宽幅铝板带热轧工艺质量成套控制技术的集成与应用

宽幅铝板带热轧工艺质量成套控制技术的集成与应用

提名单位：中国有色金属工业协会

提名奖种：国家科技进步奖

提名单位意见

我国铝加工行业产量虽然超过世界总产量的50%，但产品质量竞争力弱，产线综合经济技术指标不高，企业在向服务型制造转型发展中定制化生产能力无法满足下游用户要求，尤其是宽幅铝合金板带材热轧工艺质量成套控制技术不能实现自主供给，制约了企业质量品牌的建设及创新能力的提升。本项目针对宽幅铝板带热轧生产高质量、高效率、定制化、智能化的共性需求及宽幅铝板带热轧工艺质量控制的难度、痛点，开展系统理论研究，研发了板形综合控制技术、覆盖过程控制和基础自动化的精准控制模型、旨在提高产线工艺质量控制效能的关键技术等，在此基础上，考虑先进性、可靠性及可扩展性等，集成了宽幅铝板带热轧工艺质量成套控制技术，并在银海铝业3300mm+2850mm“1+4”热连轧生产线上进行了工业应用，打破国外的技术垄断。项目成果在永杰铝业1850mm、巨科铝业1850mm、银邦4000mm单机架双卷取、明泰铝业2000mm、万达铝业2400mm等热连轧生产线实现推广。成果获得2017年中国有色金属工业科学技术进步一等奖、2015年中国钢铁工业协会科学技术进步一等奖、2017年广西自治区科学技术进步二等奖、2018年首届中国创新方法大赛二等奖。

项目研发成功实现了行业关键共性技术的国产化，减少铝加工企业对国外技术的绝对依赖，显著降低企业运营成本，创造了巨大的经济效益和社会效益，为行业技术进步和高质量发展奠定扎实的基础。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

项目简介

宽幅铝板带是极其重要的工业原材料。作为承上启下的关键生产工序，宽幅铝板带热轧存在诸多技术难点，国内建设的宽幅铝板带热连轧的关键工艺和控制系统几乎都采用国外技术。另对于幅宽大于2600mm、代表铝加工先进程度的宽幅热连轧铝板带材，国内自主生产能力处于空白。为此，研发宽幅铝板带热轧工艺质量成套控制技术，促进行业健康和高质量发展，实现高端铝合金板带材生产技术的自主供给，是国家的重大需求。

本项目历时7年，实现了宽幅铝板带热轧工艺质量成套控制技术的集成和应用推广，打破国外技术在此领域的长期垄断：

1. 研发了宽幅铝板带热轧板形综合控制技术。通过宽幅铝板带热轧多辊形协同优化设计和开发多级、多模块、多区域协同的板形控制系统，实现宽幅铝板带热轧高精度的板形质量控制。

2. 研发了宽幅铝板带热轧全套精准控制模型。基于多维快速数值方法、数据与机理混合驱动、智能算法等，建立温度、厚度、性能、表面等多维、多目标控制智能模型，实现了大尺寸、大变形下工艺质量参数的精准控制。

3. 研发了宽幅铝板带热轧工艺质量控制效能提升技术。通过柔性轧制、动态变参数等专有控制技术及策略，提高机组极限规格的生产能力及对自由规程轧制的适应性，实现个性化定制生产模式下工艺质量的稳定控制。

4. 研发了成套系统集成技术。开发多控制器、多服务器、多通信网络协同控制的硬件平台和一体化中间件软件开发平台、控制功能及软件，集成国内首套具有故障自诊断的宽幅铝板带热轧成

套控制系统并进行工业应用和推广。

项目成果在银海铝业3300mm+2850mm“1+4”热连轧生产线应用后，板带厚度、凸度、楔形、温度控制精度分别达到97.3%、97.5%、98.4%、99.5%，均超过要求的95.4%，与国际知名的日本TMEIC、德国SMS和SIEMENS、瑞典ABB提供的技术同处先进水平。另在国内首次稳定生产了2900mm超宽幅铝合金板材和2600mm超宽幅铝合金卷材，产品取代了进口。万达铝业2400mm “1+4”和明泰铝业2000mm“1+4”热连轧生产线采用该成果后，月产量分别提升了11.3%和7.5%。除此之外，项目成果还推广应用到永杰铝业1850mm“1+3”、巨科铝业1850mm“1+4”、银邦铝业4000mm 单机架双卷取等热轧生产线。近三年，仅银海铝业、明泰铝业两条产线就新增销售额84.9亿元，新增利润3.8亿元，新增税收5.4亿元。

项目实现了宽幅铝板带热轧工艺质量成套控制技术的国产化，解决了行业关键技术长期受制于人、高端宽幅铝合金板带不能自主生产的重大难题，促进了行业的整体技术进步。项目获授权中国发明专利51项、实用新型专利2项，计算机软件著作权登记24项，公开发表学术论文122篇，其中SCI/EI检索81篇，出版专著3部，参编国家标准6项。相关成果获得2017年中国有色金属工业科学技术进步一等奖、2015年中国钢铁工业协会科学技术进步一等奖等奖励。

客观评价

1.验收意见

2015年3月17日，中国有色金属工业协会在柳州对“十二五”科技支撑计划课题“交通运输用超大规格热连轧铝板带生产集成技术的开发与应用”进行了验收，验收意见摘录如下：开发了全套超宽幅铝板带热连轧工艺数学模型、智能算法、辊型技术和板型控制模型，实现了连续的自动化生产和高精度的自动控制；典型热连轧产品5052H112（10×2900×8000mm）、（6×2600×C mm）的力学性能、表面质量以及厚度、宽度、同板差和楔形偏差等几何尺寸公差精度达到了GB/T3880－2012和美国ASTM B209M-10标准要求；开发了配套的生产工艺技术，并成功生产出1系、3系、5系、6系、8系共18个合金品种，数百个规格的产品。

2.科技查新报告结论

项目“宽幅铝板带热连轧成套控制系统和关键工艺技术的自主研发及应用”于2016年委托冶金工业信息标准研究院进行科技查新，查新点包括：

（1）适用于宽幅铝板带热连轧的基础自动化系统、过程自动化系统、中间件平台及高精度数学模型；

（2）适用于宽幅铝板带热连轧的板形控制技术、先进辊形技术、分段冷却模型及断面综合判定技术；

（3）角轧工艺与模型、铝板带轧制过程纠偏控制技术、头部变厚度轧制技术、温度非稳态段的质量控制；

（4）保障宽幅铝板带热连轧表面质量的设备体系、工艺体系、控制体系及管理体系。

通过国内外文献与专利检索，查新机构结论如下：除委托单位的发表文献外，未见与所述宽幅铝板带热连轧成套控制系统和关键工艺技术的自主研发及应用内容相同报道。

3.项目成果评价结论

2017年5月9日，受北京科技大学委托，中国有色金属工业协会在北京组织召开了“宽幅铝板带热连轧成套控制系统和关键工艺技术研发及应用”项目成果评价会议。按照国家科技部《科技成果