实现长材无人吊运，电磁吊具是最为通用的方式。但是棒线材难以严格按垛位码放，并且容易发生滚动移位，此时按照钢卷库的库位定位方式，容易由于定位精度不足产生钢材重心在吊具边缘之外的“虚吊”现象，从而导致起吊失败或者吊运过程中的钢材掉落事故。因此，需要开展针对长材无人天车吊运的关键技术攻关。另一方面，智能库管系统应能够适应长材吊运特点，对库位变化有自动调整适应的能力，并且应满足大型物流库对天车、地面物流设备、发运设备等的全局动态优化调度需求；同时，针对物流库区的厂内倒运与存储转运销售功能，需要满足无人操作条件下的全自动卸车、自动装车需求，并能实现与生产、销售系统的对接协同。 为此，北京科技大学工程技术研究院（以下简称“北科工研”）针对棒线材库区，创新开发了以库区环境感知与三维重构、机器视觉与天车控制深度融合、库区多智能体协同优化的智能库管调度、库区集控与智能工厂协同优化为标志性的第二代无人天车与智能库管技术，并实现针对棒材智能库与高线智能库的首创示范应用。

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。

本研发项目攻克了矢量控制、多机并联、电机参数自动辨识、模型参数自整定、非线性补偿、负荷观测器、实时以太网、快速数据采集分析技术等多项难题，共计获得发明专利4项，实用新型专利2项，软件著作权6项，国内外学术论文5篇，获得省部级优秀论文一等奖，被国内核心期刊、EI、IEEE收录。本项目经中国机械工业联合会鉴定处于国际先进水平，其产品通过国际TüV的2项认证和CCS中国船级社认证。 自2009年本项目产品先后在中厚板和棒线材生产线、飞剪、转炉等国产高端装备得到应用，总计装机容量约为200MW，累计销售1000多套，累计合同额约1.5亿元，为用户节省投资约5千万元，为北京市累计纳税300多万元。

飞剪是重要的轧钢设备之一，用来对轧件进行切头、切尾、事故碎段和倍尺剪切。我国棒线材生产模式正向多品种、小批量转变，对飞剪提出了新要求：剪切力更大（剪切力：3.3MN），剪切速度范围更宽（高低速比例：3~7倍），剪切模式为纯曲柄模式。基于此种工艺条件，国外采用“一大一小”两台单速比曲柄飞剪来满足剪切力大、剪切速度范围宽的工艺需求，该方案使轧线加长、投资和设备维护成本高，也不利于空间受限的改造项目。 本产品打破传统，用一台双速比飞剪替代传统的两台单速比飞剪，使轧线缩短，降低了投资，该成果经中国金属学会鉴定达国际领先水平。

BSIET立式集卷装备采用可靠的设备结构设计及控制方式，可满足复杂的生产要求，具有如下突出特点。 1）采用模块化设计理念，工艺布置灵活，可扩展性强； 2）创新设计理念，更能适应大卷重线材的生产； 3）可实现与在线（或离线）热处理设备的良好衔接； 4）有利于改善线材成品卷形； 5）与P&F运输线配合使用，可相对减少P&F运输线长度； 6）可靠的全自动化运行控制； 7）运输模块结构多样，可适应多种生产环境； 8）设备性能可靠、检修方便，维护成本低。

研究内容： 针对我国特殊钢行业产品质量欠稳定、能耗高、总体工艺技术水平仍然较为落后等现存问题，开发低能耗、高效率、高洁净的特殊钢冶炼、凝固及热加工等系列关键技术，实现特殊钢典型生产线技术及流程创新和集成，支撑特殊钢产业发展，提升特殊钢产业的竞争力。同时，开展冶金前沿技术的研究开发，依托沙钢建成具有自主知识产权的薄带硅钢铸轧生产示范线（产品规格：铸带硅钢厚度1.0~2.5mm，宽度规格：1050~1250mm）和依托新余钢铁集团有限公司建立特厚板示范生产线（板坯厚度420mm，板材厚度≥100mm）。 通过攻关，形成具有国际先进水平的生产工艺流程示范线： （1）依托东北特殊钢公司建立转炉流程特殊钢棒线材生产示范线。 （2）依托新冶钢建立电炉（铁水+废钢）特殊钢流程棒线材生产示范线。 （3）依托攀钢建立含钒铁水转炉特殊钢棒线材生产示范线。 （4）依托江苏沙钢集团有限公司建立硅钢铸轧生产示范线。 （5）依托新余钢铁集团有限公司建立特厚板生产示范线。 项目考核指标 约束性指标： （1）典型钢种洁净度生产水平 轴承钢（GCr15）：T.O≤6ppm，夹杂物级别总和（A+B+C+D+Ds）≤2.0，钢材高周疲劳寿命≥108。 齿轮钢：T.O≤12ppm，晶粒度≥9.0级，淬透性带≤4HRC。 高强合金弹簧钢丝：S+P+T.O+N+H≤200ppm。 （2）新建的薄带硅钢铸轧生产示范线实现稳定连续浇注300吨以上合格产品，规格为：厚度1.0~2.5mm，宽度1050~1250mm；品种为3.5%Si的硅钢，质量达到国家标准要求。 （3）建立1台1流特厚板坯连铸机关键设备示范，生产板坯厚度300～420mm、宽度1600mm～2400mm，工作拉速为0.45~0.9m/min。板坯质量达到：中心疏松和中间裂纹≤1.0级，中心偏析≤C2.0级，合格率≥90%。 预期性指标：1）生产效率比传统电炉流程提高30%；2）吨钢综合能耗比传统流程降低20%；3）形成薄带硅钢铸轧生产的自主知识产权，工序节能50%；4）形成特厚板坯（420mm）连铸机关键技术自主知识产权，年生产规模120万吨，生产出典型特厚板品种，如火电机组用钢、海洋平台用钢、建筑用钢等，性能满足相关产品的标准要求。