自主創新 助推鋼鐵行業技術進步

軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室

自主創新 助推鋼鐵行業技術進步

軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室

【編者按】東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室（The State Key Laboratory of Rolling and Automation，簡稱RAL），其前身是建于1954年的東北工學院軋鋼實驗室，1989年得到世界銀行的支持，1991年獲批立項建設國家重點實驗室，1995年通過國家驗收正式開放運行，成為我國軋制技術及其自動化領域唯一的國家重點實驗室。今年是軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室（東北大學）獲批立項建設二十周年。二十年來，軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室秉承“開放、流動、聯合、競爭”的運行機制，以國民經濟需求為導向，面向鋼鐵材料及有色金屬材料軋制技術領域，置身前沿，躬身實踐；面向國民經濟主戰場，一步一個腳印，扎扎實實，取得了一系列具有自主知識產權的科研創新成果，走出了一條具有鮮明特色的國家重點實驗室建設發展之路。本報道記錄了軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室二十年來的創新和發展之路。

國家重點實驗室作為國家科技創新體系的重要組成部分，是國家組織高水平理論基礎研究和應用基礎研究、聚集和培養優秀科技人才、開展高水平學術交流的重要基地。其主要任務是針對學科發展前沿和國民經濟、社會發展及國家安全的重要科技領域和方向，開展創新性研究。東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室（以下簡稱RAL）作為工程類國家重點實驗室，科研工作偏重應用基礎研究，提供成果的主要方式體現于“在解決國家經濟建設、社會發展和國家安全的重大科技問題中具有創新思想與方法，實現相關重要基礎原理的創新、關鍵技術突破或集成，擁有核心專利等自主知識產權，提供科學基礎和技術儲備；或在實驗技術方法、專用設備研制改進方面取得突破性進展。”RAL獲批立項建設二十年來，在科技部、教育部等主管單位及省、市等各級領導的大力支持下，按照國家重點實驗室建設發展要求，堅持有所為有所不為，把握行業發展脈搏，找準軋制技術領域科研創新工作切入點，經過RAL科技工作者的不懈努力，取得了長足穩步發展。實驗室歷經起步建設、消化吸收再創新、快速發展階段，目前已全面邁向自主創新的新階段。RAL科研工作緊密圍繞國家鋼鐵行業發展戰略目標，面向行業共性關鍵技術問題，貫徹以企業為主體、以市場為導向、產學研用相結合的方針，通過承擔國家、地方和行業的重大項目，培養國家緊缺的高層次人才，廣泛開展國內外學術交流，積極開展軋制及其自動化領域的集成創新、消化引進再創新和原始性技術創新。RAL高度重視科研成果產業化，取得的一項項豐碩的創新成果直接面向國民經濟主戰場，助推鋼鐵行業軋制技術的創新發展，真正無愧于“國”字號重點實驗室責任擔當，走出了一條具有鮮明特色的國家重點實驗室建設發展之路。

一、繼承老一輩科學家扎實嚴謹的科學精神，敢于實踐、善于實踐，注重學科交叉，注重裝備開發，奠定RAL重點實驗室優良學術傳統

軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室從建立起即繼承了東北工學院老一輩軋鋼專業工作者的寶貴科研精神財富和優良的學術傳統。老一輩科學家嚴謹、務實、創新、探索的科學精神，敢于實踐、善于實踐，理論聯系實際的工作作風為實驗室科研工作和人才培養奠定了堅實基礎，同時良好的學科和裝備基礎，也為實驗室的快速發展提供了良好技術支撐。實驗室成立之初，依托老一輩軋鋼科研工作者自主研發和引進的系列成套高水平實驗研究設備，如，朱泉教授團隊開發研制的板帶三連軋機、白光潤教授團隊開發研制的型鋼三連軋機，王廷溥教授團隊開發的薄帶鑄軋機以及王占學教授團隊引進的熱力模擬實驗機設備等，實驗室科研人員相繼開展了軋制技術領域的諸多研究工作，也為當前軋制技術的開發和發展奠定了一定的研究基礎。在學科配備上，以當時的壓力加工專業為基礎，注重與機械設計與制造、自動化、計算機等學科專業交叉。“引進一個專業絕對要比單純的引進一個優秀人才更重要”，這是RAL多年的科研工作過程中得到深刻體會。如在成立之初，顧興源教授、王金章教授團隊帶領的自動化專業和王光興教授帶領的計算機專業團隊加盟實驗室，為軋制技術的快速發展和產業化奠定了良好的學科基礎。良好的學科布局，綜合發力，為求解軋制技術領域學科的前沿理論問題和解決國家重大戰略需求中的關鍵科學問題以及行業發展中的重大應用工程技術難題提供了學科專業支撐。截至目前，RAL重點實驗室已發展成為涵蓋材料、加工、機械、液壓、自動化、計算機等多個學科專業人才匯聚的綜合科研開發基地，可以說，獨特的學科交叉建設理念功不可沒。

二、實驗室的發展歷程

建設起步階段（1991年-1995年）：跟蹤國際先進技術，攀登巨人的肩膀，消化吸收再創新，實現實驗室科研工作快速發展

實驗室獲批立項后，實驗室準確把握行業發展需要，及時跟蹤當時的國際先進技術，結合鋼鐵軋制技術領域發展與科研工作需求，大跨步的推動重點項目科研與建設工作。受當時的實驗室自身力量和行業發展所限，科研工作開展主要以對軋制技術領域引進設備、軟件方面的消化吸收再創新工作為主，偏重軋制領域的軟件開發工作，并逐步涉及行業部分小型裝備的開發工作，為實驗室的科研工作騰飛夯實了基礎。

在這一過程中，圍繞軋制過程有限元模擬、板形控制、板帶軋制先進控制系統技術開發等方向，開展了系列研究工作。同時，圍繞行業企業發展需求，開發了部分小型軋機裝備，如無錫新大窄帶、江西新余窄帶裝備及自動控制系統、3連軋機、UC軋機、鞍鋼實驗熱軋機等實驗裝備，實現了實驗室科研工作的快速發展起步。其中有標志性的研究成果為“板帶鋼軋制過程的智能優化與數模調優”，在消化引進的國外板帶熱軋過程控制系統的基礎上，不斷地進行理論探索和工程實踐，取得創新性的研究開發成果，榮獲國家科技進步二等獎。

快速發展階段（1996年-2005年）：依托重大基礎研究和工程項目，RAL科研工作開始進入國民經濟主戰場，成果創新、轉化、工程化取得突破

一份耕耘一份收獲，機遇總是青睞有準備的人。1998年，依托首鋼3340中厚板軋機改造項目，RAL在軋制技術領域開始承擔國內大型主力軋機的建設工作，承擔軋機及控制冷卻設備的自動控制系統開發項目；同年年底，國家973一期項目啟動，RAL承擔200MPa級升級400MPa級的普碳鋼超級鋼開發課題，以控軋控冷（TMCP）為核心的鋼鐵材料開發工作全面鋪開，也標志著RAL的科研開發工作進入新的領域，研發內容由偏重材料成形轉向鋼鐵材料開發的物理冶金領域，這也為RAL承擔以鋼鐵材料工藝開發為先導，涵蓋機械裝備、自動化、計算機等為一體的大型綜合性技術開發項目奠定了工作基礎。2001年，國家自然基金重大項目啟動，RAL承擔薄帶連鑄基礎研究課題，進行薄帶鑄軋項目的模擬分析和實驗研究工作。

上述三項重大基礎理論研究及工程開發項目的實施，取得了豐碩的科研成果。依托首鋼3340mm中厚板軋機改造項目，RAL開發的中厚板軋機自動控制系統推廣應用超過二十余條生產線，成為國內中厚板軋線主流的自動化控制系統。400MPa級超級鋼開發課題取得突破性成果，在熱軋板帶鋼、中厚板、棒線材等領域推廣應用取得顯著成效。薄帶鑄軋基礎研究工作獲得課題結題專家組的高度評價（考核結果為A）。RAL的科研工作能力和實績得到了業界和同行的高度認可，標志著RAL的科研工作進入國民經濟主戰場。

全面發展階段（2005年-2009年）：提供產品的系統解決方案，承擔行業大型工業化成套裝備建設、鋼鐵材料產品研究與開發以及大規模中試基地建設等綜合性科研開發項目，全面進入國民經濟主戰場

在承擔行業大型工業化成套裝備建設方面，以2006年承擔的臨汾3000中厚板熱處理生產線輥式淬火機為標志，RAL突破以往以自動化為主體的科研項目工作模式，實現以工藝為先導，涵蓋材料、機械、自動化、計算機等多個學科專業的成套重大裝備項目集成開發模式。2007年，承擔企業超快冷成套裝備（含自動化）開發課題，進一步強化“硬件”開發步伐，新一代TMCP（控軋控冷）技術工開發作進入研究階段，2008年，NSFC重點項目硅鋼薄帶連鑄工業化技術研究項目啟動，圍繞超純鐵素體不銹鋼開展基礎研究，深入研究和探討薄帶鑄軋工藝的產品定位以及工業化應用問題。

在鋼鐵材料產品研究與開發領域，圍繞“氧化鐵皮控制技術與新鋼材品種開發”、“雙相不銹鋼、鐵素體不銹鋼研究與開發”、“9Ni鋼生產工藝與技術”、“海洋平臺用鋼”、“含鈦高強汽車用鋼研究”、“薄規格高強工程機械用鋼、耐磨鋼”、“低成本DP生產工藝”、“X100-X120高強、耐腐蝕管線鋼實驗室研究”等研究方向開展系列研究工作，以低成本高性能鋼鐵材料開發為主線，以滿足國民經濟重大需求為目標，迅速將科研成果成功推廣應用至鞍鋼、寶鋼、太鋼、首鋼、包鋼等國內大型鋼鐵企業。

隨著國內鋼鐵企業產品研發的需要和對自身科研開發能力的日漸重視，由RAL率先啟動的一項具有重大應用價值和意義的軋制技術實驗研究裝備開發工作--現代軋制過程中試研究創新平臺得到行業企業廣泛認同。圍繞鋼鐵材料開發所需的熱軋實驗軋機、冷軋實驗軋機、熱力模擬實驗機、冷軋連續退火模擬實驗機、硅鋼連續退火模擬實驗機等實驗研究設備，RAL潛心開發研究，工藝技術理念先進，相繼承擔太鋼、鞍鋼、寶鋼、首鋼、馬鋼、包鋼、寶鋼、沙鋼等國內鋼鐵企業中試基地和實驗研究裝備建設項目。業界曾有人士評價該項研究成果“為企業的技術創新插上了騰飛的翅膀，裝上了永不停歇的發動機”。

技術創新的新階段（2009年-現在）：瞄準世界軋制技術前沿，厚積薄發，自主創新結碩果，科研工作助力行業發展和技術進步，逐步成為行業技術發展的領先者，開創 “綠色鋼鐵軋制技術”的新時代

基于RAL多年來在軋制技術領域的耕耘實踐，在軋制技術領域實現自主創新已經具備較好的實施條件。憑借領先的技術創新理念，依托完備的工程實施手段和精益求精的科研開發團隊，RAL開發的系列自主創新技術和成果在行業全面得到認可。2011年，RAL開發的板帶軋制自動控制系統、新一代TMCP裝備與工藝技術、輥式淬火機裝備及工藝技術、軋制過程中試研究平臺等系列自主創新技術推廣應用在國內鋼鐵行業捷報頻傳，全面進入行業競爭的主渠道, 進入國民經濟建設主戰場。

2011年6月 28日，RAL與遷安滬久管業有限公司簽訂1450mm酸軋聯合機組三電系統開發合同。該酸軋聯合機組采用六輥UCM五機架冷連軋機，軋線采用世界最先進的交直交傳動，配備有完善的厚度檢測與控制、板形檢測與控制等復雜工藝控制系統，是國內第一條完全依靠自己力量開發全線計算機控制應用軟件的酸軋聯機系統。

2011年7月28日，寶鋼股份公司4200中厚板熱處理生產線關鍵裝備－4200mm輥式淬火機設備進行國際招標。在與國外著名熱處理裝備公司同臺競爭的舞臺上，RAL一舉中標這一國際最高水平的熱處理設備項目。該項目的競標成功，標志著RAL實驗室開發的輥式淬火機裝備及工藝技術已得到國內要求最為苛刻的鋼鐵企業的充分認可，具備了在國際舞臺上進行高水平競爭的實力。

2011年6月17日，RAL成功中標承擔河北鋼鐵研究院建設項目，這是繼RAL承擔鞍鋼、首鋼、寶鋼、馬鋼、太鋼、包鋼等國內大中型鋼鐵集團公司研究院或技術中心中試場基地建設項目后，又一具有標志性意義的中試實驗平臺開發建設項目。河北鋼鐵公司基于對RAL先進工藝理念、技術及工程業績的深入了解，決定將這一具有國際先進水平的中試基地建設項目交由RAL承擔，充分表明了企業對RAL實驗室模擬研究平臺技術及開發理念的高度認可，也進一步鞏固了實驗室在軋制技術實驗研究設備開發方面的引領地位和主導地位，對實驗室進一步拓展實驗設備研究開發領域和參與國際競爭具有重要意義。

尤其需要指出的，是由RAL提出的以超快冷為核心的熱軋鋼鐵材料新一代TMCP（控軋控冷）技術。該項技術是由RAL著名學術帶頭人王國棟院士為代表的軋鋼科研工作者首倡，基于多年在鋼鐵材料軋制工藝技術領域的研究與實踐，通過工藝原理上的理論創新帶動裝備創新，涉及量大面廣的熱軋鋼鐵材料領域。其技術目標在于通過研究熱軋鋼鐵材料超快速冷卻條件下的材料強化機制、工藝技術以及產品全生命周期評價技術，采用以超快冷為核心的可控無級調節鋼材冷卻技術，綜合利用固溶、細晶、析出、相變等鋼鐵材料綜合強化手段，實現在保持或提高材料塑韌性和使用性能的前提下，80%以上的熱軋板帶鋼（含熱帶、中厚板、棒線材、H型鋼、鋼管等）產品強度指標提高100-200MPa以上，或節省鋼鋼材主要合金元素用量節省30%以上，實現鋼鐵材料性能的全面提升，大幅度提高沖擊韌性。節約鋼材使用量5%-10%，提高生產效率35%以上，節能貢獻率10%-15%左右，實現國內熱軋鋼鐵材料的 “資源節約型、節能減排型”等綠色制造工藝過程，推動我國鋼鐵行業軋制工藝的全面技術進步。

2011年7月1日，國家工業和信息化部印發《產業關鍵共性技術發展指南（2011年）》通知，新一代TMCP（控軋控冷）技術被國家工信部明確列為原材料工業鋼鐵產業關鍵共性技術。2011年8月27日，南京鋼鐵股份公司4700中厚板生產線項目進行國際招標，參與這次投標的均為具有極強競爭力的國際知名軋鋼設備公司和自動化公司。RAL實驗室成功中標該項目軋后控冷部分的工藝、裝備和自動化系統。除RAL承擔該項目冷卻系統外，該軋線的機械裝備、自動化系統、傳動系統等均由國外知名公司中標。此次競標成功，RAL進一步將使用以超快冷為核心的新一代TMCP技術的中厚板軋機推向最寬級，表明新一代TMCP技術得到了業界高度認可，進一步證明RAL倡導和開發的以超快冷為核心的新一代TMCP技術、裝備和自動化系統已走在了國際軋鋼技術領域競爭的前列,體現了自主創新技術的生命力。2011年10月25日，國家工業和信息化部印發《鋼鐵工業“十二五”發展規劃》，也已明確將RAL倡導并實踐的以超快冷為核心的新一代TMCP（控軋控冷）技術列入《規劃》重點領域和任務以及鋼鐵產業新工藝、新裝備、新技術創新和工藝技術改造的重點內容。標志著該項技術得到政府、行業及企業的全面廣泛認同，也標志著RAL科研工作邁向了自主創新的嶄新階段。

三、工作定位決定研究水平、特色成就發展，二十年發展譜華章，二十年發展成就RAL軋制技術領域技術創新的“國”字頭領軍單位

RAL二十年的發展，對軋制技術領域科研工作的理解和認識更為深刻，在科研工作定位、工作特色上形成了自己的風格和學術研究特色，具體體現在：

RAL實驗室科研工作定位

以國民經濟需求為導向的應用基礎研究。突出對產業競爭力整體提升具有全局性影響、帶動性強的關鍵共性技術，以降低成本、減量化、可持續發展為中心，開展應用基礎研究，進行工藝、裝備、產品方面的系統創新，解決國民經濟中迫切需要解決的重大問題，以可持續發展為導向的前沿性、探索性、戰略性基礎研究。RAL作為軋制技術領域科研開發的“國家隊”，在應用基礎理論研究方面已走在國際前沿。根據國內外金屬材料領域的發展趨勢，把握和選擇具有前沿性、基礎性、戰略性的課題開展基礎研究，為金屬材料工業的持續發展提供科學支撐。

RAL科研工作特色

關鍵共性：針對量大面廣的金屬材料普遍存在的關鍵和共性問題，開展應用基礎研究→迅速大面積推廣應用，課題具有緊迫性、全局性、示范性、引領性

系統創新：由創新的思想指導，以工藝創新為龍頭，以裝備創新和工程創新為手段，以低成本、減量化的產品為目標，進行工藝、裝備、產品的系統創新，為企業和行業發展提供系統“一攬子”的解決方案。

求真務實：一切從實際出發，強調理論緊密聯系實際，樹立良好學風，研究結果必須接受實踐（工廠）的檢驗，促進成果轉化。

RAL用人機制及人才評價標準

具有團隊精神、敬業精神。在學科交叉基礎上，將個人力量融入到團隊工作中去，充分發揮每個人的優勢，做大做強科研工作，推進重大科研專項工作實施；

圍繞應用基礎研究，重視科研成果轉化和產業化，“不惟論文、不惟SCI，真正的論文要寫在軋鋼生產實踐上”。科研工作及成果評價要以“有沒有在行業技術進步上起到作用”為標準，“不以論文、SCI論英雄”，發揮工程類國家重點實驗室科研成果在行業技術進步上的支撐和促進作用。

支持自由探索，鼓勵科研學術創新。在符合實驗室科研發展方向的前提下，RAL提供相應科研配套經費支持個人自由學術探索，鼓勵學術創新，不斷培育新的科研工作增長點。

RAL研究方向

金屬高質量低成本軋制過程。主要研究內容包括：低成本、高效能軋制工藝、理論與技術；軋制過程數學模擬、物理模擬與過程優化；高精度數學模型建模方法與在線應用；軋制過程模擬實驗研究設備研制；低成本、高質量軋制產品開發。

產品組織性能預測與控制。主要研究內容包括：加工過程對材料組織、性能的影響規律；成形過程中材料組織與結構演變的定量描述、建模與模擬；金屬材料成分、組織結構與性能的關系；成形過程中材料組織性能預測與在線優化控制；控軋控冷機理研究與工藝開發。

先進制備技術及高性能材料。主要研究內容包括：高強度、長壽命、耐腐蝕的新一代鋼鐵材料設計與開發；復合材料、難加工材料、特殊性能材料的制備理論與方法；短流程、近終成形新理論、新工藝、新設備及其關鍵技術；節能、環保、減量化新成形工藝與新產品開發。

材料成形過程綜合自動化。主要研究內容包括：現代控制理論與智能控制方法在材料成形中的應用，多變量、快響應、深度非線性控制系統的辨識與建模，材料成形過程監測、故障診斷與質量控制，材料成形過程管理與控制綜合自動化系統。

"搞科研，不能靠說，不能靠寫，必須靠干！"這是實驗室科研人員中廣為流傳的一句口頭禪。也正是經過生產實踐的嚴格檢驗，RAL的科研成果長期以來得到了企業的廣泛接受和認可。目前在RAL實驗室，95%以上的科研成果都能實現轉化，大學象牙塔內普遍存在的轉化瓶頸在這里早已不成為問題。RAL經過二十年的發展建設和對軋制技術領域技術創新的執著追求，已逐步由國際先進軋制技術的追隨者轉變為先進軋制技術的領先者、領跑者。

四、發展目標和未來愿景：建設國際領先的軋制技術協同創新基地，開發ECO的軋制工藝、技術和產品，致力于成為新一代軋制技術的全球領跑者

我國作為一個擁有13億人口、經濟迅速崛起的發展中國家，持續穩定地生產低成本、高質量鋼鐵產品與掌握石油、糧食等戰略資源具有同等重要的地位。我國鋼鐵行業發展到目前，成本壓力巨大、資源消耗過多、環境友好性不好、產品競爭力不強、行業企業大而不強的現狀已成為制約國內鋼鐵行業發展的主要瓶頸，我國鋼鐵工業發展面臨新的挑戰和新的機遇。開發節省資源和能源、環境友好、低成本、高性能的ECO鋼鐵產品及生產技術，已成為鋼鐵工業發展的必然，也是當前全球鋼鐵工業發展的趨勢。

軋制技術直接決定鋼鐵材料產品形狀和性能，鋼材規格、品種復雜，型、板、管、棒、線等可達上千品種、上萬規格，且設備千差萬別，自動化水平高，軋制過程對鋼材的ECO化舉足輕重；同時，軋制產品直接面向市場，應對各行業的應用需求，直接影響鋼材全生命周期的ECO表現。根據歐洲相關資料統計，軋制過程中的節能、減排在歐洲鋼鐵工業節能減排貢獻率可達40%，軋制過程節能、減排潛力巨大。截止目前，軋制過程中仍有大量涉及ECO的問題尚需要解決，也是當前技術創新最具活力的領域。因此，開發ECO軋制工藝、技術和產品，將是軋制技術發展的最重要方向，同時也是RAL當前及至未來長期一段時間的科研開發方向。

展望未來，RAL將按照《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》確定的戰略目標，面向國際競爭，為增強科技儲備和原始創新能力，開展基礎研究、應用基礎研究和基礎性工作。圍繞行業發展，以軋制技術創新研究為核心，開展研究平臺建設，建設國際領先的軋制技術創新基地，實施有組織的創新，探索高校體系下技術創新的體制和機制，大幅度提升RAL的技術創新能力和核心競爭力，將RAL培育成為我國鋼鐵工業軋制工藝、技術、裝備、產品創新的協同創新基地，源源不斷的為鋼鐵工業提供關鍵、共性問題的工藝-技術-裝備（含自動化）-產品的整體解決方案，將是RAL新的歷史時期的發展目標，同時也是行業、國家賦予RAL的歷史重任。工藝流程創新實現帶動裝備、產品生產技術創新，實現減量化、節約型新流程的實用化，引領鋼鐵工業可持續發展的新潮流，致力于開發ECO的軋制工藝、技術和產品，開展涉及冶金、加工、材料、熱工、能源、機械、液壓、計算機、自動化、機器人、工程管理等多學科交叉與合作的科研開發工作，匯聚各學科力量，組成圍繞冶金行業服務的宏大隊伍，承擔具有重大意義的大項目，完成標志性的大成果，培養國際一流的創新人才，成為新一代軋制技術的全球領跑者，將是RAL不懈的發展追求。

問題是創新的原點，不斷的發現問題、解決問題是RAL不變的旋律和不竭的創新動力之源。RAL始終把創新能力看做實驗室生存與發展的高超“水手”，而且打造了一艘敢破和善破堅冰的鋼鐵科研“航母。創新、特別是產學研用聯合創新, 使實驗室成長為我國軋制技術領域杰出領軍力量；創新使實驗室瞄準世界鋼鐵工業科技發展的最前沿, 樹立了優質的RAL品牌；創新使實驗室打破了鋼鐵領域的國際壟斷, 支撐了中國鋼鐵工業崛起的筋骨！

“舞臺有限，精彩無限”，懷揣著再次飛躍的豪情，軋制技術及連軋自動化重點實驗室再一次站在了嶄新的起跑點上。我們期待著一個嶄新的全球領先的軋制技術創新基地即將會在不遠的將來呈現在業界科技工作者的面前。