“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。

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。

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。

随着智能化向冶金行业的不断深入，产线也加快了其各个工序的智能化脚步。加热作为其中间工序，智能化势在必行，而加热炉控制系统又是产线自动化水平较为薄弱的环节，主要体现在以下几个方面： （1）加热炉生产受上游连铸、板坯库库存、下游轧制节奏、生产计划等众多因素影响，装炉基本依靠人工进行调度、核对、定位直至最终入炉。出炉基本采用周期或手动出钢的方式，很难做到依据轧制的节奏，结合即将出炉板坯的温度，自动出钢。 （2）影响加热炉板坯加热质量的因素很多，且各因素互相耦合，是个多变量、非线性很强的系统，控制难度大。而炉内高温、粉尘的气氛环境，没有有效的检测手段来实时测量板坯的温度，使其成为名副其实的“黑箱”。 （3）多年来一直困扰加热炉生产调度、精准控制等的一系列难题，如板坯的加热过程缺乏规划和连续性、加热质量难以保障、随机性强等。换辊或轧机故障时，也不能有效地进行炉温智能控制，无法保证恢复轧制时板坯出钢温度达到要求的同时加热能耗达到最优。 （4）对加热炉能效及加热质量缺乏整体的评估，相关性参数也较为单一，仅仅依靠开轧或轧后温度作为评估的依据，时效性较差且难以满足目前复杂工况、炉况、多规格、高品质生产的需求。 因此，面对产线智能化的需求，针对加热炉的现状，解决控制系统的痛点问题，实现“会思考”的加热炉是目标。加热炉智能化过程控制技术的突破，对推进产线数字化、智能化革新具有重要意义。

炼焦行业是工业污染大户。在焦炉生产过程中，装煤和出焦等环节产生大量有毒含尘废气,并无组织排放到大气中。其中含有固体悬浮物、苯可溶物、苯并芘、H2S、NH3等有害物质,长期接触对人体健康十分有害。这些烟尘主要来自于焦炉连续性、阵发性和事故性三类排放源。 炉头逸散烟尘的特点是，间歇性排放，烟气湿度大，温度高，含有可燃气体和焦油，而且产尘点会在长距离上频繁移动，兼有固定源和移动源的特征。炉头烟尘处理的难点在于: 1、如何高效保证烟尘捕集率 炉头周围设备、构筑物较多，炉头烟尘逸散速度快，如何根据现场情况研发合理的收尘装置是保证烟尘捕集率的关键。 2、除尘系统如何适应焦炉生产工艺特点 出焦和平煤等焦炉生产过程是有规律的间歇性作业，整个焦炉不是所有的炉门都在逸散烟尘，需对炉头烟尘逸散点进行精准控制。研发一套完全适应焦炉生产的炉头除尘软硬件系统是一大难题。 3、如何实现焦炉烟尘处理系统的稳定运行 从以往运行经验看，焦炉烟尘中含有高温挥发出的焦油及未燃烧充分的炭渣火星, 容易粘布袋和烧布袋，严重影响除尘器的稳定运行。 因此。研制出适应于新环保政策要求的的焦炉炉头除尘技术迫在眉睫。

钢材的氧化在热轧过程贯穿始终，由于热轧流程长，影响氧化因素多且相互耦合。而对于“轧制+气氛+温度”强耦合氧化理论，国际未见报道，由此造成氧化界面演变及氧化皮相组成控制技术开发方向不明确。同时，考虑到热轧氧化过程无法在线检测，属于典型黑箱过程，仅凭工程师经验控制势必试错量大、稳定性差。因此，实现热轧氧化精准、稳定控制是一项世界性难题。综上所述，构建多因素耦合的热轧氧化控制理论，形成具我国有自主知识产权的热轧氧化控制成套技术，实现热轧氧化调控由经验试错向数字化、智能化控制的转型，是全面提升钢材表面质量，保障制造业转型升级的必由之路。

在国家支撑计划项目课题和“863”项目、支撑项目和十三五重点项目等国家科技项目支持下，钢铁研究总院工程用钢研究所杨忠民教授团队联合马钢、永钢、石横特钢、长城特钢、西城钢厂等企业，开发了系列耐腐蚀钢筋品种：低合金耐腐蚀钢筋、高 Cr 系耐腐蚀钢筋、不锈钢-碳钢（低合金钢）复合钢筋、双相不锈钢钢筋等系列，可以满足不同用户的需求，为建筑耐久性设计提供更精准的解决方案。

氧化球团是现代大型高炉炼铁必不可少的炉料，2016-2018年我国球团占炼铁炉料结构比例约13%，但与美国、瑞典等发达国家（80-90%球团入炉）相比，我国因球团矿产量严重不足，入炉比偏低。中国球团品种长期以酸性球团为主，缺乏生产碱性球团技术。此外，因回转窑生产碱性球团对原料条件要求苛刻，市场上低硅、低碱金属的优质精粉资源非常匮乏，且磁铁精矿严重短缺、价格高。因此，以来源广泛、价格低、传统球团企业难利用的镜铁精矿、粗粒赤铁粉矿为原料，开发资源宽口径的多元化配矿技术就成为解决上述难题的必然选择。但镜铁精矿和赤铁粉矿存在粒度粗、成球性差、生球强度低、预热和焙烧温度高、能耗高等技术特点，同时存在生产过程控制难度大，回转窑易结圈，产品存在还原膨胀率偏高等技术难题。 本项目开发了资源宽口径配矿及矿石表面改性技术。制定了粗粒烧结粉和镜铁矿组合磨矿、高压辊磨表面改性的技术标准，开发了载体沉降及强化过滤技术，打破了粗粒烧结粉用于球团的“技术壁垒”。使镜铁精矿的磨矿能耗下降30%，强亲水性的细磨赤铁粉矿沉降速度提高24.4%，过滤脱水效率提高10.6%，解决了微细颗粒对水体污染问题。非传统球团用烧结粉矿和镜铁矿配比达到80-85%，实现了资源多元化，显著提高了资源利用率，大幅度降低了原料成本。开发了链篦机-回转窑多元化球团制备技术，在高赤铁矿配比(80%～90%)下，生产镁质熔剂性球团，突破了国外镁质球团以带式焙烧机为主的工艺限制，及国内以磁铁矿为主的原料类型限制，具备在线切换生产碱性、镁质、酸性球团能力。开发了窑体精确定位与红外连续三维测定技术，建立了回转窑内结圈物厚度及分布的数学模型，研制了窑内结圈物三维分布可视化系统，通过及时测量和预测、精准调控、预防回转窑结圈，停机时间降低95.4%，作业率提高5%。开发了低温烟气高效脱硫脱硝技术，球团烟气脱硫已运行四年，实现球团绿色清洁生产。 获授权发明专利4项，企业技术秘密6项，发表学术论文49篇。项目成果已成功应用于宝钢湛江、武钢、安钢3家国内钢铁企业，优质球团产品长期供宝钢、武钢、安钢、日本制铁、韩国浦项、台湾中钢等国内外企业大型高炉使用，经济效益和社会效益显著。

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。

大型工业加热炉智能燃烧控制系统在板坯全自动精确跟踪基础上，通过板坯温度、尺寸、重要参数的自动测量、坯号智能识别等技术手段实现生产计划自动核对，板坯实物、计划、工艺的准确对应。此外，基于板坯加热温度实时精准预测模型，建立智能化燃烧控制策略系统，实现复杂工况和炉况的动态感知与自适应，减少人工干预以及对操作经验的依赖。综合运用各类大数据分析工具，对板坯温度、位置、工况、设备等海量的同时空大数据分析加热质量与升温曲线、设备以及工况的关系，建立板坯加热质量和加热炉能耗评估体系，实现真正会“思考”的加热炉。