冶金加热炉的优化控制关键在于精确的燃烧控制和稳定的炉温控制。炉内钢坯温度预测和准确的空燃比是控制的关键。2006年起，马钢与安徽大学合作，基于冶金工业炉窑实际生产中的技术需求，开展了包括复杂热环境下的光电检测技术、热能工程、自动化控制、机械设计制造等多学科交叉研究。 马鞍山钢铁股份有限公司与安徽大学合作团队在一系列关键技术和实现方法上取得了突破，研发了在大型工业炉复杂热物理环境下基于光电检测技术的炉内工件表面温度全视场监测及炉膛气分在线分析系统，实现了加热炉内工件温度和炉内CO、O2浓度的实时测量。并在此基础上将所获得的关键物理参量作为控制参量，自主研发了“加热炉燃烧效能在线智能监测与优化控制系统”，该系统以炉内工件温度参数建立温控模型，以炉膛气分检测参数建立空燃比最优控制模型，实现大型工业炉窑燃烧效能的最优化控制。

中厚板钢板是钢铁工业的重要产品之一，主要用于航空航天、桥梁建造、汽车制造以及国防装备等领域。在轧制过程中，与冷轧薄板相比，中厚板需要采用热轧工艺，轧制温度更高、环境也更加恶劣，国内外尚无成功的热轧钢板表面在线无损检测的成功案例，其主要原因是面临以下难题： 1、热轧环境下钢板表面容易产生雾化效果，并且光线传播容易变形，利用摄像头进行采集的时候容易发生光线偏移，造成图像变形或者影响图像的整体质量，增加图像中的噪声。 2、受环境、光照、生产工艺和噪声等多重因素影响，检测系统的信噪比一般较低，微弱信号难以检出或不能与噪声有效区分。如何构建稳定、可靠、精准的检测系统，以适应光照变化、噪声以及其他外界不良环境的干扰，是要解决的问题之一。 3、由于检测对象多样、表面缺陷种类繁多、形态多样、背景复杂，对于众多缺陷类型产生的机理以及其外在表现形式之间的关系尚不明确，致使对缺陷的描述不充分，缺陷的特征提取有效性不高，缺陷目标分割困难；同时，很难找到“标准”图像作为参照，这给缺陷的检测和分类带来困难，造成识别率尚有待提高。 4、从机器视觉表面检测的准确性方面来看，尽管一系列优秀的算法不断出现，但在实际应用中准确率仍然与满足实际应用的需求尚有一定差距，如何解决准确识别与模糊特征之间、实时性与准确性之间的矛盾仍然是目前的难点。

大量粉尘与降尘水、冷却水结合，侵蚀导卫板底部表面形成氧化物颗粒，在轧制振动下与降尘水一道沉降在轧材表面，被轧辊压入造成轧材表面氧化铁皮灰缺陷。为解决该问题，项目团队开发基于仿生设计的超润滑微纳织构表面，应用于改善新型合金钢导卫板底面的疏水疏尘性能，避免粉尘在机件表面沉积；利用氮化钛涂层工艺强化主齿轮箱轴承承载面织构润滑性和耐磨性，研制的轴承微纳织构表面摩擦系数不高于0.002，实现轧机轴承润滑减振。该项研究获2014年国家自然科学基金项目（51405350）支持，成功开发油膜厚度激光微距测量系统和气楔协同润滑测试控制实验平台，在摩擦学学报等国内外权威期刊发表SCI/EI论文20余篇，授权发明专利2项。2018年该技术应用于武钢有限CSP主轧线主减速箱轴承（K18BWBC900），大幅改善力能性能，有效降低轧制振动。相关成果获2019年湖北省科技进步一等奖和二等奖2项。 2019年，基于上述成果，武钢有限与武科大继续联合开展热轧抑尘提质技术攻关（K19BWAD071和21K001BWAD），重点解决源头抑尘提质的两个关键难点问题：（1）开发低表面能液固界面微纳织构润滑减振抑尘关键技术，以减轻粉尘沉积和导卫板振动，有效减少铁皮灰缺陷；（2）开发自适应高温雾化降尘关键技术和超微雾化关键元件，以提升高温工况下的降尘效率。在此基础上，利用自主知识产权开发静电凝并深度净化技术，实现热轧粉尘可控超净排放；开发高密度磁场强化技术和高效自清洁滤尘装备，提升含尘浊环水滤尘效率。

由于异形坯断面形状不规则，受力情况复杂，在连铸生产中容易出现裂纹、夹渣等缺陷，导致轧制时产品报废率高。国内的几台大断面异形坯铸机均为国外引进，其最大断面为1024mm×390mm×120mm。而国产的两台异形坯铸机生产的异形坯最大宽度只有500mm，和引进铸机还存在较大的差距，我国此前还没有完全掌握异形坯铸机核心技术。当需要生产新的断面时，只能简单仿制，往往使用效果较差，铸坯质量难以保证。随着，我国的基础建设不断投入，我们需要大量产线更丰富的异形坯铸机，而且还需要进一步加大其断面。为此，开发我国用于轧制重型H型钢的重型异形坯连铸机技术与装备非常重要。 重型异形坯断面尺寸更大，铸坯的凝固进程更长，应力情况非常复杂。铸坯对整个凝固过程的传热均匀性，以及设备的刚度提出了更高的要求。同时兼顾板坯、非对称异形坯的生产，对夹持段也有一些特殊的要求。冶金控制模型应稳定、可靠，确保铸坯的坯壳均匀生长，表面温度平稳下降。设备结构合理，以保证较高对弧精度，同时更换快捷。 从设备设计、模型开发两方面着手，开发的设备结构为计算模型提供基础，模型计算结果为设备开发提供理论依据，相互验证、推动。在形成一套完整的重型异形坯铸机装备的同时，给出详实可靠的理论支撑。研发出的冶金模型，辅助设备设计的同时，得到合理的连铸工艺，形成一整套生产工艺参数。使研发的设备、工艺参数做到有的放矢，确保铸机投产后稳定生产。

目前，烧结除尘在稳定性、经济性、高效性、环保性方面仍有待提升，主要体现在： 1、焙烧冷却过程含尘废气排放量大，工序间耦合循环利用率低，除尘治理成本高，作业环境差：焙烧冷却过程，吨烧结矿生产需风量达4600m3以上，烧结需要风量，而冷却含尘热废气又直接外排，不仅浪费了能源，还导致无组织排放，大量细颗粒粉尘散落在环冷机作业区，以一台600m2烧结机为例，对环冷机含尘废气全部收集后通过布袋除尘治理，需增加投资5000万元，成本高。 2、混匀制粒过程易产生高湿高黏含尘废气，治理难度大，属世界性难题：烧结工序中添加生石灰可以改善混合料制粒效果，而生石灰消化会形成大量的含矿粉、石灰颗粒和蒸气的高湿高黏含尘废气，除尘过程极易结硬并堵塞管道，作业率低，管理要求高，检修工作量大，很难长期稳定达标排放。 3、原料输送过程转运距离长、落差高，易扬尘，运输皮带黏料严重，易散落：烧结系统皮带运输距离达3000m以上，粉料处理量达千万吨，转运落差达4-8m，下落冲击过程易产生碎裂和扬尘，且多为含水细颗粒物料，容易黏结在皮带表面上造成卸料不彻底，在皮带回程时跌落至各个不确定地点后形成扬尘。 4、散落粉尘磨琢性强，点源多，清扫工作量大，负压清扫与输送技术应用受限：厂区多点散料清扫与洁净作业是维护环境的重要工作，冶金粉尘磨琢性强，高负压气力清扫与输送过程中容易磨穿除尘装置，除尘点多，各支路工况变化对风速匹配度要求高。 因此，本项目围绕烧结工序不同生产环节粉尘减排的难题，针对性地开发烧结粉尘无组织排放控制技术，以期实现烧结清洁化生产。

我国是世界最大的建筑钢筋生产国，2020年我国钢筋产量为2.66亿吨。随着我国经济运行全球化、工业技术现代化和社会结构都市化的迅速发展以及低碳环保的要求，对建筑结构安全可靠性和使用寿命提出了更为严格的要求，从而对最主要的建筑材料高强度钢筋提出了更高的性能质量要求，包括更高的强度级别、良好的可焊性和塑性成形能力、优良的抗震性能、耐低温性能、耐大气腐蚀能力以及耐火性能等。 针对热轧钢筋企业生产过程中主要存在的问题：（1）钢中氮元素含量不稳定，钒氮原子比不合理，未能充分发挥钒的强化作用，导致钢筋中钒元素添加量偏高，造成合金的浪费。（2）轧后穿水时如果控制不当，易出现回火组织，或者表面出现锈蚀。（3）空冷钢筋有时表面出现气泡。（4）多线切分轧制时，各线强度线差大。（5）HRB400E钢筋采用穿水工艺使得屈服强度波动大，且显微组织又不合格现象出现，质量稳定性有待提升。（6）500MPa级以上的高强钢筋，强屈比指标富余量小，对于小规格钢筋（φ12-14mm），强屈比指标虽复检合格，但一次合格率较低。钢铁研究总院技术团队，从显微组织、显微硬度、化学成分、力学性能、应用性能调控等不同角度，自主创新开发了高性能热轧钢筋减量化制备关键技术。

国内外应用较多的为卧式热回收焦炉。虽然热回收焦炉解决了环保和优质炼焦煤资源匮乏而制约发展的瓶颈问题，但仍存在以下亟需解决的几大问题：1）炭化室宽，一般超过3m，结焦时间长达48~72小时，生产效率低；2）占地面积大、炉体表面散热损失热量大，一般是机焦炉的~7倍、建设投资大；3）冷空气直接从炉顶进入炭化室与荒煤气燃烧带来较大的焦炭烧损，一般达到2~6%；4）热回收焦炉实现荒煤气均衡分配均匀燃烧是世界性难题，目前国内外尚未有解决办法，造成结焦过程供热波动大，可控性差，严重影响焦炭成熟的同时易发生焦炉炉体高温事故；5）焦炉加热均匀性在高向纵向和横向多个维度上缺乏调节手段，焦炭质量均匀性差。6）入炉助燃空气没有进行预热，影响加热效率；7）设立的保护高温炉体安全的空气垫层为自然对流，散热损失大。 我国作为炼焦大国，国家相关部门陆续出台了一系列相关的环保规范和标准。以更加绿色的方式生产优质焦炭已经成为了中国炼焦行业发展的必经之路。以追求炼焦生产极致绿色和极致能效为最高目标，开发并应用更加清洁高效节能和节约优质资源的新型焦炉炼焦技术，对我国炼焦行业绿色可持续发展具有重大现实意义。

本项目属于金属材料加工制造领域。汽车车轮作为行走部件，其轻量化节能效果是车体5倍以上。立项之初，我国商用车车轮最轻37kg，钢材强度最高600MPa，车轮进一步轻量化面临系列难题，如传统650MPa及以上双相钢强塑性好，但焊后成形开裂率达20%以上、疲劳寿命不足国标60%；双相钢轧速慢、中温卷取温度稳定性差；车轮结构设计不匹配及服役评估周期长。为此，开发650-800MPa级车轮钢高效化制备及应用关键技术，对解决商用车车轮轻量化材料设计、制备和应用瓶颈问题，促进我国钢轮行业进步和节能减排具有重要意义。 本项目历经近十年研发，取得以下创新： （1）提出了基于“材料设计、材料制备、材料应用”车轮轻量化思路，形成了高品质钢材开发、高效制备及高服役应用成套技术，开发了650-800MPa级系列车轮钢及28-34kg九款车轮产品，实现单轮减重8-16%且疲劳寿命突破100万次，并在国内首次通过欧标双轴疲劳实验。 （2）提出了基于“疲劳、成型、焊接、表面”良好匹配的高品质车轮钢组织性能设计，改变了传统双相车轮钢组织控制思路，明确了轮辋钢“细晶铁素体+针状铁素体+（0.85-0.90）屈强比”、轮辐钢“针状铁素体+马氏体组织+（0.70-0.80)屈强比”调控目标，实现了在34kg及以下商用车车轮上的批量稳定应用。 （3）开发了以中间坯快冷、精轧高速轧制和轧后前后段超快冷等协同控制的车轮钢高质高效轧制技术，解决了车轮钢组织调控、性能及表面稳定控制难题，实现了轧制效率提升30%以上。 （4）开发了轮辋对焊过热区塑性控制，双丝双弧角接头高熔深焊接、基于道路动态载荷的复杂服役工况疲劳分析等技术，实现过热区与母材硬度差降低至35HV以下，轮辋轮辐合成焊接头疲劳寿命提高1.5倍以上。 该项目获授权专利18项，其中发明专利12项，制定行业标准2项，获得2020年中国钢铁工业产品开发市场开拓奖。近三年产量27.7万吨，市场占有率≥60%，新增产值11.4亿元，净利润1.2亿元。高品质车轮钢应用于正兴、日上等龙头企业，出口德日美等多个国家，并在一汽、Daimler等企业广泛应用。该成果极大推动了车轮及商用车轻量化进程，具有广阔应用前景。

项目属冶金科学连铸技术领域。项目为“十三五”国家重点研发计划“钢铁流程关键要素协同优化和集成应用”项目中的“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的主要研究任务，以及企业间的横向技术合作。项目的研究时间为2015年9月-2021年12月。针对国内微合金化钢板带材生产中存在的能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，在实验室计算机仿真和模拟加热、轧制等实验研究的基础上，以邯钢、鞍钢、京唐、莱钢等大板坯连铸机-加热炉-轧机生产线为依托，重点开展了连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键工艺与装备技术的研发和工业生产验证工作。形成的关键技术成果与创新如下： （1）探明了边直裂的形成机理，创新性的提出：合理优化铸坯角部形状,可以提高铸坯温度的均匀性，同时有效改善铸坯轧制过程中的角部受力和变形状态，达到消除和避免轧制过程边直裂产生的核心思想。开发出独有的连铸坯角部形状二次倒角工艺与装备系统专利技术，在国际上率先实现工业化应用。大幅度减小板带材的裁边量，使成材率提高约1%。 （2）微合金化钢红送裂纹形成机理研究取得突破，开发出了独家的双工位铸坯红送裂纹在线控制工艺和装备专利技术，一方面使铸坯8～10mm表面层温度快速降低到铁素体相区，实现了微合金化钢由冷装或码垛温装向平均750℃以上快冷直装的跨越，另一方面满足了铸坯高拉速、高效率生产，彻底解决了铸坯表面残水蒸发给厂房及设备带来的污染。 （3）首次开发出基于热流监测的锥度动态控制技术和组合结构的侧面支撑足辊装备以及弧形曲面形状优化的新型倒角结晶器，使低碳钢和超低碳钢大倒角连铸坯正常工作拉速达到1.7m/min，最高拉速达到1.8m/min；同时有效避免了裂纹敏感性宽厚板铸坯的角部横裂纹缺陷发生，使铸坯表面无缺陷率达到99.6%以上。 （4）在世界范围内首次集成连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键技术，并辅助以多种优化工艺与控制模型软件，创建了低成本、高效化板带材绿色制造工业示范生产线。 项目开发实现了系统技术成果在国内大型钢铁企业的推广应用，优化了微合金化钢生产工艺，提高了钢的成材率、节约了能源、大幅度缩短了生产时间。有力的推动了行业技术进步。 项目共获得授权专利33件，其中国际发明专利4件、国际实用新型专利6件。为在国内和国际市场推广奠定良好的基础。

目前，国际流行的冷轧带钢板形测控系统存在的主要问题是：（1）板形仪辊面质量和检测精度不够高。分段压磁式板形仪辊面有缝，可能会压伤和划伤带钢表面。整辊压电式板形仪的传感器分散螺旋布置，不能对横向板形实现同步测量。（2）碳刷滑环式板形信号传输装置，易受摩擦磨损振动和电磁温度等干扰，运行维护困难。（3）整辊式板形仪存在通道耦合问题，影响检测精度。（4）板形分析计算和控制器设计模型都是静态的，不能实现动态预报和解耦。（5）板形控制建模的智能程度和计算精度低，影响控制系统性能。 为打破国外垄断，实现用自主国产板形测控系统装备带钢冷轧机，生产高级冷轧带钢，在国家科技支撑计划、863计划、国家自然科学基金和校企合作的支持下，燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心刘宏民教授团队针对上述科技问题，历时10余年自主创新研制了整辊无线式板形仪和智能板形控制系统，并成功应用于鞍钢1780 mm五机架冷连轧机和马钢1720、河钢1550等12套钢带、铜带、铝带冷轧机组，替代进口，实现了大型带钢冷连轧机板形测控系统的首台套国产化和冷带轧机板形测控系统的规模化应用。