通过对国内近百条中厚板生产线的工艺技术装备现状研究发现，产线普遍在关键工艺质量参数感知、多工序协调优化方面，长期面临如下突出问题： 1、生产过程中轧制、剪切等工序的自动化达到较高水平，但是各工序控制系统相对孤立，尚未形成联动，部分工序缺失关键质量参数，不能基于反馈进行动态优化控制，机理模型的预测和控制精度低，严重影响产品质量、生产效率和成材率的提升； 2、缺少钢板轮廓识别和板形检测关键大型仪表，导致轧后钢板头尾形貌、轮廓和板形等关键质量参数难以在线精准识别，仍以人工方式线下测量，无法与轧制过程形成在线反馈控制，难以通过在线工艺优化来保证最终产品质量； 3、依靠人工经验的传统组板系统订单匹配度低、精准剪切控制能力偏低，无法根据钢板实时轮廓信息优化组板策略导致组板余材过多，影响生产效率和成材率。剪切工序也无法根据实时轮廓形状优化剪切策略。此外，剪切工序与轧制过程、组坯过程除基础的产品信息交互之外，无其它过程质量数据交互，迫切需要将轧后钢板实际轮廓形状与订单合同进行实时动态匹配，急需开发面向多目标约束的优化剪切和动态组板策略，以实现减少切损的同时提高订单的匹配度。 针对宽厚板制造领域内过程精准控制科学问题和相关技术瓶颈，2010年由山钢与东北大学等单位组建联合研发团队，在国家十三五重点研发计划《基于CPS架构的多工序协调优化与质量精准控制及应用示范》（2017YFB0304103）项目和山东省《宽厚板智能轧制数字化车间是的试点示范》项目的支撑下，依托山东省山钢王国栋院士工作站科研平台，深入推进开展产学研合作和协同创新，发挥高校基础研究理论创新优势与企业产工程技术优势，联合开展本项目关键共性技术的科研攻关工作。

本项目研究期间获得了国家自然科学基金项目“致密耐火浇注料快速升温致爆裂机理的研究”、河南省科技创新人才计划项目“耐火浇注料加热过程透气性与结构参数关系研究”、河南省重点实验室建设专项“耐火浇注料流变特性和动电特性研究”和“轻质耐火涂料流变性及其作业性关系研究”、河南省优秀创新性科技团队科研项目“耐火浇注料内部热应力的测量与研究”等5个国家和省部级资金的支持进行理论研究；针对特殊装置/部位用材料及其施工技术的研究又获得了国家科技部科研院所攻关项目“湿式喷射施工优质高效耐火材料的研究开发”、洛阳市科技发展计划项目“大型循环流化床锅炉用耐磨耐火材料研制和应用”的资金支持；与中国人民解放军63926部队和和山西太钢不锈钢股份有限公司分别合作开展“发射工位耐火防护层用新型耐火材料”和“预熔钢包、VOD钢包、中频感应炉用耐火材料研究和应用”等项目的研发工作

废钢作为唯一可以代替铁矿石炼钢的绿色环保、可多次循环利用的再生铁素资源，将在后续钢铁冶炼中占据更重要的作用和地位，更加广泛的应用于钢铁冶炼。由于废钢使用量大，多料型掺杂混装，且时常发生废钢掺假等现象，为保证产品质量、提升钢铁产量，避免爆炸、钢水喷溅等事故的发生，需要对购买的废钢进行验质。传统废钢验质工作面临如下几个难题： 1、钢铁企业废钢验质过程，通常应用人工目测、卡尺测量等手段，受人为主观因素影响较大，缺乏统一的废钢分类定级标准，无法形成量化的评价结论及很好的数据分析，不易让供应商信服。 2、废钢验质作业环境较为恶劣，验质人员每次需要攀高四五米到大货车车顶，对车内废钢进行近距离观察，劳动强度大，作业风险高，效率低下。 3、卸货过程中，掺假、密闭容器未切割、超长超大件等，在人工验质过程中，经常存在漏验、错验等情况，异物无法及时提醒，可能会直接影响后续钢铁冶炼安全，发生重大的安全事故或生产事故。 4、废钢验质结果将直接决定废钢的回收价格，判级等级的差异直接影响钢铁企业的利益、供应商的利益，进而影响供应商的合作积极性。如何实现双赢，保障双方利益，也是传统验质工作执行难的重要难题。 河钢数字科技自主研发了基于人工智能技术的废钢智能验质系统。该系统主要利用机器视觉对废钢车辆卸料过程实时感知、逐层采样，通过人工智能技术（AI），在卸货过程中进行单层判级和整车判级，智能识别出不达标废钢、杂质和异物，最终通过AI算法计算出整车扣重的预估值，对危险物、异物及时做出预警。

冶金加热炉的优化控制关键在于精确的燃烧控制和稳定的炉温控制。炉内钢坯温度预测和准确的空燃比是控制的关键。2006年起，马钢与安徽大学合作，基于冶金工业炉窑实际生产中的技术需求，开展了包括复杂热环境下的光电检测技术、热能工程、自动化控制、机械设计制造等多学科交叉研究。 马鞍山钢铁股份有限公司与安徽大学合作团队在一系列关键技术和实现方法上取得了突破，研发了在大型工业炉复杂热物理环境下基于光电检测技术的炉内工件表面温度全视场监测及炉膛气分在线分析系统，实现了加热炉内工件温度和炉内CO、O2浓度的实时测量。并在此基础上将所获得的关键物理参量作为控制参量，自主研发了“加热炉燃烧效能在线智能监测与优化控制系统”，该系统以炉内工件温度参数建立温控模型，以炉膛气分检测参数建立空燃比最优控制模型，实现大型工业炉窑燃烧效能的最优化控制。

大量粉尘与降尘水、冷却水结合，侵蚀导卫板底部表面形成氧化物颗粒，在轧制振动下与降尘水一道沉降在轧材表面，被轧辊压入造成轧材表面氧化铁皮灰缺陷。为解决该问题，项目团队开发基于仿生设计的超润滑微纳织构表面，应用于改善新型合金钢导卫板底面的疏水疏尘性能，避免粉尘在机件表面沉积；利用氮化钛涂层工艺强化主齿轮箱轴承承载面织构润滑性和耐磨性，研制的轴承微纳织构表面摩擦系数不高于0.002，实现轧机轴承润滑减振。该项研究获2014年国家自然科学基金项目（51405350）支持，成功开发油膜厚度激光微距测量系统和气楔协同润滑测试控制实验平台，在摩擦学学报等国内外权威期刊发表SCI/EI论文20余篇，授权发明专利2项。2018年该技术应用于武钢有限CSP主轧线主减速箱轴承（K18BWBC900），大幅改善力能性能，有效降低轧制振动。相关成果获2019年湖北省科技进步一等奖和二等奖2项。 2019年，基于上述成果，武钢有限与武科大继续联合开展热轧抑尘提质技术攻关（K19BWAD071和21K001BWAD），重点解决源头抑尘提质的两个关键难点问题：（1）开发低表面能液固界面微纳织构润滑减振抑尘关键技术，以减轻粉尘沉积和导卫板振动，有效减少铁皮灰缺陷；（2）开发自适应高温雾化降尘关键技术和超微雾化关键元件，以提升高温工况下的降尘效率。在此基础上，利用自主知识产权开发静电凝并深度净化技术，实现热轧粉尘可控超净排放；开发高密度磁场强化技术和高效自清洁滤尘装备，提升含尘浊环水滤尘效率。

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。

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。

氧化球团是现代大型高炉炼铁必不可少的炉料，2016-2018年我国球团占炼铁炉料结构比例约13%，但与美国、瑞典等发达国家（80-90%球团入炉）相比，我国因球团矿产量严重不足，入炉比偏低。中国球团品种长期以酸性球团为主，缺乏生产碱性球团技术。此外，因回转窑生产碱性球团对原料条件要求苛刻，市场上低硅、低碱金属的优质精粉资源非常匮乏，且磁铁精矿严重短缺、价格高。因此，以来源广泛、价格低、传统球团企业难利用的镜铁精矿、粗粒赤铁粉矿为原料，开发资源宽口径的多元化配矿技术就成为解决上述难题的必然选择。但镜铁精矿和赤铁粉矿存在粒度粗、成球性差、生球强度低、预热和焙烧温度高、能耗高等技术特点，同时存在生产过程控制难度大，回转窑易结圈，产品存在还原膨胀率偏高等技术难题。 本项目开发了资源宽口径配矿及矿石表面改性技术。制定了粗粒烧结粉和镜铁矿组合磨矿、高压辊磨表面改性的技术标准，开发了载体沉降及强化过滤技术，打破了粗粒烧结粉用于球团的“技术壁垒”。使镜铁精矿的磨矿能耗下降30%，强亲水性的细磨赤铁粉矿沉降速度提高24.4%，过滤脱水效率提高10.6%，解决了微细颗粒对水体污染问题。非传统球团用烧结粉矿和镜铁矿配比达到80-85%，实现了资源多元化，显著提高了资源利用率，大幅度降低了原料成本。开发了链篦机-回转窑多元化球团制备技术，在高赤铁矿配比(80%～90%)下，生产镁质熔剂性球团，突破了国外镁质球团以带式焙烧机为主的工艺限制，及国内以磁铁矿为主的原料类型限制，具备在线切换生产碱性、镁质、酸性球团能力。开发了窑体精确定位与红外连续三维测定技术，建立了回转窑内结圈物厚度及分布的数学模型，研制了窑内结圈物三维分布可视化系统，通过及时测量和预测、精准调控、预防回转窑结圈，停机时间降低95.4%，作业率提高5%。开发了低温烟气高效脱硫脱硝技术，球团烟气脱硫已运行四年，实现球团绿色清洁生产。 获授权发明专利4项，企业技术秘密6项，发表学术论文49篇。项目成果已成功应用于宝钢湛江、武钢、安钢3家国内钢铁企业，优质球团产品长期供宝钢、武钢、安钢、日本制铁、韩国浦项、台湾中钢等国内外企业大型高炉使用，经济效益和社会效益显著。

该项目明确了表面波纹度轮廓的测量方法，掌握表面波纹度与涂装鲜映性的定量关系，找到成形零件表面波纹度的影响规律；通过工艺创新和设备创新，解决钢板表面波纹度控制和表面“零”缺陷控制。