近日，在河北省科技创新暨科技型中小企业推进大会上，燕山大学机械工程学院刘宏民教授主持的“带钢冷轧机整辊式板形仪和板形控制系统”项目，荣获2015年度河北省技术发明奖一等奖。

    “这一项目打破了国外技术垄断，解决了冷轧带钢技术方面的重大难题，我们拥有完全自主知识产权。”刘宏民说。

    曾几何时，钢铁行业是“中国制造”的骄傲，如今却已沦为落后产能的代名词。“中低端产品多，高端产品少。钢铁技术装备自动测控技术水平不高，制约产品质量和经济效益提高。钢铁装备和产品升级是我国急需解决的重大问题。”刘宏民带领的研发团队将攻关的重点放在了冷轧带钢技术。

    冷轧带钢属于高端钢材，广泛用于汽车、家电、食品包装和电子板等。板形（平直度）是冷轧带钢的重要质量指标之一。长期以来，板形测控技术被瑞士ABB、德国西门子、日本三菱等国际大公司所垄断。我国从上世纪80年代以来，一直在进行板形测控技术研究，但始终没有成熟的板形仪投入工业应用。大多数冷轧机依靠工人目测和棍棒敲击感觉板形，手动调整，板形质量不高。由于不掌握板形测控技术，轧机制造工程由国外总包，我国现有400多套带钢冷轧机，其中大约50套依靠进口装备了板形测控系统。

    “目前的情况是，我国设计制造80%的普通装备，挣20%的利润；国外设计制造20%的高端装备，包括板形测控系统，挣80%的利润。没有掌握核心技术是最大的困境。板形测控技术的关键，是在线检测板形仪和闭环控制的数学模型。”刘宏民及其研究团队向项目核心技术发起了攻关，实现了三项自主创新研发的重大技术突破，达到了国际先进水平，推动了我国带钢冷轧机装备智能化、冷轧带钢生产过程智能化、冷轧带钢产品升级。

    国际上流行使用分片式板形检测辊，因为分片外环之间存在接缝，而且在轧制过程中带钢轴向温度不同，中间与边部相差几十度，造成外环因热膨胀不同而发生径向错动，极容易压伤和划伤带钢表面。刘宏民团队突破了国际流行的分片式板形检测辊结构，应用机械设计制造、机械测试和有限元技术，发明研制整辊无缝式板形检测辊，通过内置传感器的表面无缝整体辊和高硬度、深硬层的辊体表面，解决了压伤和划伤带钢表面的难题。

    此外，国际流行的信号传输与供电方式，采用碳刷滑环式结构。由于碳刷与滑环之间存在摩擦、磨损、振动，信号传输失真大；碳刷滑环装置经常需要维修，需要配备冷却清洗系统。在模拟信号远程传输中，容易受到电磁、振动、温度等多种干扰，使信号再次失真、误差增大。在信号处理中，虽然对带钢宽向温差影响进行了补偿，但未对检测辊变形、钢卷形状变化等影响进行补偿，导致误差增大。

    刘宏民团队突破了国际流行的碳刷滑环式信号输出及供电模式，应用机械设计制造、通信和信息处理技术，发明研制无线式、集成化、高精度板形信号处理系统，通过无线发送和接收板卡实现数字信号无线传输，通过内外磁环相对转动实现无线供电，通过模块集成实现模拟信号采集、数字信号处理和无线传输、无线供电等多功能一体化，通过建立检测辊变形、钢卷变形、带钢偏移等一系列影响补偿模型实现对测量误差全面精准补偿，克服了摩擦、磨损、振动、电磁、温度、变形等影响，提高了检测精度。

    另外，国际流行的板形控制模式，表现为基于经验的表格形式，适用于特定的轧机产品和轧制工艺，局限性大，不利于开发新技术、新产品。该项目突破了国际流行的经验表格式控制模式，应用带钢与轧辊变形的条元法理论模型和神经网络、模糊控制、计算机技术，发明研制机理、智能模型协同板形控制系统，精度高，扩展性强。

    在自主创新的技术突破之路上，刘宏民及其研究团队精益求精，越走越远，各项技术经济指标都达到了业内先进水平：板形检测分辨力0.2 I，板形控制精度6.0 I，闭环控制周期100 ms，闭环投入轧制速度60 m/min，检测辊辊面硬度60HRC。5项主要技术指标好于瑞士ABB、德国西门子、日本三菱等公司的国际先进水平。与引进系统相比，该项目技术装备是国外同类技术价格的30%，每套节约投资1000万元。并且获得了多项荣誉及肯定：获授权发明专利10项、计算机软件著作权10项。获2015年度河北省技术发明奖一等奖、中国机械工业科学技术奖一等奖。

    目前，这个项目技术被应用于鞍钢1780 mm、2130 mm，河北钢铁1050 mm，江苏九天光电科技公司750 mm和燕山大学国家工程技术研究中心650 mm等5套带钢冷轧机，近3年节省引进投资5000万元，而且板形质量明显提高，产品用于一汽奥迪、上海大众、格力电器等汽车、家电板，中粮、深圳华特等食品包装板，顶替进口，还出口到美国、欧洲、日本、韩国。为推动我国带钢冷轧机装备智能化、冷轧带钢生产过程智能化、冷轧带钢产品升级，做出了示范和贡献，经济和社会效益前景广阔。