团队负责人:黄华贵
团队骨干及成员:孙静娜、许石民、燕猛、卢日环、季策、任伟杰、秦书洋、于晓霞
团队简介:
团队现有教师9人,专业涵盖机械、材料、自动化、物理、力学等学科领域,聚焦冶金机械绿色化、智能化,形成了以“材料-工艺-装备”一体化和多学科融合发展的科研方向。团队成员获国家科技进步二等奖1项、省部级和行业科技奖励7项;发表学术论文200余篇、授权发明专利40余项,出版专著2部、教材2部。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题以及省部级项目和企业合作项目100余项。拥有河北省杰青、优青、青年拔尖人才、燕赵青年科学家、河北省三三三人才工程人选;团队培养博士和硕士研究生100余人,在读硕博研究生70余人。
研究方向:
(1)双辊薄带铸轧及层状复合材料固-液铸轧、(2)轧制设备创新设计及工艺模型软件开发、(3)异质金属增材及冶金装备关重件再制造、(4)冶金工业流程机器视觉检测与智能控制、(5)先进金属材料制备过程形性一体化控制
典型成果、荣誉奖励:
1、层状复合材料固-液铸轧成形技术及装备
传统轧制复合和爆炸复合工艺难以制备组元熔点和高温力学性能差异过于悬殊,以及覆层金属厚度较薄的层状金属复合材料。团队发明的固-液铸轧技术及装备能够很好填补上述不足,在国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划项目子课题和河北省自然科学基金杰出青年基金等项目资助下,经过近10年持续攻关,成功实现了Cu/Al、Ti/Al、Fe/Al、Fe/Cu、Cu/Invar/Cu等层状复合板及复合管棒材的短流程制备,相关成果已发表学术论文20余篇、授权发明专利8件,设备已转化应用3套。
2、连铸机拉矫辊氧化锆/碳化钨双相复合陶瓷涂层
连铸机拉矫辊在高温环境下工作,辊面热疲劳冲击和磨损问题突出,目前多采用不锈钢堆焊的方式来对辊面进行修复以延长其服役寿命。本技术通过在辊面不锈钢堆焊层基础上增加氧化锆/碳化钨双相复合陶瓷涂层,提高拉矫辊的阻热性和耐磨性,实验室热振实验表明,辊面耐磨性和抗热疲劳性能提高2-3倍。由于涂层的阻热作用,辊内轴承和密封预期温度可以降低50-100℃,寿命和检修周期均可延长2倍,具有良好的应用前景。
3、冶金设备及轧制工艺模型软件开发
团队具有丰富的轧制设备与工艺模型软件开发经验,先后主持承担了北京航空材料研究院、唐钢等企业委托的铝锂合金板带650mm轧机、型钢矫直机、管棒材七斜辊矫直机、铝合金棒材半连续铸造机等设备设计与研制任务,目前设备使用运行状态良好。开发的带钢热连轧、冷连轧轧制规程优化工艺软件,以及钛合金、镁合金轧制工艺模型计算等软件,为轧制设备参数设计及产线配置选型提供了专业的辅助工具,部分成果已应用于中国二重等企业项目投标和方案设计中。
4、极端环境下冶金装备信息感知与智能控制
针对冶金装备结构尺寸大、高温轧件几何形状和尺寸在线实时测量困难等特点,开发了基于激光测量和机器视觉方法的冶金装备信息感知技术,以及工业大数据深度学习和控制策略构建与优化方法,解决了冶金轧制生产现场极端环境下,传统非测量物理量的信息感知和智能控制难题。在山西省和河北省科技重大专项、河北省自然科学基金钢铁联合基金项目以及中国二重、首钢京唐等企业合作项目支持下,研发了轧机空间精度激光检测与三维重构技术,热轧钢板翘扣头机器视觉检测与自动轧制技术、铝合金板粗轧中间坯轮廓缺陷机器视觉检测与智能控制技术,以及无缝钢管外形尺寸及穿孔顶头表面状态在线监测技术等,对提升产品质量和推动传统产业智能化改造升级将发挥重要作用。
5、复杂型件热处理形性一体化控制技术与装备
针对复杂异形(如铝合金轮毂)/异质件(如金属层状复合板)热处理过程中存在的性能均匀化调控和变形控制难题,自主搭建了包含加热、工件转移、柔性冷却和温控等模块,具备水、气、雾等多介质供给,压力和流量柔性可调,冷却空间自主构造,过程数据实时传输的多功能热处理平台,并通过集成材料相变动力学、微观组织性能预测和温度场精准预测等数学模型,开发了热轧带钢在线冷却、差厚板及金属层状复合板热处理、不锈钢波纹管在线光亮化固溶热处理、铝合金轮毂固溶时效热处理等专用设备及配套的工艺智能化控制方法,部分成果已成功应用于中国二重、中国一汽、航天晨光集团和中信戴卡等国内先进制造企业。
6、多物理场耦合CAE技术及应用
利用现代化先进CAD/CAE技术,承担了10kW太阳能单体电站、1700吨提梁机、900吨凹体运梁车、双旋流污水过滤器、大型盾构掘进机推进油缸、自行火炮身管-弹带接触应力分析、电磁轨道发射、连铸坯感应补热、双辊铸轧热-流耦合分析等大型机械设备虚拟样机设计与整机结构校核优化,以及轧制、热处理等复杂工况下的多物理场耦合CAE仿真分析项目。
7、先进功能材料设计和开发
针对当前热电材料转换效率较低这一技术瓶颈,基于第一性原理计算方法和输运理论,从先进功能材料所涉及的基本物理及化学问题出发,设计和开发出高转换效率热电材料和器件。