以产学研用协同创新新模式
助推钢铁行业技术进步
王新东王国栋
河北钢铁集团有限公司
东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
摘要
深化协同创新是推进钢铁行业技术进步的必然要求。为了克服产学研用合作中的短期行为、目标不聚焦、校企形不成合力、队伍分散等问题，迫切需要构建新的产学研用协同创新合作模式。为了达到稳定长期合作、聚焦关键共性问题、校企结合同心协力、学科团队交叉融合的协同目标，河钢集团积极探索协同创新的新模式。针对国家重大需求和企业的现实需要，河钢集团搭建了协同创新平台，将科研队伍汇聚于企业迫切需求的目标之下，在针对产线进行靶向式改造过程中，推进工艺-装备-产品一体化技术创新和品种结构调整。针对钢铁行业绿色环保、低碳减排的发展和智能化制备的需求，企业和学校共同承担国家重大专项，推进关键技术的重大突破，引领行业技术创新。另外，立足于国家、行业的长远发展，依据国家重大需求和发展趋势，瞄准行业的前沿方向和长远目标，会聚企业和学校的优势，积极进行前沿、重大技术的探索，实现行业的可持续发展和协调发展。
引言
近年来，中国钢铁产业实现了产能增长与规模扩张，步入了调整结构和转型发展的阶段[1]，这对企业的技术创新能力提出了更高的要求。在新的工业革命蓬勃开展的今天，钢铁产业技术需求的系统性、复杂性显著增加，面向产业化应用的重大技术创新需要多学科、跨领域的紧密配合，参与创新的各部门必须形成持续稳定的合作关系。因此，必须实行产学研用的协同创新，让企业、高校、科研单位形成合力，解决企业面临的技术难题。通过多年的科研实践，高校和研究单位的广大科技人员也认识到，必须深入生产实践，与企业结合，才能把握稳定、正确的科研方向，才能寻找到理论联系实际、满足企业需求的重要课题。只有在产学研用协同创新中，才能完成国家和行业急需的成果，培养出满足产业发展的创新型人才。因此，企业和科研院所双方都迫切需要开展产学研用结合，通过协同创新推进科技成果向现实生产力转化[2]。
河钢是世界上最大的钢铁生产商和和综合服务商之一，拥有雄厚的产业基础。河钢以强烈的担当意识和社会责任感，大力实施创新驱动发展战略[3]，积极探索产学研用协同合作新模式，建立联合研究院、创新中心等实体合作组织，组建成特色鲜明的协同创新平台。利用这些平台，汇聚产学研用各方面的力量，针对国家重大需求和河钢产线的瓶颈问题，联合攻关，解决一批关键共性技术，推进工艺-装备-产品一体化技术创新。
1针对国家重大需求搭建协同创新平台
为充分发挥多方的产业与技术资源优势，河钢集团与东北大学、中国科学院、瑞典MEFOS、澳大利亚昆士兰大学等科研院校，本着“注重实效、面向未来、开放协同、共享发展”的宗旨，共同打造产学研用高效融合的全球钢铁技术研发平台，汇聚全球技术创新要素，加快推进钢铁产业升级。
年，河钢集团与东北大学联合成立了“河钢东大产业技术研究院”。研究院下面成立8个研究所，涵盖钢铁产业全流程，涉及矿山、炼铁、炼钢、连铸、轧钢、产品应用、装备自动化、智能制造等多个领域。各研究所均由河钢钢研总院、相关公司厂矿、产线的科研及工程技术人员和东北大学相关院系的教师联合组成。项目和企业科研人员实行同步动态调整，在项目实施期间，企业科研人员归属于研究所。研究院设立管理办公室，主要职能是进行项目的组织，开展技术交流、项目对接，管理、监督项目的进度、总结、验收等，是产线与学校、研究所之间的桥梁，是企业科研、工程技术人员与学校教师之间合作的纽带。这项工作对于河钢是全集团性的，对于东北大学是全校性的。由河钢集团和东北大学主要领导亲自掌舵，河钢各个子公司的董事长、总经理和东北大学的主管副校长、各学院院长直接负责。
研究院成立后第一件事是厂校项目对接工作。这项工作是河钢各个产线技术问题的“大起底”，把河钢各个产线迫切需要解决的问题摆到了桌面上。首先是河钢主要领导牵头组织河钢钢研总院和各子公司产线的领导、技术人员、工人广泛提出各自存在的关键、共性问题，经过梳理、总结后，提到研究院。东北大学由科研校长亲自领导，组织教师，根据自己的研究基础，针对河钢提出的问题，做出解决方案。另外，东北大学好的研究成果，也可以介绍给河钢的相关单位。在互相“摸底”的基础上，东北大学组织相关教师到各个产线进行现场对接。现场的实地考察和面对面的交流，使问题清晰、目标明确。经过近2个月的对接活动，东北大学近人次深入河钢集团总部和各子公司，召开了近30场对接交流大会和近场对接现场交流会，最终形成了余项对接项目。集团和各公司领导班子根据轻重缓急、资金情况、成熟程度对这些项目逐个进行讨论审查，全集团第一批立项总计34项，总合作金额余万元。根据研究院的规定，该类对接活动至少每年开展两次。
在学校教师和企业产线人员对接的同时，河钢高层领导与东北大学校领导及各学科的带头人开展“高层对接”，加强了创新协同的顶层设计。根据河钢总体发展方向和东北大学的研究优势与强项，规划涉及河钢集团长远发展的重大问题，凝练出集团级重大项目8项。
对接后，双方人员根据合同规定的研究内容、技术路线、研究方案和研究进度开展工作。研究院每年进行两次集中检查、交流，各项目组则月月有检查、季季有交流。集中检查与交流重在汇报“实干、实绩、时效”，目的是促进项目参加人员“撸起袖子加油干”。
双方约定每年召开一次“河钢东大学术年会”，就双方的研究成果进行学术交流，并对优秀的项目团队、个人、成果进行表彰。另外，高层领导每年举行一次“高层对接研讨会”，根据形势发展和变化，调整和规划长远、重大项目的设计和执行。研究院的管理办公室负责运行过程中的沟通联系、活动组织、进度推进、检查总结，保障了协同攻关工作顺利开展。
2针对产线进行靶向式改造攻克关键共性技术
钢铁产业关键共性技术的进步对国民经济发展影响重大，它的突破能带动多个产业技术升级，有助于国家在某些关键技术领域或产业形成优势。研究院在河钢唐钢就中厚板公司进行的提升产品结构改造工程就是一个比较典型的例子。由于这个项目集中瞄准了产线的关键共性技术，取得了明显的执行效果，河钢称之为“靶向式改造”。
中厚板公司产品品种单一，定位偏中低端，质量不尽人意，迫切需要进行工艺、装备与品种的全面升级。为此，组织了学校的精锐团队——钢铁共性技术协同创新中心的骨干、河钢钢研总院及河钢唐钢相关领域的科研人员，对中厚板公司全生产线进行诊断，对产线问题进行梳理，摸清了瓶颈所在。他们以打造国内先进水平的中厚板生产基地、提升产品品质、降低生产成本为目标，从炼铁、炼钢、连铸、热轧、冷却、自动化等各个环节入手，实施全线工艺-装备-产品一体化关键共性技术靶向式改造，已经取得丰硕的成果。
2.1微合金钢连铸坯角部横裂纹控制技术研究
微合金钢连铸坯角部裂纹是中厚板生产中的常见生产缺陷，长期困扰唐钢中厚板公司的技术人员[4]。为此，中厚板公司避开了微合金钢生产，长期以Q为主要产品。东北大学协同创新中心炼钢-连铸团队长期对该问题进行研究，系统地研究了角部裂纹产生机理，开发了“内凸形曲面结晶器”和“二冷区水冷双相变”等新工艺装备和技术，形成了稳定实施的微合金钢连铸坯角部裂纹控制关键集成技术[5]。该技术在唐钢中厚板产线实施，使得微合金钢角部裂纹发生率明显降低，角部裂纹基本消除。目前这项技术进一步推广到了河钢舞阳mm×mm厚板坯连铸机、河钢邯钢CSP生产线70mm×mm薄板坯连铸机、河钢石钢mm×mm大方坯连铸机以及其他企业的一批大型连铸机。
2.2宽大断面连铸坯凝固末端重压下技术开发与应用
凝固收缩、中心偏析和疏松是制约大断面钢坯心部质量的重要问题，这些问题普遍存在，长期得不到解决。东北大学炼钢-连铸团队在与唐钢对接的过程中发现了这一问题，并提出了宽厚板连铸坯凝固末端重压下技术[6]。但是，国际上和国内尚无完全成功的案例。经过与唐钢领导及技术人员的多次交流，唐钢决定率先开展该项目。工程实施后，首次在中厚板公司实现凝固末端单段压下达18mm、总压下量达40mm的技术突破，铸坯中心偏析碳级率达%，重压下投用后铸坯密度提升0.17%（45号）、0.65%（Q），采用重压下工艺（28.9mm）后，中心最大偏析度下降61.25%。热轧态保性能钢板厚度规格扩大到mm。目前该技术已经推广到河钢舞阳、河钢石钢、宝钢等中厚板和大方坯生产线。这项关键技术，为中厚板和大断面长材扩大产品规格、改善产品结构、提升产品心部质量提供了有力的技术保障。
2.3轧线自动化和平面形状控制
为了实现生产过程的高精度控制，减少中厚板产品切损，提高成材率，东北大学自动化团队对中厚板公司轧钢系统的一线、二线轧钢自动化控制系统进行了整体改造，采用了创新的智能化平面形状控制技术。改造后中厚板轧线自动化控制系统技术指标全面达到国际先进水平，平面形状控制成材率同比增加0.8%以上。这项工作为河钢开展钢铁行业智能制造提供了重要的经验。
2.4超快冷、即时冷装备开发
控制轧制和控制冷却技术（TMCP，thermomechanicalcontrollingprocess）能够显著提升和改善钢材的强韧性和使用性能，在钢材热轧生产领域广泛应用。东北大学开发了以超快速冷却为核心的新一代TMCP工艺，通过冷却过程的控制，实现钢材的细晶强化、析出强化、相变强化、固溶强化等强化手段的综合作用，充分挖掘热轧工艺的潜力，以节约型的合金成分设计和减量化的生产制造方法生产出力学性能优良、使用性能别具特色的板带钢产品，对于降低生产工序能耗、提升产品使用性能、推动热轧产品绿色化生产具有重大作用[7-10]。研究院组织东北大学协同创新中心常规热轧团队，利用中厚板公司mm中厚板产线升级改造的契机，针对产线瓶颈问题，进行了靶向式改造。通过该项目，配置了先进的高冷却强度、高冷却均匀性、可以进行灵活精准冷却路径控制的轧后快速冷却装置，进行材料的再结晶、相变、析出等的全面优化控制，实现材料性能提升和合金减量。同时，在轧机前后又增设了机架即时超快冷装置，解决头尾过冷、轧制效率低下的问题，可以进行轧制过程温度与压下的优化控制，与冷却配合，实现高水平的控制轧制和控制冷却。目前，该生产线已经批量生产出减量化的Q、E32、E36、E40船板、高品质QqD桥梁板、QGJ、Q高强钢、MPa水电钢、QqNH耐蚀桥梁板等高等级品种，有力推进了产线升级与品种结构调整，品种钢的比例已经达到70%以上。
3面向国家需求，产品由中低端走向中高端
长期以来，中国的一些急需、重点钢种依赖进口，受制于人，极大地限制了中国海洋、能源、建筑等行业的发展。河钢在推进产学研用协同创新的过程中，聚集各方面的力量，针对目前中国的短板产品，加大技术创新的力度，将协同创新的着力点瞄准一批国家急需的、有代表性的高端钢种。这一工作有力推进了河钢的产品由中低端走向中高端，实现钢材品种的升级换代。
3.1高强度、大规格、易焊接海洋工程用钢及应用
海洋工程用钢铁材料是拓展海洋空间、开发海洋资源的物质前提，是提升海洋国防实力、维护海洋权益的物质保障。用于中国海洋工程关键部位的特殊钢如高级别特厚板、大规格型钢等仍需进口，海洋平台用厚钢板的焊接效率及耐蚀性能与国外先进水平相比差距较大，高端钢铁材料自主保障能力差，制约了中国大型海洋工程装备的整体设计和建造水平。年，由东北大学总负责、河钢集团等单位参加的“高强度、大规格、易焊接海洋工程用钢及应用”作为国家重点项目立项，河钢牵头其中的“高强度海洋工程用特厚板强韧化机理及性能均匀性控制技术”课题。该项目将对特厚板合金设计与强韧化机理、心部韧性调控原理与技术、高洁净-均质化制锭/坯、高渗透性轧制、均匀热处理新工艺与装备、高强度特厚板关键生产技术及配套焊材等内容进行研究，开发高强度、大断面特厚板关键生产技术、装备和产品。该项目已经在河钢舞钢、河钢邯钢、河钢唐钢的中厚板生产线实施，这必将促进形成具有自主知识产权的海洋工程用钢品种体系、生产体系、应用配套体系、检测及服役性能评价体系，提升高端海洋平台用钢品种自给能力。
3.2大线能量焊接用钢技术开发与应用
建筑、能源、海洋工程等领域工程结构用钢的强度和厚度大幅增加，焊接工作量约占总工作量的30%～40%。因此，在保证焊接质量的前提下，提高焊接效率是实现低成本快速制造的关键。采用大线能量焊接钢板，可减少焊接道次、有效提高效率。目前国产结构钢的TMCP或正火材只能承受50kJ/cm以下的焊接热输入，焊接施工时不得不沿用生产效率低下的多道次焊接方法，因此开发大线能量焊接用钢受到广泛