“在鋼鐵行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，冶金裝備發(fā)揮著(zhù)重要的作用。在目前的形勢下，我們要特別注意產(chǎn)學(xué)研深度融合，加速冶金裝備原始創(chuàng )新和科技成果轉化，這將是我們今后發(fā)展的主旋律?！?月25日，中國工程院院士王國棟在由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì )主辦、中國一重集團有限公司承辦、中國冶金報社協(xié)辦的2020年高質(zhì)量發(fā)展·裝備與鋼鐵同行 冶金先進(jìn)技術(shù)裝備創(chuàng )新推進(jìn)會(huì )上表示。
冶金裝備技術(shù)創(chuàng )新的3個(gè)階段
王國棟表示，冶金裝備技術(shù)創(chuàng )新一般經(jīng)歷3個(gè)階段，即前期實(shí)驗室平臺研究階段、準工業(yè)化小型裝備生產(chǎn)驗證階段、工程實(shí)施—工程再創(chuàng )新—達產(chǎn)達效階段。其中，對于冶金廠(chǎng)前部冶煉環(huán)節，第二階段一般在工業(yè)化環(huán)境中進(jìn)行；第三階段必須在工業(yè)化環(huán)境中進(jìn)行。
王國棟介紹了上述3個(gè)階段的特征：
第一階段是前期實(shí)驗室平臺研究階段，主要使用模擬仿真+比例樣機。實(shí)驗室研究平臺有以下5個(gè)特色：
一是模擬和再現現代化鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程。主要工藝環(huán)節的工藝參數范圍涵蓋現有實(shí)際軋制過(guò)程，反映現場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中材料組織和性能演變的規律，研究結果可以指導現場(chǎng)生產(chǎn)和研發(fā)。
二是某些功能和工藝原理、參數范圍超越現有軋制過(guò)程，甚至顛覆現有軋制過(guò)程。這些參數范圍超越現有軋制過(guò)程的工藝或采用新原理的原型設備，為新工藝、裝備、技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)提供了創(chuàng )新空間。
三是多功能、組合型的模塊化研究設備。通過(guò)采用積木式結構，平臺不同的裝備和功能可靈活、柔性地集成和組合成新的生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現工藝、技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng )新。
四是高精度、工業(yè)化的計算機控制系統，功能強大的局域網(wǎng)和智能化數據處理、管理系統。完備的過(guò)程控制級和基礎自動(dòng)化級二級控制，工業(yè)化的高精度儀表，具有工業(yè)控制水平的高精度、高響應性、高穩定性是必須的。該系統完全可與真正的工業(yè)自動(dòng)化系統相媲美，實(shí)驗結果對實(shí)際生產(chǎn)具有重要指導意義。
五是改造是永恒的，應具有動(dòng)態(tài)修正、改造的功能。技術(shù)創(chuàng )新平臺根據發(fā)展的客觀(guān)要求，不斷進(jìn)行改造和開(kāi)發(fā)。即使是昨天剛剛建成的新設備，如果確有需要，也必須進(jìn)行改造。動(dòng)態(tài)的改造，提供了技術(shù)創(chuàng )新的可能。
第二階段是準工業(yè)化小型裝備生產(chǎn)驗證階段。這一階段既是工業(yè)環(huán)境下的準工業(yè)化實(shí)驗裝備，也是允許在非工業(yè)環(huán)境下運行的準工業(yè)化實(shí)驗裝備。
王國棟介紹，鋼鐵的冶煉、連鑄等前部工序，在學(xué)校、研究單位等非工業(yè)環(huán)境下，因為原料、公輔設施、環(huán)境限制很大，進(jìn)行模擬研究比較困難，所以主要在企業(yè)環(huán)境中建設這一類(lèi)模擬研究設備。這些研究工作可以提高在工業(yè)環(huán)境下實(shí)施的可行性，并可以對運行技術(shù)、經(jīng)濟指標進(jìn)行評估。
例如，日本COURSE50項目圍繞高爐碳減排，開(kāi)發(fā)了部分使用氫代替焦炭作為還原劑的氫還原煉鐵法。該項目利用2015年在新日鐵住金君津廠(chǎng)建成的小型試驗高爐（容積為10立方米）進(jìn)行改質(zhì)富氫焦爐煤氣的噴吹試驗，隨后進(jìn)行了爐體拆解研究，確認部分以氫作為還原劑的氫還原煉鐵法可使CO2排放量降低近10%。
基于碳捕集與利用的思想，德國教育與科技部立項Carbon2Chem，執行時(shí)間為2016年3月~2026年12月31日。蒂森克虜伯與弗勞恩霍夫協(xié)會(huì )、馬克斯·普朗克研究所及另外15家研究機構和合作伙伴共同承擔該項目，探索如何利用鋼鐵冶煉產(chǎn)生的尾氣，為燃料、塑料、肥料行業(yè)創(chuàng )造有價(jià)值的初級產(chǎn)品。
蒂森克虜伯在廠(chǎng)區內建立了Carbon2Chem研究中心，由廠(chǎng)內的高爐、轉爐、焦爐收集氣體，用管線(xiàn)橋送到中心內建立的氣體凈化—分離塔處理，處理后獲得的CO、CO2、H2、N2等純凈氣體，再加上可再生能源電解水得到的補充用的H2，制成含有碳和氫的合成氣體，再送到實(shí)驗樓內，應用于生產(chǎn)氨氣、甲醇、聚合物和高級醇等各種初級化工產(chǎn)品的實(shí)驗研究。
王國棟表示，一些小型化生產(chǎn)性設備，如窄帶熱連軋機、電渣重熔設備，如果裝備有較好的控制系統和檢測儀表，必要時(shí)可以作為工業(yè)環(huán)境下生產(chǎn)性實(shí)驗研究之用，為大型化生產(chǎn)設備設計、安裝、調試提供基礎支撐。小型冷連軋機等環(huán)境影響不大的準工業(yè)化研究設備，允許在非工業(yè)環(huán)境下工作，也可在學(xué)校和研究單位實(shí)驗室建設和運行。
第三階段是工程實(shí)施階段。王國棟指出，工程實(shí)施階段是將實(shí)驗室、中試基地的研究成果向大生產(chǎn)轉化的關(guān)鍵環(huán)節。由于工作環(huán)境、規模等要求，需由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行工廠(chǎng)設計。
如果屬于局部的改造，可由專(zhuān)業(yè)機械公司設計、制造和組織現場(chǎng)安裝。例如鞍鋼硅鋼廠(chǎng)實(shí)施的六輥軋機工作輥串輥改造是由中國一重實(shí)施的，控制系統則完全由鞍鋼自己的技術(shù)力量完成。唐鋼中厚板廠(chǎng)的連鑄重壓下改造是由唐鋼、東北大學(xué)、中冶京誠共同完成的。
如果屬于大型的新型生產(chǎn)線(xiàn)工程，中間過(guò)渡的準工業(yè)化、近工業(yè)化或小型工業(yè)化裝備是必需的。由于實(shí)驗室環(huán)境的實(shí)驗研究與工藝環(huán)境的大生產(chǎn)有著(zhù)較大差別，即使經(jīng)過(guò)中間環(huán)節過(guò)渡，仍會(huì )遇到各種意想不到的問(wèn)題，也可能會(huì )發(fā)生大的設計變動(dòng)，這些都需要有足夠的思想準備和周到的工作預案。
冶金裝備原始創(chuàng )新與成果轉化的5個(gè)要素
王國棟表示，冶金裝備原始創(chuàng )新與成果轉化需具備以下5個(gè)要素：
一是根據國家重大需求與世界發(fā)展前沿確定研究方向與課題。王國棟指出，我們必須在生產(chǎn)實(shí)踐和市場(chǎng)博弈中，發(fā)現國家、社會(huì )、人民的需求；在學(xué)科前沿和發(fā)展大潮中，發(fā)現亟待解決的問(wèn)題，并依據問(wèn)題確定研發(fā)目標。然后是進(jìn)行基礎理論研究、關(guān)鍵共性技術(shù)開(kāi)發(fā)，一步步將研發(fā)成果推向市場(chǎng)應用，完成一個(gè)創(chuàng )新周期。
“這就是我們總結出的MLPM——市場(chǎng)(M)-基地(L)-鋼廠(chǎng)(P)-市場(chǎng)(M)循環(huán)創(chuàng )新機制。按照這個(gè)機制，市場(chǎng)是創(chuàng )新的出發(fā)點(diǎn)和成果的歸宿?！蓖鯂鴹澖榻B，“它將確保研究目標緊緊圍繞國家重大需求，確保研究方向準確瞄準國民經(jīng)濟主戰場(chǎng)中的問(wèn)題，同時(shí)確保研究成果實(shí)際應用于國民經(jīng)濟主戰場(chǎng)。由于這一過(guò)程是由需求牽引、市場(chǎng)驅動(dòng)，研發(fā)成功后必將受到企業(yè)的歡迎，轉化也是順理成章的事?！?/p>
二是資源4D（維度）匯聚，即學(xué)科交叉、行業(yè)協(xié)同、產(chǎn)學(xué)研深度融合、工藝-裝備-產(chǎn)品-服務(wù)一體化（TEPS）?！耙允袌?chǎng)為導向”是這個(gè)體系發(fā)揮作用的大前提?！拔覀儽仨殞?shí)行4個(gè)維度上的資源匯聚、深度融合、創(chuàng )新發(fā)展?！蓖鯂鴹澅硎?。
三是在無(wú)人區中開(kāi)山搭橋，闖出一條新路。無(wú)論是淬火機的從無(wú)到有，還是中厚板、熱連軋、無(wú)縫鋼管超快冷的從零到一，還是薄帶連鑄的自主創(chuàng )新工業(yè)化，面對“硬骨頭”項目，我們要有堅定的信念、深刻的思考和理性的分析，要有巨大的韌性和不成功不罷休的魄力。
四是用智能化和信息化為先進(jìn)冶金裝備插上騰飛的翅膀。王國棟指出，冶金行業(yè)的一系列化學(xué)反應和物理變化是在“黑箱”中進(jìn)行的，“黑箱”中的情況看不見(jiàn)、摸不到、測不準。這是冶金生產(chǎn)流程的特點(diǎn)，也是冶金工作者和冶金裝備制造者面臨的巨大挑戰。近年來(lái)快速發(fā)展的信息化、智能化技術(shù)，為冶金裝備行業(yè)解決這一棘手問(wèn)題提供了支撐。
利用大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、5G等先進(jìn)的信息技術(shù)，“惟妙惟肖”地以一定的保真度展現實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，并實(shí)現實(shí)時(shí)反饋控制。這樣構成的CPS（信息物理系統），將具有感知、記憶、思維、學(xué)習和自適應能力，以及行為決策能力，能夠自學(xué)習、自組織、自適應，從而實(shí)現信息深度感知、智慧優(yōu)化決策、精準協(xié)調控制、自主學(xué)習提升。那么，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的智能設計與實(shí)時(shí)精準智能控制將成為可能。擁有了這個(gè)核心，鋼鐵行業(yè)才能夠跨入真正意義上的4.0時(shí)代。
五是加強冶金企業(yè)技術(shù)人員培訓，增強產(chǎn)品質(zhì)量控制與新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。王國棟認為，除機械學(xué)科研究人員外，材料學(xué)科和信息學(xué)科研究人員也應參與冶金裝備開(kāi)發(fā)，提出需求、參與研究、把關(guān)定向。王國棟建議對企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行系統培訓，包括設備、材料、信息（軟件）、操作規程、設備維護等，應有專(zhuān)門(mén)的教材（含視頻教材），并制訂專(zhuān)門(mén)的培訓計劃。尤其是應加強對企業(yè)技術(shù)人員的工業(yè)軟件技術(shù)培訓，使其具備軟件修改、新功能開(kāi)發(fā)能力。
