幅宽和多目标的板形综合控制技术。在开发边部变凸度工作辊辊形及其控制技术、考虑温度-相变-应力多场耦合的全幅宽机架间板形传递模型的基础上，集成上下游机架多辊形灵活配置策略及下游机架变参数异步窜辊策略的、兼顾多目标的板形成套控制系统，实现了全幅宽板形与轧制稳定性的协同控制，凸度C40、平坦度命中率分别由98.46%、96.64%提高到99.08%、99.80%，且凸度C25命中率能达95.97%，薄规格生产能力由2.00mm扩展至1.20mm。 （4）基于数据网关的过程控制系统在线升级改造技术。通过开发基于数据网关的新老系统并行调试技术、基于通信中间件的高性能电文实时解析与分发技术、功能模块级别的系统无缝双向一键软切换技术和采用自主研发的中间件平台和模块化设计方法，搭建了具有开放、可配置、免维护等特点的、稳定可靠的过程控制系统，实现了低风险的、无需专门停机时间的过程控制系统在线改造。

⑴项目基于数字化虚拟制造的全轧制过程孔型系统智能设计技术研究。如何突破型材轧制孔型系统设计长期依赖经验试错、效率低、成本高的难题，实现钢轨及异型材孔型系统智能设计、智能化配辊以及轧辊加工NC代码自动输出，大幅度提高新产品研发效率并降低研制成本。 ⑵全轧程热力耦合三维模拟精准预测及生产过程质量稳定性控制技术研究。 结合建立完整的生产工艺与质量数据库,实现系列钢轨及异型材轧制全过程工艺优化和质量稳定性控制，显著提高产品内在质量稳定性和一致性,并使钢轨残余应力显著降低。 ⑶基于大数据及在线控制的钢轨轧制金属流动预测-补偿模型和全长尺寸精度智能控制技术研究。解决高铁轨,重轨全长尺寸在线高精度控制问题。 ⑷钢轨局部润滑轧制及表面质量控制技术研究。努力搞清高温高压轧制条件下金属流动、轧辊氧化皮粘结及局部磨损机理和规律，消除钢轨表面轧疤及通长“人”字轧痕等表面质量缺陷,并轧辊寿命延长。

项目研发了以数据平台软件为基础、以能量流网络信息描述模型为核心、以能源精细化管理为特色的大数据能源管理系统，解决了多介质预测调度的实用化问题。 1）在数据平台方面，①开发了DataX软网关，提供实时数据交换、业务数据交换驱动接口，并实现了OPC、Modbus、HJ 212、DBLink等多种类型的数据驱动，解决了多源异构数据的采集问题；②确保数据质量，减少人为修数工作：利用仪表量程实现了异常数据的自动过滤；利用上下文信息实现对表底数据正常清零、异常回零的判断，对正常清零的数据从下一秒开始在零值基础上继续计算差值，避免出现大负数；利用采集数据上的时标信息判断是否丢数，对丢数的表底值待其通讯恢复后将差值均匀填入到丢数时间段内的各周期，避免最后一个周期过大而其他周期为零；③自主开发了时序数据库内核，通过面向时序数据的索引优化、压缩算法，代替实时数据库作为原始时序数据的存储引擎，实现单机每秒5万条写入速度和每秒百万条的读取速度；④设计了多时间尺度、多值类型的数据存档结构，以便为各种业务提供粒度匹配的数据，并对多存档进行自动平衡存储以提高数据的并发读写速度；⑤对业务频繁读取的数据进行缓存优化，包括数据缓存、配置信息缓存、报表缓存等，使系统查询速度提高了50倍。上述技术并用，消除了对实时数据库软件、关系数据库软件依赖，提供了秒分时日月、原始值、确认值、平衡值多种数据类型，满足了业务的数据需求。

自2013年开始，该项目在安徽省科技攻关计划的支持下，通过产学研用全链条联合，历经多年艰苦攻关，攻克了“转炉能量高效利用与低排放工艺技术”等转炉炼钢流程的关键技术难题，降低了转炉固体废弃物与气体排放，为促进我国转炉炼钢企业实现资源节约、环境友好型炼钢作出了重要贡献，并取得了以下创新成果： （1）首次提出了转炉内炉渣分阶段控制工艺，即在脱磷阶段采用复合相炉渣脱磷方法，利用2CaO•SiO2-3CaO•P2O5固溶体颗粒脱磷，实现了低碱度炉渣脱磷（炉渣减低于2.5）；在溅渣护炉阶段通过加入白云石进行钢渣改质，提高炉渣碱度，使得炉渣满足溅渣护炉要求，并将高碱度炉渣循环至下一炉使用，通过炉渣分阶段工艺大幅降低了渣量和气体排放，提高了转炉能量利用率； （2）自主研发了转炉内铁矿石熔融还原技术，首次发现了影响铁矿石熔融还原率的关键因素，实现了转炉不同冶炼阶段铁矿石的熔融还原控制方法，使得一部分铁矿石不需要采用烧结、炼铁流程，而被直接还原为铁，降低气体排放；另一部分铁矿石存在于炉渣中，有效降低了铁氧化造成的铁损； （3）开发了转炉智能化炼钢控制模型，通过对转炉内物料平衡、能量平衡以及反应均衡的解析，解决了转炉内物料合理供给、能量经济利用、铁矿石熔化还原、高效脱磷、平稳吹炼、终点命中、炉体维护以及钢渣循环利用等一系列关键技术问题，实现了科学炼钢。

加热炉智能控制系统的主要任务是按生产工艺要求，对加热炉内的板坯进行跟踪、控制和合理的加热，准确控制钢坯的出炉温度和均匀度，降低钢坯的氧化烧损，在提高加热质量及产量的前提下节省能源，并负责协调加热炉和轧机的生产匹配。其中，加热炉数学模型是实现加热炉优化控制的基础。 为了有效解决目前加热炉燃烧过程普遍存在的能耗高、钢坯温度波动严重、温度控制精度差等问题，我们从加热炉燃烧过程自动控制、空燃比自动寻优，钢坯温度预测模型研制、温度优化设定、系统实现与工业应用等方面进行深入研究，提出了加热炉燃烧过程智能控制技术，将基理数学模型、模糊控制、专家系统、神经网络、粗糙集、属性关系积理论、排队论等智能化技术有效地应用到实际的工业过程中，提高加热炉的智能控制水平。

该项目以解决焦化行业超低排放、节能低耗、智能高效、炉体长寿为导向，借助先进的过程仿真软件平台和火焰分析模型及三维立体设计进行优化设计和材料选择，通过原始创新和集成技术创新的有机融合，利用流体力学原理集成燃烧传热理论、现代焦炉装备技术、人工智能控制理论，在新型大容积顶装焦炉高效控硝节能燃烧技术、炉体结构与耐火材料、炉体无泄漏密封技术、关键炉体结构与铁件设备、焦炉智能化控制及智能配煤技术等方面取得了创新性成果，研发的焦炉空气两段助燃+大废气循环量控硝燃烧技术、焦炉非对称式烟道、焦炉四段式保护板、焦炉智能控温、半球阀式单炭化室压力调节（SOPRECO）、机车无人操作、7.2m焦炉特大型上升管显热回收、焦炉炉内脱硝、智能配煤技术方面具有自主知识产权。研发的超大容积焦炉具有结构新颖、污染物排放明显减少、劳动生产率高、焦炭质量好、炼焦能耗低、适应我国炼焦生产超低排放、炼焦煤资源结构特征等优点。

（1）项目开发出一种圆形上升管-椭圆下降管的RH新型真空槽装置，循环流量显著提升，脱碳效率大幅提升，RH脱碳至30ppm的时间缩短3分钟，RH脱碳至13ppm的时间缩短4分钟，并开发模型实现了RH精炼过程脱碳反应的准确预报，为RH高效化提供了保障。 （2）建立了RH精炼过程渣-钢-夹杂物反应热力学和动力学精准控制模型，开发了RH精炼氧含量控制和深脱硫技术，实现了IF钢铸坯全氧稳定控制在15ppm以下，高牌号无取向硅钢[S]≤15ppm的比例由30%提高至80%。 （3）建立了精炼过程“钢液-渣相-夹杂物-合金-耐火材料-空气”多元反应耦合成分预报动力学模型，搭建了RH精炼钢液窄成分控制大数据平台，取向硅钢产品[Al]±15ppm和[N]±5ppm的命中率从90%提升至98%以上，显著提升了RH精炼过程钢液成分的稳定控制，为RH成分精准稳定化生产提供了技术支撑。

国家自然科学基金委员会现发布“多相反应过程中的介尺度机制及调控”重大研究计划2018年度项目指南，请申请人及依托单位按项目指南中所述的要求和注意事项提出申请。 过程工业涵盖能源和资源转化利用等重要基础产业，但效率低、污染重、资源浪费严重，多数过程的工艺技术开发周期长、风险和费用高，这些问题已成为可持续发展的瓶颈。多相反应是其中最普遍与最核心的过程，探索这些过程中介尺度结构的形成机理、实现其科学定量描述与定向调控已成为过程工业发展的前沿。 　　多相反应过程中的介尺度机制是指由大量单元组成的系统在个体单元与整体系统之间的尺度范围内复杂时空结构的形成与演化规律。主要包括两个层次的介尺度问题，其一，分子尺度到颗粒（包括气泡、液滴等离散单元）尺度间的材料结构或表界面时空尺度；其二，颗粒尺度到反应器尺度间形成的非均匀结构的时空尺度。本重大研究计划将阐明其机理，发展模拟计算与实验表征方法，进而建立相关模型与理论，重点揭示介尺度结构对流动-传递-反应行为的影响及其耦合规律，建立多相反应过程定量设计、优化和调控的方法，形成以介尺度科学为基础的过程工程学科新方向，服务于相关工艺和过程的开发。

摸索铁水经济KR脱硫模式；优化转炉终点钢水氧化性及终点温度、创立合金模型预脱氧；优化转炉出钢脱氧、脱硫、渣洗工艺，实现快速脱硫；CSP线普钢采用硅脱氧工艺和LF炉不钙处理；改善钢水洁净度提高钢水可浇性，达到实现低成本、快节奏高效冶炼。