中冶東方自主工藝開發(fā)設計國內裝備水平最高的鎳板帶生產線

——記全國冶金行業(yè)優(yōu)秀工程設計獎一等獎金川5000t/a鎳及鎳合金板帶材生產線

    發(fā)布日期：2012-09-21

 

中冶東方　亓偉娜/文

 

金川5000t/a鎳及鎳合金板帶材生產線是中冶東方控股有限公司完全自主工藝開發(fā)設計，部分核心設備自主設計，通用設備集成創(chuàng)新。項目于2011年12月建成投產，項目建成后是國內產量最大、裝備水平最高的專業(yè)鎳及鎳合金板帶材生產線。近日獲悉，該項目榮獲全國冶金行業(yè)優(yōu)秀工程設計獎一等獎。

鎳及鎳合金板帶材熔煉、鍛造、冷熱加工領域在國內沒有完全成熟的工藝、設備，中冶東方經過近兩年的考察、研究、開發(fā)，填補國內此加工領域部分工藝的空白。深入研究鎳及鎳合金熔煉、鍛造及加工特性，解決了其鑄錠熔煉要求高、鍛造工藝難度大、金屬難變形、溫度控制嚴格、熱處理及表面處理復雜等種種難題，獨立開發(fā)出坯重大、產量大、品種規(guī)格范圍全、產品精度高的現(xiàn)代化鎳及鎳合金板帶材系統(tǒng)性生產工藝技術，并成功應用于本工程設計之中，使“金川5000t/a鎳及鎳合金板帶材生產線”工程成為國內裝備水平最高的現(xiàn)代化鎳板帶生產線。

本工程最終產品為鎳及鎳合金等精密合金板帶材及為其他廠生產部分鍛棒原料，主要生產的合金品種有純鎳、軟磁合金、膨脹合金、電阻電熱合金、耐蝕合金以及生產難度較大的高溫合金。

鎳及鎳合金精密合金板帶材主要用于電子電工、航空航天、軍工等重要領域。中國已成為鎳及鎳合金精密合金板帶材產品主要消費國，但不是主要生產國，高端產品大部分依靠進口。金川5000t/a鎳及鎳合金板帶材項目工程的成功設計和順利生產，使得金川公司突破了只能提供鎳基原料、不能生產高附加值鎳合金板帶材產品的局限;并且隨著工藝設備操作日益成熟，該生產線已經具備了生產部分進口鎳合金板帶產品的能力，為金川公司鎳深加工發(fā)展起到積極的推進作用，同時對加速我國鎳及鎳合金板帶材生產加工能力，全面提升國產板帶材的品質和生產能力，滿足航空、航天、軍工國防工業(yè)需求等方面的意義重大。

攻克難題之一——自主工藝設計，合理配置熔煉工藝設備

最終產品的多品種、多規(guī)格、小批量決定了采用多種鑄錠和鑄坯規(guī)格及多種爐型。在國內外沒有完全成熟的經驗技術，合理配置、布置熔煉工藝設備，保證熔煉產品質量以及多種爐型交替生產操作是本工程一大難點。

中冶東方自主工藝設計，采用國內外先進生產工藝設備，以保證最終產品質量要求；車間工藝設備布置，根據(jù)不同爐型生產特點，采取分類、分組布置，在滿足工藝操作條件下盡可能緊湊式布置，做到生產流程順、操作干擾少；采用真空澆注系統(tǒng)進行鑄錠澆注，大大提高鑄錠的質量；生產用合金種類多，采用嚴格分類管理；車間運量小，但物料運輸頻繁，本設計采用橫向電動平車和叉車相結合的運輸方式，以減少操作之間的干擾。在現(xiàn)有總圖條件下，車間生產輔助配套設施采用集中布置，供電等各種能源介質供應由全廠平衡統(tǒng)一調配使用。

攻克難題之二——填補國內外鎳基合金的鍛造工藝的空白

產品為鎳基特殊合金、精密合金、高溫合金，由于這些材料中添加了大量的合金元素，所以其工藝塑性非常低，變形抗力大，可鍛溫度區(qū)間很窄，導熱性差，加熱條件要求高，整個鍛造工藝難度很大。根據(jù)不同合金品種鍛造要求，采用多種爐型配合批量加熱鎳合金鑄錠；在滿足鎳合金加熱特性的同時，也滿足本項目產品品種多、批量小的特點。

熱軋帶材產品要求提供鍛坯的最大寬度達640 mm，而為鍛造工藝提供的鍛造板坯厚度為80mm，板坯寬高比為8，大多數(shù)板坯規(guī)格的寬高比在5～7之間，現(xiàn)有其他相關企業(yè)的鍛造板坯寬高比都不超過4。板坯展寬在鍛造工藝中是比較難的工藝，板坯寬高比為8，是國內外鎳基合金的鍛造工藝中前所未有的。由于工藝的先進性及設備選擇的合理科學，所以鍛造出的板坯有著其他工藝無法比擬的優(yōu)勢，在該工程中，使用該鍛造新工藝可以鍛造出板坯寬高比為5-8，最大鍛造鑄錠到達1400kg的板坯。

由鎳合金的鍛造工藝特點和本工程鍛造產品的特點，使得鍛造工藝設備配置較困難。中冶東方在合理配置加熱設備的同時，配備相應鍛造主設備及輔助設備，以完全滿足本工程產品鍛造工藝和生產規(guī)模的要求。

攻克難題之三——攻克鎳基合金難變形難題 自主設計熱軋爐生產線

鎳及鎳合金板帶材的生產批量小、品種多、產品規(guī)格范圍廣，合金品種有純鎳、軟磁合金、膨脹合金、電阻電熱合金、耐蝕合金以及生產難度較大的高溫合金。產品規(guī)格范圍（4～20mm）厚×（200～640mm）寬。中冶東方在熱軋設計中成功解決了熱軋軋制溫度控制的技術難點。由于鎳合金變形溫度高且范圍窄，采用大坯重鍛坯作為熱軋原料，在精軋階段軋件長度長，軋件溫降和頭尾溫差大，如何保證軋件溫度均勻性，保證獲得高性能、高精度產品是本工程設計的一大技術難點。熱軋采用“補溫+保溫”工藝方案，以滿足大坯重、多品種軋制的溫度要求。保溫可使軋制過程中的輻射溫降損失減小，從而對于5mm以上的精密帶坯全部可以一火成材。采用在線補溫爐，保證中間坯的加熱均勻性和加熱效率，實現(xiàn)了溫度要求嚴格的高溫合金和4mm以下的精密長帶材連續(xù)在線軋制，提高了生產率，節(jié)省能耗。

中冶東方在設計中摸索建立了熱軋鎳基合金軋制工藝模型，自主集成設計了全套熱軋生產線，投產后運行良好，已批量生產出多種鎳合金產品，尺寸精度高，性能合格。

攻克技術難題之四——解決冷軋鎳及鎳合金板帶難變形及熱處理、精整工藝復雜問題實現(xiàn)高精度軋制

中冶東方經深入研究，為滿足純鎳和鎳合金變形抗力變化大等特點，冷軋各工序配置先進工藝設備，保證最終產品得以實現(xiàn)。高變形鎳合金板帶變形抗力高，由冷軋原料4.0-6.0mm，軋制冷軋產品最薄達0.05mm，如何解決冷軋鎳及鎳合金板帶難變形問題，是本工程設計的一大技術難點。采用先進的環(huán)保的工藝設備配置方案，實現(xiàn)精密壓延和保證最終精密合金產品尺寸精度和板型等，薄規(guī)格產品板型控制精度達3I。

與國內外同類項目對比優(yōu)勢顯著

國內鎳及鎳合金加工材生產廠家僅十數(shù)家，普遍問題是規(guī)模小、品種少、裝備水平低、產品質量不高，且裝備簡陋，產品質量較低。由于鎳及鎳合金變形抗力高，同時鎳及鎳合金板帶材的批量小，品種多，規(guī)格范圍廣，且加工工序比鐵及鐵基合金長，因此鎳及鎳合金板帶材生產線建設難度大，之前尚無大型專業(yè)化生產線。

金川5000t/a鎳及鎳合金板帶材生產線與其他同類項目相比，在生產能力，生產品種、牌號，產品規(guī)格范圍，坯重、成材率、質量穩(wěn)定性，產品精度等方面優(yōu)勢顯著：本工程年產量5000t/a（預留發(fā)展到10000t/a），是國內其他同類企業(yè)生產能力的3～4倍；本工程品種有純鎳、軟磁合金、膨脹合金、電阻電熱合金、耐蝕合金以及生產難度較大的高溫合金，其他家品種不全，特別是高溫合金中高牌號產品生產廠家更少；本工程產品最大寬度達610mm，冷軋產品最薄達0.05mm，其他專業(yè)生產廠只能生產450mm寬度產品，厚度0.1mm左右；本工程坯重大、成材率高，坯重是國內其他廠家的3-4倍，成材率提高5%以上，同時使產品質量穩(wěn)定段大幅度提高；本工程熱軋及冷軋設計裝備有高精度軋制技術，冷軋薄規(guī)格產品厚度精度+/- 0.002 mm，板型達3I。其他類似項目達不到如此高的產品精度。

金川5000t/a鎳及鎳合金板帶材工程設計的成功實施，使中冶東方在鎳及鎳基合金熔鑄、鍛造、加工工藝、設備設計等技術水平達到國際先進水平。對我國在鎳及鎳基合金深加工領域的發(fā)展起到了巨大的推進作用?！、?