进入二十一世纪,如果问作为中国人感觉变化最大的有哪些,可能很多人都会回答“中国科技的崛起”。在很多人都不熟悉的重型装备领域,就有这么一台“大国重器”,默默的为中国人争了一口气,也为国家的电力、航天、军工领域更加增添了一份保障。
火电、核电管道关键材料——大口径厚壁无缝钢管的生产采用热挤压法,是工业发达国家成熟工艺方法。耗时3年,花费5亿元,河北宏润重工自主研制的世界最大5万吨热垂直挤压机被看作实施这一工艺的大国重器,突破了管道在口径、厚壁和长度方面的制造瓶颈。
我国作为一个设备大国、电力大国,国内的各种发电项目数不胜数,然而就是这种发电项目中必不可少的设备——大口径厚壁无缝钢管却一直受制于人,它是一种是用钢锭或实心圆钢经穿孔制成毛管,经热轧制成空心的无缝钢管,大多数都用在60万千瓦以上超临界、超超临界等大型电站、石油化学工业行业中。
例如:咱们进行石油钻探时包裹钻头的钢管,就是这种无缝钢管,其制造主要是依靠重型压机,可以说这种重型压机代表着国家制造业的发展水平。那是不是就有人好奇了,造这个无缝钢管有多难,为什么非得依靠重型压机呢?
无缝钢管,顾名思义就是一种具有中空截面,周边没有接缝的圆形、方形、矩形的钢材,和普通的焊接管不同,它是用实心的钢锭或管坯经升温软化,经过穿孔制成空心管坯,然后在轧机里拉长初步成型,而这一步恰恰就是最难的,在这样的一个过程中必须要保证,管子的壁厚减薄、壁厚不均减小的同时,钢管也要逐渐拉长,一旦操作不好生产的钢管就会报废。
就拿核电站所需要的无缝钢管来说,它要解决核废水流动所带来的腐蚀问题,因此就需要在钢材中 添加抑制腐蚀的合金元素,技术难度自然也就更高了,一不小心就会浪费大量的时间、材料以及成本,所以有合适的机器自然能事半功倍。
而重型挤压机能够最终靠释放强大的压力,使得金属在模具中成形,不但可以对铝材来加工,对其他金属材料也一样能加工,所以说重型挤压机,是生产无缝钢管必不可少的设备,但是由于国外长期的技术封锁,我国一直是从国外高价进口无缝钢管。
据了解,这种耐高温度高压力大口径厚壁特种钢管90%以上依赖进口,我国每年需要此类钢管大约10万吨以上,而国外对外出口价格十分昂贵,一吨就要十几万,一年算下来,至少要花费上百亿。
为了打破这种受制于人的局面,我国北重集团联合清华大学等二十多家单位,开始自主研制3.6万吨黑色金属垂直挤压机及工艺研究,不过起步虽晚,进展却很快,仅仅用了3年的时间,耗资9.9亿元,我国就成功克服建造以及工艺等诸多技术难题,自主研制成功世界最大的黑色金属垂直挤压机。
发展至今,我国大口径厚壁无缝钢管制造技术一举打破国外垄断,并达到了世界领先水平,北重集团也成为了继美国威曼·高登公司和法国阿伯杜瓦公司后,世界第三个能够生产的企业。那我国自主研制的这台挤压机,相较于国外的又有什么过人之处呢?
2006年中国北重终于下定决心,联合了清华大学等等数十家单位发起了“360项目”。所谓360项目实际上的意思就是完全自主研发制造一台3.6万公吨的黑色金属垂直挤压机项目,直接超过美国3.15万吨规模,剑指行业最高端。
胆大心细具有创造力的中国科研工作者们在三年没日没夜的努力下,通过采用清华大学研究了四十多年的“钢丝缠绕技术”最终攻克了在设计和制造大型黑色金属垂直挤压机上的难关。完全通过我们自主研发的方式,完成了设计和组装。
2009年7月,传来了激动人心的消息,在无数个日日夜夜的钻研之后,中国第一根符合超临界发电机组要求的特种厚壁无缝钢管在北重自主研发的3.6万吨垂直挤压机中成功诞生。
这根特种厚壁无缝钢管的诞生,凝聚着中国科学研究者无数的心血,也为中国电业带来了一剂强而有力的强心剂。
2020年7月,我国研制的世界最大5万吨热垂直挤压机精彩亮相,自此,我国成功突破了厚壁无缝钢管在口径、厚壁和长度方面的制造瓶颈。
5万吨垂直挤压机打破了锻压设备传统的设计理念和方法,在多个角度实现了技术突破:机组压力大,工作台面及开档尺寸大,生产效率更加高,几分钟即可挤压出一根直径1320毫米、长13米、重逾25吨的大口径无缝钢管,且一次成型。同时,该机组非常适合于难成型材料的生产,还可安装模锻工艺装备。
上海核工程研究设计院副总工程师施永兵认为:5万吨垂直挤压机的优势为核电主泵泵壳、主管道、斜三通、阀体等复杂设备和管道部件开辟了新型的制造途径,对大幅度降低核电建设成本,提高核电建造水平和国际竞争力具备极其重大意义。
我国自主研发的机器,与国外工艺属于不同的技术路线,它是通过采用预应力钢丝缠绕结构,用高强度钢丝将上下梁和立柱缠绕预紧,构成压机的承载框架。
这不仅提高了压机的主要承载机架、主工作缸等,主要承载部件的疲劳寿命,在原有基础上增加了3~6个月不等的有效期。相较于美国生产的钢管,我国还在降低结构重量的同时,降低了制造成本和安装成本,所以综合性能更出众
其次是我国还融合了更先进的技术,增加了卫星缠绕、液压推移和液压提升安装等技术,解决了千吨级超大型结构的施工安装的技术难题,同时期的美国公司都难以做到。正是因为这诸多优点,我国的重型挤压机凭一己之力,成功将市场行情报价从十几万每吨降至几万元每吨,每年为国家节约资金40亿元,创造了巨大的经济效益。
而我国也并未停止前进的步伐,2020年,我国又研制出世界最大5万吨热垂直挤压机,打破了传统方法,提高了生产效率,只需要几分钟就可以挤压出直径1320毫米、长13米、重逾25吨的大口径无缝钢管,还可以一次成型,大幅度降低了我国电站建设成本,对提高电站建设水平和国际竞争力具备极其重大意义。
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