【获奖成果】宽带钢热连轧智能化过程控制关键技术及应用

习近平总书记多次强调，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。热轧宽带钢广泛应用于能源、交通、家电、军工等领域，是非常重要的工业基础原材料；其生产技术密集度高，难度大，可以代表一个国家钢铁工业的先进水平。目前，我国已建成投产超过120条宽带钢热连轧产线，助推钢铁工业实现了由小到大到强的跨越式发展。然而，早期建设产线时，其过程控制技术多从国外引进，不仅价格昂贵，而且其核心模型与控制软件被封装为“黑匣子”，不对外开放，长期限制了我国对宽带钢热连轧核心技术的掌握和创新发展，严重影响了国内产业链的安全性和钢铁工业的整体竞争力。

为了打破国外公司在宽带钢热连轧领域的长期垄断，增强自主可控能力和创新发展能力，北京科技大学高效轧制与智能制造国家工程研究中心何安瑞教授团队，针对热轧宽带钢产品高端化、生产过程智能化和绿色化的重大需求，经过十多年的刻苦持续攻关和协同创新，成功实现了宽带钢热连轧智能化过程控制关键技术的自主研发和水平超越。成果获得冶金科学技术奖一等奖，高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）科学技术进步二等奖。

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勇于担当，迎难而上  成就“中国大脑”

由于关键核心技术受制于人，与钢铁强国相比，我国建设的宽带钢热连轧产线面临产品质量稳定性及一致性差、品种规格同质化严重、定制化生产能力差、能耗及成本高等问题。这些难点、痛点长期困扰着国内众多宽带钢热连轧产线。

针对这些共性需求以及面向未来的高精度、高品质、高效率和柔性化生产的智能化发展方向，何安瑞教授团队着眼于宽带钢热连轧全流程，十年如一日，攻坚克难，通过基础研究、核心模型及技术开发、智能化集成应用、行业推广全链条创新，突破加热炉过程控制智能模型、轧制过程控制高精度模型、板形综合控制技术、过程控制技术集成与应用等系列关键技术，为我国热连轧产线装上强劲的“中国大脑”，大幅度提升了产线过程控制的智能化水平，产品质量、能耗、自由规程轧制及极限规格品种的生产能力等指标优于同期采用国外技术的同类产线，实现了我国宽带热连轧过程控制关键核心技术从无到有再到赶超的跨越。

图1 总体研究方案

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矢志科研，日积月累  突破核心技术

原料板坯在常温下难以进行轧制，需要通过加热提高其金属流动性，因此第一道加热工序至关重要。然而，加热炉内的高温环境以及动态加热过程的复杂性，使得这道工序成为了黑箱。为了解决这一问题，团队思考如何让加热炉模拟人的学习思考过程，学会对自身、外界变化的动态感知，进而主动思考做出预干预动作，开发了基于工况动态感知的加热炉过程控制智能成套模型，实现了加热质量、能耗等指标的整体优化，大幅提升了板坯温度的同板差、同炉坯间差、交叉坯间差命中率，自动烧钢率由0%提高到90%以上，能耗下降5%以上。

图2 基于工况动态感知的加热炉过程

控制智能模型

带钢热连轧最核心的模型在轧机段，主要包括高精度轧制过程控制模型和板形控制模型。团队通过建立兼顾双相区轧制的统一变形抗力模型、多种自学习策略优化模型、组织性能在线预报及控制模型等核心模型，实现异钢种交叉、品规快速过渡等复杂工艺工况条件下的高精度轧制，产品厚度、FDT、CT等指标的命中率超过了同期外方技术的水平，部分产品更是实现了“免取样”，降低了生产成本。

在板形控制技术方面，团队创造性地开发了兼顾全幅宽和多目标的板形综合控制技术，研发了多尺度辊系-轧件一体化耦合变形板形模型、变凸度支持辊和工作辊辊形技术、上下游多机架协同的辊形配置技术，提高了机组全幅宽、多目标兼顾的板形控制能力和轧制稳定性，满足了自由规程轧制条件下板形高精度控制要求，稳定生产高强薄规格板带的能力由2.0mm扩展至1.2mm，轧辊换辊周期延长30%以上。

图3 兼顾全幅宽和多目标的板形综合控制技术

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高瞻远瞩，敢为人先  引领智能制造

在智能化过程控制技术集成及应用方面，何安瑞教授团队针对宽带钢热连轧连续、高效的生产特点及日益增长的高可靠、易扩展、免维护与智能化需求，研发并集成了基于新一代中间件的过程控制应用软件、系统状态监控与容错控制、基于大数据的产品工艺质量在线判定与协同控制、基于数据网关的新老系统并行调试等技术。集成后的技术在常规热连轧、薄板坯连铸连轧、炉卷轧机等不同的宽带钢生产流程得到应用和推广，并在多条产线成功替代国外技术。同时，率先实现了“零停机”完成热连轧机组的在线“换芯”，大幅度降低了企业的实施风险和成本。

团队研究成果在马钢、涟钢、酒钢、沙钢、包钢等国内骨干企业的近50条热连轧产线得到应用，包括国际上最宽的2680mm热轧不锈钢产线，国内产线覆盖率达37.5%，综合技术指标优于同期采用国外技术的同类产线，为企业创造了巨大的经济效益，相关技术也输出到韩国、印尼等国家，标志着我国具备了自主完成宽带钢热连轧过程控制成套关键技术研发的能力，打破了国外公司在此领域的长期垄断，提高了我国钢铁产业链的安全。

世上无难事，只要肯登攀。从被动引进到自主研发，一项项核心技术的突破与革新，一次次技术指标的刷新与领跑，项目团队坚信“路漫漫行则有道”，用实际行动践行北科人的使命与担当。他们守护了祖国钢铁行业与制造业的安全发展，展现了中国钢铁人的自立、自信与自强，向世界展示了中国智造的力量。

来源: 科转院

转自：“北科科研”微信公众号

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