作者:张英奇 陈彬 来源:中国科学报 发布时间:2020/7/9 16:29:25
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“微铸锻”技术成功用于高炉风口制造

 武钢炼铁厂高炉

近日,华中科技大学金属3D打印“微铸锻”技术又迎来新的应用进展——该技术由中国宝武武钢集团有限公司(以下简称武钢)成功应用于高炉风口制造,经检验,该新型高炉风口耐磨性大幅提高,抗热震性能远优于传统等离子喷涂工艺,风口使用寿命较传统方法提高5倍以上,产生了重大经济效益。

高强韧、高可靠锻件是高端装备在恶劣工况下顺利运行的根本保证,其高品质短流程绿色制造技术是各强国可持续发展的战略制高点。一百多年来,世界制造业一直采用铸—锻—热—削多工序分步、长流程、大型锻机、重污染模式制造锻件,大型复杂件受限于锻机可锻面积,无法整体锻造,只能分块锻后拼焊,可靠性降低。而新兴的增材制造技术(3D打印技术)有铸无锻,疲劳性能不及锻件。

金属3D打印“微铸锻”技术由华中科技大学机械学院教授张海鸥团队经过十多年潜心攻关研制成功。该团队创造性地将金属铸造、锻压技术合二为一,实现了首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新。

“我们将原先需要8万吨力才能完成的动作降低到八万分之一,也就是不到1吨的力即可完成,节能高达90%。经过验证,锻件疲劳寿命超过国际航空锻件水平,且成形效率为国外顶级水平的3倍,可实现常规3D无法打印的高品质锻件。”张海鸥称,金属3D打印“微铸锻”技术不仅实现了短流程绿色制造,还大幅提高了制件的强度和韧性,提高了构件的疲劳寿命和可靠性,可实现梯度材料、高温合金及超高强度钢等难成形材料的高品质制造,广泛应用于航空航天、能源、舰船等领域的高强韧可靠性锻件制造,接受各种极端环境的严苛考验。

具体到此次应用,高炉风口被广泛应用于冶金、能源和化工等行业,通常被安装于炉腹与炉底之间的炉墙中,由于需要直接接受液态渣铁的热冲蚀和掉落热料的严重磨损,工作温度最高可达2000℃以上,这不仅需要其具有优异的抗热震性,还需要耐矿石冲击磨损。传统工艺制造的高炉风口平均仅能使用6个月,更换率高,对生产效率有着至关重要的影响。

武钢副总经理、原炼铁厂厂长陆隆文介绍,因为新型梯度功能复合材料“高炉风口”的使用寿命长,大大减少了停炉更换风口的时间,有效提高了设备利用率和生产效率,经济效益显著。经初步估算,使用寿命较传统产品提高5倍以上,节约的风口购置成本及更换导致的停炉效益共计约3027万元。

“金属3D打印‘微铸锻’可实现常规3D无法打印的高品质锻件。大幅提高了制件强度和韧性,提高了构件的疲劳寿命和可靠性,可实现梯度材料、高温合金及超高强度钢等难成形材料的高品质制造。”张海鸥说,“像高炉风口这样的‘尖板眼’制造领域,金属3D打印‘微铸锻’技术正好可以一显身手。”

 
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