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1、下转 B05 版轧钢技术 2015 年 1 月 27 日 编辑： 任秀平B04创新引领， 绿色制造， 致力于成为绿色钢铁技术的全球领跑者2011 钢铁共性技术协同创新中心工艺与装备研发平台简介1 背景 钢铁材料应用广泛， 作用 重大， 具有性能可塑、 可循环使 用等优点， 是最重要的结构和 功能材料， 在国民经济、 人民生 活、 国家安全等方面具有不可 替代的作用。我国钢铁工业历 经十余年的快速发展， 产能产 量迅速增长， 有力地支撑了我 国经济的快速发展。实际上， 作为一个迅速崛起的发展中国 家， 我国正处在工业化进程的 中后期， 保持相对稳定的钢铁 产量仍然是支撑我国产业结构 调整的重要保
2、障。但是， 目前 钢铁工业同样面临前所未有的 严峻挑战。资源、 能源消耗大、 环境污染等问题日益严峻。钢 铁行业碳排放达我国各行业碳 排放总量的 12%， 保护生态环 境已刻不容缓。实现钢铁材料 的绿色制造和行业的转型发展 势在必行。 我国钢铁工业通过引进、 消化、 吸收与再创新， 产线装备 基本实现了机械化、 自动化、 电 气化， 拥有了几乎全部国际最 先进装备。一批自主先进技术 获得突破， 为我国钢铁工业的 发展提供了重要保证。我国 钢铁产量长期稳居世界首位， 已达世界总产量的 50% 左右。 但实际上， 我国钢铁行业突出 的问题在于关键工艺装备严重 依赖进口、 产品研发限于跟跑， 缺乏自
3、主创新能力。因此， 实 现钢铁行业的绿色化转型发 展， 减少钢铁生产工艺过程的 资源和能源消耗， 减少污染和 排放， 有赖于关键共性工艺与 装备的自主创新和引领发展。 2 平台总体发展思路 结合钢铁行业工艺流程， 工艺与装备平台提出了 “一个 目标” 、“三个聚焦” 、“四个方 向” 、“八项技术” 的发展思路， “一个目标”即是通过创新引 领， 转变发展方式， 创新驱动 发展， 致力于成为全球绿色钢 铁工艺技术的领跑者； “三个 聚焦”即是围绕该目标， 聚焦 钢铁行业三个典型的生产流 程； “四个方向” 即是围绕三个 典型生产工艺流程， 凝练出四 个研究方向； “八项技术” 即是 围绕上述四
4、个研究方向， 开发 八项关键、 共性技术。共性工 艺及装备技术研发贯彻 “企业为主体， 产学研用结合”的发 展指导方针， 以 R（基础研究） &D（技术开发） E（工程转化） S （行业推广） 为中心创新机制， 形成以市场 （M） 基地 （L） 钢厂 （P）市场 （M）的循环 创新机制和理论 （T）工艺 （T）装备 （E）产品 （P） 应用 （A）一体化的创新机制 为核心的技术创新路线， 切实 以市场需求为导向， 打通教育、 科技与经济之间的通道， 多学 科交叉协同， 实现科研成果的 转化， 培养复合型、 实践型人 才， 服务行业转型发展， 进而提 升高校学科水平， 实现科研、 人 才、 学科
5、三位一体， 全面发展。 3 聚焦三个生产流程 以冶炼和冷轧工序为基 础， 聚焦钢铁行业三个典型的 热轧生产流程， 突破关键共性 技术。其一是针对常规板坯钢 铁生产流程产线， 以 “凝固 热轧冷却热处理一体化组 织性能控制”为研究重点， 实 现炼钢、 连铸以及绿色热轧领 域的共性技术突破， 通过再造 一个绿色化的热轧钢材成分 和工艺体系， 实现热轧钢材产 品的更新换代， 为解决资源、 能源、 环境等瓶颈问题做出贡 献。其二是针对薄板坯连铸 连轧生产流程产线， 以汽车用 先进高强钢 （AHSS） 开发生产 为重点， 形成薄板坯无头 / 半 无头轧制 + 无酸洗涂镀制备 热轧 AHSS 的短流程加工
6、理论 和生产技术， 开发出薄规格热 轧先进高强钢并形成批量生产 能力， 实现热轧 AHSS 的 “以 热代冷” 和 “以薄代厚” 。其三 是针对薄带连铸短流程工艺技 术， 围绕国际轧制技术领域前 沿性、 战略性技术， 以双辊薄带 连铸技术制造高质量硅钢和薄 规格 AHSS 为研发重点， 突破 薄带连铸短流程生产工艺关键 技术， 形成薄带连铸硅钢织构 控制理论体系和全新工艺流 程、 装备及产品技术， 开发出完 全自主创新的高硅钢、 取向与 无取向硅钢薄带以及薄规格 AHSS 的制备加工技术。 4 凝练四个研究方向 上述三个热轧工艺流程， 前面与冶炼与连铸工序共同对 应， 后面与冷轧、 连退、 涂
7、镀工 序共同对应， 从而构成共性技术研发的流程主线。在此基 础上， 凝练形成 “先进冶炼、 连 铸工艺与装备技术” 、“先进热 轧及热处理工艺与装备技术” 、 “先进短流程生产工艺与装备 技术” 、“先进冷轧、 退火和涂镀 工艺与装备技术” 等四个研究 方向。 （1） “先进冶炼、 连铸工艺 与装备技术” 方向 国家科技支撑计划课题 “低成本、 高效化生产洁净钢水 的工艺技术” 深入研究夹杂物 的控制与利用技术， 实现理论 上的突破与技术创新， 研究开 发多种精炼设备组合使用技术 或同一精炼设备的多功能化技 术以及精炼新工艺技术； 国家 杰出青年基金项目 “高品质钢 精炼与连铸过程基础理论与应
8、 用” 研究了高品质钢精炼与连 铸过程中钢液流动， 凝固枝晶 生长、 溶质偏析以及夹杂物去 除行为， 提出了高品质钢精炼 与连铸生产过程中组织、 成分 均质化控制和夹杂物颗粒大小 及分布的控制新技术。国家自 然科学基金重点项目 “钢包底 喷粉精炼新工艺应用基础研 究” 提出了钢包直接底喷粉精 炼的新一代钢包喷射冶金工 艺， 研究并提出了防钢液渗漏 的底喷粉元件设计理论， 揭示 了喷粉元件缝隙内粉剂输送与 磨损行为及堵塞机理， 研制出 具有防钢液渗漏和粉剂堵塞、 抗粉气流磨损和耐高温侵蚀的 钢包底喷粉元件。 （2） “先进热轧及热处理 工艺与装备技术” 方向 热轧钢材产量占我国钢材 总量 90以
9、上， 是品种规格最 多的轧制钢材产品。基于传统 热轧生产工艺过程中存在的资 源消耗大、 工艺能耗高等问题， 通过开发新一代 TMCP 工艺、 先进热处理工艺及装备技术， 以及涵盖冶炼到轧制工序的一 体化组织性能预测与控制技 术， 实现 “资源节约型” 和 “工 艺减量化” 热轧钢材工艺开发 与应用， 再造一个绿色化的热 轧钢材成分和工艺体系， 为钢 铁工业的绿色化转型和可持续 发展做出贡献。同时， 围绕高 附加值高端热轧板、 带钢产品 先进热处理工艺技术， 尤其是 极限规格 （极薄和特厚规格板材）产品需求， 开发极薄和特 厚板材热处理工艺及装备技 术。为此，“先进热轧及热处 理工艺与装备技术”
10、 方向将主 要围绕： 新一代控制轧制技术 与装备、 新一代控制冷却技术 与装备的拓展应用、 极限规格 板材离线热处理工艺技术与装 备、 一体化组织性能预测与控 制等研究方向开展工作， 重点 开展 “即时控温的控制轧制装 备及工艺” 、“热轧线材、 管材等 新一代控制冷却工艺与装备” 、 “极限特厚规格板材淬火工艺 技术及装备” 等三大任务。 （3） “先进短流程生产工 艺与装备技术” 方向 短流程生产技术相对钢 铁传统生产流程具有工序简 洁、 能耗低、 投资小等优势， 节 能减排效果显著。同时， 短流 程工艺技术尤其在热轧薄规 格产品以及特殊性能要求的 产品开发与生产方面具有显 著优势， 是钢
11、铁工业流程技术 开发与应用的重要方面。国 家工信部 产业关键共性技术 发展指南 （2011 年） 等产业 指导文件多次将 “热带无头 / 半无头轧制” “薄带铸轧” 等 列为节能关键技术。因此， 开 发薄板坯无头 / 半无头连铸 连轧与薄带连铸的工业化生 产技术， 对于促进我国绿色化 钢铁生产以及下游用户的绿 色化制造具有重要意义。为 此，“先进短流程生产工艺与 装备技术”方向将围绕：热 轧 AHSS 半无头 / 无头连铸 连轧技术、 热轧板无酸洗涂镀 技术、 双辊薄带连铸高品质硅 钢技术等 3 个研究方向开展 工作， 重点开展 “薄板坯无头 / 半无头轧制 + 无酸洗涂镀制 备热轧 AHSS
12、” 、“薄带连铸高 品质硅钢工业化技术” 、“薄带 连铸生产高硅电工钢成套工 艺、 装备与产品” 等重大任务。 （4） “先进冷轧、 退火和涂 镀工艺与装备技术” 方向 先进的轧制、 退火和绿色 化涂镀工艺与装备技术是高端 冷轧板带钢产品生产的关键。 目前， 我国冷轧产品 AHSS、 高 质量硅钢、 冷轧薄宽带、 涂镀板 等产品进口比率高， 是钢铁材 料中自给率和市场占有率最低 的产品。这表明我国在冷轧产品质量和高端产品生产技术等 方面与发达国家存在较大差 距， 急需开发先进的冷轧工艺、 装备和产品， 促进产品结构调 整和技术升级。为此，“先进 冷轧、 退火和涂镀工艺与装备 技术” 方向在冷轧
13、工序将围绕 冷轧产品的性能、 尺寸精度和 表面质量等核心问题， 主要针 对 AHSS、 涂镀板、 高质量硅钢 等高端冷轧材料开展冷轧板形 核心控制技术研究， 推广已经 开发成功的新型高精度板形控 制系统， 并开展边部减薄控制 的研究和工程应用。在连续退 火和热镀锌方面， 开展横向磁 通快速感应加热、 气雾喷射式 快速冷却、 镀层厚度自动控制 和镀层厚度均匀性控制等关键 技术。 5 开发八项关键、 共性技 术 围绕上述四个研究方向， 开发出新一代钢包底喷粉精 炼工艺与装备技术、 高品质连 铸坯生产工艺与装备技术、 热 轧 - 冷却 - 热处理一体化组 织性能控制、 极限规格热轧板 带钢产品热处理
14、工艺与装备、 薄板坯无头 / 半无头轧制 + 无酸洗涂镀工艺技术、 薄带连 铸制备高性能硅钢的成套工艺 技术与装备、 高精度板形平直 度与边部减薄控制技术与装 备、 先进退火和涂镀技术与装 备等八项自主创新的关键、 共 性技术。 （1） 新一代钢包底喷粉精 炼工艺与装备技术 针对国内高效、 低成本洁 净钢的生产迫切需求和当前炉 外处理工艺存在流程长 （铁水 预处理、 转炉冶炼、 钢包精炼） 、 效率低 （多次扒渣、 转炉回硫） 等问题， 研究开发钢包底喷粉 钢水精炼原创性工艺与装备 技术。本技术前期得到 NSFC 重点项目 “钢包底喷粉精炼新 工艺应用基础研究”支持， 研 究并提出了防钢液渗漏
15、的底喷 粉元件设计理论， 揭示了喷粉 元件缝隙内粉剂输送与磨损行 为及堵塞机理， 研制出具有防 钢液渗漏和粉剂堵塞、 抗粉气 流磨损和耐高温侵蚀的钢包底 喷粉元件。国内钢铁企业对此2011 钢铁共性技术协同创新中心由北京科技大学与东北大学两所核心协同单位， 以及国内主要钢 铁行业科研院校、 企业等共同组建。目前， 该中心已正式通过国家认定。该中心由关键共性工艺与装备 研发平台和重大工程高端产品开发平台组成。其中， 关键共性工艺与装备研发平台由东北大学 RAL 为 主体， 协同东北大学材料与冶金学院、 北京科技大学、 中国钢研科技集团、 上海大学、 武汉科技大学、 宝钢、 鞍钢、 首钢、 武钢等
16、单位组建而成。该平台的任务是研发冶、 铸、 轧等工序的新工艺、 新技术、 新装备， 实现 “钢铁绿色制造” 。针对工艺与装备研发平台的顶层设计内容， 本报特组织相关报道， 以飨读者。2011 钢铁共性技术协同创新中心 工艺与装备研发平台顶层设计 （一）上接 B04 版上加热 - 还原过程中氧化铁 皮的结构演变规律， 创新出热 轧高强钢氧化铁皮免酸洗还原 退火热镀锌生产流程和关键 工艺技术， 实现 “以热代冷” 和 “以薄代厚” 。此项技术的工业 化应用， 将因免去酸洗工序而 减少酸液蒸汽的排放， 热镀锌 整体生产效率提高 10%-20%， 吨钢成本降低 100-120 元。 （6） 薄带连铸流程制备高 品质硅钢技术与关键装备 采用双辊薄带连铸可有效 控制电工钢凝固组织和抑制析 出行为， 是开发无需再加热、 无 需常化处理、 无需两阶段冷轧 的短流程、 低成本、 高效率制造 高性能硅钢的全新技术途径。 本 技 术 将 以 宽 度 为 1050-1250mm 的无取向与取 向硅钢薄带连铸产线和宽度为 550mm 的高硅钢薄带连铸线 为依托， 开发与高
