谁持“钛链”当空舞
——中船重工七二五所打造我国第一条完整钛产业链纪实
2012年03月07日 10:57 9378次浏览 来源: 科技日报 分类: 钛资讯 作者: 于莘明
自主创新 勇攀世界高峰
从矿石中获取海绵钛,不是人们印象中的高温冶炼,而是采用化学方法、多系统、多程序地提取,技术复杂成本高还易造成环境污染。技术的拥有者均采取封锁态度,去参观学习只能闻到废气的味道,根本不让接近生产线。
在请一个专业团队设计了海绵钛生产工艺流程后,七二五所发现此设计是国内在用、显然落后于世界先进水平的流程,与该所期望大相径庭。
“要干就干世界一流,起跑就要站在中国钛业最前端。”该所把斥资1000万元换来的设计图纸封存不用,由陈志强担起重任,完全按照世界先进水平工艺自行设计海绵钛工艺流程。其原则为世界先进,环保第一,节能安全。
海绵钛生产由还蒸成品、氯化精制、镁电解和公辅工程的3大工艺4大系统共30多个子项组成。陈志强主动承担了其中最能体现环保、节能、安全的氯化镁电解工艺设计,将世界先进的沸腾氯化工艺、有机矿物油生产四氯化钛等设计其中。在土建及设备安装的同时,陈志强已经组织技术人员进行5吨炉工艺设计与研发,并自行设计了还蒸反应器大盖、内加热器、过道加热器、高温阀门等关键设备。
2006年5月20日,试生产5吨炉第一炉海绵钛产品诞生并完全达标!看着自己生产的首坨大“宝贝”,研究人员长长地舒了一口气。此前一年间,为了生产不“断顿儿”,他们四处“讨海绵钛”,“100吨不嫌多,1吨不嫌少”,最困难时连废品和边角料都花高价买回来,熔炼后再用……
终于,第一炉海绵钛产品诞生并完全达标!在此基础上,当业界还在疑惑10吨还蒸炉太大可能有问题时,七二五所勇吃“螃蟹”,研制出了技术世界领先的10吨炉生产线。
另一头,建钛板带生产线的第一个难题就是没有现成的生产流程工艺可用。请别人设计至少又要花1000万元,而且是“大陆货”,无法满足长远发展需要。时任双瑞精铸钛业总经理、项目组组长陈志强提出,海绵钛工艺流程咱们不是自己干成了吗?钛板带工艺流程咱们也自己干。
他们专门成立工艺流程创新小组,全面查阅了国内外资料后,自己动手设计。
一起步就碰上选择铸锭用炉方向的两难问题:用自己熟悉、技术成熟的国内炉稳妥,但工艺流程长且损耗大至6%;用德国炉不仅比用传统炉的流程缩短一半,损耗减少5%,而且可生产航空用的圆锭、扁锭、空心锭等优质钛锭。考虑到扁锭可直接用于轧板,有效防止高密度、低密度夹杂和化学成分偏析,还能大量回收钛残料降低成本。最终他们决定采用德国设计制造的世界领先、中国最大的电子束冷床熔炼真空炉。
当涉及到采用哪种轧机时他们又犯难了:20辊、12辊、8辊……采用多少辊轧机既适用性价比又好呢?要知道,4辊机要花费4000万元,6辊的就要1亿元了。经反复论证,他们初步选定用X1辊轧机。但当夜,陈志强心中忐忑不安。已是深夜12点,他上网想找轧机专家咨询。无巧不成书,一位轧机专家正在网上求职。陈志强当即约他面谈,经过深入交流后对方坦诚建议,将X1辊改为X2辊轧机更好。
陈志强十分赞同并诚挚邀请:“到我们所工作吧。”对方欣然应允。
就这样,七二五所最后只用了60万元就自行研究设计出世界一流的钛板带生产流程工艺;配置了世界领先、中国最大的电子束冷床熔炼真空炉,专门设计安装了行业级别最高的专用钛轧机;采用了世界先进的自动化控制系统,其试运行产品完全符合中国国标和世界先进国家标准。正式投产后生产的高精度钛板带及焊管产品,一举改变了我国高质量宽幅大卷重钛带、高性能钛合金板材及高精度纯钛焊管等长期依赖进口的局面。
2010年11月10日,投资数亿元、年产5000吨、实际年生产能力达到10000吨的钛板带生产线正式投产了。这一天是一个新的里程碑。七二五所通过自主创新跨出两大步:在上游建成世界先进的我国第一条全流程万吨级海绵钛生产线;在下游建成世界先进工艺万吨级钛板带生产线,上下游无缝对接,全线贯通,创建起我国综合实力最强、与世界先进技术接轨的第一条完整钛产业链。
这条完整钛产业链群,由钛矿石提取原始钛材料——海绵钛、钛铸件、钛铸锭、钛板带材、焊管、钛制设备等完整的全系列生产制造环节组成,为我国最强的新兴钛产业基地。其机构由双瑞万基钛业、双瑞精铸钛业两个公司和一个钛研究室,以及一个由5个研制与工程中心组成的企业技术中心组成,并成为全国钛及钛合金学术委员会执行委员单位;钛铸件产品通过美国船级社ABS工厂认证和美国航空航天质量体系认证;主编国家标准及国家军用标准4项。钛合金强度等级已形成系列。
世界高峰,就此在这群秉承创新精神的七二五人脚下。
以质取胜 转变发展方式
在七二五所打造钛产业链的过程中,“立足技术创新,注重发展质量”一直是他们坚守的发展理念。
他们勇于吃“螃蟹”,将用了几十年5吨炉的3大工艺全部改变,自主研发新工艺,开发出全新的10吨炉。经2台套试生产验证,最后30台套全部改为10吨炉并成为主力炉型,整个海绵钛生产线人员配备减少了200多人。在仅增加很少基建投资的情况下,产能翻了一番。生产线产生的少量废气完全达标排放,氯化镁等高温液体副产品全部回流循环使用。在生产线厂房内外,人们从视觉、嗅觉上都丝毫感觉不到这是一座大型化工企业。
就在七二五所海绵钛生产线实现全面投产前后,国际金融危机导致海绵钛价格从一吨20多万元下滑至几万元的成本价还少人问津。投资数亿元建成的新生产线资金不能迅速回笼的沉重压力,猛然砸在七二五所头上。顽强的七二五所人却以此为动力,全力解决海绵钛生产能耗高等行业性顽疾和过去生产出0级(质量最高)和5级品都不知道原因等问题。
在淘汰旧炉换新炉之前,时为双瑞万基总经理助理现为公司副总的许伟春在生产车间蹲了近3个月,全面梳理生产过程,将其细化归纳为6大过程、12项规程、36个子过程、157项记录,并对每项作业数据标准和使用工具甚至螺丝刀和螺丝钉的尺寸等都做了详细规定。最后,形成一部《海绵钛生产制造流程再造》。他对一线工人讲:“你们如果敢拍胸脯说,所有环节都是按照这些规定执行的,生产出的海绵钛肯定是0级品。”
2010年,他们又对海绵钛生产用电多这一顽疾“动手术”,仅对重点用电设备——电解槽进行改进一项,就使耗电量大幅下降,单槽月增效益61.5万元。同时,建立健全质量和成本控制体系,使海绵钛生产能耗仅为国内同行三分之二,吨钛成本下降7000元,实现了成本在同行业最低,0级即最高质量级别品率接近60%,在市场竞争中拥有显著优势。
生产钛板带材的第一步是用熔炼炉将海绵钛熔炼成钛锭。高品质钛锭是生产高质量钛板带材的前提和基础。七二五所看好德国新型熔炼炉,经过计算后提出将德国炉“一炉一锭”改为“一炉两锭”。这是史无前例的新思路,现为所长、时为党委书记马玉璞十分支持。德方技术人员听后十分惊奇。但七二五所科技人员给他们以更大的震惊。从“一炉两锭”思路的提出,到道道难关被攻克详细论证方案完成,两三个月内,各种数据全部拿出来了。在各种难题纠结在一起理不出头绪的这段时间,有人嘴角起泡了,有人额上的头发明显稀疏,有人白发从银丝变成了绺儿。大家都怕过节假日,原因很简单:“平日不管孩子不管家还说得过去;节假日也这样……
按照七二五所提出的理念和设计要求,德方成功制造世界上第一台“一炉两锭”钛熔炼炉。该设备控制系统先进、进料方式灵活、拉锭系统高效,装机达到我国最大、世界领先水平,生产能力也翻了一番。
有了高品质材料,还要有好工艺,才能出精品。
七二五所在调研中发现,多数都建在海边的核电站、海水淡化等滨海重要设施的换热器等热交换设备,都要用到钛板带这种关键材料。通常,热交换设备都采用传导性能好的铜做传导材料。因滨海设施都是采用海水作冷却介质,对材料的耐腐蚀性能要求极高,在耐腐蚀和传导性能的综合权衡中,钛材料是最佳选择。因此提高钛材料的传导性能,让其在保障结构的同时减薄,成为商家竞争的焦点。这个属于世界前沿课题的减薄技术,被发达国家严密控制,其产品一直在世界市场占据主导地位,我国则长期依赖进口。
七二五所就着眼这个发展趋势,针对钛锭材料加工难,热轧难冷轧更难,以及回弹性大的难题,在设计钛板带生产线工艺流程提出技术要求的同时,还与设备制造商一起专门设计了大轧制力专用冷轧机组。
试验开始了。
第一轮次,5吨钛材料上线,结果产品性能全部达标,但标志表面质量的光洁度、颜色均匀性和板型与世界先进水平产品有差距。
在国际上,人们都把钛带称为“面子”工程,对光洁度、颜色均匀性和板型要求极为苛刻。“细节”决定成败。我国各类无法替代进口产品不少都是因为这些“细节”,它成了奔向世界先进水平的关键因素和关卡。而这个难题用传统方式又无法解决,只能在生产过程的每个环节中优化。
第二轮次的钛材料上线了:热轧、冷轧、脱脂、真空退火、精装平整、分切、成品检验、包装入库……
第三轮次、第四轮次……
每个环节都配备了专业人员,在实施“面子”工程的同时对板带“减薄”,针对技术设备对产品适应性的存在问题逐一攻关解决,确保一次轧制出来的数吨重薄薄的板带,表面光洁色泽均匀。
20个轮次、100吨钛材料投入、6个月时间的努力(结合生产进行的科学试验),终于结出硕果。0.8—0.4毫米全系列规格的钛板带材全部实现规模化成熟生产,研制的钛材料质地轻、强度高、弹性摩量高、耐腐蚀,产品品质与世界先进国家相媲美,最薄产品居世界前列。正如业界专家所称:“你们的金属钛带薄得像纸一样。”
责任编辑:安子
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