连铸是现代钢铁生产核心技术之一。2019 年中国粗钢产量为近 10 亿吨，连铸比高达 98.3%。连铸结晶器是钢液初始凝固的地方，铸坯表面缺陷多发源于钢液初始凝固阶段；钢液初始凝固行为对连铸顺行和钢材产品质量具有重要且深远的影响。然而，结晶器内发生着高温、多相、瞬态变化的凝固传热、钢水流动、保护渣渗入和渣钢反应，加之结晶器本身不透明，使得对结晶器钢液凝固行为有效研究成为国际技术瓶颈。随着我国新一代近终型连铸技术的进一步发展，高拉速条件下铸坯表面质量的调控尤为艰，成为制约新技术发展的瓶颈。因此，结晶器内钢液初始凝固的有效研究及其调控是制约新一代连铸技术发展的关键共性技术难题.

北京科技大学工程技术研究院（简称“北科工研”）开发的无人天车与智能库管系统，是由智能库管系统、无人天车控制系统、智能视觉识别系统、数据分析优化系统以及库区辅助工艺设备改造设计组成的智能化、信息化、自动化综合系统及工程服务。系统实施投运可以有效减少人工工作强度、提高物料信息与设备安全、改善钢材表面质量、降低运营成本，并通过实现生产信息与物流信息实时交互，贯通进料、上料、生产、下线、储存、发货等多环节信息流，全面提升生产效率。

针对上述传统质量检测方法的问题，开发能够实现中厚板表面质量在线检测检测手段势在必行，成为生产中亟待解决的问题、意义重大。 （1）采用基于非接触的 CCD 成像原理，实现在线抓捕高温表面钢板的图像,解决复杂环境下高对比度、高清晰的成像。 （2）开发实时高效的在线检测及在线分析技术。中板厂生产节奏快，快的时候不到 2 分钟一块钢板就轧制完成。所以表面检测系统必须是在生产时快速成像、快速处理图像，在下一块钢板到达矫直机之前快速形成检测结果提供给操作工，需要极快的处理速度 （3）根据中厚板表面复杂的特殊情况，建立高准确度的缺陷识别模型。中厚板水、氧化铁皮等造成表面非常复杂，需开发准确度高的缺陷识别模型，才能实现在线缺陷识别。

由北京科技大学、山西太钢不锈钢股份有限公司、马钢(集团)控股有限公司、甘肃酒钢集团宏兴钢铁有限公司不锈钢分公司和北京科技大学设计研究院有限公司等单位共同完成的“基于深度学习的热轧带钢表面在线检测与质量评级”项目，针对在线应用的表面缺陷检测系统存在缺陷检出率与识别率低、周期性缺陷难以检测、未能实现表面质量在线分级等问题，将深度学习算法应用于热轧带钢表面缺陷在线检测与识别，开发了基于深度学习的热轧带钢表面在线检测与质量评级系统，取得的创新性成果如下： 1. 开发了基于深度学习的热轧带钢表面缺陷检测算法，常见缺陷检出率达98%，识别率达92%，与国外先进系统相比，缺陷检出率和识别率分别提高了3%和7%。 2. 提出了基于对抗生成网络的半监督样本学习方法，能够有效的利用大量无标签样本，解决深度学习方法对有标签样本需求量大的难题。 3. 开发了基于长短时记忆网络的周期性缺陷识别算法，实现了热轧带钢辊印、划伤等批量缺陷的追踪及预警，可有效避免批量质量事故。 4. 采用层次分析法对热轧带钢进行表面质量综合评级，充分挖掘表面检测系统提供的缺陷信息，综合考虑缺陷类别、尺寸和数量等因素，实现了热轧带钢表面质量评级从人工经验到量化模型的智能转变。 该项目获得授权发明专利4件，软件著作权8件，发表论文38篇；成功开发了基于深度学习的热轧带钢表面在线检测与质量评级系统，在太钢、马钢、酒钢以及台湾尚承钢铁、印尼青山钢铁等多家企业成功应用，推动了热轧带钢表面质量和生产效率的提高，经济和社会效益显著。

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。

从上世纪90年代开始，美国、欧洲、日本及韩国等国家着手开发薄带铸轧技术，相继建立了实验机组，主要技术代表为CASTRIP、EUROSTRIP、POSTRIP等，直到2002年美国纽克钢铁公司第一条CASTRIP®薄带铸轧生产线生产出厚度为0.85~1.85mm超薄带钢，薄带铸轧才真正从实验阶段开始进入工业化生产阶段。而其它铸轧技术主要存在铸带表面质量差、生产稳定性差、制造成本高等问题。 2015年9月京诚公司启动了本项目的研发，提出了总体目标：形成包括工艺设计、装备制造、工程建设和产品生产在内的，具有完整自主知识产权的薄带铸轧生产线产品，技术成果为加速和真正实现薄带铸轧生产线产业化提供工艺装备技术保障及相关工程建设支持。 通过本研发项目，首创了我国能满足工业化生产的超薄带铸轧技术生产线国产化技术与装备，并达到国际领先水平。除部分设备外，其余部分均由国内设计供货（外方仅提供了相应的生产工艺要求和基本数据）。本项目联合炼钢、轧钢专业，针对外方提供的资料，仔细分析判别，有选择的消化吸收，并结合自身优势技术成功地开发了一系列的超薄带铸轧工艺技术、装备技术，取得专利成果十余项。

钢铁工业产品线中热连轧、中厚板、连铸坯、棒材、冷轧板带等生产线具有复杂性、多变性等特点，其产品的质量好坏直接影响到生产 效率和企业效益。针对这种高温、高速、人工检测效率极低、工人强度大安全性难移保证等众多关键问题，我们开发钢铁工业非接触的、高速、高精度在线质量检测关键技术具有非常重要的现实意义。 该技术给出了基于机器视觉的高温高速成像，复杂背景缺陷库及模型建立，并行计算系统等关键技术的成套钢铁工业视觉检测方案，通过工业摄像机获取到的大量钢板图像数据，经过并行计算机系统综合计算、分析，使用深度学习卷积神经网络方法建立缺陷数据识别模型，这样在生产过程中若再次出现同类缺陷类型时实现将同类缺陷抓拍并检测识别出来，从而实现质量自动分析及缺陷报警。 应用该技术可以对钢铁工业板带钢生产减少废品率，减少开卷次数，减少翻板次数，降低工人劳动强度，改善工人质检作业环境，实现在线质量检测的同时可整体提高产线生产效率。从实际应用上看，可大幅度减少由于批量质量问题产生的损失，该技术已推广到多个热连轧、中厚板、连铸坯、棒材、退火酸洗等生产线应用，据有些客户热轧、中厚板钢厂使用该技术后实际数据对比可知，每年整体产生1000万以上的价值。

钢材氧化在热轧过程中贯穿始终，并受到合金元素及诸多工艺参数的交互影响，国际先进企业虽积累一定经验诀窍，但也未很好解决，实现结构、厚度、均匀性的精准控制是一项世界性难题，而我国在此方面更是缺少理论研究、技术落后，产品因此常被高端用户拒绝，已成为我国制造业转型升级的原材料瓶颈。综上所述，构建钢材热轧氧化控制理论体系，形成具我国有自主知识产权的成套技术，实现热轧氧化调控由经验试错向数字化、智能化控制的转型，是全面提升钢材表面质量，保证我国钢材产品走向高端，保障下游制造业转型升级的必由之路。

表面镀锌是提高钢铁材料使用寿命的最常用技术，其中90%以上采用热浸镀锌。然而，酸洗作为传统热镀锌板生产流程中的高污染环节，增本降效的同时带来一系列质量问题：一方面酸洗工序本身增加成本，同时酸液挥发和废酸排放还严重地污染环境；另一方面酸洗还会造成酸洗板的表面质量缺陷和氢脆等产品缺陷。而在含Si、Mn等合金元素的高强热镀锌板的生产工艺中，由于合金元素的选择性氧化容易出现露镀缺陷，为了解决这一问题，通常需要额外的预氧化、预镀等工序，这无疑将增加生产工序，降低生产效率，提高成本。热镀锌板工艺也面临着节能减排、降本增效的压力，需要进行短流程优化改进。如果可以利用热轧过程中产生的氧化铁皮，在还原性气氛中将氧化铁皮还原为纯铁，利用纯铁的良好润湿性进行在线连续热镀锌，即可消除酸洗的不足，也可解决由Si、Mn等合金元素选择性氧化造成的露镀问题。热轧带钢免酸洗直接还原退火热镀锌技术（以下简称免酸洗热镀锌技术）省去酸洗工序，按照吨钢减少废酸排放20 kg，环保效果明显，并且节约酸洗成本150元/吨。对于先进高强钢、超高强钢，由于取消了退火前的预氧化工序，吨钢成本可节约30~50元/吨，同时由于取消酸洗工艺和连续退火前预氧化工序，可使整个生产线生产效率提高10%～20％。 国外研究单位对于免酸洗还原热镀锌技术的研究已经开展了多年，Danieli已经建立了免酸洗工艺产线，POSCO也初步研发了免酸洗涂镀工艺原型技术。目前国内钢铁企业在该方面的研究主要集中在无酸除鳞技术方面，对于热镀锌板的短流程工艺研究较少。完成热轧带钢免酸洗还原热镀锌技术的开发，不仅可大大降低热镀锌板生产成本，提高产品竞争力，为企业创造巨大的经济效益，同时降低能耗、减少对于环境的污染。热轧带钢免酸洗还原热镀锌工艺的开发，将填补我国在该技术方面的空白，促进我国热镀锌短流程工艺的革新。

热基厚锌层产品，由于基材厚，耐腐蚀时间长，在建筑、能源、交通以及地下管网等领域的应用日益普遍。然而，热基厚镀层镀锌产品经常存在边部斜纹和横向贯穿性条纹等缺陷，严重影响表面质量和耐腐蚀性能。另外，目前国内热镀锌生产线，要么生产大锌花产品，要么生产小锌花或无锌花产品，大小锌花产品调整需要调整锌液成分，周期长，过渡材多，严重影响生产和成材率，是热镀锌生产线的一个共性问题。为了解决上述问题，开发出国内外首套热基材镀锌线小锌花控制装置和移动风冷装置，减轻或消除了厚基材、厚锌层边部斜纹、锌流纹、锌疤等镀锌缺陷，大小锌花产品无需改变锌液成分即可共线生产，极大提高了热镀锌线的产品质量和成材率。 我们开展理论和实验研究，发现边部斜纹或横向贯穿条纹缺陷产生的机理是带钢横向温度不均匀以及镀层冷却速率慢共同作用的结果。由于带钢横向温度存在边部低、中间高的分布，导致镀层边部率先形核长出锌花，同时由于厚基材厚锌层镀层冷却速率慢，导致镀层凝固前沿始终存在液相，为边部斜纹向中间区域的定向生长提供了条件，最终导致斜纹的产生，严重时斜纹生长到带钢中心，即形成贯穿性条纹缺陷。 在气刀上方增加气雾冷却装置，在一条线上生产大、小锌花产品，无需更换锌液成分，过渡材少，成本低，解决锌花大小不均及减少过度材消耗，满足用户对锌花大小及质量需求。喷雾冷却控制锌花大小与锌花质量技术，是利用气体（空气、氮气等）将水雾化，形成细小气雾液滴，对镀锌板表面强制形成对流和液体蒸发（汽化）换热，通过喷嘴位置组合、水量、气流及喷射角度调整，控制气雾液滴尺寸并均匀喷射到镀锌带钢表面进行锌花固化冷却，从而快速完成不同大小锌花冷却固化和均匀性控制。 开发出移动风冷装置，风箱的高度可以调节，克服了传统生产线风箱位置固定，难以及时冷却的缺陷，更好地适应不同带材厚度、不同锌层厚度产品加速冷却的要求，避免了二次中间横纹的产生。通过风箱高度调节和风量控制，配合镀锌工艺相关参数调节，减少或消除了厚基材厚锌层边部斜纹和锌流纹等缺陷，有效提高了厚锌层产品的表面质量。这一技术在国内外首次被应用到热基厚锌层镀锌生产线上，取得了良好的缺陷控制效果。