钢材氧化在热轧过程中贯穿始终，并受到合金元素及诸多工艺参数的交互影响，国际先进企业虽积累一定经验诀窍，但也未很好解决，实现结构、厚度、均匀性的精准控制是一项世界性难题，而我国在此方面更是缺少理论研究、技术落后，产品因此常被高端用户拒绝，已成为我国制造业转型升级的原材料瓶颈。综上所述，构建钢材热轧氧化控制理论体系，形成具我国有自主知识产权的成套技术，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，保证我国钢材产品走向高端，保障下游制造业转型升级的必由之路。

连铸在钢铁制造流程中具有中心地位，目前我国超过98%的铸坯母材均采用连铸生产。然而，实际生产过程，微合金钢铸坯频发表面裂纹缺陷、大断面铸坯中心偏析与疏松控制不理想，已成为钢铁行业的共性技术难题，制约了高端钢材的高质、高效与绿色化生产。针对该共性技术难题，立足于连铸坯表面组织高塑化控制和高温连铸坯断面逆向温度场分布特性，开发了曲面结晶器及二冷控冷的铸坯表面裂纹控制技术和凝固末端重压下的铸坯高致密均质化技术，从根本上改善/消除铸坯凝固缺陷，实现连铸高效与绿色化生产的关键。 针对微合金钢连铸坯表面裂纹频发难题，立足于微合金钢表层组织析出与组织生长行为，研发形成了基于连铸结晶器角部快冷以弥散化析出碳氮化物和连铸二冷高温区循环相变以超细化晶粒实现凝固组织高塑化的裂纹控制新工艺，并研制出了角部高效传热曲面结晶器和结晶器窄面足辊横向3喷嘴超强控冷装备与工艺技术。 针对大断面连铸坯的中心偏析、疏松等凝固缺陷难题，从理论、工艺、装备等方面入手，研发了适用于我国“一线多产”特点的连续、动态重压下关键工艺与装备技术，形成了以基于溶质非均匀分布“软测量”与压力压下量实时反馈“真检测”的凝固末端位置形貌高精度在线标定、同步控制中心偏析与疏松的两阶段连续重压下工艺、精准控制驱动扭矩提升铸坯心部变形的高效挤压工艺、避免压下裂纹与滞坯风险的实施保障措施等为代表的“准确、高效、稳定”压下的连铸凝固末端重压下集成技术，并开发了宽厚板连铸用增强型紧凑扇形段与大方坯连铸用渐变曲率凸型辊，突破了常规连铸机无法稳定实施大变形压下的装备瓶颈。

冷轧控制过程是典型多工序、多变量、多层级的大型复杂工业流程。针对尺寸质量精度差、薄硬规格轧制易振动、生产效率低下等关键共性技术难题，以材料加工过程自动化、信息化、智能化、绿色化等为出发点，开发具有自主知识产权的冷轧智能化质量精准控制系统具有非常重要的现实意义。 本技术将给出冷轧自动化系统的硬件配置与软件功能总体方案，建立冷轧多层次完整的控制体系架构，开发基于控制器性能综合最优评价的多机架协调板厚控制模型、基于板形调控功效系数的多变量板形前馈和反馈控制模型、以超差长度最小为指标的最优动态变规格控制模型、基于成本函数的冷连轧负荷分配模型、融合工艺机理和大数据的轧制过程数学模型等智能化质量精准控制模型，为酸洗冷连轧或单机架冷轧机提供完整的控制系统方案。 应用智能化的冷轧质量精准控制系统可使冷轧带钢尺寸质量控制精度全面达到PREMETAL、ABB等国际先进水平，厚度指标±2.5μm ，变规格头尾超差长度小于10米，板形控制指标小于6I。该项技术填补国内空白，打破了国外封锁和技术垄断。相比传统冷轧控制系统，可大幅度提高头尾成材率和带钢本体厚度及板形等尺寸质量、大大减少工人劳动强度，已推广应用至某1450mm酸洗冷连轧等20余条生产线，至少创造80亿元的经济效益。

中厚板生产过程中，板坯的头尾部及侧面会由于一系列的因素而发生较为严重的塑性变形，使得轧制成品的平面形状偏离矩形形状，需要后续的精整以及剪切工序使其满足订单所需的规格。而现今钢板轮廓检测方法，大多苦于现场环境复杂，噪声污染严重，导致检测精度不高。因此，基于机器视觉的中厚板轮廓精准识别成为提高中厚板剪切效率、降低剪切损耗的有效手段和必选方案。 本系统将给出基于机器视觉的中厚板形状检测系统硬件配置与软件功能总体方案，建立中厚板图像轮廓采集系统的架构，开发大尺寸运动目标采集模型、结合中厚板厚度变化的相机动态标定及畸变矫正模型以及多尺度噪声融合情况下的中厚板轮廓识别模型等一系列高精度检测模型，可以精准检测到中厚板的轮廓特征，为后续剪切提供数据指导。 基于机器视觉中厚板轮廓检测系统具有很高的检测精度，宽度检测指标±3mm，长度检测指标±20mm（40m），可极大程度降低剪切后长度不足以及问题板的比例。该项技术不仅是中厚板企业和市场的需要，也是摆脱国外厂商在机器视觉检测技术方面垄断的需求。相比传统中厚板检测及剪切方案，可大幅度提高剪切智能化水平，有效降低劳动强度，为中厚板生产线降本提质增效奠定良好基础。现已推广应用至某4300mm宽厚板生产线，预计年度创效约380万元。

热连轧控制过程是典型多工序、多变量、多层级的大型复杂工业流程。针对尺寸质量精度差、产品性能控制稳定性差、生产效率低下等关键共性技术难题，以材料加工过程自动化、信息化、智能化、绿色化等为出发点，开发具有自主知识产权的热连轧质量精准控制系统具有非常重要的现实意义。 本技术将给出带钢连轧自动化系统的硬件配置与软件功能总体方案，建立热连轧全工序多层次完整的控制体系架构，开发热连轧活套高度-张力多变量解耦控制模型、基于硬度前馈的多机架前馈AGC控制模型、基于SMITH预估补偿的监控AGC控制模型、板凸度前馈和反馈控制模型、强宽工艺微张力协调控制模型、融合工艺机理和大数据的轧制过程数学模型等一系列智能化质量精准控制模型，可为热连轧生产线提供完整的控制系统方案。 应用智能化的热连轧质量精准控制系统使带钢尺寸质量控制精度全面达到PREMETAL等国际先进水平，厚度指标±20μm ，宽度指标0-2mm，凸度指标±30μm。该项技术填补国内空白，打破了国外封锁和技术垄断。相比传统热连轧控制系统，可大幅度节能降耗、提高成材率和带钢质量、减少工人劳动强度，已推广应用至某1100mm全连续热连轧等30余条生产线，至少创造300亿元的经济效益。

为了提高烧结机的效率，在产学研合作下，开发了基于调控烧结料层收缩的低负压低风量点火技术。提出了料面收缩(y，mm)和风箱(x，个)的曲线关系公式：y=k1*ln（x）+ k2，揭示了烧结负压与烧结时间对曲线参数(k1和k2)的影响，发现了烧结机点火段是料层收缩的核心区域，开发了低热值煤气的低风量低负压点火技术，显著降低了煤气消耗。研发和集成了系列风量优化技术。通过实施风箱开度差异化调配、料面无动力打孔、双水分烧结、高效侧密封等一系列风量优化的关键技术，实现了烧结机长度方向和宽度方向有效风量的合理分配。最终，成功开发并实施了国内首台套返矿分流工艺。改变了传统烧结返矿全部参与制粒甚至提前润湿的理念，率先开发和应用了基于粒级精准控制的烧结返矿靶向投加技术，优化了制粒过程原料粒度和制粒水分的分布，突破了过湿带恶化料层透气性的瓶颈，实现了高效烧结生产。

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%。

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。

超薄不锈精密带钢生产难度极大，特别是宽度≥400mm的宽幅薄带生产中存在板形及厚度精度难以控制、钢质纯净度低导致的轧制穿孔等技术难题和长线退火过程中的抽带、断带及折印等生产难题，无法满足用户对高平整度（不平度≤0.1mm/m）、高表面质量使用需求和稳定生产。围绕上述难题，项目组在板形、张力控制、钢质纯净度等方面进行研究开发，实现了以下创新： （1）首次基于边界积分的压扁计算方法，耦合辊系变形和金属塑性成形特性，开发出以复合性多曲线锥度辊系配置、高强韧钛合金轧辊设计和多轧程板形动态控制为核心的成套轧制技术，实现了宽幅超薄不锈精密带钢的高精度稳定轧制，厚度0.02mm、宽度640mm的产品国际首发。 （2）开发出多点转矩平衡补偿、螺旋芯轴型展平辊设计、非线性卷取张力动态调整的热处理线张力精准控制技术三大关键技术，解决了宽幅超薄不锈精密带钢长线退火过程中断带、折印及塌卷等世界性难题，实现了大卷重（2吨以上）超薄带高效连续稳定生产。 （3）开发出超薄带钢高表面系列控制技术，包括高纯净度塑性化夹杂物控制、无磷Na2SiO3高活性环保清洗（残留物≤3mg/m²）、同步接触辊式密封等技术，解决了超薄带钢轧制穿孔、表面划伤、清洗不良等问题，产品表面精美，覆膜性好。 （4）开发出软态、高硬高弹、去应力TA等性能调控技术，形成了20余种特殊功能的系列产品。 申请发明专利11项，授权5项，起草行业标准3项，发布2项，论文发表18篇，并形成一整套具有自主知识产权的宽幅不锈钢超薄料关键生产工艺技术，厚度0.02mm且宽度600mm以上国际独有。项目总体技术达到国际领先水平。

本成果针对铁路高速化和重载化发展背景下带来的安全化和长寿化问题，开发了高速和重载钢轨用钢洁净化、均质化和细晶化相关冶金关键技术，为高速轨和重载轨性能提升和安全性提供保障。主要创新点为： （1）基于硅铁和硅钙钡合金中铝和钙元素的洁净度水平，开发了硅钙钡-硅铁合金精准化高效复合脱氧技术，将高速轨和重载轨用钢中总氧含量降低至6.1 ppm的领先水平，显著提升钢轨洁净度。 （2）开发了高洁净钢轨钢中非金属夹杂物精准成分控制技术，突破性提出了非金属夹杂物半液态化的精准成分控制策略，并通过精炼渣和合金成分的协同控制、钢包软吹过程强吹氩搅拌，实现了钢液中大颗粒低熔点非金属夹杂物的有效上浮去除，将大尺寸非金属夹杂物引起的钢轨探伤不合格率降低至0.1%。 （3）开发了大方坯结晶器弱电磁搅拌和末端轻压下协同均质化技术，打破了结晶器强电磁搅拌改善连铸坯元素偏析的传统认识，解决了高速轨和重载轨用钢的大方坯中心偏析和1/4偏析的关键难题，钢轨偏析率降低至1.03%。 （4）开发了高均匀钢轨钢连铸坯控温缓冷技术，首次构建钢轨用钢连铸坯控温缓冷平台，将钢中氢元素的大幅度极限脱除至0.6ppm，有效防止氢致缺陷的产生。 （5）开发了稀土处理钢轨钢性能提升集成关键技术，采用稀土铁合金的稀土加入工艺提升了稀土收得率，显著细化非金属夹杂物尺寸和凝固组织，提升钢轨的综合性能，实现了稀土钢轨的规模化生产。 该成果出版学术专著4部，已获授权专利14项，发表学术论文47篇。该成果实现了包钢高速钢轨和重载钢轨的洁净化和均质化生产，促进了我国铁路钢轨的安全化和长寿化发展，产品广泛应用于“京雄高铁”为代表的高速铁路和“大秦线”为代表的重载铁路，经济效益和社会效益巨大，具有良好的应用前景。