针对国内微合金化钢生产中存在的板带材表面质量缺陷，以及生产过程能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，钢铁研究总院在2015年9月首先与邯郸钢铁集团有限公司签订技术合作合同，共同开展宽厚板边直裂控制技术和微合金化钢红送裂纹控制技术的研究工作，并取得初步成效。 在此基础上，2017年7月由首钢集团有限公司联合邯郸钢铁集团有限公司、鞍钢股份有限公司、山西太钢不锈钢股份有限公司、新冶高科技集团公司等在微合金化钢生产中具有丰富实践经验和研究基础的单位，共同承担“十三五”国家重点研发计划中“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的研究任务。以期在微合金化钢板带材生产关键技术方面取得突破，首先在国内建成集连铸坯表面无缺陷生产技术、边直裂控制技术、红送裂纹控制技术等为一体的大板坯连铸-轧钢界面高效化、绿色化关键技术集成应用示范生产线，并向钢铁企业进行工程化推广，使连铸坯真正成为物质流、能量流、信息流的载体，被直接输送到下一步轧制工序，彻底打通和捋顺铸-轧界面，为下工序高效率、绿色化、高质量生产奠定坚实的基础。

热轧作为钢铁生产流程的重要环节，具有高频、强耦合、非线性等特点，温度、相变、应力相伴相生。经历工业3.0后，热轧技术在主线自动化程度、品种规格、产品质量、信息融通等方面取得了长足的进步，但仍然存在如下亟待解决的问题：库区、磨辊间、能源介质、质检等非主线单元存在着大量的人工操作，劳动生产率低下；加热能力、轧线节奏、多区域调度、生产顺行等问题影响产能释放，高效生产需求迫切；以板形、表面、轧破甩尾为代表的质量和生产稳定性长期困扰热轧企业，控制模型精度、设备状态、关键检测缺失、监控不完善、人工干预多等是主要原因；缺乏工厂级成本管理系统，能耗到卷（或板、管、棒等）、成本到卷无法实现，做不到精细成本控制；自动化、信息化已逐步完善，但许多和设备、人员、物料、能源等密切相关的数字化工作尚在起步；上下游工序、工厂业务之间缺乏物质流、信息流、能量流协同机制，工作效率低下，标准实施和固化困难，决策靠人。 热轧面临的如上问题大多是多因素或多目标问题，需要从全局加以考虑，现有的多级计算机系统构架具有局限性，热轧智能工厂建设则为解决如上问题提供了契机。本项目提出一种以问题为导向的热轧“双智控”智能工厂构架方案，以短板补齐、智能检测、工业互联网平台等为支撑，以关键绩效指标为牵引，从操维集约和业务协同两个方面出发，借助精准感知、数字孪生、工艺驱动、智能算法等手段，追求产线极度自动化和业务高效协同化。热轧智能工厂的建设实现物质流、能量流、信息流互联互通，并完成生产过程中大尺度的全局优化和资源配置，可推动真正意义上的热轧工厂技术变革。

项目属冶金科学连铸技术领域。项目为“十三五”国家重点研发计划“钢铁流程关键要素协同优化和集成应用”项目中的“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的主要研究任务，以及企业间的横向技术合作。项目的研究时间为2015年9月-2021年12月。针对国内微合金化钢板带材生产中存在的能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，在实验室计算机仿真和模拟加热、轧制等实验研究的基础上，以邯钢、鞍钢、京唐、莱钢等大板坯连铸机-加热炉-轧机生产线为依托，重点开展了连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键工艺与装备技术的研发和工业生产验证工作。形成的关键技术成果与创新如下： （1）探明了边直裂的形成机理，创新性的提出：合理优化铸坯角部形状,可以提高铸坯温度的均匀性，同时有效改善铸坯轧制过程中的角部受力和变形状态，达到消除和避免轧制过程边直裂产生的核心思想。开发出独有的连铸坯角部形状二次倒角工艺与装备系统专利技术，在国际上率先实现工业化应用。大幅度减小板带材的裁边量，使成材率提高约1%。 （2）微合金化钢红送裂纹形成机理研究取得突破，开发出了独家的双工位铸坯红送裂纹在线控制工艺和装备专利技术，一方面使铸坯8～10mm表面层温度快速降低到铁素体相区，实现了微合金化钢由冷装或码垛温装向平均750℃以上快冷直装的跨越，另一方面满足了铸坯高拉速、高效率生产，彻底解决了铸坯表面残水蒸发给厂房及设备带来的污染。 （3）首次开发出基于热流监测的锥度动态控制技术和组合结构的侧面支撑足辊装备以及弧形曲面形状优化的新型倒角结晶器，使低碳钢和超低碳钢大倒角连铸坯正常工作拉速达到1.7m/min，最高拉速达到1.8m/min；同时有效避免了裂纹敏感性宽厚板铸坯的角部横裂纹缺陷发生，使铸坯表面无缺陷率达到99.6%以上。 （4）在世界范围内首次集成连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键技术，并辅助以多种优化工艺与控制模型软件，创建了低成本、高效化板带材绿色制造工业示范生产线。 项目开发实现了系统技术成果在国内大型钢铁企业的推广应用，优化了微合金化钢生产工艺，提高了钢的成材率、节约了能源、大幅度缩短了生产时间。有力的推动了行业技术进步。 项目共获得授权专利33件，其中国际发明专利4件、国际实用新型专利6件。为在国内和国际市场推广奠定良好的基础。

针对国内钢铁企业的上述缺陷，以及由此引发的微合金化钢生产效率低、能耗高等问题，项目以国内典型钢铁企业生产流程为依托，开发系统完整的工艺与装备技术，大幅度提高铸坯直接热装轧制的比率和热装温度、切实提高铸坯质量和钢的成材率，使铸坯正在成为物质流、能量流、信息流等的载体被直接输送到下一步轧制工序，优化铸-轧界面技术，实现典型钢铁流程的高效化、绿色化制造技术的工程应用，并建立应用示范工程向国内钢铁企业进行应用推广，为我国钢铁企业降低生产成本、节能减排奠定基础。

主要研究内容包括：①气-固-液多相高效上升管换热器的研制与换热强化；②导热油负压脱苯工艺及其传热传质强化；③导热油回收上升管系统网络建模；④能量流网络智能化控制优化设计。 本项目通过低碳洁净能源流网络的构建，变革现有上升管余热的回收方式与焦化余热的利用方式，大幅降低焦化系统能耗、减少焦化过程CO2排放、推动焦化工艺技术进步；为焦化企业创造更好的经济效益和社会效益，加速实现焦化企业可持续发展、绿色转型升级和“双碳”奋斗目标。

为进一步提高攀西钛资源的利用水平，国家发改委于2013年批准设立全国唯一的资源开发综合利用试验区—攀西国家战略资源创新开发试验区。攀钢集团积极响应国家号召，创新开发钒钛磁铁矿中钛资源，采用熔盐氯化法生产TiCl4，建成了年产6万吨TiCl4 的生产线，由3台小型熔盐氯化炉生产线组成，2015年全面实现达产达效，其单炉粗TiCl4实际日产量达到80t/d-120t/d。在世界上冶金炉窑朝着大型化方向发展以及国家大力对海绵钛、氯化法钛白的发展战略布局下，现有熔盐氯化炉已难以满足行业对钛资源高效规模化利用的需要。因此，开发基于攀西钛资源的大型熔盐氯化关键技术对我国钛工业的可持续发展具有重要的现实和战略意义。 然而，熔盐氯化炉大型化过程中存在诸多困难和关键核心问题亟待解决，主要包括：①大型熔盐氯化炉炉内流场分布与炉型结构尺寸设计规律不清的设计难题；②大型化后熔盐氯化炉物质流及能量流无法维系的连续稳定运行难题： ③氯化后TiCl4与杂质之间气固液三相分离效率不高导致的产品质量稳定控制难题。这些技术难题在过去70年里，俄罗斯、乌克兰等国际先进的熔盐氯化技术掌控者均未得到合理解决和应用。为了解决以上技术难题，自2015年以来，攀钢组织开展了基于攀西钛资源的160t/d大型熔盐氯化关键技术开发及应用研究，以期突破熔盐氯化炉大型化的世界性技术难题。

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。

课题任务： （1）炼铁-炼钢界面物质流、能量流协同优化技术与工程示范：炼铁-炼钢界面物质流动态运行机制；炼铁-炼钢界面能量的合理分配比研究；铁钢比变化对炼铁-炼钢界面物质流和能量流协同优化的影响研究；炼铁-炼钢界面“一罐到底”模式优化运行工程示范。 （2）典型微合金化钢连铸-热轧界面高效化动态运行关键技术与工程示范：典型微合金化钢连铸板坯角部缺陷控制关键装备和工艺技术；微合金化钢连铸坯红送裂纹控制的关键技术开发；微合金化钢连铸大断面方坯、矩形坯角部缺陷控制关键装备和工艺技术研究；微合金化钢连铸-热轧界面高效化动态运行示范生产线建设与推广。 （3）能源转换界面关键技术-海水淡化工程示范：汽轮机与海水淡化装臵之间的可靠隔断技术；热膜耦合海水淡化浓盐水的综合利用技术；电站海水直流冷却退水与海水淡化耦合技术；实现海水淡化低品质能源利用枢纽作用的关键技术。 （4）物质流与能量流协同的信息化关键技术与应用示范：综合考虑钢铁企业产品生产、能源利用、环境保护多环节，建立钢铁流程能量流网络信息模型；钢铁企业能量流仿真技术研究及仿真平台搭建；在首钢京唐公司现有EMS基础上，融合生产过程信息，增强协调优化功能，开发物质流能量流协同的能源管控软件，并进行示范应用。 本课题由首钢京唐钢铁联合有限公司承担，参与单位分别为钢铁研究总院、冶金自动化研究设计院、上海大学、山东钢铁股份有限公司济南分公司和湖南华菱涟源钢铁有限公司等五家单位。