十余年深耕终攻克难关
研发“一线多产”的
动态重压下关键工艺与装备技术
东北大学作为第一完成单位
朱苗勇教授作为第一完成人的项目
“连铸凝固末端重压下技术开发与应用”
荣获2020年度国家科技进步

二等奖

技术简介

特厚板、大规格型/棒材产品广泛用于超大型基建、重载货运专线等国家重大工程，以及航母舰船、高铁动车等重大装备的关键承压、承重、耐磨部件制造，是中国制造、国家安全不可或缺的钢铁材料，具有重要战略意义和巨大经济价值。因其特殊的服役环境，对组织均匀性、性能等质量要求极为严苛。

我国现拥有大断面连铸生产线80余条，但因铸坯的中心偏析、疏松等凝固缺陷一直未能得到根本解决，极大制约了产品的成材率、生产效率及服役稳定性。为此，东北大学朱苗勇教授团队历经十余年攻关，研发了适用于我国“一线多产”的动态重压下关键工艺与装备技术, 形成了从原理、装备、技术、到应用的完整知识产权体系。

突破关键技术
开启“领跑”模式

一个企业的连铸水平
反映了企业整体的生产技术水平

“连铸”即连续铸钢，是钢铁生产中使钢水凝固成型的主要方法，与传统模铸方法相比，具有大幅提高生产效率和金属收得率及铸坯质量、节约能源等显著优势。目前我国钢铁年产量已经突破11亿吨，其中98%以上都采用连铸方式生产。“连铸是整个钢铁制造流程的中心环节，直接决定着生产效率、产品质量与性能。”朱苗勇介绍，“一个企业的连铸水平，反映了企业整体的生产技术水平。”

连铸凝固末端重压下技术，即在连铸机的凝固末端，充分利用铸坯“内热外冷”高达500℃温差的固有特点，在厚度方向实施10%以上的大变形压下，从而消除偏析提升均质度，焊合缩孔提升致密度，全面提升大断面铸坯的心部质量，从根本上解决了高端大规格钢材产品无法大批量稳定生产的难题。

重压下技术是我国科技工作者
对世界连铸技术的重大贡献

项目组在唐钢、攀钢建成投产国际首条可实施连续、动态重压下的宽厚板坯、大方坯连铸生产线，开辟了低轧制压缩比生产高端大规格钢材的新途径。技术实施后，产品质量指标优于国外产线。产品已广泛应用于北京大兴国际机场、冬奥会核心区、上海前滩国际商务区等多项重大工程，以及远洋货轮、煤机等重大装备。生产的75kg/m长尺重载钢轨组织性能更加均匀稳定，服役寿命提升了60%，形成100m长尺重载钢轨生产能力，在我国“西煤东运”主干线朔黄线与“中国重载第一路”大秦线铺设率分别达99%和90%，年通货量超8亿吨，保障了我国电煤供给生命线稳定运行。近3年为企业创直接利润11.74 亿元。

与国外同类技术相比，项目独创形成的“多段/多点+动态”重压下技术，具有适用性强、产品覆盖全的显著优势，研制的世界首套具有动态重压下功能的装备，能力强、寿命长。目前项目技术已在河钢、鞍钢、宝武等重点钢企的9条产线推广应用，并已输出韩国现代钢铁等国际先进钢铁企业和意大利达涅利等国际顶级设计院。

“重压下技术是我国科技工作者对世界连铸技术的重大贡献，必将引领国际连铸技术发展的新潮流。这项技术实现了高端大规格宽厚板、型棒材产品的高效低成本稳定生产，对冶金技术的自主创新具有显著的引领示范作用。” 中国工程院院士王国栋表示。

目前，项目技术已成为新建大断面连铸机的优选或标配技术，可为海洋工程、能源石化、交通运输等重点行业领域提供高端大规格钢铁材料，全面服务国民经济主战场。

坚持原始创新
引领行业发展

求学阶段，坚定初心
“能成为萧老师的学生，
是自己一生中很重要的一次选择。”

朱苗勇从事钢铁冶金行业已有36年。1984年，朱苗勇考入东北工学院钢铁冶金系。刚入学时，他只想到毕业以后应该有份稳定的工作，但是这个想法因为一篇文章发生了改变。

1986年，《人民日报》刊发《世界性的业绩》一文，介绍了东北工学院冶金专家萧泽强教授在国际上取得的学术成绩。“我觉得很自豪，我们中国也有这么了不起的教授，自己也应该有更高的目标。能成为萧老师的学生，是自己一生中很重要的一次选择。”朱苗勇回忆。

本科毕业，朱苗勇在研究生考试中以优异成绩成为萧泽强教授的学生，从此也对所学专业有了更深刻的认识。朱苗勇认为，八九十年代，我国钢铁研究领域理论方面的研究和国际上还是有一定的差距，高校应该在这方面有更多的创新，特别是理论上的创新。

“我还是有一种情结。我觉得还应该
在国内的学校工作，还应该在东北大学。”

1993—1997年，朱苗勇多次前往世界钢铁领军性企业——新日本制铁株式会社（新日铁）的先端技术研究所作访学研究，1998年前往瑞典皇家工学院做客座研究员。“在当时，国外的研究环境、条件还是更优越一些，除了专业领域的知识，他们做事精细、认真的态度，推动技术创新的经验做法，都给我很大启发。”

在外国人眼中，朱苗勇是难得的科技人才，瑞典方面还特意来沈阳邀请他到瑞工作，但朱苗勇认为：“从内心讲，我还是有一种情结。我觉得还应该在国内的学校工作，还应该在东北大学。而且我们周围有鞍钢、本钢和一些其他企业，开展工作也比较方便。”

朱苗勇长期从事洁净钢冶炼、高效连铸、冶金过程模拟仿真与控制等方面研究。他带领团队搞研发、走企业，直到现在，也坚持把每分钟都揉碎了用。“朱老师出差一般会选择下午或者晚上出发，这样白天可以上班工作，晚上可以赶路，第二天还可以工作。”团队青年教师邓志银说。

30多年来，朱苗勇主持了国家创新计划、国家重大装备国产化创新、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目及企业合作等科研70余项。

坚持原始创新
“要用更多的时间思考
行业未来的发展，多做引领、

开创性的工作。”

近年来，研究团队开发的多项新工艺与装备技术引起了钢铁界的高度关注，对我国钢铁行业的转型升级、绿色发展发挥了重要作用。

“钢的二次精炼理论与新工艺”探索出用模拟研究钢液中夹杂物行为的方法，揭示了钢液中夹杂物的去除规律和机理，为细小夹杂物的控制和洁净钢生产奠定了理论基础；提出了钢包底喷粉精炼新工艺并研制出配套装备，为形成新一代洁净钢冶炼工艺技术奠定了重要基础。

针对“高效连铸理论与工艺研究”，团队建立了一套研究、优化连铸中间包内腔结构的理论和方法；实现了连铸过程三维多场耦合的数值模拟，揭示并建立了反映钢渣卷混的特征值与弯月面处液面波高之间的内在关系，定量描述了连铸结晶器内钢凝固过程气隙和保护渣的分布规律及凝固坯壳的热-力学行为。特别是在微合金钢连铸坯表面裂纹控制研究方面形成了原创性技术，设计研制出高效传热的内凸曲面新型连铸结晶器，研发出了实现凝固组织超细晶化连铸机二冷区控冷新技术，并规模推广应用于宝武、鞍钢、河钢及韩国现代钢铁等国内外13家企业24条生产线，成果获得辽宁省技术发明一等奖、冶金科学技术一等奖，2019年申报国家技术发明奖进入会评。

朱苗勇认为，理论创新、技术原理创新应是发挥高校在行业技术创新发展中的核心作用。轻压下、重压下技术原理和方法在国内是由东北大学率先提出，最终在行业应用推广，发展成为企业“标配”。

“别人已经在做并形成优势的方向我们就不应再花时间，而是要用更多的时间思考行业未来的发展，多做引领、开创性的工作。”原始创新，是朱苗勇一直以来的坚持。

望青年蓬勃向上
与时代之音共振！

因材施教，不断发展
“一项原创性的技术是很难实现的，
几年甚至十几年的不断尝试和积累。”

作为东北大学先进冶炼—连铸工艺与装备研究所的负责人，朱苗勇十分注重团队建设，大力支持青年教师的发展，给他们创造机会练就本领、展示才华。研究所目前共有教师11 名，朱苗勇根据不同教师的特点，帮助每个人设置了领域方向，让他们在各个项目中不断锻炼、成长。

“一项原创性的技术是很难实现的，几年甚至十几年的不断尝试和积累。”朱苗勇说，“我常跟团队的青年教师和学生们讲，如果容易做，那大家都能做出来了。要沉下心来，踏踏实实，以科学、严谨的态度对待每一件事，真正作出一些成果和贡献来。”

目前，朱苗勇已经培养百余名博士、硕士研究生，指导的“精炼和连铸反应器内夹杂物物理行为的研究”“高拉速连铸结晶器非正弦振动理论与参数优化研究” 2篇论文获全国优秀博士学位论文提名奖。如今论文获奖者郑淑国、孟祥宁已经成为教授、博士生导师，在高效转炉炼钢、连铸结晶器振动研究领域形成了各自特色。青年教师祭程（“连铸凝固末端重压下技术开发与应用”项目第三完成人，教授、博士生导师）则在连铸凝固末端压下提升铸坯内部质量研究方面不断做精做深。

精益求精，强化学科优势
“冶金学科是东北大学的传统优势学科，
要把这种优势传承、保持下去。”

“冶金学科是东北大学的传统优势学科，要把这种优势传承、保持下去，坚持原始创新，加强课程、教材建设，注重人才培养，都是十分重要的方面。”朱苗勇说。

除了担任国家级精品课《冶金学》《冶金工程概论》主讲教师，朱苗勇还倾注大量精力，主编国家级规划教材。《现代工艺冶金学（钢铁冶金卷）》是国内第一本冶金学系统教材，历经三次改版，现已被国内30余所开设此专业的高校指定为专用教材，发行量、影响力持续升高。2018年以第一名成绩被中国冶金教育学会评选为冶金类优秀教材一等奖，现已被辽宁省推选参评全国首批优秀教材。

为了提高研究生综合素质和水平的培养，研究所与国内外高校、科研院所和企业等建立了长期、深入的合作关系，每年邀请国外知名教授来校进行学术交流和授课。鼓励并支持表现突出的研究生进行联合培养，先后有数人在美国、芬兰、瑞典等国完成了联合培养并以优异的成绩取得博士学位。

一直以来，研究所的教师们要求学生“做真课，真做课题”，不仅要能“顶天”，而且也要能“立地”，鼓励他们深入企业一线进行一定时间的摸爬滚打，学真本事。因此，研究所毕业的研究生深受高校、科研院所和企业的欢迎，在新的工作岗位能够较快适应环境，表现出较强的职业发展潜力。成绩优异的研究生不仅获得国家奖学金和各种命名奖学金，而且还获得“2011”钢铁共性技术协调创新中心颁发的奖学金。

朱苗勇教授说：
如今我已实现
当年坚定留校许定的目标
唯愿代代东大学子
薪火相传，不断超越
与时代共振，与祖国同行

来源：东北大学微信
责任编辑：李家祥 赵春时