《科技创新与品牌》杂志社创新成果

王万林传承与创新比翼 品质与环保齐飞

2015年4月18日下午,第三届“魏寿昆科技教育奖”在北京科技大学颁奖。王万林教授以其在冶金领域的卓越成绩获得本届“魏寿昆青年冶金奖”。
冶金历来是环境污染大户之一。当下,环境问题日益突出,人们环保意识日渐增强,如何处理好发展与环境的协调关系,无疑成为冶金工业亟待解决与探讨的问题。
2009年9月,王万林教授回国,担负起中南大学钢铁冶金研究所所长的重任。
王万林所在的钢铁冶金研究所订立了这样的研究目标:通过冶金过程的优化和新技术开发,最大限度地满足相关产业对高品质冶金材料的要求;最大限度地减少冶金生产的资源和能源消耗,减少对环境的污染。
在这一目标指引下,他带领科研团队继承了中南大学冶金专业深厚的学科底蕴,不断深入探索奋进,使钢铁冶金学科开始在炼钢与连铸领域取得稳固的进步。

锐意创新,屡克科研难题

连铸是现代钢铁生产的最主要技术之一。王万林锐意创新,屡克连铸难题。
   先进连铸结晶器弯月面热力学的研究:
弯月面是钢液初始凝固的地方,它决定了最终铸坯质量。由于结晶器弯月面处的高温、振动、瞬间等特性,使得对其有效研究变得非常困难。因此对于弯月面处热力学行为的正确理解成为制约先进高效连铸新技术发展的瓶颈。
王万林在系统研究弯月面传热的基础上,建立起红外发射技术,成功实现了对结晶器弯月面处热流瞬时动态变化的实时观测。使得在线研究弯月面处动态熔化、结晶、相变、凝固以及传热等高温热力学行为成为可能,从而实现了对弯月面的有效热模拟。
相关研究成果已在权威杂志发表文章12篇,并受到会议主席美国伊利诺大学香槟分校著名教授B.G.Thomas的高度评价:“您所建立的热模拟技术是认识和测量重要参数的非常有效的工具手段,可用来有效研究(弯月面处)基础性质以及对工艺进行更好地预测,请您与我一起就您的研究工作保持长期的联系与合作。”
目前,Thomas教授已同王万林展开合作,共同培养一名博士生,合作撰写一篇文章。
  连铸过程中结晶器辐射热传热的研究:
传热是钢铁初始凝固中最重要的因素之一,其中辐射热在结晶器内的弯月面处占据约为20%~50%。由于复杂的界面条件、瞬间凝固/熔化等特性的约束,使得对结晶器弯月面处辐射热的计算和研究变得非常复杂。
王万林系统地研究了辐射热在玻璃态、结晶态保护渣以及在渣膜与结晶器界面的不同传输方式,建立了结晶器辐射热传热的计算模型;且探索了保护渣的动态熔化—结晶—玻璃相析出等对辐射传热的影响。
相关成果受到美国明尼苏达大学荣誉教授R.J. Goldstein的高度评价:“在不同传输介质中,王万林研究了这些媒体的吸附系数、折射因子及反射系数等辐射传热性质,其建立的多维折射—反射模型具有一定的影响性和独创性。”
研究成果还得到众多学者的引用;此外,王万林设计的“过渡金属氧化物:氧化铁及氧化锰对连铸辐射传热的影响”的墙报获得了135届TMS国际墙报竞赛冠军。
  连铸中钢液初始凝固与连铸振痕产生机理的研究:
连铸过程中,钢液既是凝固坯壳的生长点(将形成最终的铸坯),也是各种表面缺陷的孕育地。因此,开展对结晶器内钢液初始凝固行为的基础研究,对优化钢液凝固过程和提高铸坯的质量有着积极的的意义。
王万林通过对中/低碳钢初始凝固热力学行为的研究,加上大量的技术创新,成功地实现了对结晶器钢液初始凝固的有效热模拟,并进一步阐明了铸坯凝固组织结构—铜模温度场—弯月面传热—连铸工艺参数的相互复杂关系。
以上成果受到MMTB两位评审人的高度评价:“这是一个非常有价值的实验工作,其对复杂的弯月面传热—铸坯振痕—铜模温场的相互关系提供了宝贵的正确理解,这毫无疑问对连铸初始凝固的基础研究作出了重大贡献。”
这一成果同样受到其他国内外同行的高度评价,并被应用于宝钢GA外板钢、无磁钢、冷作模具钢、耐蚀钢等多种先进钢材铸坯质量优化的科研攻关中。
        冶金熔渣热动力学的研究等:
冶金熔渣在现代钢铁冶金中正朝着环保型、高效型及循环使用型方向发展。王万林在此领域积极展开国际合作研究:联合日本钢铁协会副主席、东京大学Tsukihashi教授以及韩国总统奖获得者延世大学Min教授对高炉渣的动态化学性、转炉铁水脱磷过程中多相渣系脱磷机理、连铸保护渣的结晶动力学和高温热力学行为进行系统研究。近5年来已获得4项国家国际合作项目的资助,并在国际冶金权威刊物上发表合作论文13篇。
王万林通过创新热电偶技术,系统观察研究了保护渣在不同条件下的结晶、相变、溶解和凝固等行为。在此基础上建立起结晶动力学模型,预测不同条件下保护渣的结晶行为,使得研究和预测保护渣在不同条件下的动态结晶过程成为可能。
这些技术加深了钢铁界对保护渣的相变、动力学过程的理解,提高了对连铸保护渣体系的设计和控制能力。相关研究成果已发表在MMTB等国际权威期刊上。
王万林撰写的保护渣结晶动力学理论也被众多学者广泛引用。鉴于他在冶金熔渣方面的成果,2014TMS年会钢铁能源分会、第九届国际熔渣、溶剂与熔盐会议(Molten 12)大会组委会邀请他担任溶剂与浇铸两个分会的主席,并在分会上作主题发言。
碳钢输油管的腐蚀是工业界中常见的问题。由于环境体系的复杂,使得对输油管的防腐问题进行有效研究面临很大的困难。王万林曾对低碳钢输油管腐蚀机理展开研究。试验结果发现,金属的防腐效率与表面活性剂(surfactant)在其表面的覆盖的比率成正比。
他通过将表面活性剂功能团,支链及环境离子强度与腐蚀程度相结合,建立起了一个非常实用的防腐效率预测模型,成果发表在MMTB等刊物上。他通过对非离子表面活性剂在金属—液态表面之间的吸附现象的观测,以及形成单层过程的热动力学自由能的研究,从而建立了预测非离子表面活性剂CMC点的模型。该技术成果已发表在Corrosion Science等杂志上。
目前研究所致力于研究钢铁冶金生产过程中的新技术新工艺开发,在钢包精炼技术、夹杂物控制、中间包冶金、结晶器冶金、钢液在连铸过程中的流动行为优化、结晶器保护渣传热行为、二冷工艺优化、铸坯质量控制等方面,在国内外处于领先地位。

传承底蕴,培育创新团队

中南大学是一所冶金学科优势明显、教学科研实力雄厚的全国重点大学。中南大学钢铁冶金学科始于1956年,经过50多年风雨兼程,逐渐步入快速发展轨道。
2009年,王万林被中南大学作为顶尖人才引进回国,组建钢铁研究所。
回国以来,王万林承担了包括中日韩政府间合作、科技部、国家新世纪优秀人才基金、国家自然科学基金、湖南省重点科研等13个项目以及6项钢铁企业重点项目,已在国际权威期刊和会议上发表论文82篇,包括本领域顶级期刊论文20余篇,并在国际会议或知名大学作特邀报告25次,获得国家优秀青年基金、湖南省杰出青年基金、新世纪优秀海外人才及TMS优秀论文等奖项。
在他的带领下,在他创新精神的感召下,研究所成长起一支适应专业培养目标和教学改革需要的专兼职相结合的研究队伍,其中教授2名,讲师3名 ,1名国家优秀青年基金及教育部新世纪优秀人才获得者。
迄今为止,研究所培养了一大批高层次的专业人才,其中博士8名,硕士24人,本科人才更是不可胜数。
研究所培养的人才毕业后均有良好的就学与就业前景。其中,王万林教授培养的3名硕士研究生分别获得美国科罗拉多矿冶学院、加拿大macmaster、澳大利亚monash全额奖学金攻读博士学位;两人任职宝钢,两人任职中国第一重工业公司,一人任职马钢,一人任职长沙矿冶研究院,一人任职湖北省知识产权局。
在王万林的带领下,经过近5年的发展,目前钢铁冶金研究所已与国内外包括美国卡内基梅隆大学、日本东京大学等高等院校,以及美国钢铁公司、安塞尔米塔尔、宝钢等著名钢铁公司建立紧密的合作关系。
研究所近几年来承担了多项国家及省部级项目,已申请国家发明专利17项,并在国际权威、重要期刊或国际重要会议上发表论文80余篇。在国内和国际冶金界拥有一定的学术影响和学术声誉,已成为国内钢铁冶金领域的新生力量。