【服务支点 冲刺一流】《科技日报》专题报道我校钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室成果集萃

钢铁“新物种”在这里孕育

——武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室成果集萃

武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室以钢铁冶金新工艺为核心研究方向，研发出“超薄钢”、极地严寒环境用海洋工程厚钢板、高炉爬壁检测机器人、中间包真空—防热辐射协同保温技术等创新成果。

【走进实验室】

◎本报记者 吴纯新 通讯员 程 毓

三团冲天而起的赤焰，托举着一个金灿灿的钢球。这座象征“钢铁之魂”的雕塑，耸立在武汉科技大学校园里，激励着无数“钢铁人”为铸就科技强国与制造强国的“钢铁脊梁”攻坚克难、不懈奋斗。

而武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室，正是这群“钢铁人”攻坚克难的主阵地之一。它以钢铁冶金新工艺为核心研究方向。自成立以来，实验室始终秉持着创新精神，在钢铁冶金领域深耕细作，研发了一批钢铁“新物种”：联合武汉钢铁有限公司，开发世界领先的极薄高牌号硅钢、深海厚板抗氢管线钢等产品；联合大冶特殊钢有限公司，开发大型盾构机用重载轴承钢；联合宝武集团鄂城钢铁有限公司，开发潜艇等国防海洋装备用钢……

日前，科技日报记者走进这个充满创新活力的实验室，探寻这里的“炼钢之道”。

“超薄钢”比纸还薄

输入参数、按下按钮，半人高的甩带机就呼呼地转动起来。不一会儿，一条厚度只有0.02毫米，比纸还薄的“超薄钢”就从铜辊上甩出。“这种‘超薄钢’可用于制作变压器的铁芯、新能源汽车的电机。”正在操作设备的实验室研究人员刘涛说。

鄂西地区的高磷铁矿石含磷量高、结构复杂，被称为不好用的“呆矿”。然而，这种不好用的“呆矿”却被实验室先进冶金与材料团队变成了市场上供不应求的“超薄钢”。

刘涛向记者演示了“超薄钢”生产全过程：先把高磷铁矿石放入电炉，分离出含磷的金属液，再将金属液放入甩带机。金属液喷射到每分钟数千转的铜辊上，随后以每秒几十万度的冷却速度直接凝固成“超薄钢”。

这一过程实现了从高磷铁矿直接短流程、高效制备特殊钢。

“以前钢铁成型需要连铸、热轧、冷轧等复杂工序，生产线达1000米；现在，生产线不到100米，还能实现连续生产。”刘涛说，新工艺不仅使成型过程能耗降低了75%，生产效率也大幅提升，每秒能生产30米“超薄钢”。

“超薄钢”不仅制备过程节能，产品使用也很节能，业内称之为“双绿色”产品。用“超薄钢”制作的干式1级能效变压器，每年可节电1万度左右；用“超薄钢”制作的超效电机，能量转化效率高达95%，应用于高频高速电动汽车，行驶里程可增加30%。

“我国铁矿石80%以上依赖进口，该成果提升了我国铁矿石供应链和产业链的韧性，精准服务国家资源安全战略。”实验室先进冶金与材料团队负责人、武汉科技大学冶金与能源学院院长张华说，曾经被嫌弃的矿山，如今变成生金的“聚宝盆”。

高强韧钢走向极地

早在2010年，实验室就引进多名钢铁领域专家，并成立“海洋材料应用技术中俄联合研发中心”，聚焦极地用钢这一世界级难题展开攻关。“我们希望让国产高强韧钢材走向世界最寒冷的角落。”实验室先进钢铁材料团队负责人吴开明说。

极地用钢必须同时具备高强度与高韧性。然而，在材料科学中，强度与韧性常如跷跷板，此消彼长，难以兼得。

如何打破这一困局？实验室先进钢铁材料团队创新提出“微合金化+精准热处理”复合工艺：在成型与冷却阶段，保留具有良好韧性的微观组织；在回火过程，分阶段精确控温，生成纳米级强化相以提升硬度，诱导“逆转变奥氏体”来增强韧性，同时清除晶界杂质。这一系列操作，成功打破传统钢材强度与韧性难以兼得的桎梏。

更关键的是，团队还破解了钢材的“基因密码”。通过多组元协同设计，建立合金元素配比与强韧性之间的精准映射关系，仅添加极少量合金元素，就能显著提升钢材综合性能，实现“少而精、强而韧”的定向调控。

“你看这张照片。”吴开明指着一张极地实景图说，“那些支撑风力发电机的黄色钢架，用的正是我们研发的极地严寒环境用海洋工程厚钢板。”

据了解，该极地严寒环境用海洋工程厚钢板已获得中国海洋工程科学技术奖一等奖、湖北省技术发明奖一等奖。“这项成果不仅使我国极地海洋工程厚钢板技术实现自主可控，更为中国‘冰上丝绸之路’的稳健前行提供了坚实支撑。”项目企业方代表、武汉重工铸锻有限责任公司正高级工程师熊武说。

目前，实验室研发的新材料正在南极中山站、青藏高原等极端环境中开展野外服役试验，验证其可靠性。

机器人检测高炉“健康”

实验室大门上，一个手提箱大小的机器人正向上攀爬。“这是检测高炉炭砖的机器人。”实验室主任、数字化冶金与智能制造团队负责人王炜介绍，机器人前方配备了传感器，用来检测炭砖的侵蚀情况。

高炉是钢铁企业的核心装置，单座4000立方米的高炉造价约为15亿元。若高炉炉缸发生烧穿，将带来巨大经济损失。然而，传统炉缸安全监控方式存在监控死角。

针对这个问题，王炜团队联合武汉钢铁有限公司，历经5年努力，研发出多模态传感器。研究人员利用该设备对高炉进行检测，如同给高炉做“B超”一般，能够准确获取高炉炉缸的侵蚀状态。

2025年，团队进一步攻关，将传感器集成在机器人上，开发出全国首个高炉爬壁检测机器人。技术人员只需在炉旁操控，机器人便会沿着炉壳爬行，完成对高炉的巡检，并生成三维图，显示高炉的“健康”状态，提示企业及时更换破损炉砖，避免重大事故发生。该成果已在宝山钢铁股份有限公司、宝武集团鄂城钢铁有限公司等大型钢铁企业开展实地应用，取得较好的效果。

解决中间包热损失难题

连铸是连接炼钢和轧钢的中间环节。中间包是连铸生产的关键设备，其保温性能直接影响连铸工艺的稳定性、能耗及最终产品质量。为抑制中间包温降，传统做法是对其进行加热补偿。

目前，国内外主要加热方法为感应加热，但受限于高昂的设备与运维成本，该方法难以满足连铸生产对温度控制精度和成本效益的双重要求。

实验室低碳冶金团队联合宝山钢铁股份有限公司等企业，研发出中间包真空—防热辐射协同保温技术，通过在中间包壳体上构建具有防热辐射功能的真空层，以降低包体热损失，减小钢液温降，具有运维成本低、保温效果显著等优点。

中间包包壁温度越低，包体的散热越少，保温效果越好。这项全球首创的新技术，已在企业进行工业验证。结果表明，该技术可使中间包包壁温度降低100—200摄氏度，保温1摄氏度吨钢降本0.8—1元。同时，该技术可提升包体稳定性，不仅使中间包寿命延长30%以上，钢坯质量也得到了优化。

“我国钢铁企业每年有数以千计的中间包在运行，如果应用该技术，一年可节能增利近百亿元。”实验室低碳冶金团队负责人周建安说，该技术还适用于有色、水泥、电力和石化等行业高温工业炉窑和科研试验炉等，市场前景广阔。

未来，实验室将不断攻克更多技术难题，为我国钢铁产业的高质量发展注入源源不断的动力。