高强度PC钢绞线用小方坯连铸连轧盘条研究成果建立在江苏省“十五首批科技攻关”项目完成的基础上，以“1860MPa级PC钢绞线用小方坯连铸连轧盘条的规模化生产”为主要目标，开展设备改造和工艺研究，在取得相关研究结果的基础上，进而实现该产品的规模化生产并使产品系列化，同时，延伸转化生产更高档次的镀锌钢丝及钢绞线用SWRS82B，替代进口。/line历时两年，通过生产线现场跟踪、用户使用情况现场跟踪和实验室内热模拟试验研究，针对性采取改进措施对生产线上进行改造，添置控制设备和分析设施。成功实现了“小方坯连铸连轧生产高强度PC钢绞线用热轧盘条”从润忠短流程生产线向沙景短流程生产线的技术移植，在此基础上开发出多个规格的新产品，使高强度PC钢绞线用热轧盘条形成系列化（φ11、12.5、13mmSWRH82B和SWRS82B盘条）的专有成套技术。

针对中厚板坯连铸生产中铸坯裂纹及中心偏析等钢厂遇到的共性问题，通过开展基础研究与工艺研究，形成了较为系统的板坯连铸精细凝固冷却控制技术。该成果经河北省科技成果鉴定（冀科成转鉴字 [2012] 第9-189号），本技术具有完全的自主知识产权，达到国际先进水平。该技术主要内容如下。1.基础研究（1）热物性参数研究与通用中厚板坯连铸凝固冷却控制模拟软件 归纳、总结钢的热物性参数计算方法，建立热物性参数数据库，包含多组经过实验验证的不同钢种的高温热塑性、液/固相线温度、导热系数等热物性参数数据。建立针对钢种特点的"定制"凝固传热模型，研发浇铸断面、冷却段长度等铸机参数可自主设置的通用中厚板坯连铸凝固冷却控制软件。（2）板坯连铸三维热-力耦合模型建立 综合传热学及材料力学，分析连铸坯在凝固传热过程中温度及其所受应力的变化，结合钢种高温热力学性能，从本质上研究铸坯裂纹产生机理。运用Ansys有限元软件建立了含Nb钢板坯连铸三维热-力耦合模型，综合研究连铸坯凝固过程，系统分析二冷优化效果。2.工艺研究（1）连铸坯"纵横"均匀冷却技术研究 综合铸坯凝固过程温度-应力-应变，回归、确定出合理二冷水量分布，实现铸坯纵向均匀冷却。通过二冷喷嘴冷态性能测试，优化喷嘴布置高度及方式，实现铸坯横向均匀冷却。（2）连铸二冷控制方法研究 在剖析了国内外典型二冷控制方法，如：综合参数控制法、有效拉速法、目标表面温度动态控制法等基础上，提出"基于有效拉速和有效过热度的连铸二冷控制模型"。应用本模型的方法进行二冷动态控制，解决了拉速、过热度等工艺参数在工况不稳定情况下对铸坯质量产生的不利影响，有效降低了非稳态浇铸时板坯的温度波动。 本技术形成的优化方案应用于实际生产后，含Nb钢板坯角部横裂基本消失，铸坯中心等轴晶区域宽度由35mm扩大至44mm，中心等轴晶比率提高了4.1%，铸坯的中心偏析从B类1.0改善为C类1.5，含铌钢成品率提高1%。通过该技术的研究与应用，解决了制约企业产品升级的制约环节，为邯钢的产品结构调整和升级发挥了重要作用，品种钢比例得到较大提高，为邯钢增创了显著的经济效益。

炼钢连铸是钢铁企业的核心生产工序，其生产调度对确保钢铁企业生产的高效运行起着非常重要的作用。本软件系统能够针对多台转炉、多台精炼炉、多台连铸机的炼钢连铸生产过程制定优化作业排序方案，进行动态生产调度管理和全面的生产信息管理。本软件系统的主要功能如下： 优化调度引擎：通过求解炼钢连铸生产调度数学模型的优化算法，编制炼钢-精炼-连铸生产作业计划； 实时信息管理：以可视化的方式对炼钢-精炼-连铸生产进行实时物料跟踪； 实时生产调度：根据生产实绩数据，通过干特图等人机交互界面动态调整作业计划； 生产实绩管理：对生产实绩数据进行全面管理，生成生产报表、进行数据分析。

卷取温度控制系统是热连轧系统的重要组成部分，直接关系到最终产品质量，特别是带钢的组织结构和力学性能的好坏，进而影响其产品在市场上的竞争力。  层冷控制系统由L2过程控制系统和L1基础自动化控制体统组成。L2级系统完成数学模型计算、自适应控制、动态设定、冷却策略的选择和冷却速率控制等功能；L1级系统完成头尾跟踪、故障阀设定、开关阀控制和头尾微冷控制等功能。 工作模式有三种：全自动模式、手动模式、测试模式。      控制冷却系统设备：上高密度集管、下高密度集管、集管控制阀组、倾翻机构和阀组、车间高位水箱、高压侧喷装置、压缩空气吹扫装置等组成。 层流冷却下带钢的传热过程十分复杂。首先，整个冷却过程中温降大，钢板的对流换热系数及其热物性参数必然随温度产生显著的变化。其次，高温钢板的层流冷却，较其他冷却方式更为复杂。高密度管层流喷出的水流在一定压力下冲击到钢板表面，在冲击区钢板表面不形成水蒸气膜，因此，产生强烈冷却效果。沿钢板长度方向，在近冲击区一定范围内，冷却水呈层流区，在较远处呈紊流区，在层流区和紊流区之间形成过渡区。在垂直板面方向，除了水流冲击区以外的其它区域，从板面向上，同样出现层流区、过渡区和紊流区。因此，就整体层流冷却来看，经历了膜态沸腾、过渡沸腾和核沸腾冷却阶段，钢板传热过程是非稳态的。 根据层流冷却实际生产工艺情况，应用传热学原理，对带钢在时间和厚度方向差分，建立有限差分模型，计算带钢在整个冷却区的开阀和关阀状况，确定带钢在每个集管下是空冷还是水冷，从而控制带钢在冷却区的温度。由于模型的建立是基于机理性的，所以模型计算具有比较高的精度，包括：预设定模型、动态设定模型、钢种物性参数模型，包括导热系数和比热容计算模型、水冷时对流换热系数计算模型、自适应模型等。 根据不同钢种的工艺要求，系统提供多种冷却方式供选择，包括：全长冷却、头部不冷、尾部不冷、前向冷却、后向冷却、头部微冷、尾部微冷、稀疏冷却、非对称冷却等。该系统已经成功稳定的应用在日钢1580热连轧生产线并取得了的很好的控制效果，还将应用于武钢1700mm热连轧、西南不锈1450mm热连轧、重钢1780mm热连轧等多条生产线。 该项目适用于所有的新建和欲改造的板带轧机的层流冷却设备。同时，通过技术集成和转移，可为轧钢技术装备国产化作出较大贡献。

活套控制系统是热连轧生产线上基础自动化L1级中非常重要的自动控制系统。活套高度闭环控制系统以及活套张力闭环控制系统是活套控制系统两项关键功能，用以实现轧制过程中，精轧任意机架间带钢秒流量的动态平衡，以及维持带钢在恒定张力下完成轧制。活套控制功能的稳定性直接决定到轧钢过程的顺利进行，其控制精度又会影响到带钢产品的厚度和宽度质量。 目前国内的热连轧项目尤其是宽带热连轧项目，越来越多的采用了液压活套，与电动活套相比，其控制的快速性以及位置控制的精确性是电动活套无法比拟的。 活套控制系统由L2级精轧活套设定模型、L1级活套控制器、L0级活套传动装置以及活套机械设备等部分组成。 根据传动装置的不同，活套分为液压活套及电动活套。液压活套依靠液压站高压油驱动液压缸带动活套机械动作；电动活套则依靠电机带动减速机驱动活套机械动作。 零漂校正功能 零漂电流标定和校正功能投入实际使用后，克服了由于较大零漂存在造成活套起套过程的不可靠，同时又大大提高了活套张力闭环的稳态精度。同时这两项功能的实现以及操作维护又非常简单，所以说这两项针对活套伺服控制系统零漂问题所采取的控制对策是积极有效而值得推广的。 活套软接触功能 通过投入张力环及高度环时机选择算法计算得到活套接触到带钢的具体时刻，从而能够及时投入张力环及高度环。该算法的实现为活套软接触技术的最终实现作出关键性的贡献。因为众所周知，带钢秒流量动态平衡以及带钢张力恒定的稳态控制并不是很困难的事情，关键在于如何减小或者消除活套起套瞬间由于位置环起套造成的对于活套张力系统和轧机速度系统的大扰动。本技术的实际应用推动了活套软接触技术的实现，从而为带钢头部乃至全长厚度宽度质量的改善和提高具有重大的现实意义。 该系统已经成功稳定的应用在莱钢1500、日钢1580热连轧生产线并取得了的很好的控制效果，还将应用于武钢1700mm热连轧、西南不锈1450mm热连轧、重钢1780mm热连轧等多条生产线。 该项目适用于所有的新建和欲改造的热连轧带钢轧机的精轧活套设备。同时，通过技术集成和转移，可为轧钢技术装备国产化作出较大贡献。

双辊铸轧薄带钢技术是将液态钢水直接注入由两个铸轧辊和侧封板构成的熔池内，并随铸轧辊的旋转轧出厚度为1-6mm薄带钢的一种工艺，其工艺的特点是液态金属在结晶凝固的同时承受压力加工和塑性变形，在极短的时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程。薄带钢铸轧工艺流程一直以来被定位于一种具有短流程优势，能获得同传统热轧板尺寸、板形、性能相当的替代产品并能节能降耗、减少生产成本的生产技术。大量研究表明，钢水的凝固速度要比常规板坯铸造中的高几个数量级，凝固组织得到明显细化，过饱和固溶度大大提高，成分偏析得到明显抑制，可以实现组织-织构-析出-性能的一体化控制。 双辊铸轧技术在生产难变形合金钢、耐大气腐蚀钢、高速钢、铁素体不锈钢、硅钢、高强高导铜合金等特殊性能材料上日益表现出某些常规生产工艺无法比拟的优势。双辊薄带连铸这一优势也决定了薄带铸轧技术产业化应该定位在生产高附加值、小批量、常规生产工艺无法驾驭的材料，高品质硅钢正是其中之一。因此，在产品开发上走出适合薄带连铸技术之路，是薄带铸轧技术走向产业化的基点。作为一种短流程、低能耗、投资省、成本低和绿色环保的新一代特殊钢生产工艺流程，投资降低80％，能耗降低7/8，CO2排放减少80％，吨钢成本减少40％。其亚快速凝固优势，可在开发具有高强度、长使用寿命钢材和功能材料（如硅钢、高强钢、高强高导铜合金等）中得到重要的应用。相关技术作为国家钢铁行业十二五规划、高品质特殊钢科技发展“十二五”专项规划、中国钢铁工业“十三五”重点技术发展方向等政府政策及行业规划文件中明确规定需要大力支持和突破的前沿和关键技术，符合我国钢铁产业科技发展的“节能、高效、绿色环保、循环经济发展”的总体战略目标，对先进钢铁材料的开发生产、突破传统硅钢生产流程弊端和我国钢铁企业的转型发展具有划时代的重要意义。

近年来高品质钢种开发和高效连铸技术的快速进步，对结晶器过程在线监控技术提出了更高的要求，在连铸坯质量控制、事故预报、工艺优化、设备运行维护和连铸机设化等方面有着广阔的应用前景。本团队开发出了具有特色的系列核心技术，包括结晶器传热与铸坯凝固进程实时计算、结晶器过程数值模拟并行计算方法、连铸坯-保护渣-结晶器多维可视化、连铸坯纵裂纹在线预报等。

随着钢铁行业的高速发展，国内外钢铁产量已经达到了饱和状态，提升钢产品的质量成了钢铁行业发展的重要目标。连铸坯的生产是钢材生产的关键，其连铸坯的质量对后续产品的生产及最终产品质量有重要影响，热轧板带表面缺陷大部分是连铸坯表面缺陷遗传而来。高质量铸坯的生产成了连铸生产企业和连铸工作者的主要目标。高温钢液在连铸过程中凝固成型，连铸坯的偏析、裂纹、疏松、夹杂物等质量问题基本上都产生于或源自连铸凝固过程。要实现高质量铸坯的连铸生产，必须减少甚至消除这些质量缺陷。（1）连铸坯凝固缺陷研究：针对连铸坯偏析、疏松、缩孔、裂纹开展相关调研，探究凝固缺陷产生机理，分析连铸工艺对连铸坯缺陷的影响规律。通过调整结晶器一冷强度、二次冷强度、电磁搅拌、机械压下等技术参数，改善连铸坯凝固缺陷。（2）中间包研究：模拟中间包内钢液流动过程，分析钢液流动的合理性；主要研究中间包内控流装置位置分布、高度设置、不同装置间的配合使用是否达到最优。具体工作：模拟中间包内钢液流动传热行为，分析钢液温度的变化情况；模拟钢液液面的波动，分析和了解渣-钢界面间的相互作用；模拟中间包内钢水的传质现象，分析钢水在中间包内的停留时间，中间包内的活塞流、全混流以及死区等等。模拟中间包内底吹气体的作用过程，分析和了解吹气对钢液流动特性的影响。（3）结晶器研究：1)结晶器内流场：确定结晶器类型，改变水口类型，水口浸入深度，拉速，结晶器锥度等工艺参数，研究不同工艺参数对结晶器内流场的影响规律，得到液面波动和表面流速量化结果，为工艺参数优化提供科学依据。2)结晶器卷渣和夹杂物去除的研究：改变水口结构参数（不同水口类型、水口侧孔数、水口倾角、水口底部结构和水口浸入深度等）以及浇铸工艺参数（拉速，浇铸断面，电磁等）会对结晶器内的流场产生影响，进而影响结晶器冷却制度、液面波动、水口开口度等参数。所以本部分内容通过水力学模拟和数值模拟相结合的方式研究不同水口结构参数和工艺参数对流场的影响，进而优化水口结构和浇铸工艺参数。（4）连铸一冷研究：对结晶器传热过程进行机理分析，并将结晶器铜板和凝固壳之间的保护渣的润滑和摩擦模型、传热模型相结合，开发出结晶器一冷传热计算软件。针对不同铸坯尺寸、拉速的操作条件下，为结晶器一冷提供合理的配水量水表。（5）连铸二冷研究：细化连铸传热边界条件，建立全面的连铸凝固传热模型，研究连铸坯宏观凝固凝固结构与铸坯质量的关系，提出相应的优化改善新方法，对连铸宏观凝固结构进行优化改善，从而提高连铸坯质量，提高连铸生产率。模拟研究连铸微观凝固结构，并讨论微观凝固结构与夹杂、裂纹之间的关系。为提高连铸坯质量提供理论依据。（6）连铸坯凝固组织研究：从现场采集相关所需数据，运用商业软件 Procast先对连铸过程温度场进行计算，以计算所得的温度场为基础，计算铸坯的凝固组织形貌，如柱状晶区、等轴晶区以及两者分别所占比例、晶粒尺寸等，并分析一次枝晶间距、二次枝晶间距。分析元素成分、连铸工艺条件如拉速、过热度、二冷强度等对上述研究对象的影响情况，优化成分、连铸工艺参数以获得较好的铸坯凝固组织，为现场生产提供理论依据。（7）连铸坯宏观偏析研究：根据连铸工艺参数，基于体积平均方法，建立连铸多相多尺度凝固凝固模型，研究热溶质浮力、晶粒沉淀、体积收缩作用下连铸坯凝固两相区液相流动与溶质传输行为。耦合电磁搅拌、机械压下模型，分析电磁搅拌强度、搅拌位置、机械压下区间、压下量、压下模式对连铸坯中心偏析的影响规律，优化结晶器与凝固末端电磁搅拌参数、机械压下参数，为连铸工业生产提供理论指导。（8）铸坯质量智能设计和判定:1）现场连铸数据采集及热塑性曲线测试:现场调研连铸工艺，记录现场工艺参数。采集不同钢种偏析、疏松、缩孔等质量要求，测试不同钢种的热塑性曲线。2）现场连铸数据采集及热塑性曲线测试:现场调研连铸工艺，记录现场工艺参数。采集不同钢种偏析、疏松、缩孔等质量要求，测试不同钢种的热塑性曲线。3）连铸智能判定和设计模型：建立连铸一冷、二冷动态优化模型，利用该模型对铸坯固相率、角部温度、铸坯偏析、中心疏松缩孔、冶金长度等进行预测，通过大量数值计算，建立钢水初始条件、连铸工艺参数与铸坯质量的数据库，指导现场生产。

带钢热连轧计算机控制是冶金企业计算机应用最早、最成熟和效益最好的。经过近半个世纪的发展，热连轧生产线已经实现了从加热炉、粗轧区、精轧区到卷取区的全线计算机控制，形成了包括传动控制与检测级、基础自动化级、过程控制级和生产控制与管理级的多级分布式计算机控制系统组成模式。控制功能则从最初的以轧制规程设定计算和操作自动化为主，发展到以减少能源消耗、增加经济效益、扩大产品规格和品种、全面提高产品质量（包括带钢的几何尺寸精度、板形、组织性能、表面质量等）为主要特征的新阶段。先进控制理论和智能控制理论、高性能计算机控制系统、网络通讯与信息技术、大功率交流传动系统与液压伺服系统、检测与传感技术等高新技术在该领域的应用日新月异，保证了带钢热连轧计算机控制处于持续发展的态势，取得了巨大的经济效益。 北京科技大学信息工程学院自动控制研究所是以轧钢自动化为主要特色的科研机构。从上世纪八十年代以来，在我国轧钢自动化领域著名专家、我国带钢热连轧计算机控制开拓者之一孙一康教授的领导下，承担与参加了一系列国家和省部级带钢热连轧控制工程，取得了丰硕的成果，获得了多项国家和省部级重大奖励，在我国轧钢自动化领域占有重要地位和广泛影响。近年来与鞍山钢铁集团公司、武汉钢铁集团公司、高效轧制国家工程研究中心、北京麦思科自动化系统工程公司等单位密切合作，在新型控制功能的研制开发、多级分布式计算机控制系统的软硬件集成、热连轧三电工程（计算机、电气传动、仪表）总承包等方面业绩突出，形成了各类轧制自动化控制系统的设计与集成、应用软件开发与调试、人员培训、投产与生产服务的综合实力，具备了与国外大公司进行平等合作和参与国内外市场竞争的能力。

采用冷连轧法生产线、丝材是北京科技大学在国内率先研究成功并推广的一项新技术。其关键设备是Y型三辊冷连轧机组，具有生产效率高；产品变形均匀、综合机械性能优良，总变形量大；可减少中间退火和酸洗工序。适用于中、高碳素钢丝、合金结构钢丝、实心焊丝、药芯焊丝、轴承钢丝、不锈钢丝、精密合金丝以及有色金属和合金等各种光圆的和异型的丝线的生产。 用主动式Y型冷连轧法生产丝线材与传统的冷拔法相比，具有以下特点： 变形区金属受到三向压应力作用，无拉拔变形的拉应力，有利于材料塑性潛能的发挥，产品延伸率较高，特别适用于连铸盘圆坯的延伸轧制；适用于难变形金属的加工。 无需预先多次压尖，主动旋转的轧辊自动咬人盘条，操作十分方便； 主动连轧的原料可以是盘圆也可以是直条，轧出的产品呈直条状，既可进行盘卷收钱（盘径随意可调），又可得到直条产品，方便用户使用； 原料不要求酸洗和润滑涂层处理，采用直径14毫米的连铸合金线坯，通过连轧得到直径6毫米以下的盘卷，省去了中间的退火和酸洗工序。因而显著地节约能源，提高成材率，减少或消除废酸的污染； 采用乳化液对轧辊、齿轮，轧件冷却润滑，循环使用，减少粉尘污染，无“三废”； 微型轧机，设备紧凑，占地面积少，每条生产线的操作人员只需2人； 我国第一台Y型三辊冷连轧机是由北京科技大学自行设计、制造。1989年Y型三辊轧机冷连轧丝线材技术就通过了原冶金部组织的技术鉴定，专家组认为：“工艺稳定，产品质量符合要求，工艺技术具有先进性和实用性，是对传统的拉丝生产工艺和设备的一项重要改革，在主要技术方面达到了国内领先和国际八十年代的先进水平。”经过多年研究和生产实践，工艺优化的第二代轧机已在北京、上海等地成功推广使用。Y型三辊轧机冷连轧丝线材技术是一项成熟的生产工艺，八十年代以来，在意大利美国德国等已普遍采用。实际生产证明，采用钢丝冷连轧新工艺代替传统的粗拉和中拉生产各种光圆和异型的丝线材，其经济效益显著提高。