自立自强谱写钢铁工业中试研发技术新篇章——记东北大学2011钢铁共性技术协同创新中心中试研发创新团队

我国钢铁产量占据全球总产量的一半以上,实现高性能、低成本钢铁材料制备,已成为我国钢铁工业可持续发展的必由之路,钢铁产业已经进入到必须自立自强、提高自主创新能力的新阶段。现代轧制工艺与装备技术,是钢铁材料产品生产中的关键共性技术,决定着钢铁产品的材料组织性能、尺寸精度的综合产品质量,在钢铁行业占有举足轻重的地位。

改革开放以来,我国钢铁行业花巨资引进了大量冶金成套生产线和生产设备,钢铁企业在生产装备和常规钢铁产品方面已经实现了现代化,但是,低端的常规产品不仅消耗大量的资源和能源,同时还要承担高昂的设备投资和技术服务成本。缺少中试研发装备,是我国钢铁行业长期存在的关键共性问题。先进的冶金技术、高端产品的生产规程和生产工艺技术是用钱买不来的,必须自立自强、自主创新。

中试是连接实验室科学研究与成果产业化的重要环节。现代轧制过程的特点是大型化、连续化、自动化和信息化的综合体。这些特点对轧制技术、工艺、装备和产品的研发提出了严格的要求。以热连轧生产为例,产线吨,直接在庞大、复杂、高度自动化的钢铁生产线上进行实验研究和产品开发,成本高,风险大,不现实。

由于普遍缺少用于工艺、装备和产品开发的实验研究设备,钢铁企业为了开发新钢种、新工艺,不得不在生产线上开展研究工作,不仅影响生产,而且研发工作效率低、周期长、成本高,很多重要的科研实验无法进行。

为此,人们希望用几十公斤的试样代替几十吨重的实际板坯,将庞大、复杂的生产工艺装备浓缩到系列化的实验设备上,在实验设备严格控制的条件下,模拟实际工业生产过程,获取最接近于工业化的工艺条件、材料变形、组织转变、力学性能之间的影响规律,从而获得可直接转化为生产力的研究成果。

我国中试实验研究装备的建设起步较晚,在上世纪只有少数实验室有一点初级的模拟实验机,多数企业在实验研究设备方面处于空白。研究机构和高校的实验设备则更加落后。特别是在90年代后期,我国钢铁企业进入了迅猛发展期,但如何使我国的钢铁企业长期稳定快速发展等诸多关键和共性技术问题摆在了人们的面前。

1998年,东北大学王国栋教授敏锐地捕捉到制约钢铁工业可持续发展的瓶颈环节。针对钢铁行业长期存在的关键共性问题,以实验室老一辈科学家朱泉教授团队建设的板带三连轧机、白光润教授团队建设的型钢三连轧机、王廷溥教授团队建设的薄带铸轧机和王占学教授团队力主引进的热力模拟实验机等四大实验支柱装备为基础,以现代钢铁生产中试实验装备研发为突破口,自主创新筑建钢铁技术研发创新平台,提升钢铁行业自主创新能力,做出轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(以下简称“RAL实验室”)自己的特色,创出东北大学自己的品牌。

李建平是一名高校教师,更是实验教学科研领域的一员“老兵”。30余年如一日如饥似渴地学习和理论与实践的积累,李老师以扎实的理论基础,勇于探索,大胆学习和实践国内外先进技术,让他掌握了材料加工工程与信息自动化控制多学科交叉的理论与实践工作能力,练就了轧制与控制过程应用技术领域的“高招”和“绝招”。

首钢3340mm中厚板轧机技术改造,是RAL第一次承担中厚板热轧领域的大型科技攻关项目,液压AGC辊缝位置在线检测与控制是产品质量的关键性难题,一直无法解决。李建平凭借丰富的理论和实践经验,大胆采用磁致伸缩和横向偏摆技术,从不同于外国专家的技术路径入手,成功研制出高精度辊缝测量仪,解决了这一困扰钢铁界多年的技术难题,让国内外专家信服地竖起了大拇指。目前,该项技术已经派生出多种型号的高精度测量产品,在钢铁行业得到广泛推广应用。

正是看中了李建平老师所具有的这些创新潜质,实验室不唯资历、不唯学历、实践出真知,把研发中试实验设备这个重要任务交给了李建平。在中试研发技术的王国里,李建平如鱼得水,凭着对科研工作的热爱与执着,与张殿华、王君、花福安、牛文勇、孙涛、杨红、王贵桥、高扬等老师们组成了中试实验装备研发创新团队,与钢铁企业密切合作,深入企业生产现场,了解企业需求,制定科技创新改革方案,面向钢铁生产全流程进行中试实验装备研制进行科技攻关。用十几公斤重的试样代替几十吨重的钢坯,研发出特色化的轧制和热处理中试实验设备来代替庞大的轧制和冷却生产设备,在最接近于生产现场环境的工业化中试实验机上进行实验研究成为中试研发团队的一大技术创新。中试创新团队硬是将这庞大的钢铁生产线浓缩到具有工业服役条件下的实验研究设备上,在RAL实验室建立了国内第一套现代轧制技术、装备和产品研发创新平台。开发出集热轧、温轧、冷轧实验轧机、连续退火热处理实验机等一系列企业研发急需、支撑企业自主创新的中试研发设备,形成了涵盖钢铁生产全过程的现代轧制技术中试研究创新平台。

该平台为解决我国钢铁行业自主研发能力薄弱、研究手段匮乏、实验设备落后等共性问题奠定了坚实的基础。目前,现代轧制技术、装备和产品中试研发技术已经在国内外30多家大型钢铁企业推广应用,中试研发平台应用技术在全国钢铁企业应用占比达到97%,为企业的科技进步插上了腾飞的科技翅膀,成为东北大学科技成果推广应用的重要名片。

中试研发创新平台的建立,为东北大学材料科学与工程学科、冶金工程学科和信息工程学科的教学、科研实践提供了现代化的科学研究实验基地,为本、硕、博学生教学实验和科学研究提供了先进的实验仪器装备和极佳的工作环境。中试研发平台在新一代TMCP控轧控冷技术与装备、喷射轧制技术与装备、温变形轧制技术与装备、无氧化快速热处理技术与装备和AHSS汽车用钢研发、GPa级超高强钢研发、高磁感电工钢热处理制备技术研发等一大批科研成果中,发挥了重要作用。

李建平科研团队在材料成型过程数学、物理模拟与轧制过程研究装备开发及应用领域,取得了多项具有突破性的科研成果。团队研制出具有自主知识产权的组合式多冷却路径控制“高刚度控轧控冷实验机组”,研制成功国内第一台“高精度液压张力四辊可逆温轧—冷轧实验轧机”,研制出国际一流的“带钢、硅钢连续退火实验机”、开发完成先进的“喷射轧制增强金属中试原型机”等一大批中试实验设备,满足了科研单位和企业的急需,几乎垄断了钢铁冶金中试实验设备的国内市场,累计获得研究经费超过10亿元。

天道酬勤。李建平带领他的创新团队经过30多年的科技攻关,取得了丰硕成果:“现代轧制技术、装备和产品研发创新平台技术”获得国家科技进步奖二等奖;“现代轧制过程中试研究创新平台”获得辽宁省科学技术进步奖一等奖;“板带轧制中试研究装备与应用”获得国家冶金行业科学技术奖二等奖。

建设创新型国家的重任在肩,科技创新的道路永无尽头。李建平团队关注从基础研究到技术开发、再到工程应用、最后到行业推广的每一个环节,努力在创新中不断完善,做到最好。

冶金生产过程,具有工艺与装备技术复杂、产线设备大型化的特点,生产过程需要多学科交叉融合的理论与实践支撑。如何开发一种既要具备现有产线设备能力,又要涵盖、模拟和再现现代轧制过程,某些功能和工艺参数范围还要超越现有轧制过程的多环节中试实验。

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