随着国民经济发展和产业结构升级，高铝钢及微合金钢等高端钢铁材料广泛应用于汽车、能源电力、海洋工程、船舶等重点领域，高效连铸生产的技术质量问题日益凸显。如汽车用DP、TRIP钢因钢中Al含量高达1.0%以上，不仅难以实现多炉连浇，而且连铸板坯存在横向凹陷、裂纹、断坯等问题；高等级桥梁钢、高强钢、能源钢、管线钢等因添加Nb、V、Ti等微合金元素，热装铸坯轧后钢板表面容易出现裂纹。这些难题不仅影响生产效率，还会造成资源和能源浪费。此外，随着用户的个性化需求增多，微合金钢品种、规格、连铸短浇次增多，微合金钢连铸漏钢风险增大，直接影响高效连铸过程的稳定性。相对于普通钢材，高铝钢和微合金钢元素多且含量高，质量控制难度大、工艺复杂。原有的高效稳定工艺技术，已无法适应高铝钢和微合金钢生产需求，具体体现在： 1、高铝钢保护渣易反应变性，粘结报警频繁，连铸可浇性差，板坯表面裂纹多，必须下线清理。针对高铝钢板坯连铸，韩国浦项制铁开发了液态保护渣技术，将钙铝系保护渣加热熔化后流入结晶器，控制渣圈达到改善板坯表面质量的目的；国内也有企业直接采用低碱度、低熔点钙硅系保护渣或者直接采用钙铝系保护渣的成功先例。这些技术极大促进了高铝高锰钢的开发与应用，但均未实现常规拉速的多炉连浇。 2、Nb、V、Ti微合金桥梁钢、高强钢、能源钢、管线钢等高等级钢实现高温热装（两相区）难度大，钢板易产生红送裂纹。针对高等级微合金高强钢板的热装红送裂纹，国内外普遍采用板坯下线控温、专用淬火池及铸坯切割后淬火等方式，铸坯热量损失大，生产效率低，表层组织细化和抑制第二相粒子析出的效果不充分。 3、多品种、小批量、多规格的高品质钢连铸短浇次多、混浇坯长。混浇钢种成分差异大，混浇模型判定不准确，不得不下线取样化验，降低入炉效率；多断面板坯连铸，为避免漏钢结晶器在线调宽必须低拉速或者降拉速，降低了生产效率。 首钢与北京科技大学长期开展合作，进行高铝钢及微合金钢板坯连铸关键技术攻关。经过长期连铸工业实践和系统攻关，发现并揭示了高铝钢粘结报警及横向凹陷机理。从工艺上对结晶器振动、保护渣性能以及结晶器表面流动进行了优化，实现300吨钢包产线实现高铝钢（[%Al]≥1.0）单浇次稳定浇铸1500吨以上。连铸拉速从0.8 m/min提高至1.2 m/min。

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

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。

随着我国包装产业转型发展，国家提出了适度包装，用材节约的新要求。镀锡板作为主要的金属包装材料，占金属包装成本的60~80%。因此，镀锡板厚度与锡层减薄对于包装行业绿色发展具有重大意义。 为了实现镀锡板产品厚度和镀层减薄，本项目研究了超薄镀锡板冶炼、连铸、酸连轧、连退在线二次冷轧及超薄镀层电镀等关键工艺控制技术，攻克了镀锡板连铸高拉速、超薄带酸连轧高速卷取穿带、连退在线二次冷轧、超薄镀层耐蚀性等诸多难题，最终在首钢京唐公司实现了超薄厚度，超薄镀层镀锡板产品高效生产，取得良好的技术经济指标。 项目的创新点主要有： （1）研发出超薄镀锡板洁净钢冶炼及高效连铸技术，提出钢包渣改质、中包气幕、新型浸入式水口的新方法，降低结晶器液位波动，实现夹杂物尺寸显著降低，中包平均T.O含量≤11.7 ppm，连铸拉速1.7 m/min的国际领先指标； （2）开发出超薄镀锡板酸连轧高速稳定穿带及高精度板形控制技术，解决了超薄带高速卷取穿带及板形控制难题，实现酸连轧0.12 mm超薄带稳定、批量生产的国际领先指标，板形质量显著提高（2~4 IU）； （3）开发出连退在线二次冷轧高效稳定生产技术，解决了连退在线二次冷轧稳定性和炉区高速通板难题，实现DR材在线批量稳定生产，“连退+二次冷轧”生产周期大幅度降低至0.6 h； （4）发明了超薄镀层无铬钝化装备及电镀成套技术，阐明了传统助熔剂对超薄镀层均匀性的影响规律，解决了超薄镀层过合金化和耐蚀性难题，镀锡生产效率显著提高，最薄镀锡量降到0.5 g/m2（镀层厚约0.07 μm）。 该项目近三年累计实现镀锡板供货140余万吨，经济社会效益及环境效益显著，对降低金属包装材料消耗，实现绿色化、高效化发展起到了重要的示范作用。

钢铁行业面临着日益严峻的资源、市场、环保、竞争等重大挑战，迫切需要加快实施转型升级和提质增效。行业普遍面临的重大考验包括：（1）钢铁需求减少，钢铁总体产能过剩；（2）环保压力日益增大；（3）企业间同质化竞争日趋激烈。装备大型化、流程高效化日益成为钢铁工业的发展趋势。 除日韩等少数先进企业采用高效生产外，采用“转炉-RH精炼-板坯连铸”工艺生产低碳、超低碳钢的大部分钢铁企业普遍存在如下问题：（1）连铸拉速普遍较低；（2）转炉和精炼工艺效率不高；（3）转炉出钢温度高；（4）浇铸过程水口易堵塞制约连浇炉数提高。首钢京唐公司致力于建设高效、优质板材生产基地。在项目开展前，也面临着国内外板材生产企业的行业难题：超低碳钢连铸拉速低于1.7m/min；转炉和RH冶炼周期分别为43min和50min，转炉出钢温度1687℃，浇铸超低碳钢4炉更换一次SEN，浇铸后期水口堵塞严重。 从2012年开始，首钢与北京科技大学合作，自主研发了"炼钢全流程高效生产技术"系列项目，创新点如下： （1）创新集成了板坯高拉速连铸技术，开发了结晶器强冷却、无锂高拉速保护渣与高拉速结晶器流场控制技术，解决了高速连铸拉漏和结晶器卷渣两大技术难题，建成了智能浇注平台，常规厚度板坯最大连铸拉速达到2.5 m/min，突破铸机设计最高拉速。 （2）开发了大型转炉强供氧技术、RH高效耦合脱碳技术，300吨转炉冶炼周期从43 min大幅度降至35 min、超低碳钢RH真空处理时间大幅度降低至20 min。超低碳钢转炉出毕至开浇时间降至70 min之内，结合全流程温度管控技术，转炉出钢温度降至1647℃，年产能从900万吨提高至1100万吨。 （3）开发快节奏条件下浸入式水口无粘附技术：通过转炉终点氧含量精准控制、全流程钢-渣反应控制、夹杂物快速去除、中包吹氩密封及浸入式水口防堵技术的开发，超低碳钢中间包钢水平均全氧含量达0.0015%，300t钢包连浇7炉不更换浸入式水口，浇铸结束后水口无堵塞率达90%以上。 （4）从生产组织、过程管理、精细管理三个方面集成了全流程智能化管控系统，解决了复杂品种、规格条件下的组织排产，提高了钢包周转效率，周期缩短22min，每台铸机钢包数量降至4个，实现铁钢界面、钢轧界面和生产过程信息全面感知、智能决策、精准执行，稳定支撑了炼钢全流程高效专线化生产。

本项目属于钢铁冶金学科中的炼钢、连铸技术领域。 按照国家可持续发展的战略要求及集团的整体布局，将承德建龙打造成全球能源用钢的引领者，成立《高品质连铸大圆坯生产关键技术及高端产品研发》项目组，通过不断的技术创新，产品综合质量水平大幅提升，客户档次不断升级，品种结构大幅改善，在相关细分高端用钢领域成为主要的供应商。已为维斯塔斯、西门子、斯伦贝谢、瓦卢瑞克、南高齿、天津钢管等国际国内一流公司稳定供货并形成战略合作。近三年共生产连铸圆坯358万吨，其中φ350~600mm的高品质级别钢材大圆坯产品产量167万吨，圆坯市场占有率连续多年全国第一，取得了明显的经济及社会效益，吨钢盈利能力位居国内前列。 为了充分利用钒钛资源的综合效益优势，必须要攻克高磷、硫钒钛磁铁矿冶炼高洁净钢的技术难点，同时解决连铸大圆坯纯净度、偏析和中心裂纹等问题，满足高端客户对质量的需求，项目主要内容及特点如下： （1）采用“钒渣低钙提钒”、“半钢水KR脱硫”、“半钢补热”等关键技术，达到脱硫后半钢水硫含量≤0.005%，转炉终点磷含量≤0.003%；同时开发了提钒转炉长寿命技术、转炉氧氮气体混吹提钒技术，实现了钒、铬资源的高效利用。 （2）开发了不同品种的专用精炼渣系、钢中低Ti、低Ca控制技术、钢包水口控制吹氩+中包气氛保护+整体水口浇注的连铸保护浇注系统集成技术，结合多孔水口创新设计，实现风电偏航变桨轴承钢、石油阀体钢非金属夹杂物D类、Ds类≤1.0级，耐腐蚀抗硫管线钢非金属夹杂物A类≤0.5级、B类≤1.0级。 （3）开发了“结晶器、末端电磁搅拌+连铸坯超缓冷处理”集成技术，实现了风电轴承、石油阀体等中碳铬钼钢连铸坯横截面碳极差≤0.045%。 （4）开发了高纯净、抗硫化氢腐蚀管线钢；国内首家生产出满足API新标准（API SPECIFICATION 6A-2018, 21st EDITION）的高端石油阀体用连铸圆坯，实现稳定供货，替代了传统钢锭和电渣锭；实现了风电法兰S355NL钢屈服强度≥345MPa（锻件厚度≥150mm），-50℃冲击韧性≥120J；风电轴承达到了使用寿命≥30年所需的国际先进质量指标。 近三年新增产值621455万元，利税246014万元。获批专利16件，其中发明专利9件，发表论文16篇，参与制定石油阀体团体标准1项。

对于转炉炼钢领域的过程控制，目前国内大型转炉基本已近实现了基于副枪或烟气分析技术的智能化吹炼，转炉终点命中率得到了革命性的改善，炼钢智能化水平跨上新台阶。 然而作为炼钢关键控制环节的出钢工艺，仍然沿用着依赖操作经验的人工控制模式。出钢时需要操作员时刻关注转炉、钢流及钢包状态，存在着高温、灼烫风险，同时也承受着噪声、粉尘危害，作业环境相对较差，与工业 4.0 时代发展要求显得不相适应。人工操作失误甚至会造成安全生产、质量管控、设备稳定方面的不利影响。 为实现炼钢全过程的智能化控制，降低操作岗位劳动强度，提高炼钢过程控制的稳定性，首钢迁钢公司开发转炉自动出钢控制技术。

钢水洁净度和可浇性对钢的质量和材料性能有重大影响，是国内外冶金界重点研究课题，是炼钢工艺控制的重点和难点。吹氩是国内外提高钢水洁净度和可浇性常用的炉外精炼手段，LF、RH、VOD、VD等以钢包为基本容器的炉外精炼技术得到长足的发展，以中间包为基本容器的吹氩冶金技术的应用效果不理想，亟待突破。 目前国内外连铸中间包吹氩技术主要有透气上水口吹氩、塞棒吹氩和条形气幕挡墙吹氩。项目立项研发时，因钢水洁净度和可浇性差造成的连铸机浇注超低碳铝镇静钢的水口结瘤及其引发的铸坯质量缺陷，是国际冶金共性技术难题，国内外普遍采用透气上水口吹氩和塞棒吹氩，存在的主要问题：如图1所示，随着透气上水口的透气面黏附和沉积夹杂物，抑制水口结瘤的作用逐步失效，导致连铸机被迫停浇、连浇炉数低，而塞棒吹氩形成的氩气泡被卷入钢流中，部分氩气泡进入结晶器中来不及上浮，易造成铸坯皮下气泡缺陷；

本项目包含以下功能模块，能够实现整个连铸浇钢环节的“少人化、无人化”目标，同时无人化和标准化的操作能够提升连铸浇钢质量，减少质量事故的发生。 1、在受包位布设一台六轴工业级机器人，采用激光视觉加相机视觉的方式实现拆装油缸位的精准识别，从而引导机器人实现大包滑板油缸的自动拆装和介质管道（氩气管、压缩空气管、电磁下渣检测线圈等）的自动插拔； 2、在浇钢位钢结构平台第二层布设一台大臂展工业铸造级六轴主机器人，用以实现大包长水口的自动安装和自动拆卸、自动吹氧引流、自动长水口氩封、自动碗部清理、自动测温、自动取样、自动加中间包保温覆盖剂等主体功能，在浇钢位钢结构平台第三层布设一台辅助用六轴工业机器人，主要配合分拣中间包覆盖剂至主机器人的投放料斗中； 3、此外，该项目采用密封圈自动落料机构实现长水口密封圈的自动落料、采用探头自动拆卸装置实现探头的自动拆卸和取样头的自动切除脱离，采用电磁大包下渣检测实现大包下渣的准确检测和报警，采用结晶器保护渣自动添加装置实现加渣操作的无人化，采用结晶器液位控制系统和自动开浇系统实现中间包的自动开浇操作，采用动态轻压下和凝固末端重压下实现铸坯质量的提升，采用机械手自动喷号系统实现标号作业的无人化。

本技术适用于炼钢厂钢包转运环节的节能减排，可有效减少能源消耗，减少有害气体排放，改善相关岗位人员劳动环境，开发出两大类钢包加盖装置，分别适应新建钢厂及老旧钢厂，针对老旧钢厂的钢包加盖装置，特别能适应处理位钢包净空超低，且需要钢包带盖穿越处理位的场合。两类钢包加盖装置可适应几乎所有现有钢厂及新建钢厂钢包加盖的需求。