3.6万吨垂直挤压机成套装备与工艺技术研发及产业化

信息来源: 发布时间:2017-12-18 11:12:06

一、项目名称

3.6万吨垂直挤压机成套装备与工艺技术研发及产业化

二、所属领域

先进制造与高端装备制造

三、技术成熟度(参照GB/T22900-2009和附件)

四、制造成熟度

9级

五、市场成熟度

8级

六、领先水平

国际国内领先

七、项目介绍

1、打破国外技术垄断,促进国家高端技术领域自主发展

重型挤压技术是高性能、难加工材料的核心加工技术,工艺复杂、设备建造难度大,长期被美国Wyman-Gordon公司独家垄断,并称其为国家的核心技术,不对外转让。在2003 年中国工程院《发展我国大型锻压装备研究》咨询组(组长为师昌绪)的调研报告中,明确指出“难变形合金挤压机已经制约了相关武器装备尤其是军用先进航空发动机的发展。”

内蒙古北方重工业集团有限公司起初想购买一台3.6万吨黑色金属垂直挤压机,并与美国Wyman-Gordon公司和世界知名锻压设备供应商德国MEER公司进行了长时间洽谈。美国人坚称“这一技术为国家的核心技术,不对外转让”,并对我们实行严格保密。德国人称“他们没有做过3万吨级的垂直挤压机,但做了多年技术积累,同时开价0.9-1.1亿欧元。”

为打破国外高端材料的产品和技术双重垄断,加快民族装备制造业振兴,提升企业自主创新力,北重集团在充分调研基础上,决定自主设计研发,打破国外技术垄断,以促进国家高端技术领域自主发展。

2、实现关键材料自主生产,满足电力等等行业的迫切需求

为减少气体排放,实现经济社会的可持续发展,高效、低污染和节水的超超临界发电技术得到快速发展,成为优化火电结构的重要技术方向。而我国超(超)临界电站锅炉用大口径厚壁无缝钢管90%依赖进口,其中用于100万千瓦超超临界火电机组的P92厚壁无缝钢管全部依赖进口,其市场被美国、德国、日本等国外企业长期垄断。

3、实现创新驱动发展,促进企业新利棋牌app官网下载安装融合发展需要

党的十八大提出实施创新驱动发展战略,强调科技创新是提高社会生产力的综合的战略支撑,必须摆在国家发展全局的核心位置。同时,军工企业作为国家战略性产业,必须坚持“新利棋牌app官网下载安装融合,寓军于民”的战略方针。本项目将超(超)临界电站锅炉用大口径厚壁无缝钢管与航空、船舶用高温合金、钛合金管(棒)材结合起来,主动适应市场经济体制改革和新军事变革的发展方向,充分发挥军工高科技技术优势,实现军工溢出效应的最大化,努力形成新利棋牌app官网下载安装良性互动、协调发展的创新格局。

 

八、技术指标

吨位3.6万吨,设备总高22.5米;总宽8.8米,(最大挤压产品尺寸Φ1200毫米、长12000毫米、最大吨位20吨)。

九、技术特点

重型锻压设备是一个国家制造能力的标志,属于极端制造领域。3.6万吨垂直挤压机公称吨位3.6万吨,设备总高22.5米;总宽8.8米,(最大挤压产品尺寸Φ1200毫米、长12000毫米、最大吨位20吨)。该项目是世界最大、国内首台首套重大基础装备项目,为国家重大科技专项10大标志性装备。项目针对大型垂直挤压机存在的可靠性、可制造性、经济性、制造周期等问题,在结构设计、制造安装、挤压工艺和工装模具等方面开展如下创新。

创新点1:针对重型挤压机承载能力与可制造性的矛盾,提出了预应力钢丝缠绕“剖分-坎合”设计方法,突破了传统重型承载结构的设计思路和理论,显著提高了关键部件承载能力和抗疲劳性能,降低了设备制造难度,建立了预应力钢丝缠绕重型结构设计与制造的完整技术体系,成功研制出3.6万吨挤压机组,开创了重型装备设计制造的新技术路线。

创新点2:针对大规格、高性能难变形金属的改性成形工艺难题,开发了大型多棱钢锭及空心坯料的高压水除鳞、在线热修形、玻璃润滑等关键技术,建立了独具特色的高合金钢、高温合金等材料的挤压技术体系和全套工艺规范,实现了重型挤压技术的创新突破。

创新点3:针对超大、重结构的缠绕施工、安装等核心问题,开发出机器人卫星缠绕、超重机架液压推移、液压提升安装等技术,首次解决了千吨级超大型结构的缠绕施工和整体安装的技术难题,创造了超大型钢丝预应力结构施工安装的先例。

创新点4:针对高温、高压重型挤压筒等工模具问题,首创了钢丝预应力剖分结构挤压筒设计制造技术,突破了传统多层过盈配合结构形式,有效解决大型挤压筒制造这一重大难题,形成了独特的模具体系。

十、适用范围

1、电力、石化、机械等行业用高端大口径厚壁无缝钢管

根据国家电力发展规划,到2020年我国电力装机总容量达到约14亿千瓦,其中火电装机比例力争控制在70%以下。由此可见,现阶段我国以煤为主的能源结构决定了当前及今后相当长一段时期内,国内电力仍以火电为主。根据电力发展规划,若按火电装机容量占70%(9.8亿千瓦)计算,则2009~2020年间平均每年新增火电装机容量约3200万千瓦(含淘汰落后小机组)。随着我国火电建设继续向着大机组、大容量、高温、高压、超超临界(USC)机组、节水环保型方向发展,目前,我国已经成为世界上拥有超超临界机组最多的国家。一台1000MW机组(包括超超临界蒸汽锅炉和电站四大管道)需大口径厚壁P92无缝钢管1300多吨,年需求量2万吨左右。其供货长期被瓦卢瑞克·曼内斯曼钢管公司、美国威曼高登锻造有限公司、日本住友商事株式会社、特纳集团有限公司〈意大利达尔明公司〉等国外厂商垄断。

进入二十一世纪后,随着全球石油市场的动荡和石油价格的攀升,煤炭作为储量巨大并且可能替代石油的资源重新受到越来越多的重视。发展新型煤化工可以部分代替石化产品,对于保障国家能源安全具有重要的战略意义。我国石油、天然气对外依存度日益提高,石油进口比例已经超过50%,国家能源安全问题日益突出。石化用超级P91大口径管材。煤制油、煤化工等高温高压管道的主体材料,全部依赖进口。随着石油价格的持续上涨,天然气做为清洁能源日益普及,天然气加气站及转运车等设备对CNG高压气瓶的需求急剧上升。加上超高压乙烯装置等石化装备对大口径厚壁无缝钢管的需求,预计未来几年,天然气、乙烯装置等每年需要消耗的大口径厚壁无缝钢管约1.0~1.5万吨。

煤化工以煤为原料,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体产品或半产品,而后进一步加工成化工、能源产品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏,以及焦油加工和电石乙炔化工等。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等,它与能源、化工技术结合,可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。煤炭能源化工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色,是今后20年的重要发展方向,这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。

煤化工过程中煤转甲醇是关键工序之一,该工序必须在高温、高压、耐腐蚀容器内完成,目前该容器采用材质为超级P91的大口径厚壁无缝钢管制造,400万吨/年煤化工生产线需要超级P91钢管约7000吨、超级P91钢管产品售价约3万元/吨,可见每台套年产400万吨煤化工转化生产线,采购超级P91钢管的费用约2.1亿元。规划到2020年,神华宁煤集团将将建成就地转化原煤近6000多万吨,预计每年间新建600万吨煤转化生产线,每年超级P91无缝钢管1.0万吨、即每年有5亿多市场份额。

在机械制造方面。球墨铸铁管为一种新型优质管材, 具有管壁薄、韧性好、强度高、耐腐蚀、施工方便等特点,广泛用于供水管道、煤气管道、排水管道等方面。近几年市场对大口径球墨铸铁管的需求不断上升,“十一五”期间,我国每年铸管产量将超过400万吨,按此计算则全国DN300~1000管模每年消耗6400吨,毛坯消耗为每年1.04万吨。大型油缸等筒形零件,对大口径厚壁无缝钢管的需求巨大。

2、航空、航天、船舶等高温合金、钛合金管(棒)材

航空、航天、船舶等属于战略性新兴产业,代表未来科技和产业发展新方向,体现当今世界知识经济、循环经济、低碳经济发展潮流,对经济社会具有全局带动和重大引领作用。涡轮盘是航空发动机中最关键的核心热端部件。先进航空发动机对涡轮盘的使用温度,长寿命,高可靠性提出了更高的要求,传统的铸锻材料已不能满足需求。由于粉末高温合金材料具有耐高温、高强韧性和低的裂纹扩展速率等综合性能优异的优点,因此成为制造高性能、高可靠性、长寿命先进航空发动机用涡轮盘的必备和首选材料。美国专家指出,今后的大发动机的大涡轮盘通常是采用大型挤压设备,采用大挤压比获得超细晶坯。

近年来,中国已成为世界钛大国,由“三大(美、俄、日)一小(中)”演变为“四强称雄”的局面。钛及钛合金具有比强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列突出优点,该产品广泛地应用于制造飞机结构中的梁、框、起落架,航空发动机风扇、压气机盘、机匣、叶片等。目前中国钛产量约为4万吨,军用飞机和民用飞机合计用钛占到世界钛产量的一半。

3.6万吨垂直挤压机挤压厚壁无缝钢管钢管场景

挤压生产线场景 


挤压厚壁无缝钢管成品现场实景

 

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