板坯和矩坯产品规格跨度大，设备配置、生产控制要求、下线方式也不尽相同，所以在同一铸机很难实现兼容生产。 研发团队打破传统铸机思维，突破当前国际上复合铸机工艺和装备技术瓶颈，结合板坯和矩坯各自的生产特点，首次提出了“共用横移式钢包浇注系统+独立铸流设备”的创新型复合连铸技术，并逐一攻克工艺布置、设备共用等技术难题，研发出了新型复合连铸机，即平台上钢包浇注车、中间罐、中间罐车等设备共用，结晶器、二冷段和出坯区设备各自独立配置，这样铸机生产可以在板坯和矩坯之间灵活切换，两套系统又可以独立运转单独控制。

该项目属于冶金工程技术领域，是利用多模式磁场净化金属液的电磁冶金新技术。高端金属材料中残留夹杂物和气体对最终产品质量和性能的影响甚大，这类缺陷的控制水平是限制我国相当多的高端金属材料发展的关键技术难题之一。该技术提出多模式定制磁场以去除凝固界面附近的夹杂物和气泡，控制其定向运动，调节熔体流场新作用的基础上；并提出了电磁场控制结晶器内流场的量化综合评价标准体系，为优化多模式定制电磁场设计提供依据，避免电磁力作用导致卷渣吸气和凝固不均等问题的产生；并发明了一整套对合金凝固过程中夹杂物和气泡的新型电磁场控制装备和技术。所生产无氧铜中气体含量仅为世界最先进水平的一半，硬态电导率高达101%IACS，完全替代进口产品，应用于我国大科学装置并实现出口；显著有效改善宝钢高档汽车外板表面质量，钢质不良率降至0.13%，明显优于新日铁技术。

金属凝固过程热模拟技术属于物理模拟方法范畴，它以能够反映连铸坯、铸锭或铸件凝固过程与组织的最小单元（即“特征单元”）作为实验热模拟的关键要素，离线再现特征单元在实际生产条件下凝固的基本条件，形成了基于特征单元的以点见面的金属凝固过程热模拟原创技术。该技术成功地将生产条件下数吨重铸件、数十吨连铸坯以及数百吨铸锭的凝固过程“浓缩”到实验室，用数百克（铸件和连铸坯）和数十千克（大型铸锭）金属进行研究。基于特征单元热相似原理，开发出连铸坯、大铸锭、双辊薄带和热裂纹等一系列生产条件下金属凝固过程热模拟实验装置，为认识生产条件下金属凝固过程的基础科学问题提供了原创性实验手段。

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。

钢的均质化问题已成为质量提升的技术瓶颈，控制凝固过程是实现均质化的最重要环节。细化金属凝固组织是实现凝固均质化的最有效手段，许多有色金属可以通过化学法（变质处理、添加形核剂等）获得理想的凝固组织，但是钢铁材料一直缺乏便捷有效的细晶技术。 PMO-EMS组合调控高均质化矩形坯连铸技术根据脉冲磁致振荡（PMO）和电磁搅拌（EMS）技术特点，创新性提出综合利用PMO促进形核并形成结晶雨和EMS的搅拌作用，将PMO形成的结晶雨均匀分布于铸坯心部，从而大幅提高铸坯均质化效果及其稳定性。PMO-EMS组合调控高均质化矩形坯连铸技术处理的220×260矩形坯均质化水平显著优于未处理铸坯，GCr15轴承钢、20CrMnTi齿轮钢和ZTM-S2高碳工具钢等轴晶率均明显增加，铸坯中心碳偏析指数不高于1.04。PMO-EMS组合调控高均质化矩形坯连铸技术可应用于矩形坯、方坯和圆坯连铸，特别适用于品种多、批量小，且对质量要求高的特殊钢连铸坯的生产。对连铸坯凝固组织及宏观偏析有显著且稳定的改善效果，优于末端电磁搅拌和轻压下技术。该技术推广应用将极大地提高钢铁产品品质和竞争力，具有巨大价值。

金属增材一般是将固态金属高温熔融后堆积在零部件需要增材制造的部位，随后冷却至室温。这样的制造过程，导致增材制造的金属材料内部不仅存在大量缺陷及杂质，而且残余应力大、热应力高、与零部件基体之间的结合力差，增材制造的金属材料形状难以控制，制造过程能耗高。同时也极易造成零部件变形，不适合用于零部件的再制造。而电化学铜增材技术的制造则是在常温常压的水溶液中进行，其制备过程能耗低、复合材料的形状易于控制，纯度高，无内应力和热应力且与再制造零部件基体之间具有很好的结合力。从而保证了用电化学铜增材技术制造出的结晶器，不仅尺寸恢复到原设计水平，而且寿命超过所购买结晶器新品寿命的3倍。该项目相关技术获专利9件（其中发明专利1件），已成功应用于我国20多家钢铁企业，连铸结晶器的使用寿命提高1.5倍至1.8倍，节能减排效果突出.

连铸生产中，在钢包浇注末期，会在出钢口上方形成漩涡，使漂浮在钢水上面的钢渣被漩涡的吸附作用卷下，形成下渣。由于漩涡吸附卷渣现象，所以在钢包下渣时，包内还留有大量的钢水。根据统计，一般300吨的钢包大约剩余6吨左右的残留钢，其中3吨左右是纯净钢水，这些钢水一般全当钢渣处理，造成资源的很大浪费，这是一直存在连铸生产中的难题。 宝钢从2006年开始研究，经过多年成功研制出“连铸钢包浇钢优化控制技术”，首次提出了钢包浇注末期抑制卷渣控制方法并开发出成套装备，于2011年成功投用，目前在宝钢内外实现大面积工业应用。该技术是宝钢自主开发的国际首创降本技术，与原有连铸生产工艺流程十分契合，在不改变原有连铸操作流程的情况下，能有效降低钢包中的残留钢，使这部分钢水直接通过铸机浇注成铸坯，提高钢水收得率，经济效益显著。该技术适合目前所有连铸机使用。

宽厚板作为钢铁材料的一个主要品种被广泛的应用于国民经济建设的各个领域，尤其是近年来，随着微合金化技术的应用，高强度微合金化宽厚板正逐渐替代传统用钢，起到提高钢材强度和寿命、节约资源等重要的效果。然而，在高强度微合金化宽厚板生产中，铸坯和板材表面缺陷一直是困扰国内各大钢厂的关键技术难题，据统计各类缺陷的发生率约50%以上，甚至国际一些世界先进水平的生产企业也不例外。传统的处理方式就是对铸坯进行冷态切角、对宽厚板进行裁边，由此造成大量的能源、资源消耗和成材率的降低。也有少数企业和研究工作者为了消除边直裂，在立辊轧制阶段通过对立辊的孔型进行改造以达到优化铸坯角部形状的目标，但由于轧制过程下表面是固定不动的，带孔型的立辊只能进行一道次的轧制，加上轧制前以及轧制过程中的角部冷却降温，因此立辊孔型无法达到预期的效果，该技术也只是停留在试验研究阶段。尽管近年来倒角结晶器技术的应用较好的解决了连铸坯角部横裂纹的问题，但是带倒角的连铸坯并没有解决红送裂纹的问题，甚至采用倒角结晶器有时还会造成边直裂会进一步延伸到距板材边部更远的内部，使得宽厚板裁边量的增加。 为解决制约钢铁行业实现低成本、高效化宽厚板坯绿色制造的技术难题，开发板带材边直裂控制技术、连铸坯红送裂纹控制技术以及连铸坯表面无缺陷生产技术，实现连铸坯热送直轧，便成为企业降低能源消耗和生产成本、提高钢的成材率和市场竞争力核心关键。 基于上述背景，2015年2月，河钢邯钢与钢铁研究总院以合作研发的形式立项，拟对宽厚板坯边直裂、发纹及铸坯红送裂纹等缺陷的形成机理进行深入研究，在此基础上，从连铸、铸坯精整和轧制工序出发，开发宽厚板坯边直裂控制新技术、红送裂纹控制技术及具有自主知识产权的关键装备，有效的控制或消除边直裂、红送裂纹缺陷的发生，同时大幅度提高毛边板合格率，为钢铁企业降低生产成本、提高产品表面质量和成材率提供重要技术保障。

针对长期困扰微合金钢连铸生产过程频发的铸坯角部裂纹、包晶钢铸坯表面纵裂纹、厚板坯窄面鼓肚与“S弯”及偏离角凹陷裂纹等表面缺陷控制技术难题，开发形成了基于内凸型曲面结晶器和铸坯角部晶粒超细化与组织结构高塑化二冷控温的微合金钢连铸坯角部裂纹控制新技术。

河钢集团唐钢1580生产线建于2005年，配备100吨转炉、LF精炼、常规板坯连铸、步进式加热炉、1580热连轧机，为具备批量稳定生产汽车用钢冷轧基料的能力、满足下游冷轧产品大纲的要求，2013年6月起进行了全面地技术升级改造。改造后，通过该项目开展的系列工艺技术创新与集成，实现了100t转炉流程全系列高品质汽车板冷轧基料的稳定生产，特别是高强窄规格汽车用钢，对推动国内大量相似的基于中小型转炉的钢铁生产企业转型升级、产品结构调整具有显著的示范意义。