重型机械科技发展规划

重型机械科技发展规划 目录一．产业现状、面临形势及市场需求分析二．指导思想、基本原则及目标三．科技发展的主要任务（一）可循环冶金生产流程关键技术装备开发研制（二）金属材料精深加工关键技术装备开发研制（三）冷、热连轧机在线检测装置及自动控制系统自主化（四）大型轧机用轧辊及关键零部件加工技术装备研制（五）能源装备核心大件关键成形设备开发研制（六）运载装备整体大件关键成形设备开发研制（七）重大装备关键大型铸锻件开发研制（八）太阳能电池多晶硅材料精炼提纯技术及装备开发研制（九）信息技术在重型机械制造业中的应用研究（十）拓展服务领域四．研发基地建设和重点依托工程附表1重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表2重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表3重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表4重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表5重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表6重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表7重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表8重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表9重型机械科研和新产品开发项目（建议）附表10重型机械科研和新产品开发项目（建议）一、产业现状、面临形势及市场需求分析（一）产业现状以重大冶金成套装备和冶金、电力（水、火、风、核电）、石化、交通、航空航天、船舶、军工等行业所需的大型、超大型铸锻件为代表性产品的重型机械制造业，是我国机械工业的重要组成部分，对国民经济的发展和国家安全具有重要支撑作用。重型机械行业深化改革，艰难转型，在激烈的市场竞争中不断发展壮大。跨入新世纪以来，重型机械产业迎来了大发展的新时期，呈显稳步快速发展态势，工业总产值增幅每年都在30%左右，经济效益不断提升，全行业主要经济效益指标一年一个新台阶，不断创造历史新高。2008年，重型机械行业有3225个企业，其中有19家企业进入全国500强；工业总产值4895.61亿元，同比增长32.28％，新产品产值1169.17亿元，同比增长31.05％，工业销售产值4744.97亿元，同比增长33.05％；出口交货值655.80亿元，同比增长26.09％，其中冶金机械出口交货值54．41亿元，同比增长79．41％。重型机械产业企业重组、技术改造、做大做强力度在不断加大，已形成了自己的产品和技术体系，科技成果丰硕，创新能力正在培育和提升中，重大成套装备出口出现喜人变化。重型机械产业的装备水平和生产能力也有明显提高。2006年，一重集团公司建成15000ｔ自由锻造水压机；2007年，二重集团公司建成16000ｔ自由锻造水压机，并在国家大飞机建设项目的带动下，经国家批准立项建造80000ｔ模锻液压机；2008年，上海重型机械厂建成16500ｔ自由锻造油压机，从而大大提升了我国大型、超大型铸锻件生产能力，可望彻底改变我国大型、超大型铸锻件依赖进口的局面。近10年来，在我国冶金工业，特别是钢铁工业迅猛发展的带动下，冶金机械市场需求旺盛，我国冶金机械的研制、开发、设计、制造和成套能力及其技术水平有了很大提高，重大冶金成套装备的研发能力明显提高，也推动了整个行业的科技进步。目前，已经有能力提供年产600万吨级钢铁联合企业常规流程成套设备，包括4350m3高炉、6m焦炉、450m2烧结机、各类连铸机、大型热连轧板机、冷连轧板机、无缝钢管热连轧机、高速线材轧机、大型中厚板轧机，以及大型螺旋焊管机组等成套设备。2007年以来，我国冶金机械产品出口发生了喜人变化，长期依赖进口的大型冶金成套设备开始走出国门：出口尼日利亚900mm冷连机成套设备一套；出口印度1800mm热连轧机一套；出口泰国1700mmHC薄板冷轧机一套；出口波兰2250mm大型板坯热连轧成套设备一套。这标志着我国冶金机械的技术水平和产品质量得到了国际社会的认可，国产冶金机械不但能够装备本国，而且，开始走向世界，基本实现了冶金机械产品走出国门的愿望。新产品与重大技术装备开发取得可喜业绩，如：一重集团研制成功的2150mm和2130mm冷热连轧机；二重集团研制成功的5米宽厚板轧机；中国重型机械研究院研制的10套1600mm以上大型板坯连铸机；大连重工•起重集团研制的7.63米焦炉机械等。重型机械一些重要基础零部件的研制成功，对推动重型机械技术水平上台阶也起着重要作用。如：大型轧机用轧辊、轧机油膜轴承等。此外，信息技术在行业主要企业得到广泛应用，提升了行业的科技开发能力和管理水平。（二）存在问题我国已经成为装备制造业大国，但产业大而不强、自主创新能力薄弱，基础制造水平仍较落后、低水平重复建设、自主创新产品推广应用困难等问题依然突出，在新技术、新产品开发、加工制造能力和工艺水平等方面还不能很好满足国民经济各产业发展的需要。（三）面临形势——机遇与挑战并存新版产业技术政策明确规定要“增强装备制造业自主创新能力”，包括制定重大技术装备研制专项规划，组织实施重大技术装备研制专项，加快重大技术装备研制开发，增强重大技术装备自主研制能力；制定并定期修订装备技术政策，引导重点产业装备技术发展。国家和地方重大项目应按照装备技术政策优先选用国产技术装备；加快提高装备制造业基础件的技术和工艺水平，突破装备制造业基础技术和工艺瓶颈，提升装备制造质量与水平；建立和完善重大技术装备研制的项目业主、制造企业与金融机构的风险共担、利益共享机制；支持重点工程采用国产首台（套）重大装备或具有自主知识产权的技术装备等。在各种相关政策的有机整合中，需要把握好十个关系：市场调节和政府调控的有机结合；技术政策与产业政策的有机结合；整体利益与局部利益的有机结合；技术开发与技术应用的有机结合；技术供给与技术需求的有机结合；高技术与传统技术的有机结合；技术引进与自主创新的有机结合；先进技术与适用技术的有机结合；平衡发展和重点突出的有机结合；区域优先与均衡发展的有机结合。依托国家重点建设工程，大规模开展重大技术装备自主化工作；通过加大技术改造投入，增强企业自主创新能力，大幅度提高基础配套件和基础工艺水平。以冶金工业为例，近几年，我国钢铁产业的装备技术水平明显提高，大型化、高速化、精密化和现代化是显著特点。2006年与2002年比较，全行业3000m3以上大高炉由3座增加到12座，2000－2999m3大高炉由17座增加到37座；100t及以上转炉由35座增加到91座；宽带钢热连轧机由17套增加到35套；宽带钢冷连轧机由8套增加到24套；不锈钢年产能达到1000万t；2006年镀锌生产线能力和涂层生产线实际产量分别达到1398万t和227万t。在重点大中型钢铁企业的技改和新建项目中，烧结机容量达400m2以上(首钢新烧结机为500m2)；焦炉达7.63m，高炉容积达是4000m3，5500m3的高炉也在筹建中；转炉达300t；电炉达150t；各类轧机基本都是连轧机组，热连轧速度一般在18m/s左右，冷连轧速度达25m/s左右，比老轧机提高一倍多；高速线材轧机的速度提高到100m/s以上。同时，冶金装备的总体控制水平、过程自动化、轧材质量和精度，以及信息化管理等，都有了明显提高。2008年下半年以来，随着国际金融危机的扩散和蔓延，我国钢铁和有色金属产业受到严重冲击，出现了产需陡势下滑、价格急剧下跌、企业经营困难、全行业亏损的局面，冶金产业稳定发展受到前所未有的挑战。当前，由于国际、国内两个市场需求下滑，我国钢铁产业产能已严重过剩。截至2008年底，粗钢产能已达6.6亿吨，超出实际需求约1亿吨；某些先进技术、高端产品研发和应用仍要依靠引进和模仿。应当看到，钢铁产业在经历了长期粗放型扩张后，必然要进行一次大的调整。这种调整对冶金机械，特别是技术含量高的高端产品技术水平提出了新的要求。有色金属产业产能过剩等问题也日渐显现，主要产品价格暴跌，企业亏损情况严重。2008年，有色金属行业增加值比上年增长12.7%，增速同比回落6个百分点；十种有色金属产量2520万吨，比上年增长8.2%，同比回落16.2个百分点，其中电解铝产量1318万吨，增长7.7%，同比回落26.1个百分点，铜、锌、镍产量分别增长10%、4.3%和11.4%，锡产量下降11.1%。氧化铝产量2279万吨，增长17.7%，同比回落30个百分点。期间，预计钢铁和有色金属产业将严格控制产能总量，加快淘汰落后产能，严格控制新增产能，所有项目必须以淘汰落后为前提。冶金机械的科技发展必须和冶金工业的产业政策相适应。近两年来，“国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）”（国发〔2006〕8号）、“国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见”、“国家大型冶金装备自主化实施方案”、“装备制造业振兴规划”、“钢铁产业调整和振兴规划”、“有色金属产业调整和振兴规划”相继发布，我国冶金机械装备市场面临新的形势和任务，机遇和挑战同在。（四）市场需求分析据预测，到2011年，全球经济可望转入复苏阶段，我国经济的复苏可能提前到2010年，因此，期间的重型机械市场需求总体上仍然看好，特别是重型机械行业的科技发展依然是任重而道远。我国是钢铁和有色金属材料生产和消费大国，粗钢产量连续13年居世界首位。2008年，粗钢产量达到5亿吨，占全球产量的38%，国内粗钢表观消费量4.53亿吨；直接出口折合粗钢6000万吨，占世界钢铁贸易量的15%。2007年，规模以上钢铁企业完成工业增加值9936亿元，占全国GDP的4%，实现利润2436亿元，占工业企业利润总额的9%。我国重型机械制造业将进入一个全新的发展阶段。《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》明确禁止和限制进口国内已经具备开发能力的关键技术和机械设备，取消整机和成套设备免税政策，国产关键部件实行税收优惠和免税，鼓励采用国产冶金设备。这些政策将大幅度带动国产设备的需求，从而带来国内冶金机械制造业的全面升级和长期竞争力持续提升。应该看到，我国目前正处于扩大内需、加快基础设施建设和产业转型升级的关键时期，对先进装备有着巨大的市场需求。二、指导思想、基本原则及目标（一）指导思想21世纪前20年，是我国经济社会发展的重要战略机遇期，也是装备制造业发展的重要战略机遇期。重型机械行业科技发展的指导思想应该是：自主创新、重点跨越、立足当前，着眼长远。为此，要深入贯彻落实科学发展观，统筹国内外两个市场，着力推动以重大冶金成套装备和冶金、电力（水、火、风、核电）、石化、交通、航空航天、船舶、军工等行业所需大型、超大型铸锻件为代表性产品的重型机械制造业科技进步和产品优化升级；加强关键技术研发，形成新的竞争优势，加强自主创新，培育自主品牌；促进产业结构调整，加快技术改造，切实增强企业素质和竞争力，促进产业持续、健康、稳定发展。（二）基本原则1．加强政府引导与坚持市场机制相结合加强政府政策引导，坚持装备自主化与重点建设工程相结合，充分利用产业调整振兴时机，重点建设工程所形成的市场需求，加快推进装备自主化，保障工程需要，带动产业发展。2．自主创新与技术改造相结合通过加大技术改造投入，增强企业自主创新能力，提高研发水平，着力培育自主品牌，加快产品升级换代。培育企业原始创新能力、集成创新和引进消化吸收再创新能力，着力突破制约产业转型升级的关键技术，提高重型机械装备技术水平。3．发展成套、整机与提高关键零部件技术水平相结合坚持发展成套、整机与提高基础零部件技术水平相结合。努力实现重大成套技术装备自主化，大幅度提高基础配套件技术水平和基础工艺水平，扭转关键基础配套件主要依赖进口的局面。4．内需为主与全球配置相结合坚持充分利用两个市场，以满足国内市场需求为主，优化直接出口，扩大间接出口，抓住机遇，积极实施“走出去”战略。5．振兴产业与服务增值相结合力保先进生产能力，力保关键产品，充分利用各种有利因素，加快重型机械产业结构优化升级。加强产业发展与服务增值相结合，既要增强科技发展，又要拓展售后服务，强化生产与服务的纽带联系。

（三）规划目标1．技术进步得到较大提升，自主化能力进一步提高加快技术进步，优化品种结构，大力提高重型机械产品技术水平。一般装备基本实现自主化，重大技术装备自主化率达95%以上。2．自主创新能力明显增强创新能力明显增强，力争在关键工艺技术装备、节能减排技术装备，以及高端机械产品研发、制造和应用方面取得突破，推动产业技术升级，提高产品质量，优化品种结构。3．研发基地建设成效显著重型机械的自主创新、研发基地建设要在已有基础上大力推进，形成真正能力，发挥显著成效。4．节能减排技术装备取得明显成效钢铁和有色金属生产企业是能耗大户，水、烟尘、二氧化碳排放量巨大，必须进一步研发有效的节能减排技术装备，以进一步降低企业吨钢综合能耗、吨钢耗用新水量、吨钢烟粉尘排放量、吨钢二氧化碳排放量；基本实现二次能源回收利用、冶金渣综合利用、污染物排放浓度和排放总量双达标。三、科技发展的主要任务（一）可循环钢铁生产流程关键技术装备研制“国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）”中，把“可循环钢铁流程工艺与装备”作为国家技术发展规划纲要的重要内容，重点研究以非高炉炼铁和资源优化利用技术为基础的新一代可循环钢铁流程工艺与装备，作为循环经济的典型示范项目。这是钢铁工业走新型工业化道路、转型升级的重要举措。要积极开发二次资源循环利用技术，冶金过程煤气发电和低热值蒸汽梯级利用技术，高效率、低成本洁净钢生产技术，非粘结煤炼焦技术、大型板坯连铸技术、热、冷连轧机组的集成设计、制造和系统耦合技术等。开展新一代可循环钢铁流程装备技术研究，实现关键领域的重大突破，是落实国家中长期科学和技术发展规划纲要的重要任务，落实科学发展观的具体体现。循环经济和节能降耗是冶金工业“新政”的最大亮点，这将成为国内冶金装备制造业开拓市场的重要切入点。我国钢铁工业将进入一个全新的发展阶段，这对冶金装备提出了新课题和新要求。开展新一代可循环钢铁生产流程工艺装备技术研究，实现关键技术领域的重大突破具有重要意义。重型机械制造业要在已有基础上，积极开展新一代可循环钢铁生产流程所需关键技术装备的研发，其中主要包括：基于氢冶金的熔融还原炼铁新工艺装备；非粘结煤炼焦技术装备；高效率、低成本洁净钢生产工艺装备；大型板坯连铸机集成设计、制造和系统耦合技术；冷、热连轧机组的集成设计、制造和系统耦合技术；薄板坯连铸连轧机组关键技术国产化；具有节约资源潜力的干法除尘、冶金渣干法粒化、烟气脱硫脱硝设备等。“钢铁产业调整和振兴规划”提出：冶金装备的自主创新能力要进一步增强，要进一步提高技术装备水平，一般装备基本实现本地化、自主化，大型装备本地化率达92%以上。力争在关键工艺技术、节能减排技术，以及高端产品研发、生产和应用技术等方面取得新突破。“钢铁产业调整和振兴规划”的规划期只到2011年，到末，上述要求将进一步提高，大型装备本地化率将达95%左右。新一代可循环钢铁生产流程工艺与装备的开发研制是一项系统工程，需要依托钢铁产业新增、技改、搬迁工程项目的实际需求，分阶段逐步推进。本规划项目主要是针对新一代可循环钢铁生产流程关键技术装备领域，依据期间冶金机械的市场需求分析，并在现有重要科研成果和新产品开发基础上，进行更深入的关键技术研究和工程化技术集成，着力开发科研成果转化为产业化生产的技术装备，实现该类装备的基本自主化。1．超大环保型焦炉机械设计开发目前，我国焦化厂配套的焦炉机械大多无环保手段，即使有环保设备，使用效果也不理想，严重污染环境。本项目主要研究任务是：使焦炉机械具有完备的环保措施，以减少环境污染。具有环保功能的绿色焦炉机械，是炼焦行业将来科技发展方向，属于国际一流技术，市场需求很大。本项目拟在消化吸收7.63米、7米焦炉机械成熟技术基础上，开发国内超大型、环保型焦炉机械设计技术，其主要研发内容包括：设备单孔处理焦炭量在46吨左右；机型高度为世界第二，国内最大，产焦能力基本与7.63米焦炉相同；具有机、焦侧完备的环保措施；机械功能设置与7.63米基本相同；采用循环水熄头尾焦技术，降低推焦机熄焦用水量，实现降耗目的；可靠、高效自动化操作；使其技术水平达到国际领先。本项目的研发目标是：完成方案设计和技术设计，若有依托工程则完成详细设计。实施年限：2010-2015年。2．6.25米捣固焦炉机械设计开发本项目拟在消化吸收5.5米捣固焦炉机械成熟技术基础上，独立开发目前世界上最大型的捣固焦炉机械。通过考察国外6.25米捣固焦炉机械设备运行情况，掌握国外捣固焦炉机械的实际技术水平；再结合5.5米捣固机械技术提升、试验，将捣固设计的新经验和成果，以及可靠技术应用于6.25米设计开发中。同时常规功能将移植6米和7米焦炉机械成熟技术。本项目的开发目标是：完成方案设计和技术设计，若有依托工程则完成详细设计。实施年限：2009-2013年。3．400x2700mm超大型板坯连铸设备关键技术研究及高效化改造近年来，板坯连铸技术主要围绕铸坯无缺陷、高效、高可靠性、先进实用控制技术，以及工艺操作软件、炼钢-连铸-轧钢全流程生产衔接等方面进行改进。国产连铸机部分关键设备和核心技术与发达国家相比仍然存在明显差距，具体体现在：1)国外连铸机作业率普遍大于80％；大型板坯连铸机漏钢概率约100至200万吨钢一次；基本实现无缺陷铸坯(包括合金钢)生产。而我国连铸机生产稳定性较差，事故相对较多，作业率偏低，铸坯质量也有一定差距；2)国外高效连铸技术发展很快，低碳板坯拉速普遍大于2.0m/min，最高可达3.0m／min，连铸机生产效率大大提高，而我国还存在较大差距；3)国外连铸生产自动控制水平迅速提高，已普遍采用结晶器液面检测与控制技术、计算机铸坯质量跟踪和判定技术、漏钢预报与控制技术。此外，智能化技术也有很大发展，如智能化动态二冷段，扇形段动态轻压下技术等，而我国自行设计的连铸机总体上自动控制水平还较低。自主设计制造的板坯连铸机在几项核心技术上与国际先进水平相比仍存在10年左右的差距，主要表现在：结晶器振动和辊缝远程自动调整机电液一体化技术；自动控制系统、特别是过程控制系统；钢铁冶金和连铸技术应用软件和工艺模型、特别是动态冷却，铸坯凝固和轻压下工艺模型等。为了尽快赶上发达国家先进的大板坯连铸机设计、制造技术和生产水平，应加大开发力度，加强技术攻关和交流，努力掌握大板坯连铸机关键设备和核心技术，包括结晶器振动优化技术及铸坯导向段辊缝远程控制技术；智能动态二冷控制技术；具有动态轻压下功能的扇形段技术等，逐步缩小并达到国际先进水平。本项目要达到的主要技术指标是：板坯断面400mmX2700mm；大板坯铸机作业率提高至90%以上；对于低碳钢，碳偏析率提高0.4左右；基本消除1.0级以上中心偏析，控制在C级0.5级以内；凝固末端液芯位置定位精度控制在25mm内；液芯厚度测定精度控制在3mm内；铸坯平均拉速提高0.2m/min。本项目的技术创新点在于：1）如何保证热跟踪模型的准确性，准确判断凝固末端的位置。这需要在试验以及数值模拟的基础不断完善预测模型，并配备相应的反馈手段加以验证，如在线的铸坯表面测温系统，铸坯液芯厚度检测(间接)系统等；2）如何测定铸坯压下过程中产生裂纹的临界应力和应变值。要充分考虑实际连铸工况，尽可能地模拟凝固前沿的组织、温度分布及受力状态,使测得的临界值能够较真实地反映铸坯内裂纹的形成。这就需要大量的实际工况数据；3）提高自动化控制水平。需要投入大量资金进行高水平的自动控制及先进检测设备的研制与开发。预计项目所需研发资金提高自动化控制水平。4．短流程热带钢连铸连轧技术装备研制短流程连铸连轧生产线具有生产流程短、投资少、节能降耗、生产及操作成本低、产品品种广泛、产品质量高等优点。其连铸机液芯压下技术，有助于精细均匀的粒状晶的形成，使铸坯内部组织理想化，保证有良好的薄带钢内部质量和表面质量。良好的铸坯表面温度控制，保证了铸坯直接进入轧制，很好的利用了热能，节省了能源。该项技术市场前景广阔。目前，世界上已投入工业生产的薄板坯连铸连轧机组所采用的技术有德国西马克公司的CSP技术；意大利阿维迪公司的AST技术；意大利达涅利公司的FTSR技术；奥钢联的Conroll技术。我国还没有独立自主设计制造的、具有自主知识产权的薄板坯连铸连轧生产线，已建成的薄板坯连铸连轧生产线均为国外引进，多数采用CSP技术。薄板坯连铸连轧技术近年来在工艺、装备及其控制系统方面的发展极为迅速，不断更新技术，力求降低投资成本和生产成本，节能降耗，提高产品质量和生产能力。其发展趋势是：1）薄板坯连铸连轧生产线与转炉匹配生产；2）适当增加铸坯厚度；3）成品规格厚度越来越薄；4）提高拉坯速度；5）铸坯液芯压下；6）产量、规模趋大；7）提高轧制速度。本项目拟在现有基础上系统的开发、研制短流程热带钢连铸连轧技术装备，实现这类装备的自主化。短流程连铸连轧项目属于前沿技术，有着很大的发展空间。其产品热轧带钢可直接用作成品和给冷轧提供原材料。主要研究内容：1）连铸连轧生产线工艺技术研究；2）连铸连轧生产线关键设备研究；3）大型连铸连轧机组两级自动化系统成套技术研究。所需研发资金10000万元；研发周期3年。5．短流程1450mm五机架带钢冷连轧关键技术装备研制6．无缝钢管连轧机组成套设备研制三辊限动芯棒连轧管机组主要生产高质量石油套管、套管接箍、流体输送管、高压锅炉管、低中压锅炉管、液压支柱管、汽缸套管、化肥设备高压管、结构管、军工管、船舶管及冷拔管坯料等。目前，国际上先进的三辊限动芯棒连轧管机组均为德国MEER公司和意大利DANIELI公司生产制造，该机组的关键工艺技术也由这两家公司垄断。机组中三辊限动芯棒连轧管机液压辊缝控制（HGC）和芯棒限动技术的运用，使机组具有以下优势：a)改善钢管壁厚精度；b)改善钢管表面质量；c)轧制更多钢种；d)提高金属收得率、产量；e)降低工具消耗；f)降低芯棒成本；g)具有更高的效率及适应能力；h)温度均匀；i)可在更低的温度下轧制；j)设备重量轻、占地面积小、设备基础浅。现有不同规格的连轧管机组生产能力达：年产35～60万吨。近十几年来，仅国内钢管生产企业就从这两家公司进口了十余套连轧管机组，而国内钢管设备制造企业仅能参加连轧管线的配套工作。本项目拟依托国内建设项目，开发、研制国内首套国产化φ180三辊限动芯棒连轧管机组成套设备，并进行连轧管生产工艺研究，目标是通过开发掌握关键核心技术，打破国外技术垄断，并形成自主知识产权。同时运用价格优势，参加国际竞争。φ180三辊连轧管机组成套设备热轧区国产设备总投资约4亿元（人民币），进口大约需要10亿元。本项目主要技术指标：年生产能力：35万吨；钢管规格：直径：φ60～φ180mm；壁厚：4～25mm；精度：达到国际相关钢管技术标准。其中关键、核心技术是：1）三辊连轧时金属变形机理研究，在此基础上提出轧制力、轧制速度等工艺参数的计算方法，以及轧辊孔型设计研究；2）三辊限动芯棒连轧管机液压辊缝控制（HGC）和芯棒限动技术、液压系统原理及集成。轧制过程中液压小舱根据数学模型的设定，以毫秒级不断快速压下和打开，位置精度达5μm。由于空间限制，系统的设计和制造有相当难度；3）交流变频主传动控制系统和自动化系统，以往都是ABB等大型国际公司承担，本项目需攻克大功率交流变频传动技术。按目前成本计算投资约1.2亿元，企业自筹1.08亿元，申请上级资助创新开发资金200万元。研发进度：2010年－2013年。7．大型转炉煤气干法净化回收技术装备研制氧气转炉炼钢是我国主要炼钢工艺，约占钢产量的80％左右。转炉煤气干法净化回收技术，属于国家振兴和培育的钢铁行业节能减排、能源回收利用技术，具有良好的经济、社会效益和十分广阔的应用前景。目前，我国约90%的转炉采用湿法（OG法）净化回收系统，部分转炉根本没有净化回收装置，只有少量新建转炉采用煤气干法净化回收装置，基本上采用国外全套引进或国外技术总负责、关键件引进模式。从而使该项技术的推广应用受到很大限制，发展缓慢。本项目拟在进一步消化吸收引进装备技术的基础上，采用自主创新理念解决关键技术，通过示范工程构建具有自主知识产权的转炉煤气干法净化回收技术及其成套装备，实现同类技术装备的自主化。本项目主要针对大型转炉（200～300吨）煤气干法净化回收系统技术和装备，研究重点与开发内容包括：1）系统工艺及控制软件技术研究开发；2）圆筒型干法电除尘器高效除尘和可靠性研究；3）设备的安全防爆性能试验研究；4）多功能智能型喷雾冷却技术研究、开发；5）切换站盅型阀技术研究、开发；6）轴流风机技术研究、开发。项目计划进度3年（参见附表1）。8．钢渣粉磨节能技术及其装备开发研制2000年，国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB18046-2000颁布实施，矿渣粉应用逐渐成熟并被广泛接受和使用。2007年，全国钢产量4.89亿吨，钢铁渣总量2.4亿吨，如将其全部深加工为渣粉，则可等量替代水泥熟料2.4亿吨，相当于节约：石灰石资源3.36亿吨、熟料煅烧用标准煤0.25亿吨、电力144亿度、CO2减少排放2.32亿吨，并减少了由此生产过程而产生的温室气体、有害气体，以及粉尘排放，其经济和社会意义，以及对节能、减排所起的作用、贡献十分显著。冶金渣通过现代技术加工改造，可以形成“资源—产品—再生资源”的循环经济，提高资源综合利用率。本项目拟在自主研发的适合于钢渣粉磨关键技术基础上，开发用于固体废弃物综合利用的卧式辊磨机，实现冶金钢渣的深加工，其市场应用前景十分广阔，节能、减排效果非常显著。卧式辊磨是代表料床粉磨技术发展的前沿技术，具有领先工艺技术水平，是粉磨行业技术领域发展的代表。国外，法国机械集团所属FCB.cement致力于卧式辊磨的开发应用，丹麦FLSmidth也紧步其后；国内，虽然尚无同类国产化产品投入市场，但已经有多家企业与科研机构正在加紧研发。本项目如能受到政府首台套国产化重大技术装备政策扶持和直接资金支持，完全可以通过自主研发，实现开发、设计、制造和工业应用的自主化。主要技术指标：磨机规格Φmm：4235；细度比表面积cm2/g：4500；机电耗kw.h/t：29.3；转率%：82。本项目需研发资金4500万元；研制周期4年。9．低品质蒸汽余热发电技术装备研制余热发电是国家中长期科技发展纲要中“新一代可循环钢铁生产流程工艺与装备”明确提出的研制项目。冶金生产的高炉煤气、气化冷却水、热轧工序加热炉余热蒸汽；石化炼油装置的催化、裂化、焦化冷却水；化工硫酸生产中的焙烧、焚硫；各种工业窑炉低温烟气等都存在大量余热。通常，余热能源按温度分为高、中、低三挡。650℃以上为高温，230℃～650℃为中温，230℃以下为低温。低温余热能源约占余热能源总量的30％。目前这些蒸汽，除了少数蒸汽为厂区提供热源，大多采用直接外排处理，既浪费能源，又污染环境。以中小型钢铁企业为例，其全部余热发电装机容量可达50MW～100MW。对有效利用能源具有重要意义，具有广阔的市场前景。目前，发达国家能源利用率都在50％以上，美国已超过60％，而我国只有30％左右。上世纪70年代末，美国研制出第一套利用地热水发电的汽水两项发电系统，功率为60KW。80年代后期，美国完成1套1000KW的地热发电系统，内效率65～74％。我国上世纪90年代开始研发低热蒸汽发电工艺，目前只有试验项目，设计容量300KW，内功率50~60%。本项目针对低品质蒸汽余热发电技术及其装置研发，主要技术指标为：完成低品质蒸汽余热发电工艺和动力设备设计研发；实际发电功率在65％以上；实现废蒸汽有效利用，减少噪声和废气对环境的污染；发电相序与电网相序能保持一致，机频与网频一致，并能自动控制跟踪网频。如遇突发事件，发电机系统的安全保护装置均能与低压网自动分闸。项目计划进度3年（参见附表1）。附表1重型机械科研和新产品开发项目（建议）序号项目名称研发内容预期目标研发年限经费预算1超大环保型焦炉机械设计开发设备单孔处理焦炭量在46吨左右；机型高度为世界第二，国内最大，产焦能力基本与7.63米焦炉相同；具有机、焦侧完备的环保措施；采用循环水熄头尾焦技术，实现降耗目的；可靠、高效自动化操作；使其技术水平达到国际领先。拟在消化吸收7.63米、7米焦炉机械成熟技术基础上，开发国内超大型、环保型焦炉机械设计技术。2010-2015年26.25米捣固焦炉机械设计开发掌握国外捣固焦炉机械技术水平；再结合5.5米捣固机械技术提升、试验，将捣固设计的新经验和成果，以及可靠技术应用于6.25米设计开发中。在消化吸收5.5米捣固焦炉机械成熟技术基础上，独立开发目前世界上最大型的捣固焦炉机械。2009-2013年3大型板坯连铸设备关键技术研究及高效化改造1）如何保证热跟踪模型的准确性，准确判断凝固末端的位置；2）如何测定铸坯压下过程中产生裂纹的临界应力和应变值；3）提高自动化控制水平。大板坯铸机作业率提高至90%以上；低碳钢碳偏析率提高0.4左右；基本消除1.0级以上中心偏析，控制在C级0.5级以内；凝固末端液芯位置定位精度控制在25mm内；液芯厚度测定精度控制在3mm内；铸坯平均拉速提高0.2m/min。2000万元4短流程热带钢连铸连轧技术装备研制1）连铸连轧生产线工艺技术研究；2）连铸连轧生产线关键设备研究；3）大型连铸连轧机组两级自动化系统成套技术研究。拟在现有基础上系统的开发、研制短流程热带钢连铸连轧技术装备，实现这类装备的自主化。研发周期3年10000万元5短流程1450五机架冷连轧机关键技术装备研制6无缝钢管连轧机组成套设备研制1）三辊连轧时金属变形机理研究，提出轧制力、轧制速度等工艺参数计算方法；2）三辊限动芯棒连轧管机液压辊缝控制（HGC）和芯棒限动技术、液压系统原理及集成；3）交流变频主传动控制系统和自动化系统。主要技术指标：年生产能力：35万吨；钢管规格：壁厚：4～25mm；精度：达到国际相关钢管技术标准。2010－2013年200万元7大型转炉煤气干法净化回收技术装备研制系统工艺及控制软件技术研究开发；圆筒型干法电除尘器高效除尘和可靠性研究；设备的安全防爆性能试验研究；多功能智能型喷雾冷却技术研究、开发；切换站盅型阀技术研究、开发；轴流风机技术研究、开发。采用自主创新理念解决关键技术，通过示范工程构建具有自主知识产权的转炉煤气干法净化回收技术及其成套装备，实现同类技术装备的自主化。3年8钢渣粉磨节能技术及其装备开发研制主要技术指标：自主研发适合于钢渣粉磨的关键技术，开发用于固体废弃物综合利用的卧式辊磨机，实现冶金钢渣的深加工。4年4500万元9低品质蒸汽余热发电技术装备研制低品质蒸汽发电工艺研发，动力设备设计研发。实际发电功率在65％以上；发电相序与电网相序保持一致，机频与网频一致，并能自动控制跟踪网频；如遇突发事件，发电机系统的安全保护装置能与低压网自动分闸。2009~2011年120万元（二）金属材料精深加工关键技术装备开发研制将金属材料，特别是钢铁材料精深加工工程技术领域具有市场价值的重要应用科研成果进行后续的工程化研究和集成；着力开发科研成果转化为适合规模生产需要的共性技术、关键技术，增强我国冶金机械制造业的实力，为我国冶金工业和机械制造业再上新台阶服务。主要研发方向有：钢水精炼技术与装备；高精度带材轧制成套装备；高精度轧材精整技术与装备；钢材涂镀层技术与装备；大口径管线钢管UOE成套装备；高精度冷轧、冷拔管机。本项目所涉及的技术领域都是我国冶金工业及其后步加工产业调整、优化产品结构，提高产品质量，增加高附加值产品，加快技术进步，加速淘汰落后产能和技术装备，提高国际竞争力，实现我国从钢铁大国向钢铁强国转变所不可缺少的金属材料精深加工装备技术，具有广阔的市场前景。1．带钢高速高效电解脱脂成套装备研制宝钢、鞍钢、武钢、本钢等大中型钢铁企业新建冷轧厂中的带材高速高效电解脱脂机组全部由国外引进。原冷轧厂的普通脱脂机组面临淘汰或技改，研制具有我国自主知识产权的带材高速高效电解脱脂成套装备，实现该类机械装备的基本国产化，其设备造价约是进口设备的60%，具有良好的经济和社会效益。国外先进的电解脱脂技术主要是美国UEC、日本川崎K-CSS和新日铁HP-Jetcell，宝钢冷轧厂采用美国UEC，鞍钢新冷轧采用日本方式。项目的主要内容与预期目标是：完成带材高速高效电解脱脂成套技术装备的研发，运用现代控制手段实现生产工艺及设备的自动化、智能化控制。其创新点在于：1）带材高速高效电解脱脂工艺；2）循环系统的实时自动控制；3）运用现代计算机技术构建生产工艺参数系统，实现生产工艺参数的智能化设定。项目计划进度3年（参见附表2）。2．UOE大直缝焊管生产关键技术及成套装备研制UOE成形法焊管生产效率高，产品质量好，残余应力较低，一直被业内誉为最佳的大直径管线钢管制造技术。目前，我国管道工程中需要的高等级UOE管线管基本上仍靠进口，制造技术和产品自给能力严重不足。开展UOE大直缝焊管成形关键技术及其装备的研制是钢管制造行业亟待解决的重大课题。目前，我国油、气管道建设相对落后，与世界发达国家相比，无论从数量，还是质量、品种，都存在很大差距，油气管线长度不到世界管线总长度的1%。到2008年，国外已建和在建的UOE机组有30多项，其中，能生产管长18m、厚壁、高等级大直径管线钢管的生产线有8条，基本上都分布在发达国家。我国建成和在建的UOE生产线共四条：珠江钢管有限公司通过引进二手UO成形设备和自制机械扩径机建成国内第一条UOE生产线；辽阳钢管公司两条国产化UOE机组；宝钢在“十一五”期间，通过国际合作建设的我国第一条高水平UOE生产线。宝山钢铁公司UOE焊管生产线于2008年1月进行热负荷试车，成功试制出直径为φ1016mm的直缝埋弧焊管。该生产线的主要设备均采用国外引进技术，分别由一重、太重制造，机械扩径机从德国米尔公司引进。该机组是目前世界上最先进的机组之一，产品外径φ508~1422.4mm、壁厚6~40mm、长度6~18.3m，具备X100钢级管线钢管的生产能力，设计能力5×105t／年。目前，UOE大直径管线钢管生产工艺及其装备技术被一些发达国家所掌握，在向我国提供UOE生产装备时，对相应的关键技术，特别是工艺技术实行封锁。结合宝钢UOE机组的建设，国内已开展了一些相关基础理论和应用技术的研究，但由于研究工作比较分散且缺乏深度，一直没有形成系统的应用基础体系，期间有必要对UOE成形工艺继续进行深入研究，为UOE焊管生产和装备技术国产化提供支撑。本项目预计达到的各项技术指标如下：1）O成形压力机的压力720MN，弯边机、U成形压力机和机械扩径机的设备能力分别达到40MN、30MN和15MN；2）产品最大直径φ1625mm，最大壁厚达到40mm，最大管长18m；3）产品钢级达到X100；4）产品精度，扩径前的焊管椭圆度不超过3.0%，扩径后椭圆度小于1.0%。进行生产工艺技术的开发和研究，实验研究仍然具有十分重要的意义，由于UOE工艺路线长，工序多，涉及的设备多，自建实验生产线是不现实的，需要在相关企业现有条件基础上进行中试试验研究，为此，需要“推动产业创新战略联盟构建”。本项目需研发资金：25000万元。3．热轧高强度钢厚板纵切、横切机组成套设备研制油气管道，特别是天然气管道发展的一个重要趋势是：选用高钢级、大口径管材高压输送，从而大幅度节约建设成本。采用X100比X65、X70管材可节约费用30％左右，节约管线建设成本10％～12％。目前，输气管道的设计和运行压力已达15MPa甚至20MPa。在西气东输等重点工程立项后，石油和冶金部门联合开展了一系列相关的研究工作，长达4000公里的西气东输管道都采用了X70钢级管线钢管，输气压力提高到10Mpa。X80高钢级管材应用方面，相关单位联合开展了10余项基础攻关和技术开发，并已开始X100以上高强度管线钢研制。国内处理管线钢的纵切和横切设备主要依赖进口，现有纵切生产线最大剪切板材厚度12.7mm，材质最高强度为X70。由于油气输送管道的不断加长，急需大口径焊接钢管，要求纵切机组剪切板厚最大达15.1mm，材质最高达X100，现有剪切线根本不能满足要求。横切机组剪切板厚最大达25.4mm－27mm，现有横切剪切线也不能满足要求。因此开发高强度、超厚度的热轧厚板剪切线非常必要。本项目设定的目标是：纵切生产线材质：X80~X100抗拉强度：646~923N/mm2屈服强度：508~775N/mm2来料厚度：4~15.1mm宽度：650~2150mm成品宽度：270~760mm剪切条数：3~15条机组速度：Max80m/min横切生产线材质：高强钢抗拉强度：Max~850N/mm2来料厚度：4~27mm宽度：650~2150mm成品长度：6000~1000mm机组速度：Max60m/min主要研究内容：针对X80~X100高强度管线钢的开头、剪切、卷取难问题，着重解决开头机开头铲刀新结构设计及力能参数计算；七辊矫直机矫直辊的弯曲强度计算及几种材质实验分析；厚板圆盘剪的结构设计及刀轴力能参数计算、刀片材质的选择及材质的实验研究；张力装置的结构设计及张力辊组的力能参数分析；卷取机钳口的结构优化设计及钳口块材质的有限元分析计算。横切生产线的关键技术是：开发及研究厚板切边圆盘剪，对圆盘剪刀轴及其它关键件的力能参数分析计算；厚板矫直机矫直辊的弯曲强度计算及几种材质实验分析研究；开发及研究厚板飞剪机，对飞剪机的重要和关键件进行力能参数分析计算。本项目关键技术及创新点：1）生产线的工艺及设备组成；2）圆盘剪工艺及设备研发；3）矫直机工艺及设备研发；4）飞剪工艺及设备研发。本项目需研发资金：8000万元，依托工程7500万元；申请科技发展基金500万元。研制周期3年。4．中厚板第三代矫直机研制造船、油气输送、石油、桥梁、高层建筑，以及工程机械等，对中厚板的强度、韧性、板形等性能要求不断提高，从而对其进行后步精整加工的矫直机强度、刚度、功能和自动化水平也提出了更高要求，钢铁企业迫切需求新一代中厚板辊式矫直机。德国的SMS、日本三菱重工等率先推出了符合这些要求的新一代强力矫直机。国产中厚板辊式矫直机与国外同类型设备相比，矫直效率、不平度、自动化程度均有相当差距，难以满足目前国内钢铁产业的技术发展需求，不得不花巨资从国外引进先进。本项目拟通过自主技术集成，并在集成中创新的模式，研制中厚板第三代矫直机，逐步形成具有我国自主知识产权的现代化设备。研制目标：利用解析法与模拟技术相结合，研究矫直辊压弯量的影响因素，从而建立矫直过程中各弯曲单元的压弯量与弯曲曲率、弹复曲率等工艺参数之间较为精确的关系；分析张力对板形的影响，张力与板厚、压弯量、摩擦力之间的关系，建立中厚板张力矫直模型；对组合矫直机中钢板稳定运行与辊径、辊距的关系，建立板材矫直稳定运行条件关系式；利用上述研究目标及相关技术，实现第三代中厚板矫直机的自主化。拟解决的关键问题是：建立适用矫直过程的多极多物体接触问题弹塑性边界元法，与有限元法相结合，对矫直过程一些关键问题进行研究；建立张力对多个连续弯曲单元的影响表达式，并用试验的方法验证；考虑多道次弹塑性大变形的连续弯曲变形计算模型；各种应力分布在矫直过程中的变化和残余应变的预测。5．中厚板液压滚切剪研制滚切剪通常布置在矫直机之后，主要完成钢板的切头、切尾、切定尺、取样等功能。近年来，用户对板材断口质量的要求不断提高，如：要求钢板切口断面毛刺≤0.5mm，断面垂直度90°±1°，钢板边部瓢曲度≤0.15mm/m；并要求断面无掉肉、重皮、刀瘤等缺陷。这些技术指标的实现同滚切剪自身无滑动、纯滚动剪切性能指标及自动优化剪切技术是密不可分的。我国通过与国外著名公司联合设计、合作制造为国内提供了一大批中厚板轧机精整剪切线，并配备了机械滚切剪设备，但对于滚切剪的设计、自动化控制、优化剪切模型等核心技术，均由外商负责。到2010年底，全国中厚板轧机近100套，年生产能力将达到7160万吨。据预测：期间，在新建和老线扩能中，对滚切剪的需求量近150台；旧线设备升级改造中，对滚切剪的需求量也近百台。国外滚切剪设备造价非常昂贵，如3500mm轧机的横切剪设备价格接近6000万人民币，纵切双边剪设备价格接近1亿元人民币。本项目拟立足国内，开发能满足国内中厚板精整工艺要求，并具有自主知识产权的液压动力驱动双自由度连杆机构液压滚切剪技术。液压动力驱动的双自由度连杆机构宽厚钢板滚动剪切技术，是靠液压缸的伺服控制带动连杆机构实现滚切运动轨迹，同目前机械滚切剪的原理有本质区别。与机械滚切剪相比，省去了主电机、减速机、曲轴等装置，成本同国内相比降低约30%，同国外相比降低约60%。本项目的研究内容：1）通过系统分析剪切机构PR-8R-PRⅡ级杆组的滚动剪切机理，建立剪切机构的优化数学模型，确定杆系的合理尺寸；2）通过对剪切机构PR-8R-PRⅡ级杆组的机构学研究，建立PR-8R-PR杆系的运动解析方程，确定各构件的位置、速度、加速度及原动件的推进速度；3）通过对剪切机构PR-8R-PRⅡ级杆组的动力学分析，计算出机构各运动副间的作用力，原动件的平衡推进力；给出负载大小变化及机构惯性力矩变化对液压伺服控制系统稳定性、响应特性和稳态误差的影响函数；4）通过液压缸的节能布置方案优化及上下连杆中心偏置结构原理分析，建立液压缸的斜置角度函数及上下连杆中心偏移量函数，优化传动机构的重载力学特性。6．大直径无缝钢管压力矫直工艺理论基础研究国内大直径锻件钢管的矫直几乎全部采用液压压力矫直机，由人工手动检测定位并控制压机进行矫直，矫直效率低、质量不稳定。采用自动精密矫直设备或对现有液压压力矫直机进行改造，是提高矫直效率和精度的重要措施。钢管在锻轧热加工、冷却和热处理过程中，由于各种原因，经常出现弧形弯曲。成品交货状态平直度或弯曲度一般要求≤2mm/m，总弯曲不超过长度的0.2％，高档产品要求≤1mm/m，过去按GB702－86最低等级考核≤5mm/m，尚有许多厂家达不到要求，这与国外同类产品实物质量存在明显差距。目前普遍使用的悬臂辊式矫直机依靠简单的反复弯曲，根本达不到要求。压力矫直工艺研究主要集中在矫直工艺的机理研究、矫直工艺主要参数的确定与计算。目前，对无缝钢管（尤其是厚壁无缝钢管）矫直理论的研究仅限于理论分析，尚无系统的理论分析与实验研究，无缝钢管在压力矫直过程中，其变形特征不仅受壁厚、直径的影响，而且不适当的压下量会使零件局部失稳产生圆度误差。对直径大、壁厚的无缝钢管，无法进行辊式矫直，只能通过压力矫直机进行压力矫直。压力矫直具有矫直力大、体积小、重量轻、投资小等优点，尤其适用于对大型管、棒材、大截面型材、表面不很规则的长轴类锻件，以及特种钢的矫直。对用于矫直力在2000KN以上的大尺寸、大弯矩压力矫直机的计算机监测控制系统的研究应用还处于摸索阶段。市场对提高大直径无缝管矫直设备精度的需求越来越迫切，结合计算机监测控制技术的应用，开发大截面钢管液压压力矫直机的测控系统尤为重要。本项目的研究内容：1）根据经典弹塑性理论，研究无缝钢管矫直工艺理论基础，主要进行行程控制型矫直工艺计算方法研究，建立不同直径与壁厚下无缝钢管矫直过程的载荷－挠度模型；2）通过非线性有限元方法，以无缝钢管为主要研究对象，解决单弧度、大弯曲率无缝钢管矫直行程可行域的研究和计算问题，建立多步矫直行程预测方法，实现大弯曲率无缝钢管的矫直；3）结合广义预测控制理论，针对多弧度、多点矫直工艺问题，探讨建立无缝钢管矫直工艺决策问题数学模型，寻找适用算法求解上述数学模型。需要解决的关键问题：1）不同直径与壁厚下无缝钢管矫直过程的变形特征与载荷－挠度模型；2）多弧度、多点矫直工艺下无缝钢管的弹塑性分析。附表2重型机械科研和新产品开发项目（建议）序号项目名称研发内容预期目标研发年限经费预算1带钢高速高效电解脱脂成套装备研制1）带材高速高效电解脱脂工艺；2）循环系统的实时自动控制；3）运用现代计算机技术构建生产工艺参数系统，实现生产工艺参数的智能化设定。完成带材高速高效电解脱脂成套技术装备的研发，运用现代控制手段实现生产工艺及设备的自动化、智能化控制。3年2UOE大直缝焊管生产关键技术及成套装备研制3热轧高强度钢厚板纵切、横切机组成套设备研制针对X80~X100高强度管线钢的开头、剪切、卷取难问题，着重解决开头机开头铲刀新结构设计及力能参数计算；七辊矫直机矫直辊的弯曲强度计算及几种材质实验分析；厚板圆盘剪的结构设计及刀轴力能参数计算、刀片材质的选择及材质的实验研究；张力装置的结构设计及张力辊组的力能参数分析；卷取机钳口的结构优化设计及钳口块材质的有限元分析计算。纵切生产线材质：X80~X100来料厚度：4~15.1mm宽度：650~2150mm成品宽度：270~760mm剪切条数：3~15条机组速度：Max80m/min横切生产线材质：高强钢来料厚度：4~27mm宽度：650~2150mm机组速度：Max60m/min3年申请科技发展基金500万元4中厚板第三代矫直机研制建立适用矫直过程的多极多物体接触问题弹塑性边界元法，与有限元法相结合，对矫直过程一些关键问题进行研究；建立张力对多个连续弯曲单元的影响表达式，并用试验方法验证；考虑多道次弹塑性大变形连续弯曲变形计算模型；各种应力分布在矫直过程中的变化和残余应变预测。研究矫直辊压弯量的影响因素，建立矫直过程中工艺参数之间的精确关系式；中厚板张力矫直模型；板材矫直稳定运行条件关系式；实现第三代中厚板矫直机自主化。5中厚板液压滚切剪研制1）PR-8R-PRⅡ级杆组实现滚动剪切的机理；2）建立PR-8R-PR杆系运动解析方程；3）建立负载大小变化及机构惯性力矩变化对液压伺服控制系统稳定性、响应特性和稳态误差的影响函数；4）优化PR-8R-PR杆系的传动力学特性。开发能满足国内中厚板精整工艺要求，并具有自主知识产权的液压动力驱动双自由度连杆机构液压滚切剪技术。6大直径无缝钢管压力矫直工艺理论基础研究主要进行行程控制型矫直工艺计算方法研究，建立不同直径与壁厚下无缝钢管矫直过程的载荷－挠度模型；建立多步矫直行程预测方法，实现大弯曲率无缝钢管的矫直；探讨建立无缝钢管矫直工艺决策数学模型及其求解。1）不同直径与壁厚下无缝钢管矫直过程的变形特征与载荷－挠度模型；2）多弧度、多点矫直工艺下无缝钢管的弹塑性分析。（三）在线检测装置及自动控制系统自主化在线检测装置及自动控制系统技术是冶金机械的关键核心技术，是体现冶金机械技术水平的重要技术指标。目前，我国大型板带材连轧机组所采用的在线检测装置及自动控制系统，基本上都是由国外引进。本项目的立项目标是：从根本上改变这种现状，要从基础理论研究做起，通过理论分析、数学建模、软件开发、计算机仿真和实验研究、中试试验、工业应用等多种方法和手段，基本掌握各类连轧机在线检测装置及自动控制系统的自主化设计、制造与成套，技术水平达到国际水平。实现本项目设定的目标，是一项系统工程，需要在已有基础上，统筹安排，并依托工程项目的需求，逐步推进实施。实施过程中要特别重视重型机械制造业与冶金企业的协作和配合。为实施《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020）》，2008年12月30日，科技部等六部委联合发布了《关于推动产业创新战略联盟构建的指导意见》，提出建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系，加快提升产业技术创新能力。实现自动控制系统及自动检测装置自主化，要努力推动冶金机械制造业与冶金产业技术创新战略联盟的构建，组建以资金为纽带的轧钢机械自动化控制新产品开发联合体，为轧钢机械自动化控制新产品的开发、工业试验及推广应用创造条件，实现冶金机械制造业与冶金产业的协调发展。连铸结晶器非正弦振动技术，对提高拉坯速度，改善铸坯质量等具有明显效果，已被国内外连铸工作者确认为发展高效连铸的关键技术之一。电液伺服系统驱动的非正弦振动装置具有非正弦振动波形、正弦振动波形在线切换，振动参数如振幅、频率和波形偏斜率可在线自动调节等优点，但液压伺服系统复杂，系统固有的零位飘移、双缸不同步、突然停振、液压油泄漏等故障时有发生，从而限制了该技术的推广应用。由镭目公司开发的电动缸非正弦，振动参数在线可调，但在一个振动周期内，伺服电机需要频繁驱动制动、正转反转、改变角速度，导致该装置响应慢，无法提高振动频率，并且波形偏斜率无法取得较大值。其核心部件滚珠丝杠依赖外国进口，价格很贵，且使用寿命较低。本课题组已开发了一种由伺服电机驱动的结晶器非正弦振动装置(发明专利号：ZL200510060032.1)。该装置采用伺服电机驱动，融合目前先进的机电一体化技术，具有传动系统简单、结构紧凑，占用空间小，使用寿命长，节能降耗等优点。该装置用机电伺服系统取代了电液伺服系统，完全克服了电液非正弦振动装置所固有的不足。并通过采用有效的缓冲减振措施，如德马克的谐振技术等大幅度降低驱动功率，减小机械系统受力，从而有效地提高振动平稳性和使用寿命，减小维护工作量，降低运行费用。和电动缸非正弦振动装置相比，该装置伺服电机单方向，变角速度旋转，因此可取得较大振动频率，较大波形偏斜率，响应速度快。伺服电机驱动的结晶器非正弦振动控制系统装置，国内外尚无成功的工业应用范例，本课题拟开发研制国内外首台伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统装置，并通过对老铸机的改造和工业应用试验，提升现有装备的性能，促进现有装备的更新换代，并在生产实践中对其不端完善，使其最终成为国内外非正弦振动的主流技术。本课题的主要技术指标是：连铸结晶器振幅±2.5~8mm，在线可调；连铸结晶器振动频率：40~400次/分钟，在线可调；振动波形偏斜率：-50%~50%，在线可调。本项目研发周期3年，需要国家经费支持100万元（参见附表）。在板带材轧制过程中，轧辊辊型能否满足其工艺参数设计要求，必须对轧辊辊型进行在线精密测量。对于轧制工艺而言，辊型是实现板形控制的重要条件，因此，轧辊辊型在线精密测量系统成为近年来提高轧制产品质量的一项关键技术。日本、德国等发达国家，轧辊辊型测量已经实现在线精密测量，我国尚处于试验研发阶段，大部分试验结果并不理想，无法解决环境等因素造成的测量误差。引进一套轧辊在线精密测量系统至少需人民币2000万元，配置齐全的一套则需人民币5000万元。同时，还要承担高昂的售后服务维修费用。这使得国内大部分厂家无力购买，还停留在用千分尺、便携式、鞍式辊型测量仪等简单测量方法上。甚至有部分厂家通过估算直接进行辊型磨削，从而造成“欠”磨削或“过”磨削，损伤了轧辊寿命，也无法保证辊型质量。因缺乏精密辊型测量系统，国产带材无法满足高品质要求，严重阻碍了相关带材生产技术的提高。因此，自主研发轧辊在线精密测量系统，对提高带材质量、减少换辊次数、延长轧辊寿命、提高生产效率、实现高精度带材国产化等具有重要意义。本课题的主要技术指标是：传感器分辨率：2µm；系统静态监测误差：±5µm；系统动态检测误差：±10µm/轧辊全长；传感器探头离开辊面距离：非测量状态时≥150mm,测量状态时≥2mm；辊型传感器数量：5个；传感器沿轧辊轴向的运动速度：60mm/sec；传感器沿轧辊轴向的运动位移：0～±160mm；每次测量连续时间：不超过30sec；轧辊表面温度≤90℃；测量精度≤6µm。目前，轧辊辊型在线测量方法分为测力式传感器和测距式传感器两大类。测距式传感器是目前广泛采用并重点研究的。测距式传感器又分为：超声波测距仪式、电涡流测距仪式、激光测距仪式、电荷耦合器件测距仪式及接触式位移传感器式多种。目前国际上应用比较广泛的是超声波测距仪式。该项技术是发展轧制在线磨辊技术（ORG）的关键。开发具有国际先进技术水平的轧辊辊型在线测试系统，具有良好的市场前景。由于该项目技术难度大，资金投入大，需要国家给予一定资金支持及政策扶持。3．薄板坯连铸连轧自动控制技术自主化20世纪90年代以来，薄板坯连铸连轧工艺在我国得到了较快发展，我国薄板坯连铸连轧生产线的产能已占全球总产能的近30%，占我国热轧板卷产能的30%以上。我国薄板坯连铸连轧流程的特点主要是与现有的高炉-转炉流程相匹配，与国际上以电炉匹配为主相比较，易于发挥热轧机的产能，而且钢水相对洁净，设计规模在200~250万吨/年，将来可望达到280万吨/年。期间，我国的薄板坯连铸连轧生产线可能要再上2~3条，年生产能力将突破4000万吨。目前，我国薄板坯连铸连轧生产线的工艺和技术已经比较成熟，为了更好地发挥其产能和降低单位产品投资额，在工艺装备的参数优化和自动控制技术国产化方面尚需进一步研究，最终实现薄板坯连铸连轧自动控制技术自主化。热带钢连轧过程板形控制技术开发及应用板形（平直度、板凸度和边部减薄）是板带材重要质量指标，板形控制是板带材轧制的高难度关键技术。目前，我国板形控制技术整体水平与国际先进水平还有相当差距，主要是缺乏先进适用的板形控制数学模型和软件。因此，对板带材轧制过程进行板形控制理论分析、数学建模、软件开发、计算机仿真和工业应用具有重大意义。目前，我国冶金工业板带钢轧制技术已进入自主创新阶段，宝钢、鞍钢等一大批钢铁企业都在加大自主创新力度。宝钢从日本引进的1580mmPC四辊七机架热带钢连轧机，是世界上最先进的轧机之一，其中板形控制数学模型和软件的自主化是一项重要研究课题。本课题拟与宝钢合作，依托该工程项目进行热带钢连轧过程板形控制技术开发及应用研究。主要技术指标：1）建立一套板形离线设定控制的机理模型和计算机仿真系统，离线设定预报值与实测值的偏差≤±10%，计算成功率98%；2）建立一套板形在线控制的智能模型和计算机仿真系统，在线设定预报值与实测值的偏差≤±15%，完成一次计算的时间≤2秒，计算成功率98%；3）研发一整套板形控制新技术：轧机多手段调节板形综合控制；轧制规程优化；辊型优化；边部减薄和小边浪控制；复合浪控制；板形前馈控制、预测控制和反馈控制等技术，达到工业应用要求；4）将上述模型软件和新技术应用于宝钢1580mmPC四辊七机架热连轧机板形控制系统，产品平直度(15-20)I，板凸度(10-50)μm，边部减薄(10-50)μm，命中率≥95%，人工操作干预率≤10%。5．热连轧工艺及控制技术研究目前，我国大型带钢热连轧机工艺及电气控制方面，尤其是过程控制二级模型方面还主要依赖国外技术。近年来，不少钢铁企业、科研院所及高校在控制模型方面投入了不少人力物力，做了大量研究及开发工作，获得一定成果，但仍未实现工程应用。本项目拟对热连轧数学模型及控制进行研究和开发，通过产学研结合，共同开发满足适合大型热带钢连轧机组生产过程、产品质量控制的数学模型，缩小与国外先进水平的差距。项目共包括12个课题，分别为机型选择软件、轧制节奏控制、加热炉、定宽机、粗轧机组、中间坯温度控制、飞剪、精轧机组、层流冷却、卷取机、计算机系统结构和数据库。在一级系统（基础自动化级）及设备运行良好的条件下，达到设定指标。机型选择软件主要用于离线工艺计算，对于用户提出的基本需求，能够做出合理的总体工艺技术方案，是热连轧工艺技术的基础，是本开发项目需要首先解决的问题，它包含设备选型、工艺参数确定、产能计算。轧制节奏控制是L2的一个控制功能，它通过计算板坯的出炉节奏来帮助操作员实现稳定平滑的轧钢生产，根据加热炉的加热状况与轧线上的实际轧制状况，控制加热炉的最佳出坯时刻，以实现板坯的顺利输送，便于在精轧入口获得期望的轧制节奏。加热炉主要是自动燃烧控制，即通过计算加热炉各段炉温的设定值，使每块板坯在预定地出炉时刻能够达到规定的出炉目标温度和均热度，实现保证产品质量、节约能源、自动操作运转的目的。包括预设定计算、自动控制。定宽机包括预设定计算和自动控制。粗轧机组包括预设定计算、自适应自学习和自动控制。中间坯温度控制包括保温罩动作控制、热卷箱动作顺序控制。飞剪包括起停控制和优化剪切。飞剪的控制内容包括剪切方式、剪切长度、飞剪起动时序、飞剪剪切速度等。精轧机组包括预设定计算、自适应自学习和自动控制。层流冷却包括预设定计算和自动控制。卷取机包括预设定计算和自动控制。计算机系统结构包括网络结构设计、L2与L1通讯接口设计、模拟轧钢。数据库包括软件选择、数据库设计。热连轧工艺及控制技术研究是一项高难度的系统工程，做好这一研发工作，需投入大量人力物力。需研发经费6000万元。6．冷连轧机板厚综合控制技术及装备研制板厚精度是板带生产中的主要质量指标，随着家电、轿车、建筑、运输业的崛起，高性能、高附加值的冷轧薄板消费量急剧增加，对冷轧板板厚控制精度的要求越来越高。目前，我国已投产的20余条高速冷连轧机组，如宝钢、武钢、鞍钢、邯钢、本钢、攀钢、中钢、唐钢等，其液压板厚控制系统，除攀华集团1450五机架冷连轧机外，其余皆为国外大公司如西门子、ABB、三菱、阿尔斯通等公司提供。我国高精度轧制技术与国外发达国家想比，差距还比较大，现有轧机95%以上达不到国际先进水平，提高冷轧板带材精度，创建具有我国自主知识产权的高精度冷连轧机板厚综合控制系统已是当务之急。本课题的立项目标是进行冷连轧机板厚综合控制系统的研制，实现具有国际前沿技术水平的冷轧板厚度闭环控制，并具有板形开环控制功能(包括：弯辊，窜辊，倾辊，乳化液分段冷却等)，借助人工干预保证板形良好。主要技术指标：板厚纵向精度：相对精度≤0.7%；绝对精度：±2μm；一次轧制压下率：90%；过焊缝及动态变规格超差段长度<20m；轧制速度≥21m/s；板形良好。7．大型冷连轧机板形仪和板形闭环控制模型及系统研制板形控制是现代大型冷连轧板机的核心和高端技术，现代大型冷连轧板机的技术水平主要体现在板形控制技术水平。目前，板形控制技术水平提高的关键，在于板形检测技术和板形控制数学模型及软件研究的突破和水平提高。板形仪包括板形检测辊和板形信号处理及显示系统两大部分，其关键技术是板形检测辊。目前国际上得到较多应用的是瑞典的ASEA分段张力检测板形仪。我国少数冷连轧板机引进了这项技术，但价格昂贵，是国内制造价格的10倍左右。国内研制的板形仪测量精度差，检测辊外环与芯轴之间易滑动，外环划伤带钢表面。本项目拟采用一种新型的分片内孔压磁式板形辊，其结构新颖简单、测量信号稳定、灵敏度高、精度高、不划伤带钢表面、易于维护使用。这种板形辊已完成实验室实验，正在申报专利，拟在本项目中进行工业应用。关于板形控制数学模型及软件的研究，由于基础理论复杂，内容庞大，难度高，工作量大，尽管经过人们半个多世纪的艰辛探索，至今仍处在不断发展完善之中。我国引进的控制软件，缺少模型的理论基础，难以彻底消化和进一步开发提高。这对开发新产品和解决新问题极为不利，难免受制于人。国内关于模型及软件的研究成果，还有待于多方面的系统应用。本项目所研制的板形检测仪及板形闭环控制系统，属于填补国内空白，其工业应用需要冶金企业配合，初步意向是在鞍山钢铁公司1350六辊轧机上应用。冷连轧过程控制系统研究长期以来，国外始终对冷连轧过程控制系统核心技术实行保密，致使我国在冷连轧过程控制系统，特别是大型冷连轧过程控制系统还是主要依赖进口。国外在这方面的技术已比较成熟，比较有代表性的公司如美国GE、德国SIMS、日本三菱等。随着技术的不断发展，控制理念和技术也在不断提升，如：人工神经网络、专家系统、模糊理论等。本项目拟在国内已有基础上，对冷连轧过程控制系统进行系统研究，最终实现这项技术的自主化，其系统技术指标达到世界水平。本项目主要研究内容：1）事件驱动技术；2）多进程管理技术；3）数学模型；4）数据库技术；5）轧制策略；6）板形策略；7）工艺润滑技术；8）动态变规格技术；9）自学习自适应方法；10）自学习自适应模型；11）通讯方式及接口；12）数据采集技术。一套完整实用的过程控制系统需要大量的实际生产数据，需要国内大型冷轧板厂共同完成。本项目需研发资金4000万元；研发周期4年。附表3重型机械科研和新产品开发项目（建议）序号项目名称研发内容预期目标研发年限经费预算开发研制国内外首台伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统装置，并进行工业应用试验。3年自主研发轧辊在线精密测量系统装置。3年与国外知名厂家合作研究板形、板厚控制技术；2年机型选择软件、轧制节奏控制、加热炉、定宽机、粗轧机组、中间坯温度控制、飞剪、精轧机组、层流冷却、卷取机、计算机系统结构和数据库。通过产学研结合，共同开发满足适合大型热带钢连轧机组生产过程、产品质量控制的数学模型，缩小与国外先进水平的差距。板厚纵向精度：相对精度≤0.7%；绝对精度：±2μm；一次轧制压下率：90%；过焊缝及动态变规格超差段长度<20m；轧制速度≥21m/s；板形良好。进行冷连轧机板厚综合控制系统的研制，实现具有国际前沿技术水平的冷轧板厚度闭环控制，并具有板形开环控制功能2年对冷连轧过程控制系统进行系统研究，最终实现这项技术的自主化，其系统技术指标达到世界水平。4年4000万元（四）大型轧机用轧辊及关键零部件自主化近年来，单重200吨以上宽厚板轧机支承辊、单重100吨以上高铬镍钼离心复合铸铁工作辊；高铬钢、半高速钢及高速钢高精度冷、热连轧机工作辊等轧辊及轧机零件，每年平均需进口7-8亿美元，折合人民币50亿元左右。单重100吨以下大型支承辊或工作辊基本上可以实现自主化生产，但由于近几年我国钢铁工业超高速发展，特别是以发展板材为中心的产品结构优化与调整，使冷、热板材生产比例大大提高，冷、热板轧机支承辊、工作辊的需求量急剧增加，国内轧辊生产能力跟不上；某些产品，国内尚处于研究开发、产品试制或小批量生产阶段，产品质量和技术水平与国外先进技术尚有一定差距，只能依靠进口。要大力推进轧辊等关键零部件的自主化进程。用3-5年时间，根据国内市场需求及出口前景，进一步通过技术改造扩大产能，进行关键技术攻关，基本实现国内市场需求的自主化，并有相当数量出口，技术水平达到进口产品同等水平。随着一重、二重、上重三台15000吨级自由锻液压机和500吨真空铸锭装置技术改造的陆续完成，我国从工艺装备上已经基本具备生产单重200吨以上宽厚板轧机支承辊、单重100吨以上高铬镍钼离心复合铸铁工作辊的条件，还需自主开展500吨级以上大钢锭冶炼、多炉合浇真空注锭、大锻件锻造及热处理技术攻关；高铬镍钼离心复合铸铁工作辊离心铸造机及离心铸造技术攻关；通过模拟试验掌握和优化加工工艺参数，完成新产品试制，通过工业试验验证，并实现批量生产。高铬钢、半高速钢、高速钢高精度板材连轧机工作辊，要进一步优化合金钢化学成分，进一步优化锻造和热处理工艺参数。此外，特大型油膜轴承、大型重载高精度齿轮、大型万向接轴、主传动鼓形齿接轴等重要专用基础件的自主化也要有重大进展。研究开发一批高精度、高寿命，具有先进技术水平的冶金机械专用基础件，提高自身的配套能力和适应冶金设备连续化、大型化和自动化的需要。本项目的目标是：期间，通过理论分析、试验研究、中试，以及工业应用，实现我国大型轧机用轧辊及关键零部件基本自主化，并有相当数量出口。1．5米级特厚板轧机用200t以上大型支承辊研制随着我国造船业、西气东出、高压容器、石油开采、海洋开发等建设项目的蓬勃发展，对宽厚板的需求大幅提升，为此，先后上了三线四台5000mm以上特厚板轧机，其支承辊都在200吨以上，所需钢锭都在500吨左右，现全部依赖进口。这类大型支承辊的主要技术指标是：支承辊重：200-260吨辊身硬度：HS48～60辊身硬度均匀性：△HS≤±2淬硬层深度：≥150mm辊颈硬度：HS37-50探伤：满足JB/T4120-93目前，国外仅有二家公司能制造200吨以上大型支承辊，一是日本JSW，采用整体锻钢，材质为MC1；二是GP，采用复合铸钢，外层为相当于MC1，芯部为低碳低合金钢。现JSW的订单已签订到2013年，价格非常高，每支支承辊都在1000万元以上。国内采购支承辊面临困难。近几年来，我国重型机械制造业具有世界级水平的铸锻钢基地建设取得重大成果，新设备、新工艺将陆续投入使用。为生产600吨级钢锭、400吨级锻件，进行了大规模设备改造和建设，无论是热加工还是冷加工，设备能力都得到极大提升，为生产特大型宽厚板支承辊奠定了基础。但是，大型轧辊制造一般要经过铸造、锻造、加工及热处理工序，涉及材料科学、弹塑性力学、冶炼凝固技术、塑性成形加工、热处理组织性能优化控制等学科领域，是一项多学科交叉融合的复杂技术。本项目要在现有基础上，进行5米级特厚板轧机用200t以上大型支承辊研制，最终达到工业应用，技术水平达到世界水平。主要研发内容有：相关学科基础理论分析研究；600吨级钢锭浇铸工艺研究，其中包括钢锭形状、冒口尺寸、钢锭水冒口成份偏析等；附具、变形