一、研究的背景与问题
硅钢作为电力、电子、新能源等高端装备制造领域的关键软磁材料，其性能直接决定了电机、变压器等核心设备的能效与可靠性，是衡量一个国家钢铁工业高端制造水平的重要标志之一。近年来，随着新能源汽车、高效变频家电、高端电力传输设备等下游产业的快速发展，市场对高磁感、低铁损、高均一性的高端硅钢（高磁感取向硅钢、高级别无取向硅钢）需求持续攀升。
我国已成为全球最大的硅钢生产国，但在高端硅钢生产领域仍面临诸多技术瓶颈，与国际先进水平存在一定差距。高端硅钢生产技术壁垒高、控制精度要求严苛，长期以来核心技术主要掌握在少数国际钢铁巨头手中，我国高端硅钢产品自主保障能力不足，严重制约了下游高端装备制造业的发展。
北京建龙重工集团有限公司作为集资源、钢铁、船舶、机电等产业于一体的大型企业集团，拥有完整的钢铁产业链条。吉林建龙钢铁有限公司作为其钢铁板块核心子公司，秉承"高质量、高效益、低成本、智能化"的发展理念，针对行业技术痛点，牵头开展了高性能硅钢绿色高效炼钢技术的创新研发与工业化应用，旨在突破高端硅钢生产技术壁垒，构建全流程绿色智能生产体系，提升我国高端硅钢产品的自主可控能力与国际竞争力。目前存在的关键技术难题主要是：
1、成分精准控制难度极大
硅钢对碳、硫、铝、氮等合金元素的控制范围极为苛刻，传统工艺难以实现极限含量控制。转炉终点、RH精炼成分命中率低，连铸过程易出现增氮、铝损等问题，导致产品性能波动大，无法满足高端硅钢对成分极窄窗口控制的要求。
2、全流程能效与成本协同优化不足
硅钢生产流程长、工序多，各子系统协同性差，吨钢能耗与生产成本居高不下。传统生产模式缺乏全流程能效优化机制，能源利用效率低，制约了品种效益提升与节能降碳目标的实现。
3、智能化与绿色化融合度低
传统生产依赖单点设备改造与经验化管理，全流程数据贯通不足，缺乏智能决策支持系统。难以实现质量一贯制控制与能源动态优化，生产过程稳定性差，产品质量均一性难以保障。
4、铸坯质量均一性控制技术欠缺
连铸过程易出现等轴晶率低、宽展量大、边裂遗传等缺陷，影响后续轧制成材率与产品性能稳定性。传统连铸工艺无法有效解决铸坯内部质量与表面质量控制难题，成为高端硅钢生产的重要瓶颈。
本项目核心目的是攻克高性能硅钢全流程生产中的关键技术难题，建立一套集成分精准控制、能效协同优化、质量一贯制管理、绿色智能生产于一体的炼钢技术体系，实现高端硅钢的规模化稳定生产。通过技术创新突破国外技术垄断，提升我国高端硅钢产品自主保障能力，助力钢铁行业"双碳"目标实现，为钢铁行业智能制造升级提供可复制、可推广的成功案例。
二、解决问题的思路与技术方案
1、总体技术思路
本项目以智能化、绿色化深度融合为核心驱动力，围绕铁水预处理、转炉冶炼、RH真空精炼、连铸四大关键工序，开展全流程技术创新与系统集成。以冶金机理为基础，结合大数据分析与智能控制技术，构建工序级工艺数据中心与智能制造平台，通过"理论研究-实验室试验-中试试验-工业化应用-迭代优化"的递进式研发模式，实现全流程技术集成与系统优化。
2、全流程技术体系架构
项目构建了涵盖铁水预处理、转炉冶炼、RH真空精炼、连铸全流程的数字化管控与智能优化体系，形成四大核心技术模块协同工作的技术方案：
① 铁水高效绿色预处理技术模块：解决脱硅脱磷与脱硫热力学矛盾，实现有害元素深度脱除；
② 转炉智能协同冶炼技术模块：实现超低碳、低磷、控氮精准冶炼；
③ RH真空精炼智能控制技术模块：提升成分命中率与能效水平；
④ 连铸高质量控制技术模块：改善铸坯质量均一性，减少缺陷率。
3、关键技术方案详解
（1）铁水预处理关键技术方案
创新开发镁-钙双步喷吹深脱硫技术与倒罐站同步脱硅技术。在倒罐站实现翻铁过程同步脱硅，缩短生产周期；在脱硫站采用镁粉与石灰粉分阶段精准喷吹，降低脱硫反应热力学阻力，吸附脱硫产物，提升脱硫效率与稳定性。解决传统工艺脱磷与脱硫顺序矛盾问题，为后续工序提供优质铁水原料。
（2）转炉冶炼关键技术方案
构建转炉智能底吹-氧枪优化-多重挡渣-精准控氮协同控制体系。开发新一代双环缝式智能底吹系统，优化底吹布局与供气参数；采用"滑板挡渣+高质挡渣锥+红外下渣检测"三重控渣技术；开发转炉氧枪用氧纯度波动报警系统，实现精准控氮。解决转炉碳氧积高、回磷严重、氮含量波动大等行业难题。
（3）RH真空精炼关键技术方案
研发RH真空精准调控-智能合金模型-闭环防错一体化技术。基于氮溶解度理论建立真空度精准调控模型，开发自适应高精度真空调节系统；自主研发合金计算模型，内嵌大数据训练的合金收得率动态预测子模型；配套开发合金添加联动防错系统，实现成分极窄窗口精准命中。
（4）连铸关键技术方案
开发连铸全保护浇注-电磁搅拌流场优化-动态宽度控制技术。优化中间包密封结构与稳流器布局，实现全保护浇注；升级电磁搅拌系统，将流场由"三环"形优化为"双蝶形"；建立板坯宽展预测数学模型，实现宽度精准控制。有效解决铸坯增氮、铝损、等轴晶率低、边裂等缺陷。
三、主要创新性成果
1、突破铁水预处理脱硅脱磷与脱硫的热力学矛盾，创新开发镁-钙双步喷吹深脱硫工艺与倒罐站同步脱硅工艺。倒罐站同步脱硅工艺实现脱硅处理与倒罐作业同步进行，脱硅率稳定在50%-70%；镁-钙双步喷吹工艺使平均出站硫含量由0.00426%降至0.00173%，转炉终点硫含量降至0.00266%，回硫量仅为0.00093%，实现[S]≤0.0015%的深度脱硫目标，脱硫成本降低约12元/吨铁。
2、构建转炉智能底吹协同控制体系，开发新一代双环缝式智能底吹系统，底吹布局由单环改为双环，底吹寿命与炉龄同步达到7000炉以上，较优化前提升50%。碳氧积稳定控制在≤0.0018%，较优化前降低30.77%。三重控渣技术使钢液回磷量≤0.003%的炉次命中率达99%以上，终点磷一次命中率由96.15%提升至100%。精准控氮工艺使氩站离站氮合格率由40%提升至80%，氮含量控制精度达到±5ppm。
3、研发RH真空精准调控与合金智能防错一体化技术，真空度控制精度达到±5Pa，实现1.5kPa至5.0kPa间精准稳定调节。RH精炼蒸汽单耗由0.089t/吨钢降至0.073t/吨钢，降幅17.98%，整体蒸汽消耗降低43.43%，年节约蒸汽成本约249万元。合金智能计算模型使关键元素在±0.005%至±0.02%极窄窗口内精准命中，GE命中率由63.66%提升至83.67%，恒温命中率由89.37%提升至97.42%，生产效率提升约15%。
4、连铸全流程质量控制技术实现重大突破，全保护浇注使连铸过程钢液增氮量控制在5ppm以下，铝损量降低30%以上。电磁搅拌流场优化将电流波动由±10A降低到±1A，无取向硅钢铸坯等轴晶率由51%提升至67%以上，取向硅钢等轴晶率稳定在50%~65%。板坯宽度控制在目标宽度±5mm范围内，宽度控制命中率提升25%以上，有效减少切边损失。
四、应用情况与效果
本项目技术成果自2022年起在吉林建龙钢铁有限公司炼钢厂全面投入工业化应用，成功实现高牌号无取向硅钢（J07、J09、J12等）与高端取向硅钢（JQ系列）的规模化稳定生产。产品稳定供应台州明登电机、浙江炜特电气等多家战略客户，产品质量获得下游行业广泛认可，完全满足新能源汽车驱动电机、高效变频家电及高端电力传输设备等高端应用场景需求。
通过全流程技术优化，硅钢产品质量实现跨越式提升，产品磁性能合格率达到99.95%以上，铁损值降低5%-8%，磁感强度提升3%-5%。成分控制达到极限水平：[S]≤0.0015%、[P]≤0.090%，碳氧积≤0.0018%。铸坯质量缺陷率大幅降低，内部质量与表面质量均达到国际先进标准，为后续轧制提供高质量坯料。
项目技术应用产生显著经济效益，2023-2025年间累计新增销售高牌号无取向硅钢及高端取向硅钢产品约13.82万吨，实现新增产值约5.97亿元，新增利税约0.99亿元。炼钢工序累计实现降本增效约1.10亿元，其中取向硅钢创效4721.17万元，高牌号无取向硅钢创效1614.95万元，中牌号无取向硅钢创效3167.93万元，低牌号无取向硅钢创效1497.09万元。
全流程智能化技术应用大幅提升生产效率，无取向硅钢生产线跟班人数由14人降至4-5人，取向硅钢生产线由14人降至6人，人均劳效提升60%以上。RH精炼处理周期缩短，生产效率提升约15%，各工序运行稳定性显著增强，设备作业率达到行业先进水平。
项目实施后绿色环保效益显著，炼钢工序能耗降低约12kgce/t，2023-2025年累计节约标准煤约1658吨。RH精炼蒸汽消耗降低43.43%，年减少蒸汽排放约2.5万吨。吨钢粉尘排放量降低15%，吨钢CO?排放量降低8%，各项能耗与排放指标均达到行业先进水平，有力支撑钢铁行业"双碳"目标实现。
信息来源：吉林建龙钢铁有限责任公司
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