连铸连轧过程组织性能预报系统的开发和应用

                                      连铸连轧过程组织性能预报系统的开发和应用

         据《科技日报》2006年5月11日报道：组织性能预报技术是近年来国际冶金领域研发的热点和重点，是冶金领域的重大前沿技术和研究热点之一。我国目前正处于经济飞速发展时期，对作为建筑、制造、机械、运输等领域急切需要的原料——钢铁材料的需求量日益增大。2005年，我国粗钢产量达到3.49亿吨，钢材产量达到3.71亿吨，其中板材类产品1.41亿吨。板带材属于钢材产品结构中处于高端的产品，近年来，国际上的著名钢铁企业在追求规模经营的同时，更追求品种结构高级化，集中发展高技术含量和高附加值的板带材产品，并控制关键板带材品种的市场和技术。同时，目前世界主要钢铁生产国家的主要钢铁企业都非常重视在钢铁生产中的自动化控制、柔性化生产和以性能为目标的过程控制技术的开发和应用。近年来，随着物理金属学理论和计算机数值计算技术的发展，过程模拟技术已经逐渐从对产品尺寸和表面质量控制延伸到了对生产过程中的组织演变模拟和产品的组织性能预报和控制。世界各国的学者开发了钢材热轧组织性能预报和控制系统，目前阶段热轧组织性能预报技术以扁平材为主，可以延伸到长型材生产和管材生产。我国在热轧组织性能模拟系统软件的开发上起步较晚，限于研究缺乏系统性和资金投入等问题，成熟的可应用化的综合模拟系统软件的研究较晚也较少。

　　连铸连轧过程组织性能预报技术的开发应用与相关技术基础项目的研究目标是面向带钢热轧生产过程，建立从铸坯高效连铸到热轧成型的控制铸造、控轧、控冷条件下的成分—工艺—组织—性能一体化模型和软件系统，开发凝固、加热、形变、再结晶、相变、组织与性能定量关系的模拟软件包和相关应用技术，指导工程技术人员系统掌握整个流程的物理冶金变化，优化合金设计和生产可控工艺参数，减少性能波动和取样次数，缩短发货周期，提高控制水平。该项研究主要针对带钢连铸和热轧过程，以预报不同成分和连铸、轧制工艺条件下的带钢长度、厚度方向的组织和常规力学性能分布，从而优化工艺参数和合金设计，指导生产，为企业带来经济效益。

　　组织性能预报技术可以指导新工艺、新品种的开发，缩短产品开发周期。应用组织性能预报技术可以避免以往在开发新品种时炒菜式的若干尝试性试验，可减少试验1/2以上。若每吨热轧薄板售价3000元/吨，开发一个长期投放品种可直接节约资金1500万元左右。我国热轧产品品种正处于开发高峰期，市场需求的多样性要求每年热轧厂都要很多品种，可见采用组织性能预报技术在节约资金方面作用巨大。在优化生产工艺方面，可以提高产品的质量和质量稳定性，减低生产成本是长期的，效益难以计算。

　　组织性能预报系统在我国热轧生产线应用后，可减少出厂产品的取样数量。但由于我国技术标准相对落后，减少出厂样品检验数量需要首先在冶金产品出厂标准做修改。

　　随着我国国民经济的不断发展，对产品的规格性能必然提出更新换代要求，许多生产线必须进行改造。若技术装备全面由国外引进将花费国家大量建设投资，应用该技术可大大节约市场投资，为生产设备的改造和设计提供技术支撑。

　　应用组织性能预报技术可以优化现有生产工艺，在不提高品种档次的同时，提升产品性能。钢材组织性能预报系统为钢铁生产企业提供了一个数字化的平台，借助于该平台，可以帮助用户实现生产的最优化，在最大限度地降低生产成本的同时提高产品的质量。

　　以干勇院士为组长，钢铁研究总院和东北大学、北京科技大学、中科院金属研究所、宝钢和鞍钢等单位共同承担的“863”计划“十五”重点课题：“钢铁材料连铸—热轧过程组织性能预报及监测系统”，经过5年的基础理论和工艺应用技术研究，已经取得重大成果。于2005年10月19日在上海宝山钢铁股份有限公司通过了由科技部组织专家进行的现场验收。另外，该课题的滚动支持：“高性能钢铁材料的应用与超级钢应用技术规范”，也于2004年11月22日在北京通过科技部组织的专家验收。其中针对宝钢2050热轧生产线开发组织性能预报系统的工作由钢铁研究总院和东北大学、宝钢股份有限公司课题组共同承担。科技部验收专家组认为，该课题组针对宝钢2050生产线开发的组织性能预报系统软件经1500炉次现场数据的离线优化，实现了成分—温度—组织—性能预报的主要功能，并实现了在线实时预测；在开发2050生产线组织性能预报系统软件过程中采用了往复式轧机的二维过程模拟程序，以及神经元网络技术与物理冶金原理并用的方法等，具有我国自主知识产权；开发的宝钢2050生产线组织性能预报系统软件预报的钢种范围包括碳钢、碳锰钢、HSLA钢等10个钢类的部分钢种，实现了对上述钢类热轧过程的现场预报；该课题涉及钢铁工业领域的重大前沿技术，工作难度大，实施周期长，并建议对进一步深入研究继续给予支持。Q-HSM系统的预报温度和强度值与现场实测值的偏差分别在±20℃和±21MPa以内。该系统已于2005年7月获得了国家版权局批准的软件自主知识产权。

　　同时，钢铁研究总院与广州钢铁集团公司和广州珠江钢铁有限责任公司合作，开发了国内第一套应用于薄板坯连铸连轧生产线的CSP热轧过程组织性能预报系统，在珠江钢厂CSP生产线上实现了离线和在线应用。该系统经过大量的短流程工艺生产的C-Mn钢和HSLA钢种的实际生产数据验证，已经实现了较高的预报精度。该系统已于2005年6月获得了国家版权局批准的软件自主知识产权。

　　钢铁研究总院与上海宝钢股份特殊钢分公司（原上钢五厂）合作开展了科技部国际科技合作重点项目计划“先进材料制备及其信息化和产业化技术”课题的研究，达成合作研究协议，依托上海宝钢股份特殊钢分公司棒线材生产线进行以轴承钢为主要研究钢种的冶金过程模拟模型开发。目前该项目已经取得了很大进展，特殊钢棒线材热轧过程组织性能预报研究的尝试，在国际上属于首次。

　　课题组的专家们经过5年多的艰辛努力，攻克了一个又一个技术难题，目前开发的宝钢3/4热连轧组织性能预报系统是世界上同类系统中最完备的，在预报钢种方面是世界上覆盖范围最广的，并接入热轧生产线计算机系统实现了在线实时应用。开发的CSP工艺过程组织性能预报系统也是国际上该研究领域的创新技术。在这一重要研究领域，该课题组的研究水平已居国内领先，跨入了国际先进水平的行列。“十一五”期间，课题组决心在科技部的领导和进一步支持下，在该研究领域向世界领先水平冲击，为我国钢铁工业从钢铁大国向钢铁强国的历史性转变做出贡献。截至目前，该技术成果的应用和转化情况包括：宝钢2050热轧生产线，珠江CSP热连轧生产线。正在开展工作和计划开展工作的包括：宝钢股份特殊钢分公司棒线材生产线，马鞍山钢铁公司CSP生产线，涟源钢铁公司CSP生产线，包头钢铁公司CSP生产线，唐山钢铁公司FTSR生产线等。

　　钢材热轧过程组织性能预报系统是钢铁企业实现数字化定量可控生产的必须手段。其技术应用和推广前景很好，直接的和间接的经济效益巨大。目前，世界主要钢铁生产国家的主要钢铁企业已经基本上采用或正在开发数值模拟与仿真技术系统。我国在这一决定钢铁企业未来发展竞争力的至关重要的领域处于起步和进步阶段。到目前为止，我国现有传统的连铸连轧生产线近20条，已经投产和正在拟建的CSP生产线近15条。这些钢铁企业迟早都是钢材组织性能预报系统的必然用户。此外，由于该技术可方便地移植到相近的生产线上，如热轧中厚板生产线、热轧棒线材生产线、热轧钢管生产线等，因此这些都是钢材组织性能预报系统的潜在用户。由此可见，热轧过程组织性能预报系统是能够在钢铁行业中得到广泛应用，对我国钢铁行业以至国民经济产生重大影响的技术，也是为促使钢铁生产技术进步提供必须的技术支撑手段的共性技术。

　　先进钢铁材料技术国家工程研究中心（NationalEngineeringandResearchCenterofAdvancedSteelTechnology,NERCAST）是以钢铁研究总院、北京科技大学、上海大学、武汉钢铁（集团）公司、辽宁特殊钢集团有限责任公司、新冶高科技集团有限公司发起，联合上海宝钢集团公司、攀枝花钢铁（集团）公司、东北大学、鞍山钢铁集团公司、首钢总公司、太原钢铁（集团）有限公司、江苏沙钢集团有限公司共13家股东单位共同出资，经国家发改委批准于2004年6月组建成立的国家级工程研究中心。其项目法人——中联先进钢铁材料技术有限责任公司注册资本1.1亿元，其中钢铁研究总院出资5000万元，占45.455%%，其余12家股东每家出资500万元，各占4.545%%。该中心将建设一流的先进钢铁材料理论技术创新、研究开发及工程产业化的人才队伍和技术装备，成为先进钢铁材料技术工程、产业化的研发平台，成为先进钢铁材料技术人才培训的基地。以此促进整个钢铁行业技术水平的提升，提高我国在国际钢铁材料领域的核心竞争力，不断满足国民经济发展的需要。

　　相关专家表示，将依托先进钢铁材料国家工程研究中心及其项目法人——中联先进钢铁材料技术有限责任公司，进行连铸连轧过程组织性能预报技术的产业化和工程化推广，积极推进我国独有的、世界领先的先进钢铁材料技术工业化。竭诚欢迎国内外冶金企业前来洽谈并进行技术推广工作。
 

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