现代轧制技术的特征及其发展对策
20世纪末期以来,世界钢铁产量快速增长,钢铁行业取得了巨大的进步。但是,钢铁工业急剧快速的发展在解决国民经济急需、发挥正能量的同时,也造成了一系列问题。首先是资源、能源的限制凸显,矿石、铁合金等资源大量依赖进口,发展的命脉基本掌握在几个国外矿山巨头的手中。污染、排放等环境问题已经严重危及社会发展和人民生活。而我们的产品,特别是量大面广的产品仍然停留在相对初级的阶段,钢铁材料的潜力急待挖掘,升级换代迫在眉睫,循环利用已经成为重要的议事日程。
1轧制技术的绿色化特征
所谓绿色化,即节省资源和能源;减少排放,环境友好,易于循环;产品低成本,高质量、高性能。这应当是全体钢铁工作者的目标,也是现代钢铁技术的最基本的特征。
轧制技术的绿色化特征在轧制过程创新与轧制产品研发上,具体体现在下述4个方面。
1.1高精度成形:高精度轧制技术
关于型钢和棒线材轧机,尺寸精度和最新进展是采用高精度精轧技术,即在型钢轧机的精轧机架的后面,装设高精度定径轧制机组,通过该机组对制品尺寸进一步规整,以实现产品尺寸的高精度成型。
1.2高性能成性:以物理冶金理论为基础的组织-性能控制
轧制过程是赋予金属一定的尺寸和形状的过程,同时也是赋予金属材料一定组织和性能的过程。因此,轧制过程也是一个冶金过程。
以新一代控制轧制和冷却为特征的创新轧制过程可以明显提高钢材的性能,减少合金元素的用量,降低钢材的生产成本,在节省资源和能源、减少排放当面可以发挥重要作用,具有极为广阔的应用前景。
1.3减量化成分设计
时至世纪之交,随着资源和能源问题、环境问题、全球气候变暖问题日益尖锐,开发节能、节省资源、减少排放、环境友好的轧制技术已经是迫在眉睫、刻不容缓的问题了,钢铁行业面临脱胎换骨改造的巨大压力。
材料研究的四面体清晰地说明了材料研究中的基本要素,即化学成分、制备加工工艺、组织、性能之间的关系,成分和工艺决定了材料的组织和性能。因此,合理的成分设计与先进的制备工艺成为决定材料性能的最重要的因素。在成分设计方面,要在保证质量的前提下,尽量减少合金元素的用量,或者使用低成本的元素取代高价值的元素。在实现成分设计减量化、降低钢材成本的同时,也更有利于材料的循环使用。
从材料研究的四面体来看,采用减量化的成分设计,就将压力更多的转移到生产工艺上,需要我们开发节省资源和能源、减少排放、环境友好的加工工艺方法。这种情况下,同样的资源和能源消耗,同样的成分设计,通过加工能够得到的材料性能提高。这一点,对于量大面广产品的升级换代十分重要。
退火工序是冷轧产品质量控制的重要工序。
1.4减排放清洁工艺
轧制过程的连续化是轧制技术发展的重要方向。无头轧制是连续轧制的新发展。冷轧机组通过轧前焊接、轧后切断以及轧制中的动态改变规则,最早实现了无头轧制技术。
型钢和棒线材的自由程序轧制技术更多地依赖于设备和孔型设计。例如采用平辊轧制技术,可以免受粗轧延伸孔型的限制。在棒线材的轧制中,通过轧制相近的几种规格的产品,扩大了生产的自由度。
2轧制技术的发展对策
2.1明确方向瞄准绿色化目标
既然绿色化是现代轧制技术的特征,是我们追求的目标,总体的研究方向必须聚焦于轧制过程的绿色化,不断探索“高精度成形、高性能成性、减量化成分设计、减排放清洁工艺”相关的前沿性、战略性问题和行业的关键、共性问题。
2.2工艺—装备—产品—服务一体化创新
要推动轧制技术的发展,必须针对前沿、战略问题与关键、共性问题,抓住“工艺—装备—产品—服务”一体化创新,从整体上提升我们的研究水平。“工艺”是龙头,“装备”(含自动化)是手段,“产品”是结果,“服务”是终极目标。
只有工艺和装备上的重大创新,才能带来产品和应用的重大创新。如果工艺、装备不改进,尽管可以进行优化和调整,但是难以给产品带来本质性的变化,难以得到实质性的突破。所以工艺是龙头、装备是手段,必须由此开始创新过程,才有大突破的可能。
所谓“服务”,就是轧钢厂通过深入用户企业,“先期介入”用户的研发过程,明确用户的市场需求和研究方向,从而明确轧钢厂的研究方向,通过优质、对路、超前的产品为自己的用户服务,为市场服务。
2.3将创新链由研发延伸到整个产业化过程
在进行技术创新的过程中,目前遇到最大的问题,是如何打破转化瓶颈,迅速将成果转化为生产力。这里面很重要的一个问题是,该创新链接必须是一个完整的创新链,科技创新由研究开发(R&D)开始,但是并不是终结,研发需要延伸到整个创新链(R&DES),延伸到工程,延伸到经济社会更加广泛的领域,在此过程中,成果迅速转化,瓶颈问题因而被打破。
2.4轧制技术与自动化技术、信息技术交叉势在必行
其次,轧制过程的高精度成形和成性,离不开现代化的自动控制技术和信息技术。轧制技术与自动化技术、信息技术交叉势在必行,要强力推进。在目前实现自动化的基础上,尽量采用人工智能技术,实现轧制过程的人工智能控制,这又是一个新的重要方向。随着物联网、无线移动网、云计算等现代信息技术的发展,轧制技术及其自动化技术将迎来前所未有的创新机遇。
2.5建立轧制研究平台开展高水平科学实践
轧制工艺学是一门实践的科学,它诞生于实践,又必须应用于实践之中。实验室、从事轧制生产的企业,是研究轧制工艺技术最好的基地,也是实现创新轧制工艺技术转化应用的理想平台。深入企业与实验室,从事第一线的工作,掌握第一手的材料,进行第一手的检验,实现不断地创新,是学习和发展轧制工艺技术的必由之路。
2.6国际化发展视野
要想掌握现代轧制工艺技术,就必须了解轧制技术的核心以及科技前沿,必须把握现代轧制技术的发展现状和趋势。这就要求我们不仅要了解课本的内容,而且能够广泛的开展有成效的学术交流和科研合作,通过国际会议、访问交流、学术讲座等各种方式,以及书刊、杂志、网络、影视等媒体,了解本学科丰富多彩的世界,知晓轧制技术的最新发展,从而与迅速发展的轧制技术前沿保持同步。
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