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东大要闻
把论文发表在钢铁生产线上——记东北大学RAL国家重点实验室
作者:王钰慧 编辑:王钰慧 来源:东北大学 更新日期:2017-04-17 浏览次数:次 字体:


RAL国家重点实验室研发团队在实验室里攻克技术难题


    热轧板带钢新一代控轧控冷技术,是绿色钢铁制造的代表性工艺,这项节能减排的工艺正出自东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室。依托这套领跑世界的工艺,东北大学自主研制出系列首台套热轧钢材先进快速冷却装备与控制系统,这套装备已成为我国热轧钢材生产线主力机型,覆盖了鞍钢、首钢等50%以上大型钢企,实现了高品质节约型热轧钢材4000万吨/年的生产规模,所研发的产品在西气东输、海洋平台、跨海大桥、第三代核电站、大型水面舰艇等国家战略性工程中广泛应用,为我国钢材由“中低端”向“中高端”升级换代作出了巨大贡献。

    中国是世界钢铁生产大国,但是大而不强,尤其是近年来,在国家大力推进供给侧结构性改革、钢铁行业化解过剩产能的新形势下,在圆珠笔“圆珠”生产之问广泛见诸媒体的追问下,钢铁大国向钢铁强国转变的出路究竟在哪里?

    东北大学,以知行合一的精神底色,秉承钢铁绿色制造、制造绿色的信念,把论文发表在热气蒸腾的钢铁生产线上,把成果转化在机器轰鸣的车间厂房里,用先进的钢铁工艺和产品强健“大国筋骨”,给出了“黑色”冶金“绿色”逆袭的东大智慧和东大方案。


瞄准国家战略需求 :

做全球绿色钢铁工艺的“领跑者”


    2016年10月25日,由东北大学牵头承担、东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任王昭东教授担任项目负责人的国家“十三五”重点研发计划“高强度、大规格、易焊接”海洋工程用钢及应用项目正式启动。项目的实施,将实现我国高端海洋平台用钢品种自给能力达70%以上,最大寿命提升50%以上,为我国“海洋强国”战略提供有力的物质基础保障。

    “海洋工程用钢铁材料是拓展海洋空间、提升海洋国防实力的物质前提。我国海洋平台用厚钢板的焊接效率及耐蚀性能较差,海工钢关键部位的特殊品种如高级别特厚钢板、大壁厚无缝钢管等仍需进口,制约了我国大型海工装备的整体设计和建造水平,因此这个项目的启动恰逢其时,将极大破解我国海洋工程用钢的瓶颈。”中国工程院院士干勇对这个项目的前景充满信心。

    国家战略急需的重大项目,是东北大学为国担当、造福社会的舞台,更是学校与企业协同创新的着力点。

    海洋用钢项目,聚集了包括中科院金属所、河钢集团等我国海洋用钢领域最强大的研发力量。目前,特厚板高强均匀淬火、一体化组织性能调控等一批关键共性技术开发工作有序推进,高强韧特厚钢板、大线能量焊接厚钢板、大壁厚无缝管、高级别锚链钢等系列关键海洋工程用钢原型产品开发如火如荼,300mm大断面辊式淬火装备、特厚钢板即时冷装备等在今年年底即将投入工业化应用。

    “科学研究既要追求知识和真理,也要服务于经济社会发展和广大人民群众。广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。”习近平总书记2016年在全国科技工作者大会上的讲话,让一直以来注重服务国民经济主战场、以产学研为鲜明特色的东北大学倍感振奋、信心坚定。

    “我们要发挥工科的传统优势,以工业报国的情怀对接国家战略需求,找准创新点,加快成果转化,为社会作出实实在在的贡献。”东北大学党委书记熊晓梅说。

    信息学科和冶金学科是东北大学的两块金字招牌,两个学科的交叉让东北大学在推进中国钢铁行业绿色、智能发展方面大显身手。我国钢铁生产流程长,产品种类多,物流呈复杂网状结构,难以采用已有调度技术,导致了物耗能耗较高的问题。针对钢铁生产物流调度这一国际公认的难题,东北大学唐立新教授带领着课题组,在国际上首次从钢铁典型生产工序中提炼出具有普适性的关键生产与物流调度理论,从调度理论、优化方法、关键技术和工程应用四个视角进行了20余年系统深入的自主研发和技术创新,研制出一系列最优化及智能优化方法和系统,能够在短时间内求出问题的最优解或高精度近似解。

    “钢铁生产与物流调度关键技术及应用”这一项目,在2016年度国家科技奖励大会上,一举获得国家技术发明二等奖,并以显著的经济和社会效益彰显着信息化带动工业化的巨大力量。这套技术与系统,解决了在现有设备基础上通过精细化调度降低物耗、能耗的难题,形成了处于国际领先水平的、具有自主知识产权的核心技术体系,已在宝钢等多家大型钢铁企业的热轧、冷轧等不同类型的生产与物流产线成功应用并稳定运行,让中国在钢铁生产的智能化物流调度方面再一次领跑全球。

    “通过设备升级和新技术开发,使中国钢铁生产的质量和效益加速提升,实现绿色、智能制造,从跟跑到并行,直至领跑世界绿色钢铁工艺,东北大学责无旁贷。”中国工程院院士、东北大学王国栋教授壮志满怀。


东北大学科研人员在南京钢厂把脉技术难题


“靶向式”攻关:

做企业寒冬中逆势发力的“发动机”


    去年7月,由河钢集团和东北大学联合共建、国内首家校企合作实体化运作的钢铁技术研发平台—河钢东大产业技术研究院正式成立。研究院充分发挥河钢的产业资本优势和东大的技术资源优势,共同打造产学研用高效融合的全球钢铁技术研发平台,加快推进钢铁产业升级。

    研究院成立后,东北大学100余名教师分别深入河钢邯钢、河钢承钢、河钢唐钢、河钢舞钢等公司开展技术交流,对河钢集团相关企业进行“起底式”诊断,“靶向式”攻关,就相关合作项目进行了全方位的深入对接,一期34个项目已全面启动。

    “河钢东大产业技术研究院这一研发平台,必将为河钢转型升级、成为世界级企业提供强大的技术支撑,必将真正聚集科技、资本和市场中最活跃的要素,担当起引领和促进国家与行业技术创新的使命。”河钢集团董事长、党委书记于勇表示,研究院是企业全球技术研发平台的重要组成部分,对河钢未来的发展至关重要。

    正如研究院院长王国栋教授所说,创新性的课题是在国民经济主战场的实践中产生的,由问题转化而来的,这些问题应来源于企业的需要,机器365天运转的企业,正是科技创新的源泉,也是应用型科研的用武之地。

    接地气所以有底气。东北大学在对企业“靶向式”科研攻关方面落子频频,努力做钢铁企业寒冬中逆势发力的发动机,让企业在困境中看到崛起的希望。

    东北大学易红亮教授与本钢集团合作成功开发了1500MPa超高强钢。以该钢种试制的零部件,填补了本钢集团此类汽车板产品的空白,使本钢成为国内极少数能够生产该级别、也是国内最高级别汽车超高强钢的厂家。

    “用强度1500MPa钢可减薄厚度约30%,白车身可减重30%,整车减重约10%。通过减重能够为每台汽车平均节约万元以上油费,提升10%的动力性能,经济和社会效益客观。”据易红亮介绍,目前,他又带领着团队,与本钢合作,致力于将超高强钢强度指标提高到行业前沿技术水平的1800MPa,以进一步减薄零件厚度,朝着节能、环保和安全的更高目标迈进。

    南京钢厂,计划国际招标引进一台全球最先进的5米中厚板轧机,这是国家支持大型企业转型升级的重大项目。在轧机轧后冷却系统的招标中,东北大学同西门子—奥钢联、西马克等国际顶尖公司同台PK,最终凭借超强的实力秒杀对手,一举中标,这一项目大大推动了南钢的绿色转型。

    在南钢5000毫米宽厚板生产线,有一个场景特别引人注目:印刻着RAL NEU(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室)标识的超快冷装置林立在生产车间。这样的景象,也同样出现在唐钢、承钢、鞍钢、台湾中钢等企业的产线中,东北大学用过硬的创新技术把自己的“LOGO”镌刻在一个个生产车间,用数字化、自动化的工艺助推钢铁业摘掉“傻大黑粗”的帽子。


      东北大学RAL团队为鞍钢改造的三代核电用钢生产线


搭建开放式协同创新平台:

做创新链与产业链无缝衔接的“黏合剂”


    “较低的协同创新层次,既是大学科技成果转化的障碍,又是企业提升自主创新能力的桎梏。要将这种大学与企业之间的知识势差所提出的挑战转变为机遇,就必须通过搭建开放式的协同创新平台,激励企业充分利用大学的科技人才红利,共同开发关键共性技术,让创新链和产业链真正做到零距离。”谈到由东北大学牵头的钢铁共性技术协同创新中心,校长赵继颇具战略思维。

    钢铁工业生产工艺复杂,核心技术自主研发风险高、投入大;高校科研独立分散、“单打独斗”;企业在共性技术上投入不足……在钢铁行业绿色化转型的新形势下,急需突破高校内部以及与外部的体制机制壁垒,汇聚行业各类创新要素,以实现创新驱动发展,也是国家实施“2011计划”的初衷。

    2014年,由东北大学、北京科技大学、中国钢研集团、中科院金属所等单位和宝钢、鞍钢、武钢、首钢等冶金院所和大型钢铁企业共同组建的钢铁共性技术协同创新中心通过了教育部、财政部的认定。中心以“绿色制造、制造绿色”为钢铁行业绿色化转型的发展战略,不断研发先进技术装备,优化生产工艺流程,降低能源资源消耗,保护生态环境,实现绿色制造;优化、调整产品结构,提高产品性能,开发高端钢材,支撑国民经济和战略新兴产业的绿色化、可持续发展。

    经过两年多的培育,中心汇聚了钢铁冶金与钢铁材料方面国内90%以上的重点学科,聚集了钢铁行业相关的80%以上的国家级科研基地,汇聚了70%以上的钢铁行业高水平科研队伍。目前,已形成500人的研发团队;钢包底喷粉、高品质连铸、热轧组织性能控制、短流程等8项工艺和装备技术取得重大突破;海洋平台、舰船用钢,汽车轻量化、高铁轮对用钢、第三代核电主设备用钢等10余种国家重大工程急需材料达到国际先进水平。

    创新平台的搭建,促成了创新成果的涌流:

    钢材生产中的高能耗、高碳排放问题,一直被认为是河北省这个钢铁生产大省空气污染的重要原因,因此河北省钢铁生产急需实现绿色化、低碳化、减量化。2016年7月,东北大学与河北敬业集团在薄带铸轧产线建设方面开展全方位合作,为敬业集团提供自主研发的关键技术,助推该企业生产高性能钢材。

    这项国际领先的绿色钢铁连铸技术,具有投资成本低、改造费用少、产品周期短等一系列突出的优点,特别适于生产批量不大、常规流程生产不好或者生产不了的钢铁和有色金属合金产品,顺应了国家节能减排的战略,更为这家企业的绿色发展注入活力。

    由于核能的特殊性,核电用钢的安全性和可靠性至关重要,以其各项质量、技术指标要求苛刻而著称。依托协同创新中心的科研力量,东北大学与鞍钢股份有限公司合作研发的高强度薄钢板热处理线改造项目,批量生产出系列S32101型核电站用超宽幅双相不锈钢,实现了中国三代核电关键设备用钢国产化的重大突破。

    2016年12月,由鞍钢股份中厚板厂生产的核电用双相不锈钢板S32101首次闯进核电市场—成功中标海阳4号和陆丰2号核电项目。即将供货的双相不锈钢板最大宽度为3.2米,打破了3.1米宽的国内极限,填补国内空白,极大地提高了鞍钢产品的核心竞争力。

    两年多的实践表明,只有坚持协同创新,产学研用结合,才能引领中国钢铁行业走出产品严重同质化、企业间恶性竞争的困境,减掉虚胖的赘肉,实现钢铁业的精彩蝶变。

    近五年来,东北大学累计为钢铁企业创造利润500亿元,综合减少我国钢铁行业CO2 总排放量的7%。“发挥自身在冶金学科方面的独特优势,解决行业重大需求,为国家分忧解难,这是东北大学义不容辞的责任。”东北大学校长赵继说。


RAL团队研发的新一代TMCP技术在中厚板生产中的应用




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