2026冶金科学技术奖一等奖丨钢铁制造流程铸-轧界面关键技术集成与应用

项目名称：钢铁制造流程铸-轧界面关键技术集成与应用

完成单位：武汉钢铁有限公司 等

完成人：宋泽啟 等

在我国碳达峰碳中和战略发展背景下，实现钢铁工业的绿色化转型迫在眉睫。随着冶金技术的进步，进一步提升全流程运行效率的焦点，已逐步转变为流程能否实现跨工序协同，层流式运行和专线化生产等问题。传统钢铁联合企业的炼钢厂和热轧厂往往是以孤立系统运行，各装备和工序间整体协同性差，导致界面无序、低效，能耗高，因此，贯通连铸与轧钢界面，并实现界面物质流、能量流、信息流的高效运行是钢铁行业实现绿色低碳发展目标的关键。

在钢铁制造流程运行过程中，铁素物质流（载能体）任何不必要的停滞都会造成能量耗散大和全流程运行效率低。特别是对于传统大型钢铁企业铸轧界面，由于规划年代早，各产线装备条件、布置方式和信息化水平因规划和建设时期不同而差异大，在目前高品质钢种类多、比例高和大量“碎片化”订单需求的背景下，普遍存在：连铸坯因质量缺陷无法热送；多流铸坯对多轧线时铸坯运输路径随机交叉、无序堆垛与倒垛；习惯性过度预留缓冲能力而使铸轧界面运行节奏缓慢；排程不合理致使组炉组浇方案复杂，余材量大和库存高。势必导致：铸坯下线修磨量大、收得率低、环境负荷重；铸坯停留时间长及温降大；热送热装率及温度低、能耗大、库存高、资金占用大等行业共性技术难题。而进一步提升全流程运行效率和产品质量稳定性的焦点逐步转为钢铁制造流程能否实现铸轧界面跨工序协同、层流式运行和专线化生产等问题。

宝钢股份武汉钢铁有限公司（简称武钢）经过60多年的滚动发展，已成为拥有炼焦、炼铁、炼钢、轧钢及配套公辅设施等一整套全流程先进的钢铁生产工艺与装备的特大型钢铁联合企业集团。武钢薄板产线设计产能1200万t，产品涵盖18大系列500多个钢种牌号，“高技术含量、高附加值”品种比达90%以上，是武钢有限最重要战略产品生产基地，同时，也是全球最大电工钢生产基地，和我国中西部最大的汽车钢生产基地，其核心产品支撑了我国“西气东输”、 “一带一路”等重点工程和重要设施。

2018年以来，为加快绿色化转型，武钢启动薄板产线铸轧界面极致能效和高效化工程，类似老产线升级过程中，面临主要问题：①硅钢轧制宽度极易超标、连铸坯角部裂纹和带钢边直裂等质量缺陷高，导致铸坯异常下线率高（16.8%），质量损失大；②低合金高强钢热送裂纹导致热装难度高，全钢种热装率仅为72.3%；③多流铸坯对多轧线时铸坯运输路径随机交叉、无序堆垛与倒垛，铸坯温降大（＞100℃）；④碎片化小订单与计划排程不合理致使组炉组浇方案复杂，铸坯库存量高（＞10万吨）；导致产线运行效率低，公司资金成本高。冶金行业中类似的老产线高效化升级中，此类问题普遍存在，而国内外大型联合企业尚无铸轧界面物质流、能量流、信息流的高效贯通和协同运行系统技术可借鉴，其技术复杂，难度高。

在国家重点研发计划项目支持下，针对实现铸-轧界面高效贯通的关键技术难题，联合钢铁研究总院、上海大学等高校和科研院所，经过8年的系统深入研究，研发大型钢铁联合企业钢铁制造流程铸轧界面关键技术，为钢铁行业提供铸轧界面高效贯通与智能运行的成功案例，主要创新工作如下：

1. 创新构建铸-轧界面铸坯和带钢质量保障技术：开发了铸坯浇铸过程展宽预测模型、带钢宽度在线激光测宽与结晶器在线动态调宽技术，实现了硅钢的恒宽度控制；基于低合金高强钢表面缺陷遗传规律，集成应用长效结晶器、足辊自动对中、铸坯温度预测模型及控制等技术，有效防止了铸坯角部裂纹和热轧带钢边直裂等缺陷。实现了铸轧界面高通钢量下硅钢、超低碳汽车钢、低合金高强钢等全钢种连浇818炉，硅钢全钢种连浇488炉，铸坯无缺陷率≥99.9%，三年累计节约能耗6.28万吨标煤，减少CO2排放16.76万吨。

2. 创新建立铸-轧界面层流专线化高效运行模式：开发“四量匹配”、多台铸机对多加热炉和多条轧线的铸坯层流输运的驱动模型，消除铸坯“紊流式”输运“堵点”、无序堆垛和倒垛，实现硅钢、汽车板和低合金高强钢专线化高效稳定生产。1200万吨薄板产线涵盖18系列500多个牌号高品质钢铸坯实现全钢种热送，热送率近100%；开发经济高效库存管控模型，板坯库存周转天数由3天降至0.7天，库存量由10万吨以上降至2.7万吨，全产线缓冲活套指数从41.7h降至16h，三年累计节约能耗81万吨标煤，减少CO2排放215万吨。

3. 创新开发铸-轧界面板坯能量耗散控制技术：基于能量耗散理论，开发了板坯辊道热送“模块化”密封保温、双铸机对单轧线热装“Ⅱ型”全辊道高效直送和热轧板坯库区环境温度控制等技术群，1200万吨薄板产线涵盖18系列500多个牌号高品质钢实现了全钢种铸坯高温热装，热装率达到88.1%，平均装炉温度达656℃，最高装炉温度达935.1℃，三年累计节约能耗9.96万吨标煤，减少CO2排放26.6万吨。

4. 创新开发跨工序动态协同的数字物理融合系统：将订单优化与计划排程有机关联，构建“三网”融合的数字物理系统，贯通生产系统与管控系统的信息流；开发多目标动态协同的炼-轧一体化精益生产和异钢种铸坯自动充当模型，全钢种铸坯80万吨/年余材自动充当率达80.1%，异钢种余材充当由人工处置210min降至自动处置的10min以内，显著提高了全流程运行效率和稳定性。

项目牵头制定标准4项（国际标准1项、国家标准3项）、申请发明专利36件、发表论文10篇。技术成果应用后近3年增收节支10.2亿元，项目极大促进了大型钢轧联合企业节能减排，三年累计实现减少能耗97.24万吨标煤，减少CO2排放258.36万t，有效推动了大型钢轧联合企业实现高效化、低能耗相关技术的进步，支撑国家重大工程、能源、资源领域发展，推动了钢铁流程低碳转型，经济、社会和生态效益显著。中国金属学会组织项目成果评价结论：项目成果总体达到国际领先水平。

项目攻克了限制铸轧界面高效化的一系列关键难题，推动了硅钢、汽车板、微合金化钢等高品质钢无缺陷制造技术的进步，为钢铁行业的高质量发展做出了贡献。目前，项目成果已在宝武集团内同类产线推广应用，项目自主创新，开辟了一条传统超大型板带材钢轧产线铸轧界面绿色低碳化发展的新途径，引领了钢铁制造流程铸轧界面高效化技术发展方向，为钢铁企业的低碳转型提供了示范，其社会效益显著。