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王国栋院士把脉钢铁科技创新:创新 赢取竞争先机
2016-06-20 14:11:17来源:冶金网
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“就如习近平总书记强调的‘敢为天下先’、‘独创独有’,更加重视原创正是我国钢铁行业必须而且马上要做的事情。”日前,中国工程院院士、东北大学教授、博士生导师王国栋就未来冶金行业科技创新问题接受《中国冶金报》记者专访时说。

目前的成就主要源于创新

1982年,邓小平视察宝钢时,题写了“掌握新技术,要善于学习,更要善于创新”的寄语。王国栋认为,这个题词对整个中国钢铁业具有极其重大的战略指导意义。中国钢铁行业现在取得的成绩,根本原因之一正是创新,包括集成创新、引进消化吸收再创新和原始创新。

“创新是从提出问题开始的,经过研发,发现新规律,提出新的工艺技术,再经过工程实施,最后实现产业化,并转变为生产力,为企业创造效益。这样一个完整的过程,才是真正的创新。”王国栋表示。

首先,王国栋认为,前一阶段,中国钢铁工业有很大发展,在品种、质量、成本控制、节能环保等方面都有很大进步。

“十二五”期间,中国钢铁工业在科技进步上的成就是举世瞩目的。在品种上,绝大多数的产品已经实现国产化,极个别品种不是不能生产,不是技术力量达不到,而是没有商业上的价值或者战略上的价值;在数量上,已经满足国民经济发展的绝大部分需要,并且在国际市场上也具有强大的竞争力。在装备技术及设计建设上,千万吨级以上的先进钢铁基地,中国已经能够实现完全自主设计、制造、建设、集成等,这种能力在世界上也是首屈一指的。

现已年过古稀的王国栋,数十年如一日地以钢铁般的意志“鏖战”在钢铁绿色轧制技术的第一线,在轧制关键共性技术、钢材组织和性能调控、短流程生产技术、轧制过程控制和自动化方面取得了一个个有重大意义的创新成果。

1998年,国家“973计划”项目———“新一代钢铁材料重大基础研究”立项,其中,“铁素体—珠光体钢实现晶粒细化的基础研究”课题落在东北大学王国栋教授科研团队的肩上。

与日本等国追求的晶粒极度细化不同,王国栋创新性地提出“晶粒适度细化和复合强化”的思路。思路一变天地阔,经过近一年的实验室研究,王国栋与他的科研团队刻苦攻关,破解了提高材料抗拉强度、降低屈强比和在现有轧机上生产超级钢两个难题,采用传统控轧控冷技术,研发出新一代钢铁材料原型钢———超级钢。

随后,他们与宝钢集团合作,在2050热连轧机生产线上实现了超级钢热轧带钢的工业试制和生产。

在与一汽集团公司合作的过程中,应用超级钢制作的汽车底盘承重梁等部件不仅各项指标全部满足要求,而且每吨钢可以降低成本200元至300元。

这一课题连创国际竞争的4个第一:第一次在实验室条件下得到了原型钢样品;第一次得到钢铁工业生产的工艺窗口;第一次在工业生产条件下轧制出超级钢;第一次将超级钢应用于汽车制造。这一研究成果被应用于宝钢、鞍钢、本钢等企业,已批量工业生产超级钢数百万吨,产生了巨大的经济效益和社会效益。

在完成国家重大基础研究项目、开发出超级钢以后的10年间,王国栋和他的团队继续瞄准钢铁行业绿色化、减量化的大方向,聚焦新一代轧制控制冷却技术这一热轧钢材最重要的关键共性技术,最大限度地挖掘钢铁材料的潜力,减少生产过程中的消耗和排放。他们针对钢板、钢管、型钢、棒材和线材等不同的钢材门类,开发出可以极均匀实现钢材极限冷速的不同类型超快速冷却系统。开发的先进自动控制系统可以与轧制线其他部分的控制系统无缝连接,根据不同钢材的冷却要求,准确控制冷却路径和参数,实现钢材产品组织和性能的优化调控。这些创新工作为钢材的组织性能控制和钢材由“中低端”升级到“中高端”发挥了重要作用。

不过,虽然钢铁行业已经取得了较大的成就,王国栋仍然希望,中国钢铁行业在原始创新方面还要进一步加强。

据介绍,在钢铁工业快速发展的阶段,重复、多次引进现象在一定程度上出现,这是导致我国钢铁行业今天高端产品趋同、过剩的原因之一:生产工艺设备趋同,产品的种类、质量、品牌等方面趋同,所面对的市场也趋同,甚至引进设备的缺点、问题都是一样的。“所以,进入‘十三五’,钢铁工业‘更要善于创新’。”王国栋表示。

未来要更加重视原创

在今年5月30日召开的全国科技创新大会上,习近平总书记强调,科技界要坚定创新自信,坚定敢为天下先的志向,在独创独有上下功夫,勇于挑战最前沿的科学问题,提出更多原创理论,作出更多原创发现,力争在重要科技领域实现跨越发展,跟上甚至引领世界科技发展新方向,掌握新一轮全球科技竞争的战略主动。

王国栋认为,引进只能解决“跟跑”的问题,只能解决有和无的问题,要解决先进和领跑的问题只能靠原创,买是买不来的。未来的钢铁行业发展,必须靠原创。

重视原创是王国栋在科研工作中的一贯思路和始终遵循的原则。

1995年,东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(RAL)正式开放运行,王国栋带领实验室的学术骨干和王昭东等青年新秀,实行学科交叉和产学研用合作,在国内率先开展钢材轧制自动化和生产减量化方面的研究,取得轧机核心控制系统国产化、薄带铸轧基础研究、“超级钢”工业化应用等成果。在高性能低成本钢材冶炼、先进热轧及热处理、先进短流程生产、智能化制造、现代中试创新平台5个方向取得重大进展。其中,新一代控轧控冷、超级控轧等重要原创技术,奠定了传统钢材减量化升级的关键基础。

“但是,原创性的技术,难度大,风险高,任务艰巨。”王国栋介绍,“存在一个‘第一台套魔咒’的问题,就是大家都不想第一个落实和转化,怕风险。除了政策支持外,还需要通过大量耐心细致工作取得企业的理解和支持。”

以东北大学RAL原创的薄带连铸技术为例,该技术是短流程的生产技术,可以大幅度减少资源和能源的消耗,减少排放,环境友好,降低建设投资和生产成本;同时,对一些常规流程生产不了或者不好生产的产品,又具有特殊的解决、处理能力,将实现这一类产品的高质量、高性能、引领性。而且,短流程技术完全符合绿色化发展的大趋势,特别是在全球排放问题日益紧迫、严峻的今天,钢铁工业必须积极开发各种短流程技术,充分发挥其优越性,促进钢铁行业的绿色化发展。

考虑到钢铁工业发展的绿色化趋势,东北大学RAL于2008年与钢铁研究总院合作承担国家自然科学基金重点项目———“基于双辊薄带连铸的高品质硅钢织构控制理论与工业化技术研究”,开始了攻克硅钢薄带连铸技术的战斗历程。经过8年的艰苦奋战,已经在实验室的层面上取得了重大进展。他们采用薄带连铸技术提供特殊组织与结构的热轧带坯,经后续冷轧、热处理,开发出不同硅含量、性能优异的无取向硅钢、取向硅钢和高硅钢,彻底颠覆了传统电工钢生产工艺和成分设计,为以更低的成本和更高的质量绿色化地生产电工钢、实现产业化开辟了一条有极大潜力的新路。这一系列创新技术被命名为E2Strip(ECO-ElectricSteelStripCasting),即绿色化薄带连铸电工钢技术。

这样一个风险大、难度大的项目,在产业化方面自然遇到了“第一台套魔咒”,如何化解?

王国栋介绍,在与企业交流过程中,他们发现,人们的疑问主要集中在两处:一是“为什么欧洲和日本都不做薄带连铸了?为什么韩国的薄带连铸技术开发停滞不前?”二是“薄带连铸硅钢真是那么神奇吗?”

针对这些疑问,王国栋仔细研究了薄带连铸技术发展的历史以及目前的状况,搞清欧、日、韩研究中断或研究停滞的真正原因是其铸机设计带来的高成本问题,而非薄带连铸技术本身的问题。同时,他们与企业研究人员一起,由企业提出成分设计和生产工艺方面的要求,共同进行验证性重复实验,验证薄带连铸各类硅钢产品的实际性能,并一起从理论上分析其原因,让企业人员亲身体验薄带连铸的特征和优势,以及技术的可靠性和成熟度,打消了企业人员对薄带连铸技术的怀疑。经过这些周到、细致的工作,目前,这一原创性技术已经得到了企业的理解和支持,正在与一个企业合作建设一条半工业—半生产的高硅钢线,制造国际顶尖、国家急需的高硅钢;与另一家企业就建设一条年产40万吨高性能、低成本、绿色化无取向和取向硅钢的工业化生产线也已经签订转让合同。

“至此,我们2011计划中最困难、颠覆性最强的两条自主创新的生产线终于突破‘第一台套魔咒’,开始在企业落地。相信它一定会生根、发芽、开花、结果,为企业转型升级做出贡献,为我国硅钢生产技术领跑世界做出贡献。”王国栋说。

据介绍,2000年以来,该重点实验室与企业、学校、科研院所合作,创新成果先后获得国家科技进步奖一等奖2项、二等奖9项,国家技术发明奖二等奖1项。科研经费连续两个评估周期(2003年~2013年)位列国家工程类重点实验室之首。国务院副总理刘延东在视察重点实验室时,称赞该团队“成为为经济、社会发展服务并取得重大成就的典范”。

王国栋感叹:“现在,如果大家再重温邓小平1982年为宝钢的题词,可能体会就会更加深刻。”

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