一、研究背景与现存问题
当前，国家全面推进实施“碳达峰、碳中和”战略，钢铁产业绿色低碳、提质增效、精益化转型迫在眉睫。作为新中国成立后兴建的第一家特大型钢铁联合企业，宝钢股份武汉钢铁有限公司（以下简称武钢有限）深耕板材生产六十余载，拥有千万吨级薄板全流程产线，产品涵盖硅钢、汽车钢、工程机械钢等五百余个高端钢种，广泛服务于国家重大工程与高端制造业，是中国宝武集团高端精品钢材的核心生产阵地，也是全球最大的电工钢和我国中西部地区最大的汽车钢生产基地。（图1为武钢有限薄板产线布置与主要品种）
图1 武钢有限薄板产线布置与主要品种
受历史分期规划建设、老旧产线迭代等因素影响，武钢有限薄板产线铸-轧工序存在装备布局不统一、工序衔接不顺畅、智能化水平不均衡等结构性短板。随着市场结构持续升级，高端高品质钢订单占比逐年攀升，客户对产品质量稳定性、交付时效性的要求愈发严苛，小批量、多品种、快交付的碎片化订单成为市场主流，公司原有传统生产模式已难以适配新形势下的生产需求。
长期以来，武钢有限铸-轧界面生产运行存在着一系列制约高质量发展的瓶颈问题：一是高品质钢铸坯缺陷管控难度大，缺陷坯无法实现直接热送，下线修磨量大，不仅降低成材率，增加生产成本，还制约产线高效化运行；二是多铸机、多轧线联动生产模式下，铸坯输送路径交叉紊乱，堆垛、倒垛频繁，生产节奏被动拖沓，库存积压问题突出；三是工序缓冲冗余偏大、铸坯停留转运时间长，热量损耗严重，整体热送热装水平偏低，造成吨钢能耗偏高，与企业低碳转型目标存在差距；四是各工序独立排产、协同联动不足，人工干预多、异常处置慢，余材钢处置效率低下，长期占用大量流动资金，制约企业生产效能与经营效益提升。上述问题，既是国内老牌钢铁联合企业的共性难题，更是制约武钢有限高端产品提质、生产效率提效、能耗指标降本、精益管理升级的核心痛点。
为破解老产线效能短板、释放千万吨级产线产能潜力、筑牢高端钢材质量优势、实现绿色低碳生产目标，武钢有限依托国家“十三五”重点研发计划，针对性开展铸-轧界面关键技术集成与应用攻关，通过打通工序壁垒、重塑生产模式、升级智能管控，实现生产物质流、能量流、信息流的极致协同，为企业高质量、低碳化、智能化可持续发展筑牢核心技术基石。
二、解决思路与技术方案
针对传统大型板带产线生产高品质钢过程中，铸坯缺陷制约热送、订单碎片化引发排程失衡与库存高企、铸坯转运能量损耗大、工序协同效率不足等痛点，项目以铸轧一体化质量管控、“三流一态”高效协同为先进指导理念，开展了系统性的技术研究工作。
1.构建高品质钢连铸坯铸-轧界面质量保障体系。围绕制约高品质钢热送的核心质量瓶颈，开展高牌号无取向硅钢铸坯展宽模型、倒角坯边直裂抑制和板坯连铸低合金钢裂纹缺陷系统控制技术研究，筑牢铸坯质量基础，保障高品质钢无缺陷稳定热送。
2.研发铸-轧界面层流专线化高效运行模式。针对铸机产能、品种与热轧制度不匹配，小订单催生大量余材，铸坯紊流式倒运效率低，高品质钢热装困难、板坯库存偏高等痛点，开发层流专线化运行模式、高品质钢热送热装成套技术、经济高效库存管控模型等，系统解决铸-轧界面运行效率短板，实现极致热送、全钢种热装目标。
3.开发铸-轧界面板坯能量耗散控制技术。聚焦铸坯输送环节温降过大问题，开展板坯保温热送、热轧辊道高速热装、库区环境温度管控等技术研究，打通铸-轧工序衔接通道，系统性降低板坯热量损耗，形成板坯能量全流程管控技术体系。
4.搭建跨工序动态协同的数字物理融合智能系统。针对人工排程效率低、余材存量大、工序协同不足等问题，开发炼轧一体化精益生产模型、产销研一体化板坯自动充当模型与界面信息智能协同技术，打通物理生产系统与管控系统间的信息链路，搭建起“三流”联动协同的数字物理融合智能系统，实现各工序高效协同、铸-轧界面整体智能化管控。
项目通过系列技术研发、多轮工业试验与长期工业化应用，探索出了一套适用于传统超大型板带产线，兼顾高品质钢稳定生产与铸-轧界面低碳高效运行的全新技术路径。（总体思路见图2）
图2 项目总体思路
三、主要创新性成果
在国家重点研发计划支持下，项目联合钢铁研究总院、上海大学等科研院所与高校，历经8年系统研究，攻克了大型钢铁联合企业铸-轧界面系列关键技术，为行业铸-轧界面高效贯通、智能运行提供标杆示范。主要创新成果如下：
1.创新构建铸-轧界面铸坯及带钢一体化质量保障技术。开发铸坯浇铸展宽预测模型，集成带钢激光在线测宽、结晶器动态调宽技术，实现了硅钢成品宽度精准稳定控制；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%。
2.创新建立铸-轧界面层流专线化高效运行新模式。开发了“四量匹配”和多铸机对接多加热炉、多轧线的铸坯层流输送驱动模型，消除铸坯紊流输送堵点，杜绝无序堆垛、反复倒垛，实现硅钢、汽车板、低合金高强钢专线化稳定高效生产。1200万吨薄板产线覆盖的18大系列500余个牌号高品质钢实现全钢种铸坯热送，热送率近100%。配套开发经济高效库存管控模型，板坯库存周转天数由3天压缩至0.7天，库存量由10万吨以上下降至2.7万吨，产线缓冲活套指数由41.7小时降至16小时。
3.开发了铸-轧界面板坯能量耗散控制成套技术。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“Ⅱ型”全辊道高效直送、热轧板坯库区环境调控等系列技术。1200万吨薄板产线全部500余个牌号高品质钢实现全钢种铸坯高温热装，热装率达88.1%，平均装炉温度656℃，最高装炉温度可达935.1℃。
4.创新性开发跨工序动态协同的数字物理融合系统。打通订单优化与计划排程逻辑链路，搭建“三网”融合数字物理系统，打通生产现场与管理平台的信息通道；开发多目标动态协同炼-轧一体化精益生产模型、异钢种铸坯自动充当模型。实现80万吨/年全钢种铸坯余材自动充当率80.1%，异钢种余材处置由人工操作210分钟缩短至10分钟以内智能化自动处置，大幅提升全流程运行效率与生产稳定性。
图3 硅钢、汽车板和低合金高强钢专线化运行效果
四、应用情况与实施成效
项目牵头编制标准4项（其中国际标准1项、国家标准3项），取得授权发明专利19件，发表学术论文10篇。技术落地近三年累计实现增收节支10.2亿元；同时助力企业节能减排，累计节约标煤97.24万吨，减少CO2排放258.36万吨。项目有力推动了大型钢铁企业高效低碳技术的迭代升级，为国家重大工程、能源资源领域发展提供了技术支撑，助力钢铁行业低碳转型，产生了突出的经济效益、社会效益和生态效益。经中国金属学会组织开展的项目成果评价，项目整体技术达到国际领先水平。
图4 无缺陷化技术推广应用促进高质量发展
项目突破多项制约铸-轧界面高效化的关键瓶颈，带动硅钢、汽车板、微合金化钢等高品质钢无缺陷制造技术进步，为我国钢铁产业高质量发展贡献了重要力量。目前，相关成果已在宝武集团内部同类产线推广落地。项目走出了一条传统超大型板带钢渣产线铸-轧界面绿色低碳升级的自主创新道路，引领着钢铁制造流程铸-轧界面高效化技术发展方向，为国内钢铁企业低碳转型提供了可复制的实践样板，具备显著的示范价值。
信息来源：宝钢股份武汉钢铁有限公司
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