1、省科技进步奖公示内容239-403 项目名称：基于大数据的特殊钢棒材品质一致性工艺技术控制一、提名单位：河北省金属学会二、项目简介：主要技术内容：针对我国钢铁行业高端产品的质量稳定性、均质性差、高端齿轮钢 淬透带宽控制水平难以稳定在4 HRC以内，高端 轴承钢 O含量控制稳定性差，符合率低等难题，通过构建多功能质量大数据平台，建立齿轮钢不同系列产品端淬预测公式，确定并优化轴承钢关键的控制参数及控制范围，建立关键工序SPC统计过程控制系统、 齿轮钢 端淬预控现场操作指导模型，制定钢关键控制点智能统筹操作规范，取得如下创新成果：1、构建了独具特色的多功能质量大数据平台。1）创新地应用互联网+、数字
2、化技术和数据源共享、异构机制实现了从原材料检验到客户使用的全流程的实时数据库、电子表格记录等不同类型数据资源的整合、共享、贯通；2）开发了满足技术管理人员个性化需求的数据查询系统，可实现各工序各参数任意组合查询。3）建立了涵盖质量记录、统计分析、因果分析的多功能报表体系。探寻出一条在基础自动化较低水平上实现工业大数据集成和应用途径。2、研发了高端齿轮钢窄淬透带控制技术。1）通过数据试验分析确定使用硬度分布函数作为末端淬透性公式预测基础，通过回归分析进行修正形成不同系列齿轮钢端淬预测公式，相对于传统的非线性和SAE J406方法具有更好的适应性和更高的准确性。2）依据预测公式在生产岗位建立端淬预
3、控模型，从传统的对每个成分目标值的控制方法转变为以端淬目标值为依据对各个成分进行综合控制的方法指导生产操作，达到了高端齿轮钢末端淬透性带宽4HRC的目标。3、研发了高端轴承钢氧含量稳态控制技术。1）以批量数据处理为基础，研究确定了高端轴承钢氧含量控制的关键参数及最优控制范围。2）自主开发建立了转炉一次倒炉终点模型、精炼模型、VD温度控制模型等控制模型对现场实时指导智能统筹。实现了高端轴承钢氧含量的精准控制及稳态控制，高端轴承钢中O控制范围达到0.0004%O0.0006%。4、开发了“一种钢包底吹氮增氮的方法”。通过对钢包底吹氮过程中氩气和氮气混合气体中氮分压的控制，可精确实现对含氮钢种进行增
4、氮，节约高成本氮化合金的使用，避免了分段底吹氮气增氮控制精度偏低的弊端，具有低成本、高命中率、操作简单的特点。经济技术指标：1、高端齿轮钢末端淬透性带宽从6-7HRC达到4HRC的水平。2、高端轴承钢中O 从平均0.0007%、分布区间0.0004%-0.0008%达到平均0.00055%、分布区间0.0004%-0.0006%。推广应用及效益情况：2015-2017年，三年 实现销售高端齿轮钢、轴承钢64.295万吨，吨钢平均增加毛利近200元，累 计创造效益1.27亿元。齿轮钢成功应用于宝马奔驰、丰田汽车、德国大众、比利时 邦奇、 陕西法士特、双 环齿轮等高端用户。高端轴承钢批量地向世界著
5、名的SKF公司、铁姆肯公司、 NSK公司等轴承公司供货，出口创汇1.6亿美元。共获得发明专利3项，软件著作权2项。三、主要完成单位及推广贡献：主要完成单位：石家庄钢铁有限责任公司。推广贡献：研究成果为自动化控制水平低的生产线实现产品均质化控制、生产高端 齿轮钢、轴承钢提供了技术支撑，对类似生产线的转型升级，提高产品附加值具有引领和示范作用。四、推广应用及经济社会效益情况主要经济效益：2015年大数据系统试运行后，齿轮钢端淬范围缩窄，质量稳定性提高，2015年生产高端齿轮钢3.5万吨，吨钢平均毛利416元/吨，因大数据系统的应用提高了高端齿轮钢的产品质量水平，试运行期间高端齿轮钢产品按吨钢毛利比
6、质量提升前平均多100元/吨计算，共创效益350万元。2015 年全年共生产高端轴承钢13.345万吨，因大数据系统的试运行，提高了高端轴承钢的氧含量控制水平，全年在成本不增加的情况下，使得平均毛利提高50元/吨，创效益667万元。2015 年合计创效1017万元。同理，测算了 2016年和2017年的创效分别为4450万元和7240万元，共计1.27亿元。其他经济效益：1）工艺技术人员可以便捷获取所需要的各种数据节约了大量的数据收集时间，系统自动生产的电子质量记录、统计分析报表、因果分析报表的共享减少大量的统计及重复统计工作，按从事相关工作的技术人员200人、人均减少1小时/天工作量 计算，
7、年节约人力成本：200人*40元/小时*245天/年=196万元。 2）如果与 专业软件公司合作开发质量大数据平台，技术开发费在200万元以上，由于本项目采用自主研发，所以节约了该项开支。社会效益：当前钢铁业大数据亟待开发，而业内普遍存在数据不集成不智能、模型少、指导应 用差等，河 钢石钢基于自身特点，探寻出在基础自动化较低水平上实现工业大数据集成和应用途径。通过大数据的开发应用总结出实现系统高效实用的三个二八定律：1）软件开发人员占工作量20%，工 艺人员占工作量80%，实现友好实用；2）将80%系统资源配置给20%的重点工 艺参数，抓关键控制点；3）投入20%研发可发挥数据80%功能，变统
8、计为智能。对制造业开展信息化工作提供了实用性思路。五、代表性论文专著目录1.河钢石钢智能制造的思考，中国冶金2.质量大数据技术在河钢石钢的应用与探索，河北冶金3.大数据在炼铁生产中的应用与愿景，河北冶金六、主要知识产权证明目录1.发明，一种棒材弯曲度测量仪，ZL201510177276.12.发明，一种便携式棒材弯曲度激光测量仪，ZL201510177207.03.发明，一种钢包底吹氮增氮的方法，ZL201510526783.14.软件著作权，河钢石钢质量大数据平台软件，2018SR1141815.软件著作权，河钢石钢质量管理系统，2018SR124888七、主要完成人情况1. 迟桂友，正高工
9、，河钢集团有限公司。本 项目的总决策人，提出了本项目的研究方法，后进行项目组织并协调项目实施，在研究期间对产生的各类阶段性结果进行了验证，并指导项目的优化，对项目进行了整体评价。2.黄永建，正高工，石家庄钢铁有限责任公司。本项目总负责人，提出了本项目的总体构建思路，在大数据系统的构建、高端轴承钢、高端齿轮钢质量改善为本项目贡献了指导性的意见，并形成了良好效果，与张海宁、牛海宾、张麟等人合作设计开发了“河钢石钢质量大数据平台” 、“河钢石钢质量管理系统”并注册了 软件著作权。3、张海宁，正高工，石家庄 钢铁有限责任公司。本项目的技术负责人，具体设计了大数据系统，将大数据系统应用于现场生产，实现依
10、靠大数据系统提高高端产品质量的目标，组织、协调了大数据项目在河钢石钢现场实施，参与了效果验证、项目优化及整体评价等工作，与黄永建、牛海宾、张麟合作设计开发了“河 钢石钢质量大数据平台” 、“河钢石钢质量管理系统”并注册了软件著作权，完成了“河钢石钢智能制造的思考” 的论文，发表在“中国冶金”杂志，已 见刊。4、阎岩，高级工程师，石家庄钢铁有限责任公司。 负责本项目在炼钢、轧钢、客户信息等方向的数据验证以及大数据系统与现场工艺匹配的工作，根据现场需求、工艺水平要求向大数据系统提出技术需求，完善大数据系统。5、牛海宾，工程师，石家庄钢铁有限责任公司。本项目大数据系统开发的主要工作编程人员，在黄永建
11、、张海宁的指导和参与下，进行了“ 河钢石钢质量大数据平台”、 “河钢石钢质量管理系统”两个软件的程序编写工作，并注册了软件著作权。进一步完成了“质量大数据技术在河钢石钢的应用与探索”、“ 大数据在炼铁生产中的应用与愿景”等两篇论文，投稿于“ 河北冶金”杂志，已见刊。6、张麟，工程师，石家庄钢铁有限责任公司。本项目大数据系统开发的主要工作编程人员，负责程序整体架构设计，系统开发，在黄永建、张海宁的指导和参与下，进行了“河钢石钢质量大数据平台” 、“河钢石钢质量管理系统”两个 软件的程序 编写工作，并注册了软件著作权。7、胡云生，工程师，石家庄钢铁有限责任公司。 负责炼钢数据验证以及大数据系统与现
12、场工艺匹配的工作，根据炼钢厂现场需求、工艺水平要求向大数据系统提出技术需求，完善大数据系统。在研发过程中，为防止部分用户在使用过程中发生混晶，高端齿轮钢采用增氮技术在钢中形成氮化铝控制晶粒度，保证端淬值的稳定性，利用大数据系统进行探索应用，发明了“一种钢 包底吹氮增氮的方法（ ZL201510526783.1）”专利技术，通过对钢包底吹氮过程中氩气和氮气混合气体中氮分压的控制，实现了对含氮钢种进行增氮，节约高成本氮化合金的使用，避免了分段底吹氮气增氮控制精度偏低的弊端；既能避免高成本氮化合金的加入，又能保证很高的氮质量分数命中率；具有低成本、高命中率、操作简单的特点。8、王绍丹，工程师，石家庄
13、钢铁有限责任公司。 负责轧钢数据验证以及大数据系统与现场工艺匹配的工作，根据轧钢厂现场需求、工艺水平要求向大数据系统提出技术需求，完善大数据系统。在应用大数据系统过程中，针对钢材弯曲度测量难度大、不准等问题，开发了“ 一种棒材弯曲度测量仪”和“一种便携式棒材弯曲度激光 测量仪”，获得了国家发明专利，专利号分别为ZL201510177276.1和ZL201510177207.0，实现了钢材弯曲度的准确测量。9、张岩，本项目在炼钢方面的数据验证以及大数据系统与现场工艺匹配的工作，提出端淬优化计算方法，根据现场需求、工艺水平要求向大数据系统提出技术需求，完善大数据系统。10、任亚东， 负责本项目中的
14、客户信息融入大数据系统工作，并对客户数据进行验证，依据客户需求、质量要求等方面完善大数据系统，并在现场应用。八、完成人合作关系说明及完成人合作关系情况汇总表2015年由石家庄钢铁有限责任公司为研究单位，以迟桂友为团队带头人，黄永建、张海宁、阎岩、牛海宾、张麟、胡云生、王绍丹、张岩、任亚东为核心研究人员，组成了“基于大数据的特殊 钢棒材品质一致性工艺技术控制”项目的研究 团队 ，2015年底项目完成。完成人 迟桂友、黄永建、张海宁、阎岩、牛海宾、张 麟、胡云生、王 绍丹、 张岩、任亚东分别是河钢集团有限公司、石家庄钢铁有限责任公司的员工，以上人员组成的“ 基于大数据的特殊钢棒材品质一致性工艺技术
15、控制” 项目的研究团队各成员已经长期合作。迟桂友是本项目的总决策人，提出了本项目的研究方法，后进行项目组织并协调项目实施，在研究期间对产生的各类阶段性结果进行了验证，并指导项目的优化，对项目进行了整体评价。黄永建为本项目总负责人，提出了本项目的总体构建思路，在大数据系统的构建、高端轴承钢、高端齿轮钢质量改善为本项目贡献了指导性的意见，并形成了良好效果，与张海宁、牛海 宾 、张麟等人合作设计开发了“河钢石钢质量大数据平台”、“河钢石钢质量管理系统”并注册了软件著作权。张海宁是本项目的技术负责人，具体设计了大数据系统，将大数据系统应用于现场生产，实现依靠大数据系统提高高端产品质量的目标，组织、协调
16、了大数据项目在河钢石钢现场实施，参与了效果验证、项目优化及整体评价等工作，与黄永建、牛海宾、 张麟合作设计开发了“ 河钢石钢质量大数据平台”、 “河钢石钢质量管理系统” 并注册了软件著作权，完成了“ 河钢石钢智能制造的思考”的论文，发表在“中国冶金”杂志，已见刊。牛海宾、张麟是本项目大数据系统开发的主要工作编程人员，在黄永建、张海宁的指导和参与下，进行了“河钢石钢质量大数据平台” 、“河钢石钢质量管理系统”两个 软件的程序 编写工作，并注册了软件著作权。牛海 宾进一步完成了“质量大数据技术在河钢石钢的应用与探索” 、“大数据在炼铁生产中的应用与愿景”等两篇 论文，投稿于“河北冶金”杂志，已见刊
17、。阎岩、胡云生、张岩、王绍丹、任亚东分别负责本项目在炼钢、轧钢、客户信息等方向的数据验证以及大数据系统与现场工艺匹配的工作，根据现场需求、工艺水平要求向大数据系统提出技术需求，完善大数据系统。其中胡云生在项目研究过程中为防止部分用户在使用过程中发生混晶，高端齿轮钢采用增氮技术在钢中形成氮化铝控制晶粒度，保证端淬值的稳定性，利用大数据系统进行探索应用，发明了“一种钢包底吹氮增氮的方法（ZL201510526783.1）”专 利技术，通过对钢包底吹氮过程中氩气和氮气混合气体中氮分压的控制，实现了对含氮钢种进行增氮，节约高成本氮化合金的使用，避免了分段底吹氮气增氮控制精度偏低的弊端；既能避免高成本氮
18、化合金的加入，又能保证很高的氮质量分数命中率；具有低成本、高命中率、操作简单的特点。王绍丹在应用大数据系统过程中，针对钢材弯曲度测量难度大、不准等问题，开 发了“一种棒材弯曲度测 量仪”和“一种便携式棒材弯曲度激光测量仪”，均获得了国家发明专利，专利号分别为ZL201510177276.1和ZL201510177207.0，实现了钢材弯曲度的准确测量。完成人合作关系情况汇总表序号 合作方式 合作者 合作时间 合作成果 证明材料 备注1 共同立项，鉴 定 迟桂友 2014年11月-至今完成“基于大数据的特殊钢棒材品质一致性工艺技术控制”的研发，并实现产品质量提升及提高经济效益、社会效益，项目通过
19、验收和鉴定，成果水平鉴定为国际先进项目鉴定证书2 共同立项，鉴 定 黄永建 2014年11月-至今完成“基于大数据的特殊钢棒材品质一致性工艺技术控制”的研发，并实现产品质量提升及提高经济效益、社会效益，项目通过验收和鉴定，成果水平鉴定为国际先进。软件著作权“河钢石钢质量大数据平台”、“河钢石钢质 量管理系统”项目鉴定证书、软件著作权登记证书3 共同立项，鉴 定 张海宁 2014年11月-至今完成“基于大数据的特殊钢棒材品质一致性工艺技术控制”的研发，并实现产品质量提升及提高经济效益、社会效益，项目通过验收和鉴定，成果水平鉴定为国际先进。软件著作权“河钢石项目鉴定证书、软件著作权登记证书钢质量大
20、数据平台”、“河钢石钢质 量管理系统”4 共同立项，鉴 定 阎岩 2014年11月-至今完成“基于大数据的特殊钢棒材品质一致性工艺技术控制”的研发，并实现产品质量提升及提高经济效益、社会效益，项目通过验收和鉴定，成果水平鉴定为国际先进。项目鉴定证书5 共同立项，鉴 定 牛海宾 2014年11月-至今完成“基于大数据的特殊钢棒材品质一致性工艺技术控制”的研发，并实现产品质量提升及提高经济效益、社会效益，项目通过验收和鉴定，成果水平鉴定为国际先进。软件著作权“河钢石钢质量大数据平台”、“河钢石钢质 量管理系统”项目鉴定证书、软件著作权登记证书6 共同立项，鉴 定 张麟 2014年11月-至今完成“基于大数据的特殊钢棒材品质一致性工艺技术控制”的研发，并实现产品质量提升及提高经济效益、社会效益，项目通过验收和鉴定，成果水平鉴定为国际先进。软件著作权“河钢石钢质量大数据平台”、“河钢石钢质 量管理系统”项目鉴定证书、软件著作权登记证书7 共同立项，鉴 定 胡云生 2014年11 完成“基于大数据的特殊钢棒材品质一项目鉴定证书
