绿色智慧制造背景下，通过设备运维的数字化与智能化，探索和推动工业领域设备管理变革升级，成为了新的课题。目前以“点检定修制”为代表的设备管理主要问题体现在： 1、过度依赖人的行为、经验，设备风险难以控制。以某钢厂为例，90%的设备故障是因为点检不到位，30%的重复性故障是点检不周导致，充分说明五感点检、经验判断已不足以支撑设备风险有效控制。 2、设备过维修与欠维修并存，综合维护成本居高不下。由于缺乏全面有效的设备状态把控手段，点检定修模式下过维修难以避免，同时也普遍存在设备老化严重、维护不及时的情况。 3、设备维护功能分割过细，制约系统效率提升。点检、运行、日修、抢修等多种角色并存，效率提升遇到瓶颈（行业万吨钢点检人员配置平均水平1人/万吨，国际先进0.7人/万吨）。 宝武装备智能科技有限公司、宝山钢铁股份有限公司通过新一代信息技术（ABC+IoT）应用，推动设备管理从“感官判断、经验决策”向“数据判断、知识决策”的智能化升级，支撑钢铁制造“智慧、绿色”转型，探索实践工业领域设备管理变革，带动行业高质量发展。总体思路如下： 1、以“三需要”（数字化转型、绿色可持续发展、设备管理变革）为初心，探索面向多维需求的设备智能运维系统解决方案。 2、以“三个一”（一个平台、一个专家系统、一套标准化体系）为核心，打造“远程、智能、共享”的设备智能运维管理新模式。 3、以“三提升”（资产效率、人事效率、管理效率）为目标，重塑设备运维价值链，实现设备管理价值最大化。

我国经济持续发展要求供给侧结构性改革，钢铁行业首当其冲。河钢集团坚决执行中共中央创新发展、绿色发展、高质量发展的决策部署，执行城市钢厂向沿海转移升级的伟大使命。但转型过程中面临严峻的环保形势，冶炼设备的大型化、智能化，还要向更高质量发展等现实问题制约。尤其是钢铁建设过程周期长、流程复杂，缺乏覆盖整个流程、全生命周期的协同管控的方法，同时缺乏系统性的指导建设、参照执行的绿色标准，缺乏整体协同高效的管理方法。因此在新一代钢铁建设过程创新性的研发出协同融合的绿色工程管理方法势在必行。

精整生产线是板带从钢厂走向用户的关键环节，在钢铁工业生产中起着举足轻重的作用，是成品板带质量的最终保障。项目开展前，高品质冷轧带钢精整生产装备与关键技术主要掌握在德国西马克、日本三菱、奥地利安德里茨等国外几大钢铁集团手中。国内现有的精整工艺技术很难满足高品质冷轧带钢产品生产的质量要求，成材率与机组产量均很低，没有形成系统性的工艺控制理论，且现场仍然以经验控制为主，导致高品质冷轧带钢的边部质量、板形以及表面质量等指标与国际水平仍存在很大差距。精整装备与工艺的不足严重限制了机组产能与产品质量，更谈不上高品质稳定生产。如何攻克精整生产线的设备与工艺难题就成为解决高品质冷轧带钢产品生产技术瓶颈的关键所在。 针对国内精整装备与工艺现状，燕山大学联合中国重型机械研究院股份公司、宝山钢铁股份有限公司、唐山钢铁集团有限责任公司，以实现高品质冷轧板带高效稳定精整生产为目标，立足高品质冷轧带钢精整成套装备与生产关键技术国内自主设计与开发，从带钢边部质量控制、带钢板形与表面质量控制、拉矫及上下游协同控制三方面入手展开研究，历经十余年持续攻关，突破了高品质冷轧带钢精整生产生产关键装备与技术瓶颈，形成了自主知识产权，最终实现了高品质冷轧带钢高效稳定工业化生产。

我国基础件用钢年产量超过3000万吨，约占特殊钢总量的30%，是量大面广的特殊钢品种。基础件产品种类丰富、制造工序繁多且质量要求逐步提升，对原材料的组织和性能提出特殊要求，但目前中高碳特钢线材在线组织性能精准调控仍是突出的技术难题，典型代表有：1）弹簧钢51CrV4等淬透性较强，小规格线材常规工艺易出现M+B组织，直接深拉拔时材料心部易发生“人字型”裂纹；2）8.8级紧固件用免退火冷镦钢市场需求量大，但当前产品球化/退化珠光体比例小，变形抗力大，模具损耗高而应用受限；3）工具钢S2（67SiCrNiMoV）淬透性高，轧后易形成M组织，在储运及加工过程易发生脆断导致报废；4）因低温变形抗力大，轴承钢100Cr6传统工艺不利于碳化物网状控制，显著影响滚动体轴承疲劳寿命；5）高强帘线钢LX86A要求原材料具有高索氏体化率、无封闭网碳，以保证深拉拔及捻股及疲劳性能，因此通常采用离线热处理（球化退火、盐浴或铅浴）及二火材等工艺来解决，带来成本增加、成材率低、能耗高、环境污染等一系列问题。 中天钢铁集团特钢公司通过在线组织调控技术的持续创新是有效解决上述问题的有效途径。传统控轧控冷技术（TMCP）主要应用于板带及型材生产，相关研究及技术成果较多。相比之下，基础件用特殊钢线材的在线组织调控技术研究相对薄弱，缺乏系统性，应用受限。因此当前特钢厂亟需结合下游用户的需求，加强研究力度，加快推进我国特钢线材的高品质、绿色化、节约化发展进程。

冷轧废水是冶金行业最难处理的废水之一。首先冷轧工序复杂，包括酸轧、脱脂、热镀锌、电镀锡、彩涂、平整等，各个工序不同种类的废水汇总成冷轧废水。其次是冷轧废水水量大、有机物含量高、成分复杂。第三，钢铁企业废水排放口主要排放的是环保达标的冷轧废水。环保局在每个排放口都安装了在线检测装置，对废水系统处理的稳定性要求高。 宝钢冷轧废水主要主要由预处理单元和生化处理单元两部分构成。冷轧废水COD为1000-3000mg/L，总氮为40-60mg/L，经过处理后，冷轧外排水COD为60-90mg/L，总氮为20-35mg/L。传统处理工艺已经不能满足新的废水排放标准，而且国内外钢厂均采用类似的处理工艺尚无成熟的处理工艺可借鉴。因此，本项目以构建高效冷轧废水处理工艺为目标，杜绝水质超标排放，实现冷轧废水各种污染物全流程管控。

转炉煤气是钢铁行业长流程生产中副产的二次能源之一，和高炉煤气、焦炉煤气统称为“钢厂三气”，随着钢铁行业节能降耗的发展需求，对于二次能源的利用，特别是含碳的二次能源利用提出了更高的要求。1）钢铁生产是高耗能过程，需要大量的燃料进行烧结、球团、焦化、轧钢等工序的加热，“钢厂三气”具有可燃性和一定的热值，被广泛应用于多个生产环节，同时也会出现高热值燃气短缺，低热值燃气富余的现象。2）转炉煤气中的CO是价值组分，既是热值来源，又是化工行业需求的原料气体，转炉煤气的利用主要也是指煤气中CO的利用，使转炉煤气从“物有所用”转向“物尽其用”，需要寻找更优的技术方案。 N2在转炉煤气中占比10-20%，在转炉煤气利用过程中几乎不产生作用，反而会带走热量，如果能将转炉煤气中的N2脱除，对于转炉煤气热值提升和CO资源化利用具有很大意义，但是N2和CO的分离是世界性难题。1）二者分子量相同都是28，气体密度相同，很难通过通过重力方法分离；2）二者沸点接近，N2沸点-195.6 ℃，CO沸点-191.5 ℃，很难通过深冷方法分离；3）二者分子直径想近，N2分子直径0.364nm，CO分子直径0.376nm，很难通过膜方法分离。 在“十二五”期间，为了钢铁行业转炉煤气的深度利用，北大先锋走自主创新的战略，采用载铜分子筛，利用CO和一价铜离子络合原理，使用弱化学吸附的方法攻克了转炉煤气中N2和CO分离的难题，既保证了N2和CO的分离效率，又保存了CO完整的性质形态；在“十三五”期间，石横特钢为带动当地产业经济，收购并成立阿斯德公司计划生产甲酸产品，再充分考虑经济性、可靠性和环境的三重因素下，选择与北大先锋合作，开展了以转炉煤气为原料生产甲酸工艺流程的技术攻关，集成了关键技术。

河北远大、安徽工业大学、钢铁研究总院和新冶高科技集团有限公司在自有的研究及产业化基础上进行联合，形成特色鲜明、优势互补的产学研用的研发和产业化团队，形成了5项钢厂含锌粉尘多金属高值化梯级利用关键技术，创新性的实现了钢厂含锌粉尘回转窑工艺的长期顺行、多金属资源的高效增值化提取及全系统协同循环利用。5项关键技术如下： （1）回转窑处理含锌粉尘的长期顺行技术；（2）回转窑还原渣铁高效分离高值化利用技术；（3）火湿联合协同利用关键技术（4）次氧化锌硫酸法清洁浸出分离多元化高值化锌产品关键技术；（5）次氧化锌分步提取多种稀贵金属关键技术； 本项目在河北远大中正生物科技有限公司进行产业化，以含锌粉尘为原料年产一水硫酸锌45000 吨、粗铟7 吨、粗铋150 吨、粗锡30 吨、氯化钾2151 吨、氯化钠5877 吨、粗镉100 吨、精铁粉19000 吨、铅精矿3300 吨。生产系统回转窑烟气配有脱硫、脱硝装置和深度布袋除尘，排放大气中NOx、SO2和粉尘排放浓度优于钢铁行业超低排放标准，实现了生态生产。并在河北博泰环保科技有限公司和赤峰博大氧化锌有限公司推广应用，除了生产上述各类产品外，还生产氧化锌产品。

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。

“环保新时代，绿色新中国”。生态文明建设需要打好污染防治攻坚战，让天更蓝、水更清、环境更优美。 解决钢铁工业发展中的环境保护问题是钢铁企业绿色高质量发展的重要保障。钢铁企业长期存在冷轧废水难降解有机物和总氮等关键污染物控制的“卡脖子”难题，在国家大力推进污染防治行动计划和钢铁废水排放标准日趋严格的背景下，冷轧废水达标处理成为钢铁企业亟待解决的重大环保科技问题。 项目团队立足宝钢股份冷轧废水的现状，聚焦冷轧废水难降解有机物和总氮等关键污染物，从冷轧废水深度处理的系统性、整体性与全过程出发，突破了高浓度活性微生物精准控制脱碳除氮、炭基纳米载体臭氧催化、高效膜循环资源化回用和浓水三维电氧化等4项关键核心技术，并通过小试、中试和示范工程研究，构建了冷轧废水生化-物化强化处理新工艺，获得重大科技创新。 1）首创了高浓度活性微生物精准控制脱碳除氮技术。 2）率先开发了炭基纳米载体臭氧催化技术。 3）率先形成高效膜循环资源化回用技术。 4）首次开发浓水三维电氧化技术。在绿色创新发展理念指导下，项目团队积极开展技术攻关的同时，注重核心技术的知识产权布局，共申请发明专利42件，已授权13件，认定企业技术秘密17项，发表论文21篇。技术转化应用经济效益和社会效益显著，近三年累计直接科研效益12332.5万元。 项目成果应用于宝钢宝山基地冷轧2030废水系统、1420/1730废水系统、1800废水系统和硅钢4期废水系统、湛江东山基地冷轧1期和冷轧2期废水系统，每年处理冷轧废水超1500万吨，全系统废水回用率达到65%以上，有机物和总氮的排放量低于国内外同行。项目成果的大规模推广，实现了宝山基地和湛江基地冷轧废水处理工艺和装备的系统升级，全面提升了全流程污染物控制和去除能力，为建设“高于标准、优于城区”的城市钢厂奠定了坚实基础。

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。