中国机械工程学会会讯 目次 ZHONGGUO JIXIE GONGCHENG 学会要闻· XUEHUI HUIXUN 第六届海峡两岸机械工程技术交流会在台北举行……(12) 科技进展· 机械工业科学技术重大进展(2003) 月刊1998年创刊 ·会员园地· 2004年第2期(总第74期) 2004年高级会员迎新报告会在京举行………… (13) 2004年2月6日出版 学术活动· 第八次全国热处理大会暨 热处理分会成立40周年纪念大会在京召开 第四届国际淬火与畸变控制会议在京召开 …(16) 光机电一体化技术与装备应用及发展研讨会” 在深圳召开… ………(17) 设备与维修工程分会在海口举办研讨会……… 广东学会举办“超高速加工研讨班” (19) 工作动态· 设备与维修工程分会召开第六届在京正副主任委员 (扩大)第一次会议 地方学会· 湖北省机械工程学会专业委员会活动三则………(20) 北京学会举办“航天技术科普报告会” ·工业展览 专业物流大展笑迎2004 (22) 关于组团赴德国参观“汉诺威工业博览会”的通知…(23 主办:中国机械工程学会工作总部 会议预报· 地址:北京市三里河路46号 第七届物流工程学术年会论文征集通知…… 邮编:100823 “第六届全国机械设计教学研讨会议”征文通知……(25) 电话:010-88301641 机械传动分会将举办CVT及第五届行星齿轮传动 传真:010-68361096 学术信息年会 …(25) E-mail: huixun @cmes. org ·书讯· 网址http://www.cmes.org 《中国机械设计大典》征订通知…………………(27) 主编:陈超志 《中国模具设计大典》征订通知 副主编:梅熠 免费赠送《中国机械设计大典数据库》(电子版) 责任编辑:晓帆 《中国模具设计大典数据库》(电子版) (30) 编辑出版:中国机械工程学会会讯编辑部书讯 照排:中国机械工程学会会讯编辑部 其他· 印刷:北京林大印刷厂 祝中国机械工程学会青春永驻 发行:中国机械工程学会工作总部 圆融和谐,求新求变打造21世纪恒星新风貌
中国机械工程学会会讯 ZHONGGUO JIXIE GONGCHENG XUEHUI HUIXUN 月刊 1998 年创刊 2004 年第 2 期（总第 74 期） 2004 年 2 月 6 日出版 主 办：中国机械工程学会工作总部 地 址：北京市三里河路 46 号 邮 编：100823 电 话：010-88301641 传 真：010-68361096 E – mail：huixun@cmes.org 网 址：http://www.cmes.org 主 编：陈超志 副 主 编：梅 熠 责任编辑：晓 帆 编辑出版：中国机械工程学会会讯编辑部 照 排：中国机械工程学会会讯编辑部 印 刷：北京林大印刷厂 发 行：中国机械工程学会工作总部 目 次 ·学会要闻· 第六届海峡两岸机械工程技术交流会在台北举行……(12) ·科技进展· 机械工业科学技术重大进展（2003）………………………(1) ·会员园地· 2004 年高级会员迎新报告会在京举行…………………(13) ·学术活动· 第八次全国热处理大会暨 热处理分会成立 40 周年纪念大会在京召开…………(15) 第四届国际淬火与畸变控制会议在京召开……………(16) “光机电一体化技术与装备应用及发展研讨会” 在深圳召开……………………………………………(17) 设备与维修工程分会在海口举办研讨会………………(18) 广东学会举办“超高速加工研讨班”……………………(19) ·工作动态· 设备与维修工程分会召开第六届在京正副主任委员 （扩大）第一次会议……………………………………(19) ·地方学会· 湖北省机械工程学会专业委员会活动三则……………(20) 北京学会举办“航天技术科普报告会”…………………(21) ·工业展览· 专业物流大展笑迎 2004…………………………………(22) 关于组团赴德国参观“汉诺威工业博览会”的通知……(23) ·会议预报· 第七届物流工程学术年会论文征集通知………………(24) “第六届全国机械设计教学研讨会议”征文通知………(25) 机械传动分会将举办 CVT 及第五届行星齿轮传动 学术信息年会…………………………………………(25) ·书讯· 《中国机械设计大典》征订通知…………………………(27) 《中国模具设计大典》征订通知…………………………(28) 免费赠送《中国机械设计大典数据库》（电子版） 《中国模具设计大典数据库》（电子版）……………(30) 书讯………………………………………………………(21) ·其他· 祝中国机械工程学会青春永驻…………………………(26) 圆融和谐，求新求变 打造21世纪恒星新风貌…………(32)
科技进展 机械工业斛学技术重太缝展(2003) 中国机械工程学会 近年来,我国在重型机械及重大装备领域取得了一批重要成果,为冶金、港口、发电、化工 等行业提供了一批重大技术装备,获得巨大的经济效益和社会效益。经各方推荐,中国机械工程 学会和中国重型机械工业协会组织专家评审,本年度发布的机械工业科学技术重大进展有以下几 个方面 、铝带坯电磁场铸轧装备与技术的开发与应用 高性能铝板带材广泛应用于航空航天、交通运输、信息、包装、印刷等领域,市场需求巨大。 铝热板带卷的主要生产方式为热轧和连续铸轧。热轧产品深拉性能好,可生产各系铝合金,但投 资巨大。与热轧相比,连续铸轧在建设投入、流程、能耗等方面有突出优势,20世纪80年代以来 在我国迅速发展,成为主要的铝热板带卷生产方式。但是常规铸轧板组织不均匀、深拉性能差 可铸轧的合金品种少,目前主要用于铝箔毛料和对深拉性能要求不高的部分板带。我国高性能的 铝板、带材仍需大量进口 铝带坯电磁场铸轧装备与技术研究立足于发扬常规铸轧节能、投资少的突出优势,从材料组 织形成的能量规律,寻找常规铸轧技术缺陷的本质原因,通过创造新的载能装备,向铸轧过程注 入新的能量,改变铸轧区的能场结构,使铸轧过程出现新的材料微流变机制,以获得优良的组织 结构和性能,为高性能铝板带材提供性价比高的铝带坯。 该项目通过首次在常规铸轧环境中输入变频组合电磁场能量,揭示了铝熔体铸-轧]流变行为 中由此岀现的新机制和规律,发明了铝带坯电磁场铸轧装备与技术,获得性能优良的铝热板带卷。 取得以下主要成果 揭示了铸轧过程新机理,发明了铝带坯电磁场铸轧新工艺技术,建立起电磁场连续铸轧的 材料制备新方法。 电磁场铸轧过程新机理:在电磁力场作用下,初晶、枝晶、临界变形晶体被冲击、切断,实 现晶核增殖,晶粒细化 材料制备新工艺技术与新方法:①用变化的电磁场能量梯度,强化铸轧区传热传质过程,使 温度场、浓度场趋于均匀,过冷度增加,在大范围内瞬间同步进行结晶,晶粒均匀细化,强度与 成形性增加;②无序扰动,晶体取向分散,晶界析出物弥散,深加工性能增强;③使铸轧区内压 力增大,固溶效果增强。 2.发明了一种产生瞬变复合磁场的电磁感应器。感应器由5~9个电磁感应单元组成,其间 按设计原理连接。在铸轧前沿的辊缝中同时形成脉动磁场与行波磁场,主频率与行波频率分别进 行随机切换,可以产生一个瞬态变化的复合磁场。 3.发明了一种将电磁能高密度聚集的定向导引机构,将磁力线高密度约束于[凝固-轧制]连续 流变区。该装置由强导磁体做成靴状结构,置于进料口上、下侧,其前方緊楔于辊缝,同时用非
·科技进展· 机械工业科学技术重大进展（2003） 中国机械工程学会 近年来，我国在重型机械及重大装备领域取得了一批重要成果，为冶金、港口、发电、化工 等行业提供了一批重大技术装备，获得巨大的经济效益和社会效益。经各方推荐，中国机械工程 学会和中国重型机械工业协会组织专家评审，本年度发布的机械工业科学技术重大进展有以下几 个方面： 一、铝带坯电磁场铸轧装备与技术的开发与应用 高性能铝板带材广泛应用于航空航天、交通运输、信息、包装、印刷等领域，市场需求巨大。 铝热板带卷的主要生产方式为热轧和连续铸轧。热轧产品深拉性能好，可生产各系铝合金，但投 资巨大。与热轧相比，连续铸轧在建设投入、流程、能耗等方面有突出优势，20 世纪 80 年代以来 在我国迅速发展，成为主要的铝热板带卷生产方式。但是常规铸轧板组织不均匀、深拉性能差， 可铸轧的合金品种少，目前主要用于铝箔毛料和对深拉性能要求不高的部分板带。我国高性能的 铝板、带材仍需大量进口。 铝带坯电磁场铸轧装备与技术研究立足于发扬常规铸轧节能、投资少的突出优势，从材料组 织形成的能量规律，寻找常规铸轧技术缺陷的本质原因，通过创造新的载能装备，向铸轧过程注 入新的能量，改变铸轧区的能场结构，使铸轧过程出现新的材料微流变机制，以获得优良的组织 结构和性能，为高性能铝板带材提供性价比高的铝带坯。 该项目通过首次在常规铸轧环境中输入变频组合电磁场能量，揭示了铝熔体[铸-轧]流变行为 中由此出现的新机制和规律，发明了铝带坯电磁场铸轧装备与技术，获得性能优良的铝热板带卷。 取得以下主要成果： 1．揭示了铸轧过程新机理，发明了铝带坯电磁场铸轧新工艺技术，建立起电磁场连续铸轧的 材料制备新方法。 电磁场铸轧过程新机理：在电磁力场作用下，初晶、枝晶、临界变形晶体被冲击、切断，实 现晶核增殖，晶粒细化。 材料制备新工艺技术与新方法：①用变化的电磁场能量梯度，强化铸轧区传热传质过程，使 温度场、浓度场趋于均匀，过冷度增加，在大范围内瞬间同步进行结晶，晶粒均匀细化，强度与 成形性增加；②无序扰动，晶体取向分散，晶界析出物弥散，深加工性能增强；③使铸轧区内压 力增大，固溶效果增强。 2．发明了一种产生瞬变复合磁场的电磁感应器。感应器由 5～9 个电磁感应单元组成，其间 按设计原理连接。在铸轧前沿的辊缝中同时形成脉动磁场与行波磁场，主频率与行波频率分别进 行随机切换，可以产生一个瞬态变化的复合磁场。 3．发明了一种将电磁能高密度聚集的定向导引机构，将磁力线高密度约束于[凝固-轧制]连续 流变区。该装置由强导磁体做成靴状结构，置于进料口上、下侧，其前方紧楔于辊缝，同时用非 ·1·
中国机械工程学会会讯2004年第2期 导磁体做成耐高温、耐冲击的环境屏蔽结构,与铸轧机环境所有铁磁体零件屏蔽,以最小损耗将 磁力线导入辊缝扁平[铸轧]区。 4.发明了一种复杂电磁场多参数多形态控制系统。系统由电流波形控制、频率成分随机控制 磁序随机控制和接触电势差控制四部分组成,对磁场形态、频率、幅值做多种调控,使感应电磁 场具有瞬态变化的能量梯度,产生如下特殊功能:①温度场、浓度场均匀,晶粒均匀细化;②能 量具有瞬态冲击特性,产生的电磁剪切力为284~341Pa,大于[液-固]临界状态金属形变切应力 242Pa,增强对晶粒的切割、破碎;③对机械系统具有激励最小特性,增加工艺过程的稳定。 电磁场铸轧装备与技术的应用,使铸轧板带坯的质量显著提高。电磁场铸轧铝带坯晶粒微细、 等轴、均匀分布,晶界上金属间化合物细小弥散,织构与成形性优于常规铸轧板带,产品性价比 获得明显提升。 电磁铸轧、常规铸轧、热轧板性能比较 铝带坯(7lmm) 名称 σb(Mpa) 6(%) 0.5mm成品板深0.007mm P4901419拉制耳率(%)铝针孔数 电磁场铸轧|91909033.8345340 1.85~1.93 30~50 铸轧 89 8736.134.332.2 4.0~4.5 200~300 88 89 8835.7344334 1.86~2.1 300~400 自1997年以来,电磁场铸轧试验样机一直在西北铝加工厂运行。经多次工业试验和生产考核 表明:用电磁场铸轧装备和技术可生产1~8系的多种合金品种,其组织性能明显优于常规铸轧板 特别是深加工性能获得突破性进展,拓宽了铸轧板的应用范围。由电磁场铸轧带坯所加工成的 0007铝箔,其金相组织和力学性能均优于添加常规晶粒细化剂的铝箔产品,且避免了晶粒细化剂 产生的合金污染,成品率平均提高88个百分点 该技术已由国家计委列为1999年兰州铝业公司“电解铝液电磁铸轧生产毛化板、箔材”高新 技术产业化示范工程,第二台电磁场铸轧机已在兰铝公司投产。至此,电磁铸轧技术已在国际通 用的两种结构铸轧机[享特式、3C式上获得工业应用。 电磁场铸轧可生产常规铸轧难以生产的优质铝板,如PS板、制罐板、磁盘基板等,解决了长 期依赖进口的问题,产生了重要的社会经济效益。 铝带坯电磁场铸轧装备与技术集材料加工、机械、电、磁、自动控制等多学科于一体,形成 一种新的铝连续铸轧装备与技术,其中的技术创新将在相关领域的技术进步中产生重要影响: 1.所发明的铝带坯电磁场装备,具有十分优良的材料制备功能。它的进一步推广应用,将使 铝带坯生产技术发生重要变革,推动我国铝加工工业水平的整体提高。 2.所硏制的具有瞬态强冲击特性的复杂电磁场的产生与控制技术,使铝合金载体在随机快变 过程中完成材料制备,是机电控制技术应用于材料流变成形过程的一种新的成功尝试,同时产生 新的组织结构,开发出材料的新性能,值得在其他材料领域推广 3.特殊形态电磁感应器、磁路导引装置、复杂系统强扰动快变状态的产生和控制,其设计思 想与系统技术和所解决的难题,对机电一体化技术的发展有诸多借鉴作用
·中国机械工程学会会讯 2004 年第 2 期· 导磁体做成耐高温、耐冲击的环境屏蔽结构，与铸轧机环境所有铁磁体零件屏蔽，以最小损耗将 磁力线导入辊缝扁平[铸-轧]区。 4．发明了一种复杂电磁场多参数多形态控制系统。系统由电流波形控制、频率成分随机控制、 磁序随机控制和接触电势差控制四部分组成，对磁场形态、频率、幅值做多种调控，使感应电磁 场具有瞬态变化的能量梯度，产生如下特殊功能：①温度场、浓度场均匀，晶粒均匀细化；②能 量具有瞬态冲击特性，产生的电磁剪切力为 284～341Pa，大于[液-固]临界状态金属形变切应力 242Pa，增强对晶粒的切割、破碎；③对机械系统具有激励最小特性，增加工艺过程的稳定。 电磁场铸轧装备与技术的应用，使铸轧板带坯的质量显著提高。电磁场铸轧铝带坯晶粒微细、 等轴、均匀分布，晶界上金属间化合物细小弥散，织构与成形性优于常规铸轧板带，产品性价比 获得明显提升。 电磁铸轧、常规铸轧、热轧板性能比较 铝带坯（7.1mm） 名 称 σ b（Mpa） δ（%） 0° 45° 90° 0° 45° 90° 0.5mm 成品板深 拉制耳率（%） 0.007mm 铝箔针孔数 电磁场铸轧 91 90 90 33.8 34.5 34.0 1.85～1.93 30～50 普通铸轧 88 89 87 36.1 34.3 32.2 4.0～4.5 200～300 热 轧 88 89 88 35.7 34.4 33.4 1.86～2.1 300～400 自 1997 年以来，电磁场铸轧试验样机一直在西北铝加工厂运行。经多次工业试验和生产考核 表明：用电磁场铸轧装备和技术可生产 1～8 系的多种合金品种，其组织性能明显优于常规铸轧板， 特别是深加工性能获得突破性进展，拓宽了铸轧板的应用范围。由电磁场铸轧带坯所加工成的 0.007 铝箔，其金相组织和力学性能均优于添加常规晶粒细化剂的铝箔产品，且避免了晶粒细化剂 产生的合金污染，成品率平均提高 8.8 个百分点。 该技术已由国家计委列为 1999 年兰州铝业公司“电解铝液电磁铸轧生产毛化板、箔材”高新 技术产业化示范工程，第二台电磁场铸轧机已在兰铝公司投产。至此，电磁铸轧技术已在国际通 用的两种结构铸轧机[亨特式、3C 式]上获得工业应用。 电磁场铸轧可生产常规铸轧难以生产的优质铝板，如 PS 板、制罐板、磁盘基板等，解决了长 期依赖进口的问题，产生了重要的社会经济效益。 铝带坯电磁场铸轧装备与技术集材料加工、机械、电、磁、自动控制等多学科于一体，形成 一种新的铝连续铸轧装备与技术，其中的技术创新将在相关领域的技术进步中产生重要影响： 1．所发明的铝带坯电磁场装备，具有十分优良的材料制备功能。它的进一步推广应用，将使 铝带坯生产技术发生重要变革，推动我国铝加工工业水平的整体提高。 2．所研制的具有瞬态强冲击特性的复杂电磁场的产生与控制技术，使铝合金载体在随机快变 过程中完成材料制备，是机电控制技术应用于材料流变成形过程的一种新的成功尝试，同时产生 新的组织结构，开发出材料的新性能，值得在其他材料领域推广。 3．特殊形态电磁感应器、磁路导引装置、复杂系统强扰动快变状态的产生和控制，其设计思 想与系统技术和所解决的难题，对机电一体化技术的发展有诸多借鉴作用。 ·2·
科技进展 4.在[半固态-高温塑变]轧制中施加特殊形态的交变电磁场,形成强烈的非平衡状态,改变了 金属流变成形机理,获得了新的材料组织结构,显著改善金属材料性能,在国际金属材料加工中 未见先例,具有良好的推广价值和发展前景。 二、万吨特大型铝型材生产线关键技术的开发与应用 由于铝合金型材具有较高的强重比、耐腐蚀性强、易加工等特点,已在众多行业,尤其是航 空航天、交通运输、船舶等行业得到广泛应用。为了提高飞机、车、船的速度,人们普遍采用铝 型材作为交通工具的新材料,取代以往沉重的钢板结构。同时,为了减少焊接加工量,工业生产 通常希望铝型材截面越宽越好。因此,世界各国纷纷开发特大型工业型材挤压机,以生产航空壁 板、高速列车车体、地铁及城市轻轨列车、磁悬浮列车车体、集装箱、船用壁板等大型薄壁、宽 幅、高精度和复杂断面的铝合金型材。 我国车体用特大型铝型材过去完全依赖进口,制约了我国高速列车、城市轻轨、航空航天等 行业的发展。而引进国外特大型铝型材挤压机等成套设备,又需要大量资金。因此,自主开发研 制生产特大型铝型材生产线,提高我国材料加工业装备水平,具有重要意义 经过深入研究特大型铝型材挤压机的系统结构、设计理论、计算方法、加工工艺、控制方法 以及铝型材挤压生产后部处理设备的工艺路线等,采用传统设计公式与有限元数值模拟相结合I 新方法,西安重型机械研究所与上海重机厂合作开发研制出具有自主知识产权的100MN油压双动 铝型材挤压生产线成套设备,并在山东丛林集团公司安装投产。主要研究成果包括 1.提出了大型挤压机设计计算的新理论、新方法。采用传统计算方法计算挤压力,确定主要 部件尺寸。采用有限元法进行受力分析,对主要部件进行静力分析,对前后梁进行结构优化。采 用有限元法对挤压筒结构进行热力耦合分析。实践证明,传统计算公式与有限元数值模拟相结合 的设计方法切实可行。通过传热学、工业电炉与挤压等三者的有机结合,提出了挤压筒加热设计 的计算理论,并成功应用在大型挤压机上。 2.研制并首次应用多项新结构、新装置、新元件。采用圆柱拉杆和空心压柱代替传统结构, 前后梁在预应力作用下组成一个刚性机架。拉杆伸长量小,外层空心压柱具有较大抗弯截面模量 从而具有很大的抗弯刚度,大大提高了机架刚度和产品精度。发明了双动挤压机液压固定针挤压 穿孔新结构。该装置大大简化了压机结构,有效缩短压机总长度,减轻了设备重量,提高了穿孔 针对中精度。采用三只充液阀解决了主缸的快速充/排液,并发明了多级动态泄压阀。从而实现了 压机运行的快速、平稳和无(小)振动、小噪声,取得良好效果。 3.研制并首次应用恒张力铝型材牵引系统。利用牵引机牵引铝型材,可以消除流动速度不均 的现象,有利于模具内焊合室中金属的成型。牵引机导引挤压制品沿导轨直线行进,提高了产品 直线度,减少制品表面损伤。牵引机采用恒张力控制,张力可调,以适应不同截面形状的型材, 4.研制并首次应用适用于大型挤压机速度控制的新方法和生产线二级计算机控制系统。针对 大型挤压机的生产特点,加热时铝锭坯内温差较大、死角区大,金属变形剧烈。在速度大于5mm/s 时,采用变量泵开环容积调速;在0.2~5mm/s的低速段采用小流量变量泵加高频响的比例阀联合 闭环调速,电气上采用PD调节器等技术措施,可提高调速的灵敏性和准确性,实现铝型材先进 的等温挤压工艺
·科技进展· 4．在[半固态-高温塑变]轧制中施加特殊形态的交变电磁场，形成强烈的非平衡状态，改变了 金属流变成形机理，获得了新的材料组织结构，显著改善金属材料性能，在国际金属材料加工中 未见先例，具有良好的推广价值和发展前景。 二、万吨特大型铝型材生产线关键技术的开发与应用 由于铝合金型材具有较高的强重比、耐腐蚀性强、易加工等特点，已在众多行业，尤其是航 空航天、交通运输、船舶等行业得到广泛应用。为了提高飞机、车、船的速度，人们普遍采用铝 型材作为交通工具的新材料，取代以往沉重的钢板结构。同时，为了减少焊接加工量，工业生产 通常希望铝型材截面越宽越好。因此，世界各国纷纷开发特大型工业型材挤压机，以生产航空壁 板、高速列车车体、地铁及城市轻轨列车、磁悬浮列车车体、集装箱、船用壁板等大型薄壁、宽 幅、高精度和复杂断面的铝合金型材。 我国车体用特大型铝型材过去完全依赖进口，制约了我国高速列车、城市轻轨、航空航天等 行业的发展。而引进国外特大型铝型材挤压机等成套设备，又需要大量资金。因此，自主开发研 制生产特大型铝型材生产线，提高我国材料加工业装备水平，具有重要意义。 经过深入研究特大型铝型材挤压机的系统结构、设计理论、计算方法、加工工艺、控制方法 以及铝型材挤压生产后部处理设备的工艺路线等，采用传统设计公式与有限元数值模拟相结合的 新方法，西安重型机械研究所与上海重机厂合作开发研制出具有自主知识产权的 100MN 油压双动 铝型材挤压生产线成套设备，并在山东丛林集团公司安装投产。主要研究成果包括： 1．提出了大型挤压机设计计算的新理论、新方法。采用传统计算方法计算挤压力，确定主要 部件尺寸。采用有限元法进行受力分析，对主要部件进行静力分析，对前后梁进行结构优化。采 用有限元法对挤压筒结构进行热力耦合分析。实践证明，传统计算公式与有限元数值模拟相结合 的设计方法切实可行。通过传热学、工业电炉与挤压等三者的有机结合，提出了挤压筒加热设计 的计算理论，并成功应用在大型挤压机上。 2．研制并首次应用多项新结构、新装置、新元件。采用圆柱拉杆和空心压柱代替传统结构， 前后梁在预应力作用下组成一个刚性机架。拉杆伸长量小，外层空心压柱具有较大抗弯截面模量， 从而具有很大的抗弯刚度，大大提高了机架刚度和产品精度。发明了双动挤压机液压固定针挤压 穿孔新结构。该装置大大简化了压机结构，有效缩短压机总长度，减轻了设备重量，提高了穿孔 针对中精度。采用三只充液阀解决了主缸的快速充/排液，并发明了多级动态泄压阀。从而实现了 压机运行的快速、平稳和无（小）振动、小噪声，取得良好效果。 3．研制并首次应用恒张力铝型材牵引系统。利用牵引机牵引铝型材，可以消除流动速度不均 的现象，有利于模具内焊合室中金属的成型。牵引机导引挤压制品沿导轨直线行进，提高了产品 直线度，减少制品表面损伤。牵引机采用恒张力控制，张力可调，以适应不同截面形状的型材。 4．研制并首次应用适用于大型挤压机速度控制的新方法和生产线二级计算机控制系统。针对 大型挤压机的生产特点，加热时铝锭坯内温差较大、死角区大，金属变形剧烈。在速度大于 5mm/s 时，采用变量泵开环容积调速；在 0.2～5mm/s 的低速段采用小流量变量泵加高频响的比例阀联合 闭环调速，电气上采用 PID 调节器等技术措施，可提高调速的灵敏性和准确性，实现铝型材先进 的等温挤压工艺。 ·3·
中国机械工程学会会讯2004年第2期 5.开发了多项制品精整新技术,实现了生产工艺与装备的成套性。研制并首次实现移动锯切 工艺,通过轴同步模块实现牵引机、移动热锯和出料辊道三者同步,提高了产品成品率。开发并 应用先进的气-水雾化联合淬火工艺,型材几乎不变形,可满足所有铝型材及其金相组织的要求 开发了垂直升降水平式输送冷床,减少制品在输送过程中的摩擦,保证了制品表面质量。发明了 倾斜夹紧式夹钳、双辊轮双斜面杋枃、带可升降辊子送料机构的新型拉伸矫直机,进一步提高了 产品精度和表面质量。 该生产线是我国机械装备制造业和大型铝合金材料加工业的一次重大创新和突破,该项目的 研究成功,结束了我国特大型铝型材依赖进口的历史。 三、百万吨级大型方板坯连铸装备技术的开发与产业化 我国百万吨级大型方坯、板坯连铸成套装备技术的开发与产业化已经取得重大进展。从原先 的大型方坯、板坯连铸成套装备技术全部依赖引进,到与国外著名公司联合设计、合作制造,进 一步寓技术开发于国家重大工程项目的建设之中,使我国百万吨级大型方坯、板坯连铸成套装备 的总体设计、机电液成套设备设计、安装调试均由国内承担。通过国家重大工程建设项目的实践, 使技术开发成果逐步走上产业化的道路。 在百万吨级大型板坯连铸成套装备技术开发与产业化方面,以西安重型机械研究所负责机电 液成套设备设计,并于近期投产的马钢板坯连铸机为例。马钢250×1400mm2板坯连铸机是国家重 点建设项目,2002年11月25日通过验收。该项目从设计合同生效到热试成功仅用了14个月时间 创造了国内大型板坯连铸机设计、制造、安装、调试的最短建设周期。马钢这套现代化板坯连铸 机从工厂设计、工艺总体设计、机电液成套设备设计到安装调试,均由国内承担,标志着我国现 代化板坯连铸机的设计制造又上了一个新台阶。从投产至今,设备运转正常,除可浇铸Q235系列 外,还相继开发了C-B、Q345系列,20专、16Mn专等具有较高附加值的优质钢种。铸坯热送热 装率≥85%,创造了良好的经济和社会效益。主要技术成果有 1.研制并首次应用了直弧形连续弯曲、连续矫直技术。铸机垂直段有利于钢液中夹杂物的上 浮,不产生向内弧侧聚集,严格控制了弯曲区和矫直区的综合应变。 2.研制并首次应用了中间罐四缸液压同步升降技术及其装置、结晶器调宽裝置防锥度跑偏机 构、芯轴式二冷辊子结构、下装式短引锭杄系统、对称岀坯、短定尺切割等一系列新技术、新机 构。实现了中间罐四缸同步升降、位置锁定、超压保护、调速等功能;可将设定好的结晶器锥度 锁定,防止铸坯产生裂纹和漏钢:解决了铸坯的偏析和中心疏松,克服了各种内部及皮下裂纹; 减少了送引锭杆及浇铸准备时间,提高了铸机作业率。对称出坯、短定尺切割是为了适应马钢铸 机特殊要求而采取的特殊措施,采用特殊结构切割机,经两次切割实现定尺,满足了吊装、热送 的快节奏。相应的装置都具有结构简单紧凑、易于实现自动控制、投资少、维修方便、运行平稳 可靠、作业率高、重量轻、精度高、噪声小等优点。 3.首次实现了全程无氧化浇铸。采用多功能连杆式钢包回转台,带有大包加盖功能,水口均 由氬气密封,中间罐、结晶器钢液面严格覆盖保护。本项目首次通过水模试验,优化了中间罐内 腔形状、浸入式水口形状、浸入深度,使中间罐在浇铸过程中,温度场、流场分布合理,死区减 少,大型夹杂物能100%上浮,从而将结晶器内液面波动和卷渣减少到最小,提高了钢坯质量
·中国机械工程学会会讯 2004 年第 2 期· 5．开发了多项制品精整新技术，实现了生产工艺与装备的成套性。研制并首次实现移动锯切 工艺，通过轴同步模块实现牵引机、移动热锯和出料辊道三者同步，提高了产品成品率。开发并 应用先进的气-水雾化联合淬火工艺，型材几乎不变形，可满足所有铝型材及其金相组织的要求。 开发了垂直升降水平式输送冷床，减少制品在输送过程中的摩擦，保证了制品表面质量。发明了 倾斜夹紧式夹钳、双辊轮双斜面机构、带可升降辊子送料机构的新型拉伸矫直机，进一步提高了 产品精度和表面质量。 该生产线是我国机械装备制造业和大型铝合金材料加工业的一次重大创新和突破，该项目的 研究成功，结束了我国特大型铝型材依赖进口的历史。 三、百万吨级大型方板坯连铸装备技术的开发与产业化 我国百万吨级大型方坯、板坯连铸成套装备技术的开发与产业化已经取得重大进展。从原先 的大型方坯、板坯连铸成套装备技术全部依赖引进，到与国外著名公司联合设计、合作制造，进 一步寓技术开发于国家重大工程项目的建设之中，使我国百万吨级大型方坯、板坯连铸成套装备 的总体设计、机电液成套设备设计、安装调试均由国内承担。通过国家重大工程建设项目的实践， 使技术开发成果逐步走上产业化的道路。 在百万吨级大型板坯连铸成套装备技术开发与产业化方面，以西安重型机械研究所负责机电 液成套设备设计，并于近期投产的马钢板坯连铸机为例。马钢 250×1400mm2 板坯连铸机是国家重 点建设项目，2002 年 11 月 25 日通过验收。该项目从设计合同生效到热试成功仅用了 14 个月时间， 创造了国内大型板坯连铸机设计、制造、安装、调试的最短建设周期。马钢这套现代化板坯连铸 机从工厂设计、工艺总体设计、机电液成套设备设计到安装调试，均由国内承担，标志着我国现 代化板坯连铸机的设计制造又上了一个新台阶。从投产至今，设备运转正常，除可浇铸Q235 系列 外，还相继开发了C-B、Q345 系列，20 专、16Mn专等具有较高附加值的优质钢种。铸坯热送热 装率≥85%，创造了良好的经济和社会效益。主要技术成果有： 1．研制并首次应用了直弧形连续弯曲、连续矫直技术。铸机垂直段有利于钢液中夹杂物的上 浮，不产生向内弧侧聚集，严格控制了弯曲区和矫直区的综合应变。 2．研制并首次应用了中间罐四缸液压同步升降技术及其装置、结晶器调宽装置防锥度跑偏机 构、芯轴式二冷辊子结构、下装式短引锭杆系统、对称出坯、短定尺切割等一系列新技术、新机 构。实现了中间罐四缸同步升降、位置锁定、超压保护、调速等功能；可将设定好的结晶器锥度 锁定，防止铸坯产生裂纹和漏钢；解决了铸坯的偏析和中心疏松，克服了各种内部及皮下裂纹； 减少了送引锭杆及浇铸准备时间，提高了铸机作业率。对称出坯、短定尺切割是为了适应马钢铸 机特殊要求而采取的特殊措施，采用特殊结构切割机，经两次切割实现定尺，满足了吊装、热送 的快节奏。相应的装置都具有结构简单紧凑、易于实现自动控制、投资少、维修方便、运行平稳 可靠、作业率高、重量轻、精度高、噪声小等优点。 3．首次实现了全程无氧化浇铸。采用多功能连杆式钢包回转台，带有大包加盖功能，水口均 由氬气密封，中间罐、结晶器钢液面严格覆盖保护。本项目首次通过水模试验，优化了中间罐内 腔形状、浸入式水口形状、浸入深度，使中间罐在浇铸过程中，温度场、流场分布合理，死区减 少，大型夹杂物能 100%上浮，从而将结晶器内液面波动和卷渣减少到最小，提高了钢坯质量。 ·4·
科技进展 4.二级过程计算机控制系统的开发与应用。系统具有完整的过程监视、控制和数学模型计算 功能,以及与炼钢计算机的通讯功能。PLC硬件利用系数从97%提高到≥99.5%,PLC软件利用 系数和监视操作站软、硬件利用系数从98%~9%提高到100%。扇形段夹紧油路自动连锁泄漏监 控报警装置,使4缸同步和2缸同步性能大有改善,系统的蓄能器装置具有足够保压时间,能进 行断流保护和泄漏监控报警,压力可电动远程调节,有利于浇铸过程中方便地选择最佳工艺参数。 在百万吨级大型方坯连铸成套装备技术开发与产业化方面,以西安重型机械研究所负责的机 电液成套设备设计,并于近期投产的鞍钢大方坯连铸机为例。该机完全立足国内,自行设计、自 行制造,各种性能指标均超过包钢从德国引进的同类铸机,设计产量80万ta,2001年实际产量 已达100万ta以上,总体技术水平达到世界先进水平。产品已打入国际市场。总投资仅是包钢引 进机组的1/2 主要技术成果包括:①大方坯连铸机总体设计技术的开发与应用;②大方坯气雾冷却系统的 技术开发与应用,冷却区优化设计,条形和环形相结合的二冷区喷嘴布置技术的开发与应用,提 出了生产用二冷水表;③大方坯用多功能中间罐车的技术开发与应用:④大方坯连铸机采用滑动 水口控制钢水流量的技术开发与应用;⑤开发的振动装置相位联轴器,获国家实用新型专利。 此外,近几年开展的智能扇形段技术研究、板坯连铸成套装备总体设计专家系统的技术开发、 结晶器非正弦液压振动试验研究、大板坯连铸机二冷区轻压下技术的开发与应用,以及多项实用 新型专利技术的开发与应用等,都有重要进展 当前正在建设的攀钢大方坯连铸机、太钢不锈钢立式连铸机二次改造、宝钢集团一钢公司三 套板坯连铸机、沙钢集团2720mm板坯连铸机、宝钢股份3号板坯连铸机、宁波建龙年产441万 吨的4机4流板坯连铸机,均可望在2003年到2004年相继建成投产。从而使我国百万吨级大型 方坯、板坯连铸成套装备技术的开发与产业化进入一个新阶段。 四、彩涂钢板生产线关键技术的开发与应用 彩涂钢板是一种有机涂层或贴塑钢板,具有外观色彩鲜艳、成型方便、耐蚀性好等特点,可 为用户节省投资、降低成本、减少污染,已广泛应用于建筑、家电、交通运输以及家具和办公器 具等领域。因此,20世纪60年代以来,其生产急剧发展,产量不断增加。 彩涂板是高附加值钢材,在我国属新兴原材料,以丰富多彩的花纹和美观大方的色彩赢得了 用户的青睐,以优良的物理化学性能和高品位的质量,越来越多地得到广泛应用。但原来的生产 工艺与设备基本依赖引进,不仅价格高,而且一般得不到最新技术。因此,立足国内开发高质量 的彩涂板生产工艺与设备,具有深远意义 经过多年的技术开发与应用,现已取得重大进展。机组速度由30m/min达到125mmin,生产 能力由3万ta提高到15万ta,为满足国内市场需求做出重要贡献。有机涂层板生产工艺及其装 备研究成果主要有: 1.研制成功三烘三涂技术和印花套色技术。在原有的二烘二涂基础上,增加四色印花、固化 工艺,再在印花表面涂上一层清漆,并再次固化,以达到提高产品质量,满足各种家电产品的外 观及机械性能的要求。 2.研制成功板带表面清洗与处理技术。开发了三种表面清洗、三种表面处理工艺及其装置
·科技进展· 4．二级过程计算机控制系统的开发与应用。系统具有完整的过程监视、控制和数学模型计算 功能，以及与炼钢计算机的通讯功能。PLC 硬件利用系数从 97%提高到≥99.5%，PLC 软件利用 系数和监视操作站软、硬件利用系数从 98%～99%提高到 100%。扇形段夹紧油路自动连锁泄漏监 控报警装置，使 4 缸同步和 2 缸同步性能大有改善，系统的蓄能器装置具有足够保压时间，能进 行断流保护和泄漏监控报警，压力可电动远程调节，有利于浇铸过程中方便地选择最佳工艺参数。 在百万吨级大型方坯连铸成套装备技术开发与产业化方面，以西安重型机械研究所负责的机 电液成套设备设计，并于近期投产的鞍钢大方坯连铸机为例。该机完全立足国内，自行设计、自 行制造，各种性能指标均超过包钢从德国引进的同类铸机，设计产量 80 万 t/a，2001 年实际产量 已达 100 万 t/a 以上，总体技术水平达到世界先进水平。产品已打入国际市场。总投资仅是包钢引 进机组的 1/2。 主要技术成果包括：①大方坯连铸机总体设计技术的开发与应用；②大方坯气雾冷却系统的 技术开发与应用，冷却区优化设计，条形和环形相结合的二冷区喷嘴布置技术的开发与应用，提 出了生产用二冷水表；③大方坯用多功能中间罐车的技术开发与应用；④大方坯连铸机采用滑动 水口控制钢水流量的技术开发与应用；⑤开发的振动装置相位联轴器，获国家实用新型专利。 此外，近几年开展的智能扇形段技术研究、板坯连铸成套装备总体设计专家系统的技术开发、 结晶器非正弦液压振动试验研究、大板坯连铸机二冷区轻压下技术的开发与应用，以及多项实用 新型专利技术的开发与应用等，都有重要进展。 当前正在建设的攀钢大方坯连铸机、太钢不锈钢立式连铸机二次改造、宝钢集团一钢公司三 套板坯连铸机、沙钢集团 2720mm 板坯连铸机、宝钢股份 3 号板坯连铸机、宁波建龙年产 441 万 吨的 4 机 4 流板坯连铸机，均可望在 2003 年到 2004 年相继建成投产。从而使我国百万吨级大型 方坯、板坯连铸成套装备技术的开发与产业化进入一个新阶段。 四、彩涂钢板生产线关键技术的开发与应用 彩涂钢板是一种有机涂层或贴塑钢板，具有外观色彩鲜艳、成型方便、耐蚀性好等特点，可 为用户节省投资、降低成本、减少污染，已广泛应用于建筑、家电、交通运输以及家具和办公器 具等领域。因此，20 世纪 60 年代以来，其生产急剧发展，产量不断增加。 彩涂板是高附加值钢材，在我国属新兴原材料，以丰富多彩的花纹和美观大方的色彩赢得了 用户的青睐，以优良的物理化学性能和高品位的质量，越来越多地得到广泛应用。但原来的生产 工艺与设备基本依赖引进，不仅价格高，而且一般得不到最新技术。因此，立足国内开发高质量 的彩涂板生产工艺与设备，具有深远意义。 经过多年的技术开发与应用，现已取得重大进展。机组速度由 30m/min 达到 125m/min，生产 能力由 3 万 t/a 提高到 15 万 t/a，为满足国内市场需求做出重要贡献。有机涂层板生产工艺及其装 备研究成果主要有： 1．研制成功三烘三涂技术和印花套色技术。在原有的二烘二涂基础上，增加四色印花、固化 工艺，再在印花表面涂上一层清漆，并再次固化，以达到提高产品质量，满足各种家电产品的外 观及机械性能的要求。 2．研制成功板带表面清洗与处理技术。开发了三种表面清洗、三种表面处理工艺及其装置。 ·5·
中国机械工程学会会讯2004年第2期 三种表面清冼技术是:碱洗→刷洗亠碱洗→水洗→水洗:碱洗→电解清洗→水洗→碱洗→水洗: 碱洗(刷洗)→水洗(活套后)→碱洗→碱洗→水洗。三种表面处理技术是:浸泡式磷化→水洗 →浸泡式钝化→干燥;喷淋式磷化→水洗→喷淋式钝化→干燥;化学涂料辊涂→钝化→烘干固化 上述清洗槽有喷淋式、浸泡式、槽外附箱加热循环式、槽内加热循环式等;表面处理中化学涂料 辊涂法对环境无污染、无废水废气排放,越来越多地被采用 3.研制成功涂料固化或胶水活化工艺与设备。热风循环式是以前多数生产线采用的技术,能 源介质可是各种可燃气体、燃油、电等;采用煤气或天然气,既经济,操作控制也比较方便。对 于电能烘干固化的生产线,采用高远红外加热技术,具有更多优点。 4.硏制成功适用新型带材头尾缝合、活套、多垛式垛板机等辅助精整设备 5.研制成功适用于彩涂板生产的电气传动与控制技术。研制了多种CFC随动纠偏执行机构, 并在控制带材跑偏控制方面积累了很多经验。 贴塑板是将钢板经过表面处理后,在其正面贴上PⅤC光亮膜(或亚光膜),再贴上保护膜的 种新型复合材料,其生产工艺及装备的研究成果主要有 贴塑工艺参数的试验研究及其贴塑与贴膜装置的开发与应用。贴塑工艺与贴膜装置是贴塑 板的关键技术,贴塑装置由PVC膜开卷机构及活套装置、PVC膜展平装置、贴塑机、水冷风冷装 置等组成。将贴塑后的PVC膜表面再贴上一层透明保护膜,解决了高级家电用板在剪切、垛板、 运输和延伸加工过程中可能产生的擦伤和划伤 2.高红外活化炉的开发与应用。采用高红外幅射加热技术,并将油漆固化与胶水活化合二为 对炉子的结构型式、工艺参数等进行反复论证和模拟试验,确保钢板加热均匀和贴塑时的工 艺温度。炉子全长缩短为7m,不但使设备投资大大降低,而且提高了成材率。 3.清辊器的开发与应用。由于保护膜本身和空气中的灰尘较多,附着在夹送辊、张力辊上的 灰尘直接影响产品质量,人工又很难清理,自动清辊装置解决了这一难题,而且简单易行,拆装 方便 彩涂钢板生产线工艺及其成套设备的研制成功,是我国重大装备技术的重大进展,结束了我 国彩涂板生产技术完全依赖进口的历史,为国家节约了大量外汇,创造了可观的经济效益和社会 效益 五、RH钢水真空循环精炼成套设备技术的开发与应用 RH钢水真空循环精炼成套设备是造价高、功能全、性能优、设备复杂的钢水炉外精炼设备。 经40年工业应用,已发展成为四种基本形式:RH(基本型)R超H-OB(真空室侧吹氧型) RH-KTE (真空室带顶氧枪型)、RH-MFB(真空室带多功能顶枪型)。RH钢水真空循环精炼设备几乎可以 精炼所有难炼的钢种,包括超纯钢、超纯超低碳钢和纯超低碳不锈钢。由转炉或电炉提供粗钢水, 经精炼后为连铸提供成分及温度符合要求的可铸性能良好的优质钢水,是现代大型钢铁冶金企业 “LD(转炉)-RH(精炼)CC(连铸)”先进冶金工艺承上启下的重要中间环节,也是优化炼钢 工艺流程的重要环节。 我国RH钢水真空循环精炼成套设备技术的发展主要经历了以下五个阶段:①1995年,攀钢 130tRH-MFB项目引进技术的消化吸收;②1998年,宝钢250 t RH-MFB项目引进技术的消化吸收
·中国机械工程学会会讯 2004 年第 2 期· 三种表面清洗技术是：碱洗→刷洗→碱洗→水洗→水洗；碱洗→电解清洗→水洗→碱洗→水洗； 碱洗（刷洗）→水洗（活套后）→碱洗→碱洗→水洗。三种表面处理技术是：浸泡式磷化→水洗 →浸泡式钝化→干燥；喷淋式磷化→水洗→喷淋式钝化→干燥；化学涂料辊涂→钝化→烘干固化。 上述清洗槽有喷淋式、浸泡式、槽外附箱加热循环式、槽内加热循环式等；表面处理中化学涂料 辊涂法对环境无污染、无废水废气排放，越来越多地被采用。 3．研制成功涂料固化或胶水活化工艺与设备。热风循环式是以前多数生产线采用的技术，能 源介质可是各种可燃气体、燃油、电等；采用煤气或天然气，既经济，操作控制也比较方便。对 于电能烘干固化的生产线，采用高远红外加热技术，具有更多优点。 4．研制成功适用新型带材头尾缝合、活套、多垛式垛板机等辅助精整设备。 5．研制成功适用于彩涂板生产的电气传动与控制技术。研制了多种 CPC随动纠偏执行机构， 并在控制带材跑偏控制方面积累了很多经验。 贴塑板是将钢板经过表面处理后，在其正面贴上 PVC 光亮膜（或亚光膜），再贴上保护膜的 一种新型复合材料，其生产工艺及装备的研究成果主要有： 1．贴塑工艺参数的试验研究及其贴塑与贴膜装置的开发与应用。贴塑工艺与贴膜装置是贴塑 板的关键技术，贴塑装置由 PVC 膜开卷机构及活套装置、PVC 膜展平装置、贴塑机、水冷风冷装 置等组成。将贴塑后的 PVC 膜表面再贴上一层透明保护膜，解决了高级家电用板在剪切、垛板、 运输和延伸加工过程中可能产生的擦伤和划伤。 2．高红外活化炉的开发与应用。采用高红外幅射加热技术，并将油漆固化与胶水活化合二为 一。对炉子的结构型式、工艺参数等进行反复论证和模拟试验，确保钢板加热均匀和贴塑时的工 艺温度。炉子全长缩短为 7m，不但使设备投资大大降低，而且提高了成材率。 3．清辊器的开发与应用。由于保护膜本身和空气中的灰尘较多，附着在夹送辊、张力辊上的 灰尘直接影响产品质量，人工又很难清理，自动清辊装置解决了这一难题，而且简单易行，拆装 方便。 彩涂钢板生产线工艺及其成套设备的研制成功，是我国重大装备技术的重大进展，结束了我 国彩涂板生产技术完全依赖进口的历史，为国家节约了大量外汇，创造了可观的经济效益和社会 效益。 五、RH 钢水真空循环精炼成套设备技术的开发与应用 RH 钢水真空循环精炼成套设备是造价高、功能全、性能优、设备复杂的钢水炉外精炼设备。 经 40 年工业应用，已发展成为四种基本形式：RH（基本型）、R 超 H-OB（真空室侧吹氧型）、RH-KTB （真空室带顶氧枪型）、RH-MFB（真空室带多功能顶枪型）。RH 钢水真空循环精炼设备几乎可以 精炼所有难炼的钢种，包括超纯钢、超纯超低碳钢和纯超低碳不锈钢。由转炉或电炉提供粗钢水， 经精炼后为连铸提供成分及温度符合要求的可铸性能良好的优质钢水，是现代大型钢铁冶金企业 “LD（转炉）-RH（精炼）-CC（连铸）”先进冶金工艺承上启下的重要中间环节，也是优化炼钢 工艺流程的重要环节。 我国 RH 钢水真空循环精炼成套设备技术的发展主要经历了以下五个阶段：①1995 年，攀钢 130t RH-MFB 项目引进技术的消化吸收；②1998 年，宝钢 250t RH-MFB 项目引进技术的消化吸收； ·6·
科技进展 ③2000年,梅钢150 It RH-MFB项目基本立足国内设计制造;④2002年,宝钢集团一钢和梅钢2 号130tRH项目的建设;⑤2003年,攀钢2号RH(带顶氧枪加热)投产,开辟了我国用RH精炼 超纯净合金钢的先河。 在大型RH钢水真空循环精炼成套设备研制方面,主要研究成果有以下几点: 1.开发了具有自主知识产权的真空泵技术。蒸汽喷射泵是RH钢水真空循环精炼装置的关键 技术,目前已形成具有自主知识产权的试验研究、设计制造、安装调试等成套技术。包括:蒸汽 喷射泵计算模型,双喷嘴、倒塔型喷头、喷淋冷凝器、两级立式增压泵技术 2.初步建立了真空循环精炼设备的工艺基础。包括:钢水环流量计算模型,钢水放气量计算 模型,钢水脱氢、脱氧、脱氮模型,真空系统漏气量标准。 3.钢包液压顶升技术的开发。在对引进技术进行消化吸收的基础上,开发了大型钢包液压顶 升设计、制造技术。 4.完善的蒸汽喷射泵制造技术。已研制成功多台具有世界先进水平的大型蒸汽喷射泵,并逐 步形成了一套完善的蒸汽喷射泵制造技术。与引进泵相比,制造成本较低,性能价格比高。 目前,RH钢水真空循环精炼成套设备的国产化率几乎达到100%,包括主体设备、钢包运输 车、真空室运输车、烘烤预热设备、耐火衬砌筑设备等,而且具有自己的特色。 六、三峡1200/125t桥式起重机的研制 长江三峡工程举世瞩目,其电站厂房内将安装32台单机容量700MW的水轮发电机组。这些 机组的安装、运行维护和检修,特别是发电机组的转子、定子等大型关键部件的吊装,需要大起 重量、大跨度和高扬程的桥式起重机。为满足这一要求,太重集团公司组织力量进行了大量科技 攻关、技术创新工作,圆满完成了三峡大型专用起重机——1200/125t桥式起重机的研制。该起重 机单钩起重量为1200t,跨度为33.6m,扬程高为34m,是当今世界上单钩起重量最大、水电站桥 机中跨度最大、扬程最高的桥式起重机。在其研制过程中,主要取得以下成果: 1.研制、开发了三主梁、四轨道、双小车的总体结构。两台小车可以并排运行,互不干涉, 工作覆盖面积大。三主梁双小车方案与四主梁双小车相比,每台起重机自重可减轻100余t,宽度 尺寸减小3m。与双主梁侧挂小车相比,安全可靠,安装调整方便,检修维护简单。 2.首创了双电机、四卷筒、对称布置行星减速器主起升机构。正常工作时为双电机驱动。当 一台电动机或一套装置出现故障时,另一台电动机可以1/2倍的额定速度长期稳定运行,使起升 机构调速范围増加一倍,达到1:40无级调速,大大提高了起升机构的安全可靠性和使用性能。 3.对于中心距为6.75m、长度为10m的大型减速器,首创了一端固定、一端滑动的连接形式, 释放了减速器中部与小车架的连接,保证在小车架受力变形时,减速器可以在长度方向上沿小车 架滑动,不随小车架的变形而变形,同时采取把小车架上的车轮支撑点放到卷筒支撑点内侧的反 变形措施,彻底解决了大型减速器传动精度、噪音和漏油的问题。 4.首创了单联、双层缠绕卷筒和多根钢丝绳受力自平衡系统,采取在平衡杠杆两端安装平衡 滑轮的方法,解决了多根钢丝绳受力不均衡的问题,明显减小了钢丝绳直径、卷筒直径和小车尺 寸,使制造、安装、维护简单易行,整机外型尺寸和自重也明显减小 5.首创了桥架强度和刚度实时检测与监控系统。可实时检测和显示主梁在动态情况下的正应
·科技进展· ③2000 年，梅钢 150t RH-MFB 项目基本立足国内设计制造；④2002 年，宝钢集团一钢和梅钢 2 号 130t RH 项目的建设；⑤2003 年，攀钢 2 号 RH（带顶氧枪加热）投产，开辟了我国用 RH 精炼 超纯净合金钢的先河。 在大型 RH 钢水真空循环精炼成套设备研制方面，主要研究成果有以下几点： 1．开发了具有自主知识产权的真空泵技术。蒸汽喷射泵是 RH 钢水真空循环精炼装置的关键 技术，目前已形成具有自主知识产权的试验研究、设计制造、安装调试等成套技术。包括：蒸汽 喷射泵计算模型，双喷嘴、倒塔型喷头、喷淋冷凝器、两级立式增压泵技术。 2．初步建立了真空循环精炼设备的工艺基础。包括：钢水环流量计算模型，钢水放气量计算 模型，钢水脱氢、脱氧、脱氮模型，真空系统漏气量标准。 3．钢包液压顶升技术的开发。在对引进技术进行消化吸收的基础上，开发了大型钢包液压顶 升设计、制造技术。 4．完善的蒸汽喷射泵制造技术。已研制成功多台具有世界先进水平的大型蒸汽喷射泵，并逐 步形成了一套完善的蒸汽喷射泵制造技术。与引进泵相比，制造成本较低，性能价格比高。 目前，RH 钢水真空循环精炼成套设备的国产化率几乎达到 100%，包括主体设备、钢包运输 车、真空室运输车、烘烤预热设备、耐火衬砌筑设备等，而且具有自己的特色。 六、三峡 1200/125t 桥式起重机的研制 长江三峡工程举世瞩目，其电站厂房内将安装 32 台单机容量 700MW 的水轮发电机组。这些 机组的安装、运行维护和检修，特别是发电机组的转子、定子等大型关键部件的吊装，需要大起 重量、大跨度和高扬程的桥式起重机。为满足这一要求，太重集团公司组织力量进行了大量科技 攻关、技术创新工作，圆满完成了三峡大型专用起重机——1200/125t 桥式起重机的研制。该起重 机单钩起重量为 1200t，跨度为 33.6m，扬程高为 34m，是当今世界上单钩起重量最大、水电站桥 机中跨度最大、扬程最高的桥式起重机。在其研制过程中，主要取得以下成果： 1．研制、开发了三主梁、四轨道、双小车的总体结构。两台小车可以并排运行，互不干涉， 工作覆盖面积大。三主梁双小车方案与四主梁双小车相比，每台起重机自重可减轻 100 余 t，宽度 尺寸减小 3m。与双主梁侧挂小车相比，安全可靠，安装调整方便，检修维护简单。 2．首创了双电机、四卷筒、对称布置行星减速器主起升机构。正常工作时为双电机驱动。当 一台电动机或一套装置出现故障时，另一台电动机可以 1/2 倍的额定速度长期稳定运行，使起升 机构调速范围增加一倍，达到 1 : 40 无级调速，大大提高了起升机构的安全可靠性和使用性能。 3．对于中心距为 6.75m、长度为 10m 的大型减速器，首创了一端固定、一端滑动的连接形式， 释放了减速器中部与小车架的连接，保证在小车架受力变形时，减速器可以在长度方向上沿小车 架滑动，不随小车架的变形而变形，同时采取把小车架上的车轮支撑点放到卷筒支撑点内侧的反 变形措施，彻底解决了大型减速器传动精度、噪音和漏油的问题。 4．首创了单联、双层缠绕卷筒和多根钢丝绳受力自平衡系统，采取在平衡杠杆两端安装平衡 滑轮的方法，解决了多根钢丝绳受力不均衡的问题，明显减小了钢丝绳直径、卷筒直径和小车尺 寸，使制造、安装、维护简单易行，整机外型尺寸和自重也明显减小。 5．首创了桥架强度和刚度实时检测与监控系统。可实时检测和显示主梁在动态情况下的正应 ·7·
中国机械工程学会会讯2004年第2期 力、剪应力和下挠值,并具有达标报警、超标断电功能。 6.在水电站起重机上首次采用超低铰接结构端梁,省去大车运行机构的叠摞式平衡架,降低 了起重机高度,从而降低了厂房高度和改善了厂房集中受力状况,减少了厂房造价。 7.起升机构设置了电气制动、工作制动器、辅助制动器,制动过程平稳、可靠、安全。在主 起升机构卷筒端部还设置了安全制动器,并有一套检测系统与之配套,当传动链上某个环节出现 故障时,控制系统立即控制安全制动器抱闸。司机室内设置了紧急按钮,一旦发生紧急情况,可 直接让安全制动器上闸,确保载荷不因意外事故而坠落。 8.首次采用能量回馈、公用直流母线、全数字的矢量控制型变频调速系统。充分挖掘调速装 置的内在功能,实现大范围精确调速运行,完全取消了电阻器,节省了大量的安装空间和能源, 为起重量大、电机功率大的大型起重机的电气设计、制造、调试开辟了一条新路。 9.首次采用高精度两台起重机并车抬吊转子用平衡梁自动调平系统和两维定位、三维显示系 统,使吊点位置准确、可视,并可按预先设定的目标位置进行两维自动定位作业。 集以上多项新技术于大型桥式起重机,在国内外尚属首例。新技术的集成应用,在1200t 桥式起重机设计制造的结构合理性、技术先进性、安全可靠性、检修方便性都做了有益探索。该 起重机在规格参数、多项新技术的集成应用等方面填补了国际空白。 目前已有两台1200/125t桥式起重机安装在三峡工程左岸电站主厂房内,并已投入正常运行 先后顺利吊装了多台发电机组的转轮、定子、转子等关键设备,为三峡电站按计划投产发电做出 巨大贡献。它的研制成功,全面提升了我国起重机的设计制造水平,标志着我国大型起重机设计 制造水平已经处于国际领先地位,使我国自主设计制造大型起重机技术有了重大突破 七、大型港口散料装卸船设备的开发与应用 大型港口散料装卸船设备为我国能源、电力、冶金、港口等行业(特别是一些大宗散料集散 中心)的高速、稳定、集效、滚动式发展发挥着重要作用。其主要技术特征是不断追求大型、高 效、环保、宜人、自动化,以满足不同行业大宗散料集散的专业化、大型化、高效化的物流需求。 现代大型散料装卸船设备集机械、结构、电气、液压、光电、计算机、信息于一体,组成人机协 调的复杂系统,即自动卸船作业系统、装船作业系统及中央控制系统 目前我们已能够依靠自己的技术力量进行重大技术装备成套和配置,单个系统最大装船能力 达到6000h,最大卸船能力达到2×3000t/h,大大提升了我国大型港口散料装卸船设备的设计制 造水平。 先进的设计思想与手段代替传统的设计理念和方法,研究开发出具有人机界面功能,运用计 算机进行辅助设计的先进设计系统,提高了设计工作的准确性和效率。采用有限元计算分析和计 算机仿真技术,不仅实现了结构和材料的科学合理选用,而且能够预先获得产品或某个细节的最 终效果;设计、制造、检验等所采用的标准直接与国际接轨,使产品功能、技术参数和特性进入 当代国际先进水平行列 主副小车牵引式抓斗卸船机最大生产率可达3000h,外伸距45m,起升高度57m,起降速度 0~150/210m/min,小车运行速度0~240m/min,满足25万t(兼顾30万t)大型矿石散装船的接 卸要求;经过牵引式替代自行式,寻求到大型重载金属结构动刚度与经济性之间的合理集合点
·中国机械工程学会会讯 2004 年第 2 期· 力、剪应力和下挠值，并具有达标报警、超标断电功能。 6．在水电站起重机上首次采用超低铰接结构端梁，省去大车运行机构的叠摞式平衡架，降低 了起重机高度，从而降低了厂房高度和改善了厂房集中受力状况，减少了厂房造价。 7．起升机构设置了电气制动、工作制动器、辅助制动器，制动过程平稳、可靠、安全。在主 起升机构卷筒端部还设置了安全制动器，并有一套检测系统与之配套，当传动链上某个环节出现 故障时，控制系统立即控制安全制动器抱闸。司机室内设置了紧急按钮，一旦发生紧急情况，可 直接让安全制动器上闸，确保载荷不因意外事故而坠落。 8．首次采用能量回馈、公用直流母线、全数字的矢量控制型变频调速系统。充分挖掘调速装 置的内在功能，实现大范围精确调速运行，完全取消了电阻器，节省了大量的安装空间和能源， 为起重量大、电机功率大的大型起重机的电气设计、制造、调试开辟了一条新路。 9．首次采用高精度两台起重机并车抬吊转子用平衡梁自动调平系统和两维定位、三维显示系 统，使吊点位置准确、可视，并可按预先设定的目标位置进行两维自动定位作业。 集以上多项新技术于大型桥式起重机，在国内外尚属首例。新技术的集成应用，在 1200t 桥式起重机设计制造的结构合理性、技术先进性、安全可靠性、检修方便性都做了有益探索。该 起重机在规格参数、多项新技术的集成应用等方面填补了国际空白。 目前已有两台 1200/125t 桥式起重机安装在三峡工程左岸电站主厂房内，并已投入正常运行。 先后顺利吊装了多台发电机组的转轮、定子、转子等关键设备，为三峡电站按计划投产发电做出 巨大贡献。它的研制成功，全面提升了我国起重机的设计制造水平，标志着我国大型起重机设计 制造水平已经处于国际领先地位，使我国自主设计制造大型起重机技术有了重大突破。 七、大型港口散料装卸船设备的开发与应用 大型港口散料装卸船设备为我国能源、电力、冶金、港口等行业（特别是一些大宗散料集散 中心）的高速、稳定、集效、滚动式发展发挥着重要作用。其主要技术特征是不断追求大型、高 效、环保、宜人、自动化，以满足不同行业大宗散料集散的专业化、大型化、高效化的物流需求。 现代大型散料装卸船设备集机械、结构、电气、液压、光电、计算机、信息于一体，组成人机协 调的复杂系统，即自动卸船作业系统、装船作业系统及中央控制系统。 目前我们已能够依靠自己的技术力量进行重大技术装备成套和配置，单个系统最大装船能力 达到 6000t/h，最大卸船能力达到 2×3000t/h，大大提升了我国大型港口散料装卸船设备的设计制 造水平。 先进的设计思想与手段代替传统的设计理念和方法，研究开发出具有人机界面功能，运用计 算机进行辅助设计的先进设计系统，提高了设计工作的准确性和效率。采用有限元计算分析和计 算机仿真技术，不仅实现了结构和材料的科学合理选用，而且能够预先获得产品或某个细节的最 终效果；设计、制造、检验等所采用的标准直接与国际接轨，使产品功能、技术参数和特性进入 当代国际先进水平行列。 主副小车牵引式抓斗卸船机最大生产率可达 3000t/h，外伸距 45m，起升高度 57m，起降速度 0～150/210m/min，小车运行速度 0～240m/min，满足 25 万 t（兼顾 30 万 t）大型矿石散装船的接 卸要求；经过牵引式替代自行式，寻求到大型重载金属结构动刚度与经济性之间的合理集合点， ·8·
科技进展 以及采用高性能抓取比抓斗的先进技术,降低整机重量35%,降低能耗12.7%,降低码头等基础 造价4%以上,在节能和经济性上有重大突破。 开发与应用机械密封、水雾压尘、气流导向或阻隔等有效方式,设置独立运行的防止抓斗漏 洒的集料系统。不断加强对设备的防尘、防腐、低噪音、无污染等方面的技术开发力度,以适应 日益严格的环保要求,追求与环境和谐。 抓斗卸船机驱动控制系统具有国际先进水平,其传动控制由PLC通过数据总线实时改变数字 驱动系统的运行状态;PLC通过控制字控制抓斗起升,开闭驱动机构;以主/从转矩控制、主/从力 矩均衡控制和主/从速度均衡控制方式,解决了抓斗运行中的撒料、开闭机构过载损坏等问题;根 据运算数据控制抓斗的驱动运行机构,使得摆动控制和运行轨迹最佳化,减少对主结构和传动机 构的冲击,防止抓斗与船边相碰撞,有效保证了设计生产率。 根据不同的运行状态和故障级别开发设计了抓斗驱动机构的斜坡停止、快速停止、紧急停止、 安全停止和变流器停止的安全停车方式,故障率减少90%。精确可靠的位移测量系统、冗余测量 功能,保证了抓斗自动化运行的可靠性。利用位移测量系统优化设备的灵活减速,减少运行时间 给司机以自然感觉。 先进的监控管理系统,实现了监控管理人机界面;高分辨率的图像软件包和多窗口技术,为 操作者提供了抓斗操作的实时图像、报警、警告和生产信息。故障诊断系统通过数据总线与驱动 系统及远程IO相连,读取第一级故障信息,进行报警、警告和维修提示,方便了操作和维修。 装船机最大生产率可达6000/h,为适应5000~50000wT船型,使臂架具有伸缩、俯仰 旋转功能,溜筒除伸缩外头部増设抛料勺,既可360°旋转又可上下摆动。集多种组合、自动操作 多种连锁和遥控功能于一体。其供电系统采用正常/紧急两套,伸缩、旋转、俯仰机构采用双驱动, 确保装船机安全可靠地工作。各机构设置传感器或开关,对载荷、速度、温升、堵料、位置等参 数随时监控,有效降低了故障发生率 装船机PLC主站的CPU完成机上所有机构的控制、数据监测、数据处理、数据传送功能, 在电气室和司机室内显示工作状态、装船数据、故障信息等;装船机的主要机构全部采用先进的 交流变频技术,定位准确、运行平稳;机上控制采用 Profibus-DP网络,利用光纤通讯,使数据和 信息的传输迅速、准确;采用能量回馈型变频器,有效节约运行能源,使用户得到更好的运行效 益。先进的交流变频系统和管理信息技术,使机构控制、数据管理等均处于我国领先水平。 八、锻焊结构重型容器研制及产业化 重型容器主要包括加氢反应器、煤液化反应器和核反应堆压力容器。 加氢反应器是石油化工行业设备中的主体设备,按化工工艺原理分为加氢裂化反应器和加氢 精制反应器。前者用于将注入到设备中的石油气、重油、柴油等其中的一种原料,在高温(设计 温度一般为427~454℃)、高压(设计压力一般为18~2MPa)和催化剂作用下与氢气发生反应 生成相应的裂化产物;后者用同样的方法,脱去原料中的硫、重金属等杂质元素,使产物净化 煤液化反应器是煤化工行业所用设备中的主体设备,用于将注入到设备中粉碎成一定尺寸、 形状的原煤煤粉与原油和催化剂粉混合成煤浆,在高温、高压下与氢气发生反应,裂化生成一种 新型劣质原料油的工艺场合。通过煤液化反应器可以实现用原煤替代原油生产汽油、柴油等液体
·科技进展· 以及采用高性能抓取比抓斗的先进技术，降低整机重量 35%，降低能耗 12.7%，降低码头等基础 造价 4%以上，在节能和经济性上有重大突破。 开发与应用机械密封、水雾压尘、气流导向或阻隔等有效方式，设置独立运行的防止抓斗漏 洒的集料系统。不断加强对设备的防尘、防腐、低噪音、无污染等方面的技术开发力度，以适应 日益严格的环保要求，追求与环境和谐。 抓斗卸船机驱动控制系统具有国际先进水平，其传动控制由 PLC 通过数据总线实时改变数字 驱动系统的运行状态；PLC 通过控制字控制抓斗起升，开闭驱动机构；以主/从转矩控制、主/从力 矩均衡控制和主/从速度均衡控制方式，解决了抓斗运行中的撒料、开闭机构过载损坏等问题；根 据运算数据控制抓斗的驱动运行机构，使得摆动控制和运行轨迹最佳化，减少对主结构和传动机 构的冲击，防止抓斗与船边相碰撞，有效保证了设计生产率。 根据不同的运行状态和故障级别开发设计了抓斗驱动机构的斜坡停止、快速停止、紧急停止、 安全停止和变流器停止的安全停车方式，故障率减少 90%。精确可靠的位移测量系统、冗余测量 功能，保证了抓斗自动化运行的可靠性。利用位移测量系统优化设备的灵活减速，减少运行时间， 给司机以自然感觉。 先进的监控管理系统，实现了监控管理人机界面；高分辨率的图像软件包和多窗口技术，为 操作者提供了抓斗操作的实时图像、报警、警告和生产信息。故障诊断系统通过数据总线与驱动 系统及远程 I/O 相连，读取第一级故障信息，进行报警、警告和维修提示，方便了操作和维修。 装船机最大生产率可达 6 000t/h，为适应 5 000～50 000DWT 船型，使臂架具有伸缩、俯仰、 旋转功能，溜筒除伸缩外头部增设抛料勺，既可 360°旋转又可上下摆动。集多种组合、自动操作、 多种连锁和遥控功能于一体。其供电系统采用正常/紧急两套，伸缩、旋转、俯仰机构采用双驱动， 确保装船机安全可靠地工作。各机构设置传感器或开关，对载荷、速度、温升、堵料、位置等参 数随时监控，有效降低了故障发生率。 装船机 PLC 主站的 CPU 完成机上所有机构的控制、数据监测、数据处理、数据传送功能， 在电气室和司机室内显示工作状态、装船数据、故障信息等；装船机的主要机构全部采用先进的 交流变频技术，定位准确、运行平稳；机上控制采用 Profibus-DP 网络，利用光纤通讯，使数据和 信息的传输迅速、准确；采用能量回馈型变频器，有效节约运行能源，使用户得到更好的运行效 益。先进的交流变频系统和管理信息技术，使机构控制、数据管理等均处于我国领先水平。 八、锻焊结构重型容器研制及产业化 重型容器主要包括加氢反应器、煤液化反应器和核反应堆压力容器。 加氢反应器是石油化工行业设备中的主体设备，按化工工艺原理分为加氢裂化反应器和加氢 精制反应器。前者用于将注入到设备中的石油气、重油、柴油等其中的一种原料，在高温（设计 温度一般为 427～454℃）、高压（设计压力一般为 18～21MPa）和催化剂作用下与氢气发生反应， 生成相应的裂化产物；后者用同样的方法，脱去原料中的硫、重金属等杂质元素，使产物净化。 煤液化反应器是煤化工行业所用设备中的主体设备，用于将注入到设备中粉碎成一定尺寸、 形状的原煤煤粉与原油和催化剂粉混合成煤浆，在高温、高压下与氢气发生反应，裂化生成一种 新型劣质原料油的工艺场合。通过煤液化反应器可以实现用原煤替代原油生产汽油、柴油等液体 ·9·