主要内容 （1）高速连铸的恒温出坯技术 主要研究满足钢坯进入轧机前的连铸出坯温度要求，减少钢坯切断时的温度波动范围，包括：高拉速控制、浇铸过热度控制、二次冷却动态控制、试验验证等内容。 （2）方坯连铸和轧钢过程的衔接技术 主要研究方坯缓冲技术、缓冲区温度控制技术、连铸和轧制速度匹配控制技术等。 （3）钢坯补热技术 主要研究感应补热过程工艺设计、加热温度控制数学模型。 （4）高刚度轧机控温轧制技术 主要研究直轧方坯轧制成形控制、孔型系统优化、成型过程温度控制技术、产品的尺寸精度控制等。 （5）长型材产品性能稳定性控制技术 主要研究长型材成形过程温度制度控制、产品质量稳定性控制技术等。包括成分设计、变形制度、温度制度、速度制度等。

应用气雾冷却新工艺和新设备， 使得HRB400E、HRB500E、HRB600（E）产品质量在满足GB/T 1499.2-2018新标准各项要求的条件下生产成本最小化。 技术原理与工艺路线： （1）考虑全过程控冷，阶梯型分段冷却+中间返温+冷床控冷；通过控制水雾粒度分布提高汽化冷却比例和冷却效率，优化冷却路径，控制每个冷却段的降温、返温温度以及冷却速度，控制V（或Nb）的碳氮化物在γ~α 转变过程中的相间析出和在铁素体区的析出，并控制各冷却段的终冷温度，从而达到控制细晶强化和析出强化的目标。 （2）新型冷却工艺（Spray Evaporation Cooling ） ：根据水雾汽化特点，精细化控制降温返温温度和气化时间间隔； （3）控制铁素体珠光体组织比例和珠光体团块尺寸、片层间距； （4）析出物控制技术； （5）氧化铁皮结构精确控制工艺；考虑温度、氧化程度、应力状态、Fe-O激活能等因素，高温γ区（ FeO ）+相变过程（ FeO+少量Fe3O4 ）+后续冷床氧化（ FeO+Fe3O4 ）；Fe3O4+ FeO致密氧化膜 的比例。

本项目是大型钢铁企业、科研院所、检测机构等急需的产品。现在钢铁行业主要面临以下情况：利润需求：钢铁行业进入微利时代，高品质洁净钢具有更高附加值，成为钢铁企业发展的方向。 生产工艺：洁净钢技术研究及其生产工艺控制技术目前已经成为各钢铁企业的重要课题。减少钢中的杂质。而控制杂质的关键需要准确和快速的测定钢中夹杂物，并优化相应的炼钢工艺。由GPU计算工作群通过软件控制系统实现对高精密数控工作台、显微照相矩阵系统和激光光谱仪的精确控制，同时通过数据处理系统完成数据的采集和分析工作。

针对国内板带材生产中能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，以国内典型微合金化钢板带材流程为依托，开发了系统完整的关键工艺与装备技术，包括：1）以倒角结晶器技术为核心，开发了具有优化弧形曲面形状的倒角结晶器和不同结构组合的侧面支撑足辊，有效控制了裂纹敏感性钢种铸坯的角部横裂纹和纵裂纹，使微合金化钢连铸坯表面缺陷率降低到0.5%以下，实现了微合金化钢连铸坯生产由冷态下线切角清理到550℃热装的转变；2）突破微合金化钢铸坯红送裂纹形成机理，开发了连铸坯表面快冷工艺与装备技术，通过铸坯表面快冷，使铸坯表面温度迅速降低至600℃以下，表面层8-10mm厚度铸坯完全实现奥氏体向铁素体转变，有效避免热送过程中红送裂纹的发生，同时，又可保证铸坯芯部900-1000℃的高温，使铸坯断面平均温度达到750℃-800℃，实现了连铸坯由冷装到550℃温装、再到750℃以上高温直装轧制的两个飞跃；3）以连铸坯二次倒角及角部形状优化控制为核心，开发了板带材边直裂或翘皮控制装备和技术，使低碳、超低碳带钢边直裂及翘皮缺陷发生率降低90%以上，使宽厚板边直裂发生位置距离边部小于10mm的比例达到85%以上，提高宽厚板成材率1～2%；4）集成优化了倒角结晶器技术、板带材边直裂控制技术和铸坯表层快冷技术，形成了低成本、高效化板带材绿色制造成套技术，并实现工业化应用。 同时，为了进一步提高铸坯质量和铸机的生产效率，还配套开发了包括凝固末端轻压下技术、高拉速技术、连铸坯热态在线调宽技术、连铸坯质量专家系统、结晶器漏钢预报技术、二冷动态控制技术、中间包快换技术、保护渣系列技术等多种技术作为该集成技术的支撑。上述技术的集成应用，实现了从铸坯到轧材对产品各个环节的质量控制，提高了钢的成材率、节约了能源消耗、大幅缩短了生产时间，减少了钢厂的车间场地和资金占用，其生产线关键技术指标达到国际领先。

转炉全自动炼钢控制技术是伴随着计算机网络技术．计算机信息技术，以及工业控制技术和工业控制网络的发展而逐步发展起来的，全部炼钢过程是以炼钢模型控制为主，操作工实时监控为辅的炼钢控制技术。 副枪系统是转炉实现自动化炼钢的关键设备，具备测温、取样、快速定氧(定碳)、测定液面等功能。

本项目所属学科为钢铁材料加工制造工艺领域，涉及材料、冶金、材料加工学科。 双相不锈钢具有高铬、高钼、含氮的成分特点和双相组织特点，赋予其较高的屈服强度和优良的耐腐蚀性能，是我国国家战略新兴产业的不可或缺的重要钢类，但其制造难度较大，高端产品长期依赖进口。 油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备对双相不锈钢无缝管耐腐蚀性能和低温冲击韧性等关系到材料及装备安全和寿命的重要指标提出较高要求，与此同时，项目初期国内不能制备φ≥450mm大口径双相不锈钢无缝管，成为严重制约我国高端装备发展和制造的瓶颈。 申报团队依托国家转型升级强基工程项目，历经十二年，实现了高端装备用双相不锈钢“两相平衡设计-高纯净度冶炼及浇注-热穿孔-冷轧-均温快冷热处理组织控制”全链条关键技术突破，并实现了装备自主集成创新。主要创新点如下： （1）开发了高纯净、高致密双相不锈钢管坯制备技术，实现了系列钢种的相比例和耐蚀性平衡设计、全氧含量≤25ppm的低氧控制、φ≥247mm铸锭中心缩孔消除、窄温度区间锻造工艺控制。 （2）发现了双相不锈钢热穿孔温度敏感特性，推荐了兼顾耐点蚀性能和热穿孔性能的氮含量控制范围，开发了热穿孔温度-转速协同控制技术，利用自主集成的φ55mm～φ720mm组距热穿孔装备，制备了φ610mm双相不锈钢荒管。 （3）开发了基于窄区间保温-均匀加热-快速冷却的双相不锈钢组织控制技术，利用独有的φ≥200mm管材固溶、冷却装备，实现了全系列双相不锈钢无缝管的点腐蚀率稳定≤3.5mdd（指标≤10mdd）、-46℃Akv稳定≥100J（指标≥45J）。 项目开发的系列双相不锈钢无缝管，已应用于国内外油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备领域的167个项目，产品实物性能达到或优于国外同类产品。近三年累计销售额7.32亿元，新增利税1.68亿元，经济和社会效益显著。项目授权专利34项（发明12项）、软件著作权4项，制修订国家标准4项，发表论文13篇。 经与国外先进企业实物性能和生产能力对比，项目形成的成果总体达到国际先进水平，其中，项目开发的大口径、抗低温冲击、耐点腐蚀冷轧双相不锈钢无缝管达到国际领先水平。项目的研制成功，为我国高端装备自主化和“走出去”战略提供了材料保障，带动了我国高精尖、高附加值不锈钢无缝管整体技术水平和制造能力的提升。

本项目属于冶金节能减排领域。 我国钢铁产量大，污染物排放高，颗粒物、SO2、NOX分别占工业的30.1%、13.7%、15.7%。现有排放标准已无法满足“打赢蓝天保卫战”要求。2017年政府工作报告提出：推动钢铁行业超低排放改造。结合目前钢铁行业环保水平，钢铁行业实现超低排放还存在以下难点：（1）无组织排放点位多、排放量大，排放底数不清，缺乏治理有效路径；（2）高炉煤气用户SO2排放末端治理难度大、缺乏源头控制技术；（3）转炉一次除尘、高炉料罐均压煤气等重点工序颗粒物治理技术不完善；（4）球团烧结稳定达标排放难度大。（5）污染物一体化管控难度大。针对上述难点，首钢股份公司开展了无组织排放管控治一体化技术研究，有组织达标排放成套技术研究。项目取得了以下创新成果： （1）首次建立了迁钢钢铁生产全流程超低排放技术体系，研究了钢铁生产全流程污染物排放特征及规律，开发了有组织排放稳定达标的成套技术，搭建了全流程污染物管控治一体化智慧环保平台，使首钢股份公司吨钢颗粒物、SO2、NOx排放绩效指标分别达到了0.17kg、0.21kg、0.4kg。 （2）开发了有组织排放长期稳定达标的成套技术，在综合分析高炉煤气有害成分的基础上，首创了高炉煤气喷碱控硫技术；在系统研究了煤气防爆技术和污水处理技术后，首次将湿式电除尘器技术与转炉煤气OG除尘有机结合；对料罐煤气放散特征系统分析技术上，首创了全量回收料罐均压煤气技术；在系统性地研究了球团烟气特点后，创造性地将SCR脱硝技术引入到球团烟气治理领域；通过上述技术的应用使迁钢公司有组织排放远低于超低排放要求。 （3）建立了无组织排放综合除尘控制技术体系，首次研究了无组织排放产尘机理和扩散规律，开发了卸料行为图像智能识别技术、超细雾炮抑尘技术、双流体干雾抑尘技术、生物纳膜抑尘技术、Y型双层密闭导料装置等，实现对无组织排放污染物管控与治理。 （4）首次建立钢铁企业超低排放智能管控平台，开发了以网格化综合管控模块为核心，以大数据技术及机器学习自适应算法为驱动，以机器管理代替人员管理，实现污染源点精准化、治理技术智能化、治理过程信息化、决策反馈一体化、污染应对数据化、操控管理无人化的“黑灯工厂”。 项目环境效益显著：2019年比2017年颗粒物减排3122吨，SO2减排1531吨，NOX减排2344吨，减排比分别达69%、47%、42%。

通过开发CSP过程控制系统在线改造关键技术，实现了多品规轧制和产品厚度、板形、温度、性能等指标的高精度控制，并成功进行示范应用，主要研究内容和创新性如下： （1）基于工况动态感知的辊底式隧道加热炉智能燃烧系统。通过建立考虑氧化铁皮及上下表面换热差异的多维快速板坯温度场在线预报模型、基于工况动态感知技术和改进精英策略的遗传算法板坯最佳升温曲线模型、板坯加热质量及隧道炉能效评估智能决策模型，集成了CSP隧道炉智能燃烧系统，实现了加热质量、能耗等指标的整体优化，大幅提升了板坯温度的FET、模型、同板差、同炉坯间差、交叉坯间差命中率，自动烧钢率由0%提高到90%以上，能耗下降19%以上。 （2）适应CSP流程的高精度轧制过程控制模型。通过建立基于相变动力学和位错密度理论的两相区轧制统一变形抗力模型、基于自学习参数动态分区拟合算法和自学习速度在线优化算法的多种自学习策略模型、基于物理冶金和工业数据混合驱动的组织性能在线预报及工艺优化模型，满足了多品规、双流交叉、品规快速过渡的高精度轧制需求，厚度、FDT、CT的命中率分别由97.57%、93.83%、87.34%提高至99.60%、98.10%、97.87%，碳钢产品实现了“免取样”。 （3）兼顾全幅宽和多目标的板形综合控制技术。在开发边部变凸度工作辊辊形及其控制技术、考虑温度-相变-应力多场耦合的全幅宽机架间板形传递模型的基础上，集成上下游机架多辊形灵活配置策略及下游机架变参数异步窜辊策略的、兼顾多目标的板形成套控制系统，实现了全幅宽板形与轧制稳定性的协同控制，凸度C40、平坦度命中率分别由98.46%、96.64%提高到99.08%、99.80%，且凸度C25命中率能达95.97%，薄规格生产能力由2.00mm扩展至1.20mm。 （4）基于数据网关的过程控制系统在线升级改造技术。通过开发基于数据网关的新老系统并行调试技术、基于通信中间件的高性能电文实时解析与分发技术、功能模块级别的系统无缝双向一键软切换技术和采用自主研发的中间件平台和模块化设计方法，搭建了具有开放、可配置、免维护等特点的、稳定可靠的过程控制系统，实现了低风险的、无需专门停机时间的过程控制系统在线改造。

整车涂装作为汽车制造环节中最大的污染环节之一，汽车工业界提出，到2030年，将VOC排放量降低70%。 免中涂工艺完全取消了中涂线全部工序，能耗和制造成本大幅度降低。预计到2015年底，在中国建成的各种先进的紧凑型涂装工艺生产线达到20条。采用水性涂料的涂装线的数量达到50条以上，产能达到千万辆以上。 与传统涂装工艺相比，新的环保涂装工艺使漆膜厚度减薄，漆膜流动性增大，使得漆膜对钢板表面缺陷和表面波纹的遮盖力减弱，涂漆外观质量下降，在同等条件下，涂漆外观质量下降，表面鲜映性难以达到汽车外板要求。 项目的主要研究内容有： （1）研究了锌锅内部锌液的流动、炉鼻子内部锌液流动规律以及炉鼻子内部气体流动规律，提出了抑制锌锭附近低温旋涡、提高炉鼻子内部温度均匀以及改造炉鼻子锌灰泵结构的控制措施，抑制了炉鼻子内部锌液表面锌灰形成，使得百米锌渣数大幅度降低80%以上。 （2）研究了涂装后表面鲜映性指标与钢板表面轮廓参数的对应关系，提出了优化光整辊磨削工艺消除粗糙度与波纹度相关性的工艺路线，在不改变粗糙度的情况下降低镀锌外板表面波纹度，实现波纹度Wa1-5的平均值减少50%。 （3）研究了薄钢板成形过程中的表面波纹度轮廓演变过程，提出了薄板表层析出物梯度分布的控制措施，通过冶金、热处理和光整轧制工艺措施优化，实现成形后的表面波纹度指标显著降低； 项目的创新点主要有： （1）首次开发了提高汽车用钢板在免中涂工艺下涂装鲜映性的完整解决方案，形成了高鲜映性系列汽车用钢板及“零”缺陷热镀锌板表面质量控制设备，突破了免中涂工艺下高鲜映性汽车外板生产和应用瓶颈，成功应用于国内汽车主机厂的免中涂绿色涂装产线。 （2）首次揭示了成形过程中表面波纹度演变与表层晶粒取向的关系，形成了以表层织构控制为核心的全流程关键工艺成套控制技术，实现变形5%时的表面波纹度指标Wa1-5不超过0.35微米，免中涂涂装后鲜映性指标DOI达到88以上 （3）首次提出Wa1-5波纹度参数及其测量方法，通过均匀快速磨辊技术降低了表面粗糙度参数与波纹度参数的相关性，攻克了粗糙度与波纹度协同控制的矛盾，实现钢板表面Wa1-5平均值从0.50微米降低到0.25微米 ，同时保证粗糙度不低于1.0微米。 （4）首创了低加热功率锌锅分区热流控制设备，集成开发了锌灰锌渣抑制清除设备，突破了热镀锌汽车外板表面细微点状缺陷的控制瓶颈。

⑴项目基于数字化虚拟制造的全轧制过程孔型系统智能设计技术研究。如何突破型材轧制孔型系统设计长期依赖经验试错、效率低、成本高的难题，实现钢轨及异型材孔型系统智能设计、智能化配辊以及轧辊加工NC代码自动输出，大幅度提高新产品研发效率并降低研制成本。 ⑵全轧程热力耦合三维模拟精准预测及生产过程质量稳定性控制技术研究。 结合建立完整的生产工艺与质量数据库,实现系列钢轨及异型材轧制全过程工艺优化和质量稳定性控制，显著提高产品内在质量稳定性和一致性,并使钢轨残余应力显著降低。 ⑶基于大数据及在线控制的钢轨轧制金属流动预测-补偿模型和全长尺寸精度智能控制技术研究。解决高铁轨,重轨全长尺寸在线高精度控制问题。 ⑷钢轨局部润滑轧制及表面质量控制技术研究。努力搞清高温高压轧制条件下金属流动、轧辊氧化皮粘结及局部磨损机理和规律，消除钢轨表面轧疤及通长“人”字轧痕等表面质量缺陷,并轧辊寿命延长。