我国已经具备国际领先的钢铁冶金生产装备，然而国内一些关键钢材质量和稳定性与国外领先水平仍有较大差距，一些关键钢种还无法实现自主生产，其重要原因之一就是我国在冶金热力学和动力学软件开发领域与国际先进水平存在明显差距，主要存在如下局限性： （1）我国到目前为止还没有一个具有自主知识产权的冶金相关热力学和动力学软件，开发一款属于中国冶金热力学和动力学计算软件已经非常急迫。 （2）我国在复杂冶金反应过程中热力学和动力学耦合计算方法方面研究较少，国外计算软件中包含了先进计算方法但不完全公开，制约了我国相关研究发展。 （3）我国没有建立完整的冶金反应器过程中相关热力学和动力学数据库，国外计算软件中整合了大量相关热力学和动力学数据，并通过多种方法对其进行优化选择，但是这些数据库都完全保密，且购买使用权价格昂贵，制约了我国相关研究发展。 （4）当前已有国外软件的热力学数据库部分参数仍存在争议，例如镁、钙和稀土等强脱氧合金元素，软件计算结果与实际试验结果存在一定的偏差，需要对其热力学数据进行补充和更新。 （5）当前已有国外软件应用领域范围太广，大多不是专门针对钢铁冶金领域，很多冶金反应过程缺少针对性、无法实现。因此，有必要开发一款具有我国自主知识产权的洁净钢冶金热力学和动力学相关计算软件平台，为我国钢铁材料的洁净化和精准化水平提升坚实基础。

近几年，随着我国智能制造的快速发展，作为流程制造业的钢铁工业急需在智能化领域进行更深入的探索与实践；其中，多工序运行协同控制是智能制造的重要环节。在面对多品种、小批量、多规格、高质量、快节奏的生产要求时，因对生产工艺考虑不足，传统生产调度模型/系统很难达到令人满意的应用效果，故而钢铁企业对炼钢-连铸过程的多工序运行协同控制水平提出了更高的要求。 本项目针对多品种、小批量、多规格、高质量、快节奏等生产约束下生产计划与调度难的问题，首先对莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼钢厂物质流运行的时间参数进行系统解析，包括不同工况下炉次在各工序之间的作业时间和传搁时间等，在明晰物质流运行规律的基础上，充分考虑工艺、设备等多种约束因素，归纳总结适用于不同工况的生产调度规则库，优化生产运行模式；其次，应用生产调度规则库来指导调度模型的构建与求解，提高模型的可用性；再次，采用系统仿真的方法来探究车间平面布置、天车运行、钢包运转等因素对于物质流在多工序之间运行的作用机制，为调度模型及其求解算法的进一步完善提供指导；最后通过系统研究与流程运行相关的生产因素，提出多工序协同运行量化评价模型及评价参数，实现对炼钢厂多工序协同运行水平准确评价。 通过该项目的实施，莱钢银山型钢炼钢厂炼钢-连铸区段的生产运行节奏与有序性得到显著提高。项目获得授权发明专利2件、实用新型专利2件，登记计算机软件著作权1件，制定企业标准2项和形成企业技术秘密5项，发表国内外学术论文13篇。项目自2019年成功实施以来，共计创造经济效益14083.3万元。

钢铁企业电网存在智能化运维水平不高、电网运行控制自动化程度低下、企业电网信息化集成性不足、自发电量倒送外部电网从而无法充分利用、运维管理信息化水平低、管理不规范、事故分析缓慢不准确等问题。 本项目研究目的就是将信息化系统和企业电网深度融合，保证电网安全运行，实现源网荷自动潮流快速控制、供配电设备全生命周期管理和电网故障的精确定位、实时分析及提前预警，全面解决钢铁厂内部电网建设、管理、运维中的各种问题。 在整个项目的研发过程中，形成了如下的创新成果： 1、针对钢铁企业电网智能化水平不高的难题，首次创建了面向千万吨级钢铁企业电网的CPS信息物理系统，突破了企业电网统一信息建模、统一网络设计、统一通讯协议、信息安全分区分流的关键技术，打造了世界首套企业级电网智能管控平台，每年对千万吨级钢铁企业节约费用3亿元以上，减少企业电网运维人员90%以上。 2、针对自发电率高的钢铁企业冶炼及轧钢负荷频繁波动，导致企业电网自发电量无法充分利用的行业难题，首创多目标协同企业电网关口潮流控制算法及自备发电机组协调控制策略，实现了对企业关口潮流的精准控制，使自发电量利用率提升7%以上，每年为企业节约3.3亿度电。 3、首次开发了基于改进型DFS算法的快速动态拓扑识别技术，解决了潮流控制系统对源网荷拓扑关系需要进行快速动态识别的难题，突破了多级设备、多层网络造成数据传输速度慢的瓶颈，在企业电网内首次实现了70ms内完成电网潮流的快速精准控制。 4、开发了实时化、可变步长、支持实时网络的交互式企业电网半实物仿真技术，首次针对钢铁行业搭建企业电网半实物仿真平台，实现了1ms内完成4000字节数据的交换，相对于国内外现有仿真系统数据交换量提高了40倍。 首次构建的电网智能管控平台实现了电网运行安全化、电网调度智能化、潮流控制自动化、数据采集全景化、设备运维规范化、事故处理智慧化的核心功能，大幅提升了企业电网智能化管理水平。 项目成果已申请专利9项、登记软件著作权12项、注册商标1项，其中多项技术均为国内外企业级电网智能管控领域的首创应用。形成企业标准1项，目前正在申请行业标准。 本平台已在新华冶金、石横特钢、临沂钢铁等环保搬迁项目中得到了成功推广和应用，近六年累计实现新签合同额7.5585亿元，新增销售额4.7亿元，新增利润4974.96万元，新增税收2650.81万元。

精整生产是板带从钢厂走向用户的最后一个环节，在钢铁工业生产中起着举足轻重的作用。目前精整生产设备依然以国外进口为主，高品质带钢边部质量、板形和表面质量控制与国际水平仍存在很大差距。面对我国精整装备与工艺的现状，项目组立足精整生产线核心装备与关键技术国内自主设计与开发，取得了以下主要技术创新： 1、高品质剖分拉矫重卷检查机组设计及工艺开发 自主研发出一套集重卷、拉矫、切边、中剖、检查、涂油、分卷于一体的高品质剖分拉矫重卷检查机组，解决了中剖带钢单卷取工艺、机组运行参数设计、机组高速运行振动、拉矫参数预设定及延伸率闭环控制、滚筒飞剪传动设计及控制方法、带卷自动开头工艺装置及方法、废边自动卷取装置及方法等关键技术，实现了精整生产核心装备及工艺国产化。 2、高品质带钢精整过程边部质量综合控制技术 设计了圆盘剪重叠量高精度调整机构与侧向间隙高精度调整机构，给出了相应的重叠量与侧向间隙调整方法；制定了一套实用有效的边部质量评价标准，建立了基于专家系统与大数据支撑的剪切工艺数据库，解决了圆盘剪重叠量与侧向间隙没有通用控制模型与方法的难题；并设计了精整机组边部修磨装置，从根本上消除了剪切后板带边部的毛刺缺陷。 3、高品质带钢精整过程板形与表面质量综合控制技术 提出了平整过程基于工作辊水平挠曲的压扁系数计算方法，开发了相应的板形预报与控制技术；建立了平整过程工作辊表面粗糙度衰减模型，开发了以表面质量控制为目标的工艺参数优化技术；以边浪与中浪治理为目标，开发了拉矫工艺优化设定技术，形成了一套高品质带钢精整过程板形与表面质量综合控制技术，攻克了成品板形与表面质量难控的问题。 以该项目相关技术为核心，申请发明专利23项，已被授权18项，发表学术论文13篇，被授权软件著作权10项。上述技术创新成果已成功推广应用到宝武、河钢、鞍钢、首钢等大型骨干企业，近十年精整生产线市场占比份额超过了60%，成功替代进口。近三年累计实现销售额244.75亿元、利润20.75亿元。该项目的成功研发摆脱了日本、德国等工业先进国家在精整装备与技术方面的控制，积极推进了国内装备制造、电气传动、自动化控制等产业的快速发展，提升了国内冷轧精整装备的控制水平，实现了产品高端化并努力进军国际市场，应用前景广阔。

本课题立足河钢承钢现有产线，围绕影响直接轧制的主要因素，因地制宜，以解决影响直接轧制的关键问题为切入点，通过理论研究指导技术方案的制定和技术改造的实施，成功开发了棒线材直接轧制负能制造技术，建立了棒线材负能化直接轧制的理论体系，形成具有自主知识产权的专利技术，探索了智能化在直接轧制工艺中的应用，提高了生产效率，大幅降低了生产成本，实现了全流程负能制造。（1）通过研究铸坯拉速与表面温度的关系，建立了数据模型，开发了小半径（R7m）方坯连铸机高拉速生产集成技术，优化冷却模型，确保铸坯切后温度达到1050℃以上，奠定了直接轧制温度基础；（2）建立铸坯直接输送通道，自主开发了全程保温技术、铸坯快速输送技术，确保高温铸坯过程温降低于20℃/min，50s内快速输送至轧机，成功建成了示范产线，轧钢工序能耗降低至10.55kgce/t，降幅达78.6%；全流程工序能耗-13.49kgce/t，实现了全流程负能制造；（3）开发了铸坯头部温度补偿技术，通过智能补温缩小头尾温差，实现了钢材头尾性能差稳定控制在15MPa以内，稳定产品质量；（4）自主开发了智能化出坯直送控制系统、全流程自动跟踪系统，大幅提升棒材产线智能化水平，为新建棒材产线或行业内传统棒材产线的升级改造提供解决方案。项目授权实用新型专利1项；项目受理专利5项，其中发明专利3项、实用新型专利2项；授权软件著作权2项，发表学术论文7篇。 本项目投产至今，累计生产86.5万吨，创效3460万元。 直轧示范线炼钢工序能耗-24.24kgce/t（回收蒸汽和煤气与工序电耗的差值），轧钢工序能耗10.94kgce/t，炼钢-轧钢工序能耗-13.3kgce/t，炼钢-轧制全过程吨钢能耗小于零，实现负能制造。直轧改造前，轧线工序能耗≥41kgce/t，改造后轧钢系统工序能耗为≤10.94kgce/t，能耗降低值≥30kgce/t。累计节约能耗折合3万吨标准煤，按照每吨标准煤排放二氧化碳2.6t、排放二氧化硫8.5kg计算可减排二氧化碳7万吨以上，二氧化硫240吨以上。

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。

近来中国钢产量迅飞发展，连铸是钢铁厂主要流程中的重要环节，连铸坯的质量也成为影响钢材质量的重要因素。连铸坯的表面裂纹、中心偏析、中心疏松等在各大钢厂均有发生，严重影响企业的生产和经济效益。针对上述问题，本项目展开立项研究，从连铸坯的主要缺陷入手，提出相应的技术措施，减少上述铸坯的缺陷，提高铸坯的质量。本项目属于钢铁冶炼技术炼钢领域。 连铸坯表面横裂纹及角部横裂纹在连铸过程中时有发生，特别是中碳钢、中碳合金钢及微合金化钢，该类缺陷与连铸的二冷工艺及压下位置有直接关系；而铸坯的中间裂纹、三角区裂纹、中心偏析、中心缩孔及中心疏松在中碳钢、中碳合金钢及高碳钢上表现得尤为突出，这类质量缺陷与连铸二冷及压下工艺有非常大的关系；目前这两种缺陷是制约连铸生产的主要因素。本项目的主要内容：结合钢水的凝固特点，采用更为接近实际的边界条件，建立新型数据库，开发出新一代二冷及可控压下软件，并在线投入使用，采用双目标温度确定冷却水量技术、可控单段压下技术等，大幅度降低铸坯表面横裂纹及角横裂纹发生率，减轻铸坯的中心偏析及中心疏松，提高铸坯的质量。 项目的特点如下：1）开发出新一代二冷和可控压下的软件；2）纳入复杂的更为接近实际的边界条件，通过横向温度分布不均匀、喷嘴喷水的不均匀确定横向热流量、通过测定铸坯的表面温度，来确定季节性、浇注周期的影响；3）采用双目标温度计算冷却水量、在具有幅切功能的连铸机上，可以计算边部的冷却水量；4）压下量、压下位置的合理确定，提出压下量、压下区间的确定原理；5）采用可控单段压下工艺，通过拉速优化将压下区间控制在一个扇形段内；6）非稳态压下控制，凝固位置跟踪，压下速率的合理设定；7）建立新型数据库，在线计算钢种热焓、导热系数的修正；8）混浇模式下配水及压下工艺，其成分在该状态下逐渐变化造成液固相线温度等参数的变化，确定混浇坯长度；9）凝固终点的W形状压下控制，采用加权平均压下结束点固相率，做为压下的结束位置，同时优化水量，减少W形状的程度，三角区裂纹。 该项目先后在鞍钢、五矿营口中板、唐山不锈钢、柳钢、宝钢、日照等企业连铸机上应用，项目应用后，微合金化钢及中碳合金钢铸坯角部横裂纹减轻得更为显著，明显减轻中碳钢、中碳合金钢及高碳钢中心偏析、缩孔及疏松。实施该项目后，提高铸坯质量、改善生产顺行，提高热送热装比率、降低劳动强度等方面取得重大成绩，取得显著的经济效益。

以数学模型为基础，通过大数据研究方法形成转炉冶炼过程控制系统的吹炼模型、加料模型和终点控制模型，形成一套转炉智能制造控制及仿真系统软件。控制系统通过流程输出端数据群能够自调整过程控制参数。控制及仿真系统利用过程监控数据具备自学习功能。 研究转炉智能制造技术的过程监控方法，通过炉气成分分析、音频化渣技术、副枪技术或倒炉取样以及下渣检测技术检验和修正模型。 在创新应用激光炉气分析技术的基础上，提高入炉原料供应标准，完善转炉基础数据信息在线检测技术，开发静态和动态智能控制模型、自动出钢技术，实现对转炉冶炼全过程的无干预智能化炼钢。

2009年起，工信部率先在钢铁行业年生产规模300万吨以上的大型企业试点建设了91家企业能源管理中心。从钢铁企业能源管理信息化建设和运行的实际效果看，还存在着一些问题： 1）普遍采用SCADA平台软件、实时数据库软件、关系型数据库软件分层搭建系统，且多为国外软件产品，缺乏统一的、自主知识产权的数据平台软件，难以适应能源大数据管理需求。从SCADA平台到实时数据库，再到关系型数据库，数据被层层筛选和粗化；受限于关系运算和B+树索引特点，关系数据库单表存储记录数达到千万条级别后查询速度显著下降，导致系统查询速度越来越慢；能源计量仪表众多，正常清零、网络故障回零或跳变、网络中断丢数问题时有发生，带来负值、极大值污染能源数据，需要人工修正。 2）没有信息描述模型支撑，能源管理功能直接基于数据库表格、查询逻辑、标签计算公式实现，存在着逻辑碎片化、指标数据落地、功能难以复用问题。吨钢综合能耗、工序能耗等指标需要成千上万个计量数据、产量数据、折标系数经过加减乘除计算后得到，缺乏良好组织的计量数据往往需要通过硬编码的公式一步一步代入计算得到，一般通过Excel表格线下实现。 3）预测调度模型研究较多，但缺乏实用性。能源预测的研究多集中在对发生消耗量、总量的预测上，这种预测受到计量误差影响，很难做到绝对量的准确，也不便于输入到调度模型。同时，调度模型中往往忽略煤气柜、单次调整成本、停机成本、峰谷电价差中的一项或几项，导致实用性不足。 4）国内上百家钢铁企业建设的能管中心系统，多以能源监控、调度和基础能源管理为主，通过信息化实现能源精细化管理，进而获得效益的较少，数据利用普遍不足。 5）计量平衡工作普遍采用公司到分厂、分厂到车间/炉座的两级分摊模式，且多以手工修改分摊数据实现，使得原始计量数据的权威性下降，能耗成本失真，ERP关账周期长，人员劳动强度大。

本产品集成力学冲击试验机、全自动冷却机、视觉定位、上料机器人、分拣收集装置及信息管理软件等系统，在人工进行批量试样的上料、组批及任务下达后，自动进行试样的降温保温、上料、冲击，完成实验后自动上传试验数据，实现冲击实验室的全自动冲击实验。