跨国邮寄:世界最大垂直挤压机——北方重工3.6万吨黑色金属垂直

世界最大垂直挤压机
——北方重工3.6万吨黑色金属垂直挤压机
工程总投资：7亿元以上
工程期限：2005年——2009年

这块通红的钢锭，温度高达上千度，将被3.6万吨垂直挤压机压制成一根十几米长的大口径厚壁无缝钢管，按照当前国外此类钢管2万美元每吨的价格计算，这根大口径厚壁无缝钢管价格超过一辆奔驰顶级轿车。
2009年7月16日，中国兵器工业集团公司在北京宣布，经过3年多艰苦攻关，由内蒙古北方重工集团联合清华大学等单位研制的3.6万吨黑色金属垂直挤压机获得成功，这是目前世界上最大的黑色金属垂直挤压机。
7月13日12时25分，中国自主研制的这台3.6万吨黑色金属垂直挤压机，在位于包头市的北方重工集团完成热调试，成功挤压出外径700毫米、壁厚200毫米的无缝钢管，标志着中国大口径厚壁无缝钢管制造技术一举打破国外垄断，并达到世界领先水平。
目前我国60万千瓦以上超临界、超超临界火力发电站和核电站建设中，必不可少的耐高温高压大口径厚壁特种钢管，90%以上依赖进口。预计今后相当长一段时期，我国发电设备制造每年需此类钢管约10多万吨。进口材料使电站的建设成本始终下不来，限制了中国核电、火电的发展。
北方重工3.6万吨黑色金属垂直挤压机的建成，采用挤压工艺替代目前的锻造镗孔工艺，从根本上解决了我国热电锅炉管材、石油化工高压管材需求的矛盾，实现厚壁钢管制造工艺的跨越发展和黑色金属挤压技术的重大突破。同时也为航空锻件制坯创造了条件。对满足未来发展超临界、超超临界电站提供了保障，具有非常重要的战略意义。
初步测算，我国自主生产的此类钢管价格仅为国外的一半，按照当前国外此类钢管2万美元每吨的价格计算，项目建成后年销售收入有望突破50亿元，每年可为国家节约30至40亿元进口费用。
什么是金属垂直挤压机
钢制品的生产方法通常有轧制、锻造、拉拨、挤压等，“挤压”是指通过施加强大的机械压力，使被加工的钢坯产生挤压变形，最后从模孔中挤出规定尺寸形状的金属成品。根据钢材加工温度不同以分冷挤压和热挤压两种。
17世纪法国人用手动螺旋压力机挤压出铅管，用作水管，是为冷挤压之始。19世纪末实现了锌、铜和铜合金的冷挤压，20世纪初期扩大到铝和铝合金的挤压。30年代德国人发明磷化、皂化的表面减摩润滑处理技术，使钢的冷挤压获得成功，最初用于挤制钢弹壳。第二次世界大战后，钢的冷挤压推广到其他国家，并扩大了应用范围。50年代开始采用熔融玻璃润滑法，钢的热挤压遂在冶金和机械工业中得到应用和发展。
通常人们根据金属的颜色和性质等特征，把金属分成两大类：黑色金属和有色金属。黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铸铁等。由于铁制品的表面常常生锈，看去是黑色的，因而称为黑色金属。其产量约占世界金属总产量的95%。黑色金属以外的金属称为有色金属，又称非铁金属，包括：铝、镁、钾、钠、钙、锂、铷等64种金属元素。
热挤压广泛用于生产铝、铜等有色金属的管材和型材等。钢的热挤压既用以生产特殊的管材和型材，也用以生产难以用冷挤压或温挤压成形的实心和孔心（通孔或不通孔）的碳钢和合金钢零件，如具有粗大头部的杆件、炮筒、容器等。热挤压件的尺寸精度和表面光洁度优于热模锻件，但配合部位一般仍需要经过精整或切削加工。
万吨以上黑色金属垂直挤压机，主要用于大型电站、石油化工行业急需的大口径厚壁无缝钢管制造；属于世界先进制造技术的极端领域，是一个国家制造能力的标志，涉及设计、制造、运输、安装等诸多难题。目前，世界上只有美国威曼·高登公司拥有花费7年时间研制的3.15万吨挤压机组，加上德国曼内斯曼公司、日本住友公司等几乎垄断了世界全部耐高温高压厚壁成型材料。由于国外长期技术封锁，目前我国大口径厚壁无缝钢管不得不从国外大量高价进口。

美国威曼高登，休斯顿工厂
自主研发打破垄断
内蒙古北方重工集团有限公司，始建于1954年，位于包头市，隶属于中国兵器工业集团公司。公司占地面积297平方公里，拥有员工1.63万人，下设40多个子公司，是中国特大型军工企业之一。具备特种钢冶炼、铸锻造、热处理、机械加工和总装调试等能力。
上世纪90年代，北方重工公司已经具备了年产20万吨钢水的能力，但最多只能消化8万吨钢水，富余的12万吨特殊钢能力长期闲置，而在厚壁锅炉管一直用传统的加工工艺生产，不仅浪费资源，而且成本居高不下，市场竞争力不强。如果能将钢水连续生产作业，不仅节电，而且可以大大提高热效率，尤其是用热挤压成材的话，可以提高成本率2到3倍，节能减排潜力非常大。
此前，美国威曼•高登公司研制的3.15万吨垂直挤压机组是世界最大的, 再加上德国的曼内斯曼公司、日本的住友公司等，这些外国企业几乎垄断了世界全部耐高温高压厚壁成型材料。
美国威曼·高登（Wyman Gordon）公司成立于1883年，是全球最大的生产大型高合金挤压无缝钢管的供应商之一。其用7年时间研制的3.15万吨挤压机组曾经称霸世界金属加工业。世界上第一根P91高合金优质无缝钢管就诞生于威曼高登公司位于美国休斯敦的工厂。此外，美国威曼高登公司还是美国军工系统最重要的零部件供应商之一，从第一次世界大战开始，就为美国军方提供飞机发动机曲轴、螺旋桨、起落架等锻造部件。第二次世界大战和朝鲜战争让威曼·高登公司获得极大发展，成为波音、通用动力、西屋电气、普惠等公司的供应商。B-52轰炸机、波音707-747客机、C-17运输机、SR-71侦察机、F-14、F-15战斗机、民兵洲际导弹等武器上，均有该公司生产的钛合金锻造部件。
鉴于世界上目前只有美国威曼·高登公司拥有成熟的无缝管立式挤压生产技术和设备，为了解决这一问题，北方重工集团先后与德国SMS Meer公司、美国威曼·高登公司协商交流垂直挤压机生产设计问题，但德国Meer公司初步设计方案仅挤压机投资就约一亿欧元，价格太高无法接受。而美国威曼·高登公司认为挤压技术是其生存的根本，转让技术不可能，合资合作美国政府又不予批准，拒绝进一步商谈。
为打破国外高端材料的垄断，北方重工公司在充分调研论证的基础上决定启动研制36000吨黑色金属垂直挤压机项目。

1959年10月15日，中共中央副主席、国务院总理周恩来在内蒙古包头二机厂视察工作。图为国产高射炮
企校联合集成创新
该项目由北方重工公司自筹资金7亿元，分两期建设，一期为自主研发制造1台世界最大的360MN（3.6万吨）黑色金属垂直挤压机和1台150MN（1.5万吨）穿孔制坯压机，并新增工艺设备63台套。项目达产后，可年产无缝钢管5万吨，二期工程将补充部分加热、热处理及精整设备，达到年产各种无缝钢管12.5万吨。
从2006年正式启动以来，北方重工采用集成创新的研发模式，联合清华大学、太重集团、中冶京唐等国家重点院校与企业集团组建研发团队。聚积了我国著名金属材料学专家——两院院士师昌绪，清华大学锻压专家颜永年、林锋、关任东，轧锻专家张一弓，金属挤压专家魏军，异型管专家蒙日昌、方源栋，工艺专家段素洁，油缸专家陈伟光等一大批金属加工行业顶尖科研人才。
他们打破了锻压设备传统的设计理念和方法，在多个方面实现了技术突破：一是采用预应力钢丝缠绕结构，提高压机主要承载机架、主工作缸等主要承载部件的疲劳寿命；二是采用预应力坎合结构，控制零件单重，降低制造、运输难度；三是采用下传动，以增强设备的稳定性；四是采用成熟的42MPA大流量泵，直接传动，传动简捷可靠，易于维修保养。液压传动介质采用矿物油，以利于先进泵、阀技术的应用。
这条包括1台垂直挤压机及相关辅助设备63台套的热挤压生产线项目，倾注了工程技术人员太多的心血与汗水，他们在近3年的奋力攻关中，先后攻克了挤压工艺、压机设计、大型铸件制造、大吨位钢锭制坯等一系列世界性技术难题；取得了钢丝缠绕、预应力坎合结构、超大型机架制造安装调试等一系列重大突破。2009年6月26日1.5万吨制坯机热试试车一次成功的基础上，于7月13日挤压热试一次成功。成功挤出第一根合格的厚壁无缝钢管。
性能优越前景广阔
清华大学设计的垂直挤压机，额定压力、主缸行程均大于美国威曼·高登公司的压机、双牌坊侧面机架和非均等六缸横排结构，实现了压力与速度的分级，更具适应性。
该机可以生产直径1270mm,最大壁厚300mm厚壁钢管，几乎可以挤压成形目前已有的所有黑色金属材料。压机主体设备重量不足4000吨，较俄罗斯计划开发的Nisma压机1.47万吨重量减轻三倍以上，方便了制造，大大降低了制造成本。清华设计的垂直挤压机工艺技术方案新颖可行，总体性能及经济指标均优于可知的国外设备。整机最大部件——高22.5米、宽7.4米、厚5米、重达2692吨的机架牌坊，由太重轧锻设备分公司制造，6月8日由中冶京唐机电公司吊装完成。
该项目投产后几乎可以满足国内厚壁无缝钢管发展的需要，同时在国际市场占据一席之地，具备了主动同国外企业竞争的实力。
中国锻压协会从2003年起就呼吁我国应建设60000吨以上级别模锻液压机和25000吨以上级别黑色金属挤压机。目前80000吨模锻液压机正在建设中，36000吨黑色挤压机建成投产，标志着中国重型金属加工设备取得突破性发展。

3月21日，总重1500吨的150MN穿管制坯机牌坊成功滑移到指定位置。

总重1500吨的150MN穿管制坯机牌坊成功滑移到指定位置，开始竖起。

2008年4月8日，北重360MN挤压机牌坊上垫梁缓缓起吊，半圆形的上垫梁，半径达到2.1米，高度5米，断面直径近4米，自重237吨。

开始压制第一根厚壁无缝钢管

压机强大的压力，将钢锭挤压成一根根直径最大1.3米，壁厚30厘米的厚壁无缝钢管。

这次压制的钢管有十几米长，外径700毫米、壁厚200毫米，重达数吨。

由吊车把尚未冷却的钢管吊到生产车间进行冷却

大口径厚壁无缝钢管是核电站、火电站建设的重要材料，需要耐高温高压、耐腐蚀。国际市场每吨价格高达2万美元。

上世纪50年代，美国MESTA公司为美国铝业公司制造的45000吨模锻压力机。美国最新研制的F-35战斗机起落架、发动机钛合金部件由其生产。
视频：北方重工3.6万吨黑色金属垂直
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