钢铁行业技术创新和发展方向（大全）

钢铁材料应用广泛，作用重大，是最重要的结构和功能材料，在国民经济、人民生活、国家安全等方面具有不可替代的作用。钢铁行业是国民经济的支柱性产业。中国目前钢铁产能规模接近世界总产量的1/2，从业人员达到 350 万人，有着巨大的国际、国内影响力。中国目前正处在工业化中、后期，作为一个迅速崛起的发展中国家，持续稳定地生产低成本、高质量的钢铁产品，是支撑中国产业结构调整和转型升级的重要保障，具有重要的战略意义。

中国钢铁工业历经近20年的快速发展，钢铁产能迅速增长，规模扩张。但是钢铁产业主要依靠引进与消化、吸收国外技术，缺乏核心竞争力；资源、能源绝大部分依赖进口，环境污染、排放等问题日益严峻；钢铁产品基本集中于产品的中低端，质量不高，稳定性差，生产效益低下。因此，创新驱动钢铁行业转型发展、调整结构、实现钢铁行业绿色制造势在必行。钢铁工业的可持续发展是中国2020年 GDP 翻番和实现新型工业化的重要支撑条件。钢铁工业的绿色制造，不仅有利于自身转型升级和增强国际竞争力，而且将有力推动中国制造业、建筑业等相关行业的健康发展，促进中国新型工业化进程。

1 钢铁行业的重要前沿技术（产品）

1. 1 复杂难选铁矿石预富集-悬浮焙烧-磁选技术

1. 1. 1 重大需求

中国铁矿石严重供不应求，2014年中国进口铁矿石 9.33亿 t，对外依存度为 78.50%。开发适合中国国情的先进选矿技术，高效开发利用中国复杂难选铁矿资源（鞍山式铁矿、攀西地区高铬型钒钛磁铁矿）是事关中国资源战略安全的大事。

1. 1. 2 研究目标

开发复杂难选铁矿石预富集-悬浮焙烧-磁选技术（suspension roasting）的工艺与装备。这项技术是流态化焙烧的一种，是将粉体物料在悬浮状态下加热到一定温度后，通入还原气体将物料中的赤铁矿、菱铁矿和褐铁矿还原为磁铁矿的过程。焙烧物料经磁选可获得高品质铁精矿。

1. 1. 3 研究内容

（1）微细粒铁矿石各阶段物料的工艺矿物学及给料优化。包括微细粒铁矿石的工艺矿物学研究；焙烧给料的窄级别控制技术研究；悬浮焙烧不同阶段物料的物相组成、磁性、比表面积、微观结构等特性研究；悬浮焙烧熟料的矿物组成、粒度组成、嵌布特征和表面性质研究等。

（2）微细粒铁矿石悬浮焙烧过程中热力学及动力学研究。阐明热力学反应基础，确定悬浮焙烧反应动力学方程和参数，实现还原物料的磁性及成分控制。

（3）悬浮焙烧气固两相流化特性及数值模拟。

建立主炉管三维物理模型和矿石颗粒运动轨迹控制方程；悬浮焙烧炉内矿石颗粒浓度及速度径向分布的模拟计算及操作因素影响预测。

（4）工业化连续型悬浮焙烧装备结构及全流程优化研究。工业化连续型悬浮焙烧炉的结构设计及参数优化；核心炉管温度场分布规律及传热传质优化研究；悬浮焙烧工艺条件（还原温度、还原时间、气体流量、冷却方式等）的试验研究；悬浮焙烧熟料的粉磨和分选条件的优化设计。

1. 1. 4 预期效果

建成悬浮焙烧生产线，铁精矿TFe 品位大于65%，铁作业回收率大于 80%，比常规选矿工艺回收率提高 15%以上，可以盘活中国典型难选铁矿资源100亿t以上。

1. 2 低碳炼铁技术

1. 2. 1 重大需求

中国政府已经承诺，至2025 年，单位国内生产总值 CO2排放比 2005年下降 60%～65%。当前，钢铁工业发展的主题是高效、低碳和绿色。有效应对温室效应和实现社会的可持续发展，减少炼铁过程的CO2排放成为研究热点[4]。

在全球努力减少温室气体排放的大背景下，国内外正积极开发减少炼铁过程CO2排放的技术，其中一个方向是沿高炉低碳炼铁技术展开，主要集中于研究高炉使用新型炉料、高炉喷吹含氢物质和高炉炉顶煤气的循环利用等方面[5]。

另一个重要的研究方向是非高炉炼铁技术。与高炉炼铁技术相比，非高炉炼铁技术有利于摆脱焦煤资源短缺的困扰，改变能源结构，节省能源，大幅减少焦化和烧结中的SOx 与 NOx 排放，保护环境，是钢铁工业实现节能减排、低碳生产和可持续发展的重要方向和手段。非高炉炼铁的典型技术有Hismelt、COREX、FINEX等熔融还原技术，以及煤制气-竖炉直接还原技术等。韩国浦项开发的 FINEX熔融还原技术已经实现工业化并开始出口。同时，浦项将FINEX与其他技术组合，形成了新的非高炉炼铁技术，例如 POIST工艺、混合氢还原工艺和核氢还原工艺等。美国钢铁协会目前正致力于降低钢铁工业 CO2排放的非高炉炼铁项目，包括用氢闪速熔炼生产生铁（用氢做燃料）、熔融氧化物电解研究、新型悬浮炼铁技术、CO2地质储存研究等。中国宝钢曾引进 COREX熔融还原技术，考虑到经济因素，目前搬迁至新疆继续开展工作。

1. 2. 2 研究目标

为了实现中国承诺的减排目标，保证中国国民经济稳定、可持续发展，应当加紧进行低碳炼铁技术的研究，从低碳高炉炼铁技术和非高炉炼铁技术两个方面入手，加紧追赶步伐，争取能够逐步达到并行，甚至超越与领跑。

1. 2. 3 研究内容

（1）大力加强高炉低碳炼铁技术开发。研究高炉使用新型炉料、高炉喷吹含氢物质和高炉炉顶煤气的循环利用等。

（2）开展直接还原、熔融还原、闪速熔炼等非高炉炼铁技术研究，逐渐摸清方向，发挥中国强项，做出自己特色，开发出低成本、高效率、低排放的非高炉炼铁技术。

（3）开发中国特有资源高铬型钒钛矿造块→直接还原→熔分新工艺，解决煤制气工艺选取、高铬型钒钛矿基础特性、竖炉用氧化球团制备、气基还原特性、熔分机理、新工艺物质迁移-能量转换机制等重大理论基础和应用关键技术，实现高铬型钒钛磁铁矿高效清洁利用。

（4）发展核氢还原工艺。超高温核反应堆（VHTR）产物为氢＋电能。氢可用于流化床还原粉矿，从而制造热压块，产生非常少的 CO2排放；电能可用于电炉生产低成本钢水。

1. 2. 4 预期效果

期望通过本项研究，大幅度减少炼铁过程中的碳排放，走出中国自己低碳炼铁技术的道路，在低碳炼铁领域成为国际领跑者，为中国实现节能减排承诺做出贡献。

1. 3 炼钢二次资源高效利用技术

1. 3. 1 重大需求

美国的钢渣利用率超过了98%，德国和日本也达到了 95%以上。中国的钢渣大部分堆弃，造成严重的环境负荷。因此，高效利用炼钢的二次资源，变废为宝，改善环境，已经成为迫在眉睫的重大课题。

1. 3. 2 研究目标

开发炼钢二次资源高效利用工艺技术和装备，将钢渣转化为高附加值产品，有效回收渣中的有价组元和物理显热。

1. 3. 3 研究内容

（1）提高所开发产品的附加值的工艺技术。

（2）有效回收钢渣中有价组元的工艺技术。

（3）充分利用炉渣的物理显热的工艺技术。

（4）直接利用锌质量分数较高的电炉粉尘的工艺技术。

1. 3. 4 预期效果

钢渣及其显热利用率达到95%以上。

1. 4 先进钢铁全流程一体化组织控制

1. 4. 1 重大需求

汽车用先进高强钢（AHSS）等冷轧钢铁材料，一般需经过炼钢→连铸→热轧→冷却→冷轧→热处理这一长流程生产，流程中的每一个环节都会对材料最终的组织和性能产生影响。因此，在整个生产流程中，进行材料组织性能的严格控制，以获得具有优异性能的高端产品，具有十分重要的意义。

1. 4. 2 研究目标

依据上述重大需求，进行“先进钢铁全流程一体化组织控制”的研究，从全流程的角度优化钢材组织，提高钢材性能，挖掘钢材潜力，实现钢材性能的优化和高端化，向制造业提供绿色化优质高端钢铁材料。

1. 4. 3 研究内容

（1）成分高效精准控制的洁净钢冶炼技术。研究开发钢包底部喷吹精炼粉剂或合金粉的新一代钢包喷射冶金技术，减少或取消铁水预处理、LF 脱硫精炼，以实现洁净钢冶炼流程的高效化、低成本、低排放。

（2）连铸凝固组织控制技术。利用材料成分优化设计、快速凝固、氧化物冶金等技术，对连铸凝固过程进行控制，高效利用添加的合金元素，并将有害的夹杂物有利化，获得微细、均匀的析出相，细化凝固组织，提高材料强度。

（3）热轧组织控制技术。利用超级控轧和超快速冷却等物理冶金新技术，控制轧制变形与轧后冷却相变过程，实现细晶、析出与相变强化互相协同的综合强化，获得需要的热轧钢材组织和性能。

（4）冷轧与热处理组织控制技术。综合利用物

理冶金和力学冶金技术，控制冷轧变形过程的变形温度、变形方式、负荷分配、总变形率等参数，获得需要的组织和变形织构；控制热处理过程的工艺技术参数，实现合理的软化、再结晶和相变过程的控制，获得优良的冷轧钢材组织与性能。

1. 4. 4 预期效果

促进钢铁材料的升级换代，由中低端向中高端迈进。

1. 5 改进型热带无头轧制短流程工艺、装备及产品

1. 5. 1 重大需求

热轧带钢无头轧制技术是最近10年在薄板坯连铸连轧技术基础上新发展起来的节能、减排的短流程技术。由于过程稳定，特别适用于生产常规流程难以生产的薄规格热带，国外已经可以生产厚度为0.8 mm的宽幅热带。但是目前的 ESP热轧技术有 2个致命的问题，其一是带钢表面质量差；其二是中间感应补热装置耗电功率大，能源消耗大。因此，这项技术尚有较大的创新空间。

1. 5. 2 研究目标

对国外的ESP 过程进行实质性改进，重点在于提高带材的表面质量和节省中间坯补热的能耗，开发具有中国自主知识产权的无头轧制技术，生产优质薄规格热轧带钢，“以热代冷”，提供汽车用热轧（或涂镀）先进高强钢（AHSS）等高端品种，降低生产成本。

1. 5. 3 研究内容

（1）高表面质量带钢生产技术。除鳞设备合理设计与使用，精轧机组机架配置与换辊系统合理设计。

（2）连铸与粗轧工艺设计与设备改进。实现连铸机重压下及连铸机除鳞；合理二冷工艺制度，高温出坯。

（3）高温黏塑性区大压下粗轧技术。粗轧机组实现高温区间的黏塑性区大压下轧制，改善材料的组织，特别是心层组织。

（4）中间坯高效节能加热均温技术。改进中间辊道推钢机构，开发高效、节能的中间坯加热系统，缩短中间段长度，提高加热效果。

（5）AHSS组织、性能控制技术。强化轧后冷却系统的冷却能力，优化冷却路径控制，生产高附加值的AHSS等高端产品。

（6）改进型 ESP全套工艺、装备、自动化系统。两化融合、智能化和网络化的智能制造系统。

1. 5. 4 预期效果

新的改进型ESP生产线可以低成本、高性能、高效率、高表面质量地生产DP、TRIP、Q&P、HPF、HSLA等薄规格（1.2～2.5 mm）高强汽车用钢等热轧产品，以热代冷，以薄代厚。

1. 6 薄带铸轧短流程工艺、装备与产品

1. 6. 1 重大需求

薄带连铸是节能、减排的短流程技术，符合目前钢铁行业绿色化发展的大方向。关键是要选定适宜对路钢种，充分发挥其快速凝固的特点与优势，以及已经显示出的特殊的组织、织构控制能力。薄带连铸有极大的发展潜力和极好的发展前景。

1. 6. 2 研究目标

本项目将薄带连铸技术的开发定位于常规生产过程做不好或者不能做的品种上，例如硅钢、双相不锈钢、汽车AHSS 等。以常规生产难度极大的电工钢（包括取向、无取向、高硅钢）等为目标，开发出全套工艺装备与技术，包括连铸、热轧、冷轧、热处理工艺，以低成本、少工序、低排放、绿色化制备出性能全面超出常规生产流程的各高端类产品。

1. 6. 3 研究内容

（1）薄带连铸→热轧→冷轧→热处理成套工业化技术、装备。薄带连铸洁净化钢水冶炼、浇注系统、薄带连铸机、多功能高刚度热轧机、冷却系统、切断飞剪、卷取机等冶炼、连铸、热轧工艺与设备，酸洗、冷轧、热处理（常化退火、再结晶退火、高温退火）、涂层与激光刻痕机组等冷轧与热处理工艺与设备。

（2）关键的高成本易损件研发与制造。具有新功能、新特点的侧封、铸辊、水口等易损件的自主研发与工业应用。

（3）连铸、热轧、冷轧、热处理全部自动化控制系统（含检测仪表、计算机系统、执行机构等）硬件集成和软件开发。

（4）全流程的板形与表面质量控制技术。

（5）高性能产品开发与工业化生产。典型钢种（超高性能电工钢、汽车用冷轧纳米化先进高强钢、双相不锈钢等）的薄带连铸工艺技术研究，典型品种的成分设计与全流程组织与织构控制理论及加工技术。

（6）形成薄带连铸全流程基于凝固冶金-物理冶金-力学冶金的一体化、集成化的组织-性能-织构-表面调控理论与技术。

1. 6. 4 预期效果

该项目将建成高性能电工钢、AHSS、双相不锈钢等高端钢种的薄带连铸生产示范线，高质量、低成本、低排放地生产高端产品，引领这些钢种生产技术的发展。

1. 7 无酸洗涂镀制备热轧涂层板技术

1. 7. 1 重大需求

酸洗是生产热轧镀锌板的重要工序。但是，酸洗过程消耗资源、恶化环境。采取先进技术，取消酸洗，生产优质镀锌板，具有重要的经济和环境效益，是钢铁生产的一项重要需求。

1. 7. 2 研究目标

无酸洗涂镀制备热轧涂层板技术，可以取消酸洗工序，利用还原性气氛还原氧化铁皮，然后进行热镀锌，是可不经酸洗即进行涂镀的先进热轧板涂镀技术，具有节能、环保的巨大优势。

1. 7. 3 研究内容

（1）热轧板氧化铁皮控制技术。全面系统地分析热轧板氧化铁皮结构和厚度演变规律，开发热轧过程氧化铁皮厚度演变数学模型，实现氧化铁皮厚度控制；研究FeO共析转变行为和结构控制技术，开发氧化铁皮/基体界面结构控制技术，获得最优氧化铁皮结构及其热轧工艺技术。

（2）热轧板无酸洗还原退火技术。掌握典型钢种带氧化铁皮直接进行还原反应的动力学规律；分析还原条件（温度、气氛、气体流体特性）对还原动力学的影响，确立最优还原工艺制度；探索还原反应的内在机制。

（3）无酸洗还原退火热轧板热镀锌技术。研究热浸镀锌工艺条件（锌液成分、镀锌温度）对镀层附着性、耐蚀性能和表面质量的影响，并优化热浸镀工艺。

1. 7. 4 预期效果

建成热轧板无酸洗还原退火热镀锌生产线，提供优质高强涂镀板，满足汽车、建筑、制品领域的需求。

2 钢铁行业重要关键共性技术（产品）

2. 1 新一代钢包喷射冶金工艺

2. 1. 1 重大需求

针对高效、低成本洁净钢的生产迫切需求和当前炉外处理工艺存在流程长（铁水预处理、转炉冶炼、钢包精炼）、效率低（多次扒渣、转炉回硫）等问题，研究开发新型的高效、低成本、短流程的钢水精炼工艺与装备技术。

2. 1. 2 研究目标

本项技术在炉外精炼中采用新一代钢包喷射冶金工艺（L-BPI，ladle-bottompowder injection），即钢包底喷粉工艺，取代现有流程中的铁水预处理，简化现有生产流程，实现高效脱硫，缩短冶炼周期，提高生产效率。

2. 1. 3 研究内容

1）揭示钢包底喷粉的钢液渗漏和粉剂堵塞机理，提出底喷粉元件的设计理论，从理论上对粉气流在喷粉元件内的运动规律做出描述，揭示粉粒速度、气流速度与气流密度、颗粒尺寸、气体黏度等的定量关系，以及粉气流行为与喷粉元件内缝隙尺寸之间的内在关系，保证输送过程粉气流稳定、连续、可控。

（2）揭示钢包底喷粉元件磨损与高温侵蚀机理，研制出抗磨损和耐高温侵蚀的喷粉元件。研究喷粉气流行为对不同材质喷粉元件磨损的影响规律，喷粉元件在实际高温工作环境条件下承受热冲击、钢水搅拌冲刷蚀损以及高温熔渣侵蚀的能力，掌握其材质、性能、使用条件或环境对其工作状态的影响规律。

（3）揭示钢包底喷粉射流行为、多相流行为和精炼动力学。定量描述各工艺参数对底喷粉过程鼓泡流和射流形成的影响规律，揭示颗粒粉剂粒度、固气比、狭缝几何参数、载气操作参数、钢包参数等对粉剂的穿透比、气粉流在钢液中行为的影响规律，以及与精炼效率之间的内在关系。需要全面真实揭示钢包底喷粉过程中熔池的多相流行为和反应动力学，为工业试验和应用提供依据和指导。

（4）L-BPI 工艺的可靠性研究与应用可行性研究。需要进行中间规模的现场试验和实际生产的应用试验研究，研究探讨工业应用的可能性和可操作性，并实现工业应用[7]。

2. 1. 4 预期效果

该技术不仅可以实现钢水脱硫率达90% 以上、合金的收得率和成分控制精准度得到进一步提高，而且可以实现铁水不经预脱硫而生产超低硫钢以及免LF炉加热精炼的目标，从而缩短冶炼周期 15～25 min，吨钢降低成本10～15元，吨钢节煤2.5～4.5 kg。

2. 2 高品质连铸坯生产工艺与装备

2. 2. 1 重大需求

中国实现了超过98%的连铸比，是当前生产高品质品种钢铸坯母材最主要的工艺。微合金钢占中国钢产量的30%，属量大面广产品。目前，微合金钢连铸坯往往存在裂纹、偏析、疏松等表面和内部质量缺陷，严重制约高端产品开发生产。因此，必须提高连铸坯质量，特别是提高微合金钢连铸坯质量。

2. 2. 2 研究目标

针对微合金钢连铸坯面临的裂纹、偏析、疏松等凝固缺陷频发的关键问题，研究开发结晶器角部大冷速晶界强化、多模式电磁搅拌、凝固析出夹杂物弥散化、铸坯凝固末端重压下等连铸新技术，形成高品质品种钢连铸坯生产工艺、装备、控制系统集成技术，实现微合金钢的高致密度、均质化连铸坯稳定生产。

2. 2. 3 研究内容

（1）微合金品种钢连铸坯表面质量控制。微合金品种钢连铸坯凝固过程中，钢中的铌、钒、钛以及硼等微合金元素碳化物、氮化物以及碳氮化物以链状析出，由于在铸坯角部奥氏体晶界生成膜状或网状先共析铁素体软硬相间应力分配作用，微合金品种钢的连铸坯角部频繁发生微横裂纹缺陷。因此，需研究不同微合金种类及成分下碳氮化物析出行为、初凝坯壳角部快冷却细晶化控制技术、铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺技术，开发全弧形锥度结晶器、大冷速晶界强化工艺等铸坯表面裂纹控制技术。

（2）高致密度、均质化宽/大断面连铸坯生产。针对宽/大断面连铸坯生产，采用铸坯凝固末端重压下技术与铸坯凝固末端电磁搅拌技术。需要建立两相区变形与溶质偏析宏微观多尺度多场耦合计算模拟，建立考虑固相演变移动、夹杂物析出与多元合金交互作用的微观组织模型；系统研究并开发形成一系列适用于宽/大断面连铸坯的凝固末端压下工艺控制技术模型；开发稳定、准确的装备控制技术，实现凝固末端重压下工艺与装备；开发二冷智能控温；采用液芯负压补缩工艺和电磁搅拌与重压下复合工艺等铸坯致密均质化技术。

2. 2. 4 预期效果

集成高品质连铸坯生产工艺、装备与控制技术；稳定生产高致密度、均质化连铸坯；表面无清理率不低于99.5%、合格率不少于 99.9%，质量指标达到世界领先。

2. 3 热轧钢材组织性能控制

2.3.1 重大需求

热轧钢材产品占中国钢材总量的90%以上，是品种规格最多的轧制钢材产品[7]。中国热轧钢材资源能源消耗大，产品质量不稳定，多数集中在中低端，生产成本高，急需开发减量化、低碳化、数字化的热轧生产过程，实现热轧钢材的升级换代。

2.3.2 研究目标

在热轧工序开发减量化的成分设计，发展减量化的工艺技术，稳定化、均匀化、生产绿色化的节约型高性能钢材产品，研发凝固-热轧-冷却-热处理一体化热轧组织性能控制技术，实现以“资源节约、节能减排”为特征的热轧钢材的绿色制造，再造一个绿色化的热轧钢材成分和工艺体系。

2.3.3 研究内容

（1）新一代控制轧制技术与装备（温度制度、压下制度、均匀性与稳定性）。开发新一代控制轧制工艺、装备与技术，包括机架上冷却、机架间冷却的温度调整手段和压下制度控制手段，综合利用细晶强化、析出强化、相变强化等的强化手段，实现钢材的综合强化，并保证钢材性能的均匀性和稳定性。

（2）新一代控制冷却技术与装备的拓展应用（棒材、线材、管材）。目前热轧板带钢已经广泛采用轧后超快速冷却技术，但是在棒材、线材、管材以及复杂断面型材方面应用需进一步拓展，应当开发相应的工艺技术和适用的装备，解决冷却均匀性、快速性、稳定性方面的问题。合金钢、不锈钢、硅钢等产品尤其需要挖掘使用潜力，发挥其在析出、细晶、相变方面的独特作用。

（3）控制轧制与控制冷却的耦合与协调控制——材料组织调控。在前述两项研究的基础上，要进行控制轧制和控制冷却的耦合与协调控制，充分发挥控制轧制和控制冷却技术的综合效果。

（4）一体化组织性能预测与控制（含工艺制度制定）。根据对热轧钢铁材料新一代 TMCP技术材料组织控制机理，开发基于新一代 TMCP的热轧钢铁材料“十大”组织调控技术[8]。具体为：1）晶粒细化控制技术；2）相间析出与铁素体晶内析出控制技术；3）铁素体晶内析出的热轧＋冷轧全程控制技术；4）含铌钢析出控制技术；5）贝氏体相变控制技术；6）在线热处理取代（或部分取代）离线热处理技术；7）双相钢、复相钢冷却路径控制技术；8）集约化轧制技术；9）高强钢冷却过程中相变与板形控制技术；10）厚板与超厚板高质量、高效率轧制技术等。

2.3.4 预期效果

这一研究工作将形成新一代控轧控冷工艺、装备体系，应用于板、带、型、棒、线、管等各类热轧生产线，建立“资源节约型、节能减排型”的热轧钢材产品绿色制造体系，60%～80％以上的热轧钢材强度指标提高100～200 MPa 以上，或钢中主要合金元素（铬、钼、锰、铌等）用量节省 20%～30％，实现热轧钢铁材料性能的全面提升。

2. 4 极限规格板材先进热处理装备及工艺技术

2. 4. 1 重大需求

海洋、交通运输、能源和重大装备等领域需要的高端中厚板产品绝大多数需要经过热处理。中国引进的中厚板产品热处理装备不能生产超厚和超薄中厚板。中国高端中厚板产品的生产受到严重制约。

2.4.2 研究目标

针对上述现状，围绕高等级热处理关键装备和核心技术，开发各行业急需的特厚、超薄极限规格淬火和极限低温回火等高端板带钢热处理工艺及装备技术，以实现中国高端中厚板产品的完全自主化生产。

2.4.3 研究内容

1）特厚板辊式淬火机。100～250 mm 的特厚钢板专用连续辊式淬火机，配备喷水系统、供水系统、输送辊道系统和框架提升系统，可实现100～250 mm厚钢板高强度均匀化淬火[9]。研制的特厚钢板连续辊式淬火机与现有特厚钢板淬火装备相比，具有如下优点：1) 采用特殊设计的冷却喷嘴，冷却强度大，钢板宽向冷却均匀，提高心部冷速；2）特殊喷嘴布置形式，提高了换热效率；3）供水系统采用压力和流量双闭环控制，实现精确控制，缩短调节时间，扩大冷却强度调节范围；4）输送辊道系统设计实现钢板快速出炉等功能，提升了钢板运动换热、残水清除、单向运动和摆动等功能的控制精度。

（2）高精度低温回火炉。新型高精度低温回火炉，实现 100～650 ℃高精度中低温回火，用于屈服强度大于1 GPa超高强钢板的回火热处理。回火炉采用强制对流加热技术，与传统回火炉相比，该炉型传热效率更高、加热温度更均匀，可达±3 ℃以内，具备炉内壁温度低、可大幅降低燃料消耗等优势。此外，开发的热处理炉改善炉衬工作条件，炉子热惰性小，升降温灵活，有利于实现自动控制。

（3）高等级钢板热处理工艺及产品开发。利用开发的装备实现：1）极限薄钢板（3～10 mm）淬火 工 艺 研 制 ，高 平 直 度 淬 火 技 术 ；2）特 厚 钢 板（100～250 mm）淬火工艺研制，开发极限冷速淬火技术；3）超高强结构用钢（Max1 300 MPa）、耐磨钢（Max 600HB）的研制。

2. 4. 4 预期效果

研发成功处理板厚100～250 mm的特厚板淬火机；高精度低温回火炉，产品屈服强度大于 1 GPa钢板的新型热风循环加热、高精度中低温回火（100～650 ℃）的热处理炉（精度为±3℃）；代表性产品为超高强结构用钢与耐磨钢、极限薄钢板（4～10 mm）、特厚钢板（100～250 mm）等。

2. 5 薄板坯半无头轧制＋无酸洗涂镀制备热轧AHSS

2. 5. 1 重大需求

薄规格的高强热轧涂层板是中国交通、建筑等领域亟需的重要产品，但是，优质薄规格、高强度热轧基板和镀锌之前热轧板酸洗是目前面临的重要问题。亟需开发薄规格、高强化镀锌板的生态化生产工艺和技术。

2. 5. 2 研究目标

为了节省资源、减少排放，需要开发薄规格、高强度热轧产品以及开展无酸洗热镀锌技术的研究，以低成本、高质量地生产热轧薄规格高强钢镀锌板，以热代冷，大幅度降低生产成本。

2. 5. 3 研究内容

（1）本技术将以 CSP薄板坯连铸连轧短流程生产线为依托，开发出热轧薄规格先进高强钢表面质量控制技术、高质量、薄规格热轧带钢半无头/无头轧制技术（板形控制/均匀性稳定轧制/动态变规格/高速切断/自动控制）、薄规格高强度热带轧制技术、AHSS的组织控制原理与轧后冷却路径控制技术等。

（2）热轧氧化铁皮结构控制技术。全面系统地分析热轧板氧化铁皮结构和厚度演变规律，开发热轧过程氧化铁皮厚度演变数学模型，实现氧化铁皮厚度控制；开发氧化铁皮/基体界面结构控制技术，获得可直接冷轧的最优氧化铁皮结构及其热轧工艺技术。

（3）热轧带钢热镀锌线上加热-还原过程中氧化铁皮的结构演变规律，创新热轧高强钢氧化铁皮免酸洗还原退火热镀锌生产流程和关键工艺技术，研究氧化铁皮在升温与等温过程中的相变行为，建立相变动力学模型，分析确定升温制度对于氧化铁皮结构转变的影响，建立最优化的热处理工艺制度。

（4）研究热浸镀锌工艺条件（锌液成分、镀锌温度）对镀层附着性、耐蚀性能和表面质量的影响，并优化热浸镀工艺；通过对还原退火和热镀锌的工艺技术研究，开发出具有自主知识产权的适合于不锈钢、先进高强度钢和超高强钢材的核心涂镀技术。

2. 5. 4 预期效果

此项技术的工业化应用，实现“以热代冷”和“以薄代厚”，低成本生产热轧AHSS（DP、TRIP、HPF、HSLA、Q&P、Nanosteel等）涂层板。将因免去酸洗工序而减少酸液蒸气的排放，热镀锌整体生产效率提高10%～20%，吨钢降低成本100～120元。

2. 6 高精度冷轧板形控制技术与装备技术

2. 6. 1 重大需求

板形平直度是冷轧产品最重要的质量指标，冷轧机板形平直度控制系统是轧钢技术领域最复杂的控制技术。中国冷轧板形控制技术、边部减薄控制装备与技术基本依靠引进，多数轧机板形控制技术与手段成为制约生产发展的瓶颈，提高板形质量是刻不容缓的关键技术难题。

2. 6. 2 研究目标

本项目将开发高精度冷轧板形控制技术与装备技术，推广已成功应用的板形控制系统，并以边部减薄控制为核心，开发自主知识产权的边部减薄控制的工艺、装备和自动控制技术，对现有的四辊和六辊轧机进行改造，实现边部减薄的高精度控制。

2. 6. 3 研究内容

（1）高精度冷轧板形平直度控制技术的推广应用。国内鞍钢与高校合作，开发了具有自主知识产权的冷轧机板形控制系统。这是基于无线通讯方式的DSP信号处理系统，实现了冷轧板形信号处理计算与板形控制计算机系统无线数据连接，分布式计算机控制系统对冷轧带钢平直度进行实时在线控制；建立了板形控制目标曲线模型、板形实时在线控制数学模型、板形调控效率自适应学习模型，实现了轧辊倾斜、工作辊弯辊等板形控制多执行器的协同工作，提高板形高精度控制能力。今后将在中国各类冷轧机推广应用。

（2）冷轧硅钢边部减薄控制技术与装备。电工钢是国民经济建设不可缺少的重要原材料之一。为了提高冷轧产品的同板差，减小切边量，提高产品的成材率，国外钢铁工业发达国家开发了边部减薄控制技术。日本三菱日立公司在冷轧带钢边部减薄控制领域具有垄断地位，国内硅钢冷连轧机均引进日本三菱日立全套边部减薄控制技术。中国必须开发中国自己的边部减薄控制技术。为此，需要开展下述研究工作：1）六辊 UCM轧机改造成为 UCMW 轧机。工作辊采用单锥度，可以轴向窜辊。需要对牌坊、轴承座、接轴等机械结构进行改造，增加工作辊窜辊液压缸，实现工作辊窜辊。2）工作辊窜辊工艺与辊形设计。辊形设计即在工作辊边部磨出一段锥形辊形，辊形段包括直线段与曲线段，曲线段的一部分宽度为实际工作段。因此，在各个机架进行合理的工作辊边部辊形设计，辊形锥度弧长与辊形重合范围均应从上游机架由大到小设置，从理论上讲可以完全消除边降区。3）单锥度工作辊窜辊边部减薄核心控制技术。针对窜辊功能，开发二级计算机系统控制模型，包括边降预设定控制模型、边降设定控制模型、边降再设定控制模型、窜辊量自学习控制模型、窜辊边降调控功效系数自学习控制模型、凸度动态设定控制模型、楔形动态设定控制模型等。为获得最佳的边部减薄控制效果，还要建立边部减薄控制的基本策略。

2. 6. 4 预期效果

自主研发的板形控制系统替代进口板形控制系统，提高冷轧带钢平直度检测与控制精度，保证带钢平直度精度平均值小于7 I。利用自主开发的边部减薄控制技术，带钢的边降精度小于3～5 μm，最佳稳态控制的边降精度小于 2～3 μm，有效提高硅钢薄带轧制横向同板差尺寸精度。

2. 7 先进连续退火与涂镀技术

2. 7. 1 重大需求

随着汽车、家电、建筑等行业的快速发展，高端冷轧板带市场需求强烈。先进的退火和涂镀技术是生产高品质冷轧产品的核心和关键，中国高端退火和涂镀技术与装备基本依靠引进。为了实现绿色化连退与涂镀，生产先进高强钢（AHSS）、涂镀板等高端冷轧产品，急需开展连续退火热处理和热镀锌关键共性技术的研究。

2. 7. 2 研究目标

本项目将围绕冷轧带钢连续退火和热镀锌技术，开展快速加热技术、快速冷却技术、合金化热镀锌技术、镀层厚度控制技术等关键共性技术，促进中国冷轧板热处理技术的快速发展。

2. 7. 3 研究内容

（1）冷轧薄带钢快速加热技术与装备。开发横向磁通快速感应加热技术，设计高电感匹配感应器，获得均匀温度场，带钢横向稳态温度差小于±15 ℃，解决薄带钢加热中由于边部效应导致的薄带钢加热温度不均问题。

（2）冷轧薄带钢快速冷却技术与装备。自主研发喷气、气雾和水淬等高速冷却技术，实现从缓冷到400 ℃/s的柔性化冷却速度调整，达到同一产线生产不同性能钢种、产品成分设计实现减量化的目的。

（3）合金化镀锌（GA）技术与装备。开发合金化镀锌的全套加热-保温-冷却工艺技术、装备与控制系统，生产高质量汽车用合金化深冲板和高强板。

（4）热镀锌镀层厚度与均匀性控制技术与装备：采用有限元技术、非线性的最小二乘回归算法，进行热镀锌气刀流场的分析和优化，建立长短周期耦合化的镀锌自适应预测模型，解决热镀锌边部增厚问题。开发锌层厚度自动控制系统，节省锌资源。

2. 7. 4 预期效果

自主建设高质量热处理冷轧板和涂层板生产线，生产高质量的深冲、高强汽车用钢、家电板等冷轧板和涂层板。

2. 8 真空制坯轧制复合板技术

2. 8. 1 重大需求

金属复合板可以发挥其组元金属材料各自的性能优势，实现单一金属不能满足的高强度、耐蚀、耐磨等特殊要求性能，节约贵重金属，降低成本。在大型机械、船舶、海洋平台、压力容器等领域有大量需求。

2. 8. 2 研究目标

开发真空环境下钢板复合坯制造工艺与设备及复合坯的加热、热轧、冷却、精整全套工艺技术与装备，为海洋、建筑、能源、化工等行业提供高端厚板与复合板。

2. 8. 3 研究内容

（1）多坯焊接制坯装备与技术。开发高效率真空电子束焊接（EBW）装备与可对高合金钢、铝合金、镁合金等进行真空焊接的先进装备。专门连铸坯表面高速铣削处理装备、钢坯翻转-叠合、钢坯缓冲降落、钢坯对齐、钢坯对中等专用设备。

（2）复合坯轧制工艺与装备。开发特殊的复合坯料轧制控制技术，“高温低速小压下＋高温低速大压下”相结合的大单重复合坯料轧制法、复合坯料防开裂控制技术，优化加热工艺、控制轧制温度及板形，提高成材率。

（3）复合板界面产物控制技术。通过独特的工艺及装备设计，将复合界面的氧化物控制到极低水平，氧化物尺寸达到纳米级别；对界面产物进行控制，防止界面脆性物过度生成而恶化界面强度。

（4）复合板精整工艺与装备。开发复合板分离、表面清理、表面清净、切边、矫直等辅助设备。

2. 8. 4 预期效果

真空轧制复合技术可以应用于同种和异种金属（不锈钢/碳钢、不锈钢/X65、耐磨钢/碳钢、纯钛/不锈钢、纯钛/碳钢、825/X65等）的复合，提供优质厚板和复合板产品。

2. 9 旨在大规模定制的钢材智慧制造系统

2. 9. 1 重大需求

用户对产品的需求趋于多样化、个性化和优质化。用户需求与生产组织管理之间产生的矛盾由于供需关系转变和钢铁产品价格的持续走低而变得更加突出。企业迫切需要一种新的生产模式来满足用户对产品低成本、高质量、个性化的要求，又满足企业大规模生产的特点，以提高企业的竞争能力。与此同时，计算机网络技术、大数据等信息技术也得到了迅速的发展，并不断向传统的制造业中融合，为解决当前的矛盾创造了条件。

2. 9. 2 研究目标

本研究的目标在于开发钢材的智慧制造系统，在连续化大规模生产的条件下，基于企业CPS框架，建立一体化组织性能控制系统（IMPCS，integratedmicrostructureand property control system），满足客户的个性化需求，低成本、高性能、高效率地生产钢铁材料。

2. 9. 3 研究内容

（1）一体化组织调控理论与数学模型。建立物理冶金学模型与网络模型的混合模型，具有高精度又能充分体现钢材组织-性能的变化规律。在组织性能预测模型的支持下，建立工艺-组织-性能的逆向优化。依据需要的屈服强度、抗拉强度、伸长率3个主要的性能指标，通过多目标优化，给出优化的成分设计和生产工艺制度，实现产品力学性能的“订制式”生产。

（2）一体化组织调控工艺技术与关键装备。开发组织性能调控的机械装备，例如连铸的二冷设备、控轧设备、控冷设备等，提供组织性能调控的手段。

（3）一体化组织调控数字化、智能化自动控制系统。包括设备的基础自动化系统、过程控制系统等，以及大量的检测仪表和传感器，实现实时数据的采集，对设备状态实时监控。系统还可以对设备进行诊断，所以紧急维修的任务会大大减少，大量的设备设定、调试和诊断的功能都可以通过网络远程操控方式完成。

（4）一体化组织调控管理信息系统。基于先进产品的标准化设计和分类方法，对生产过程进行科学管理，建立绿色化的热轧钢材成分和工艺体系。以出钢记号为“线索”，可以方便了解钢的成分、洁净度、合金体系、炼钢工艺、强度级别、表面质量、涂层要求及其他特殊要求。通过合同和工序信息的自动判别和勾连，实现产品的动态质量设计，最大限度和最经济地提供满足用户要求的产品。

2. 9. 4 预期效果

采用一体化组织性能控制系统，可以在连续生产的条件下，实现大规模生产的定制化、个性化、智能化，优化生产过程，降低生产成本，提高产品质量，满足用户的需求。

3 结论

（1）中国钢铁工业已经步入发展的“新常态”，必须转型发展，走生态化的道路，实现减量化、低碳化、数字化发展，使中国成为生态化钢铁技术的全球领先者。

（2）创新驱动钢铁行业调整结构、转型发展，实现以减量化、低碳化、数字化为特征的绿色化、生态化发展。

（3）高度重视原始性专业基础理论突破，保证基础性、系统性、前沿性技术研究和技术研发持续推进，强化自主创新成果的源头供给。

（4）准确把握钢铁行业的重点领域科技发展的战略机遇，选准关系全局和长远发展的战略必争领域和优先方向，通过高效合理配置，深入推进协同创新和开放创新，构建高效强大的钢铁共性关键技术供给体系，努力实现钢铁关键技术重大突破，把关键技术掌握在自己手里。

（5）展望未来，钢铁行业将进一步围绕科技创新驱动行业产业发展的宏大任务，转方式，调结构，使中国成为绿色钢铁技术的全球领跑者！