冶金轧辊激光制造与再制造质量资料

1沈阳大陆激光成套设备有限公司2011年2月10日冶金轧辊激光制造与再制造技术交流报告2目录一、公司简介二、轧辊制造的基本矛盾与激光表面强化三、轧辊激光制造与再制造的强化机理及应用四、冶金轧辊激光再制造典型案例附：宝钢无缝穿孔机轧辊激光强化项目方案沈阳大陆激光成套设备有限公司3

沈阳大陆企业集团是从事高功率激光加工成套设备的开发、生产、销售及对外激光加工服务的高科技企业，是中国高功率CO2激光加工设备制造和加工应用的龙头企业，是国家授权的高功率激光器行业标准的主要制订单位。公司主要技术骨干来源于重点大学及科研院所，多年从事激光加工技术的研究开发和生产工作，具有坚实的理论基础和丰富的实践经验。公司员工80％以上具有大专以上学历，拥有博士、硕士等各类高级专门人才近二十人。公司有由数位院士领衔的顾问团队。集团所属的激光成套设备有限公司和激光技术有限公司及其各地的分公司在研发高性能高功率激光加工设备硬件的同时，致力于高功率激光加工工艺技术的开发。公司产品和技术主要应用于表面工程方面的激光制造和再制造，主要核心工艺技术为激光表面合金化、淬火、熔凝及激光熔覆技术。产品和技术广泛应用于冶金、石化、电力、航空、船舶、铁路等行业。其中冶金轧辊表面激光强化技术和装备已应用于国内二十多家钢厂，取得了显著的经济效益和社会效益。一、公司简介沈阳大陆激光成套设备有限公司4二、轧辊制造的基本矛盾与激光表面强化冶金轧辊是钢厂轧钢生产重要的关键消耗部件，轧辊的性能和使用寿命不仅决定了轧辊消耗，而且决定了轧钢生产产量和效率、能源消耗及产品质量。决定轧辊使用寿命的主要性能为轧辊强度和表面高温耐磨性。理想的轧辊应同时具备高强度和高耐磨性，近百年来轧辊制造技术的发展主要是从冶炼、制造工艺、材质改进及热处理方面来调和轧辊强度与耐磨性的基本矛盾。在无法有效剥离上述基本矛盾的前提下，传统的材料及工艺技术的开发必然会带来轧辊制造成本的大幅上升。如想使轧辊兼备高强度和高耐磨性，制造过程中需添加大量贵重、稀有的合金材料，造成难以承受的高成本，同时，轧辊的功能层仅几至几十毫米，而整体高合金的添加也造成稀缺资源的严重浪费。激光表面强化就是在高能束激光的作用下，将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。换一句话讲，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。在轧辊上采用激光表面强化技术可以使轧辊在制造过程中有效剥离强度与高耐磨性的基本矛盾，即通过激光表面合金化技术解决表面耐磨性问题，而传统工艺解决强度问题。沈阳大陆激光成套设备有限公司5三、轧辊激光制造与再制造的强化机理

冶金热轧辊使用过程中在高温高压下的热磨损是其最主要的失效方式，因此不断提高轧辊的使用寿命一直是国内外轧辊设计制造和使用领域努力的方向。经过十年的技术攻关，我公司陆续开发出冶金热轧辊表面激光熔凝淬火技术、激光纳米陶瓷合金化技术、激光熔覆碳化物陶瓷涂层技术，形成了完备的技术体系，可广泛应用于冶金热轧辊的激光表面强化制造与再制造。沈阳大陆激光成套设备有限公司6

采用聚焦高功率激光束作用于轧辊表面，轧辊表面产生快速的熔化，当激光束移开后在基体自冷却作用下熔化区产生快速的凝固。上述过程是在104-105k/s极快的加热和冷却速度下进行的，轧辊表面形成均匀、致密的超细化急冷凝固组织。对于锻钢、铸钢及普通球墨铸铁轧辊，表面均形成超细化淬火马氏体组织，具有较基体显著提高的硬度和耐磨性。适用范围及限制：激光熔凝淬火技术仅对锻钢、铸钢及普通球墨铸铁轧辊有显著强化效果，即各类钢制开坯辊、粗轧辊，球铁粗轧辊及大型型材球铁精轧辊，过钢量可提高0.5-2倍。但对其它材质轧辊表面强化无明显效果；冶金热轧辊激光表面熔凝淬火强化沈阳大陆激光成套设备有限公司7冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化强化

采用聚焦高功率激光束作用于预置有纳米陶瓷涂料的轧辊表面，轧辊表面产生快速的熔化，当激光束移开后在基体自冷却作用下熔化区产生快速的凝固。上述过程是在104-105k/s极快的加热和冷却速度下进行的，轧辊表面形成均匀、致密的超细化急冷凝固合金化组织。铸铁轧辊合金化组织由碳化物、共晶莱氏体及莱氏体上大量弥散分布的碳化物组成。合金化层具有较熔凝淬火显著提高的硬度，可达HV800-1500，强化轧辊过钢量可提高0.5-2倍。适用范围及限制：适用于除离心复合针贝高NiCrMo轧辊以外的各类材质轧辊。沈阳大陆激光成套设备有限公司8轧辊表面激光合金化金相与硬度沈阳大陆激光成套设备有限公司合金化层为碳化物+共晶莱氏体

莱氏体上分布大量的弥散碳化物颗粒

合金化区与基体热影响区9

采用激光熔覆技术在轧辊表面激光熔覆碳化钨涂层，涂层主要由硬度HV2500-3000的碳化钨颗粒及粘结相组成。陶瓷涂层具有极好的耐磨性，可达普通球铁的50倍。对螺纹钢精轧辊，过钢量可达离心轧辊的3倍，对高线辊环，过钢量可达到乃至超过粉末冶金WC辊环的过钢量。适用范围：适用于各类轧辊尤其适用于各类精轧辊。冶金热轧辊表面激光熔覆碳化钨涂层沈阳大陆激光成套设备有限公司101、螺纹钢轧辊2、特钢棒材轧辊3、高速线材轧辊4、中大型型材轧辊5、热轧无缝管轧制工模具6、热轧板材及中宽带轧辊沈阳大陆激光成套设备有限公司四、冶金轧辊激光再制造典型案例11

1、螺纹钢轧辊沈阳大陆激光成套设备有限公司唐钢棒线材厂名称：粗中轧辊架次：1-16架材质：中低Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：过钢量提高0.5-1.2倍唐钢拥有两条棒材生产线，年产量200万吨，沈阳大陆企业集团唐山分公司已在唐钢棒线厂形成轧辊包线商务模式，年合同额近千万元。12

沈阳大陆激光成套设备有限公司承钢棒线材厂名称：粗中轧辊架次：1-16架材质：中低Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.5-1.2倍承钢两条棒材生产线，年产量200万吨，沈阳大陆企业集团承德分公司已在承钢棒线厂形成轧辊包线商务模式，年合同额近千万元。13首钢型材厂名称：粗中轧辊架次：1-10架材质：中NiCrMo合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.5-1倍沈阳大陆激光成套设备有限公司14凌钢棒线厂名称：开坯辊材质：150CrNiMo合金半钢处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1-1.5倍沈阳大陆激光成套设备有限公司酒钢棒线厂名称：粗中精轧辊材质：粗轧辊：150CrNiMo半钢中精轧辊：中Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.7-1倍15沈阳大陆激光成套设备有限公司2、特钢棒材轧辊大冶特钢名称：650、750、850轧机粗轧开坯辊及中轧辊材质：150CrNiMo半钢及中Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.7-1.5倍16沈阳大陆激光成套设备有限公司兴澄特钢钢名称：1-5架粗轧辊及6-8架中轧辊材质：粗轧辊：150CrNiMo及220CrNiMo

中轧辊：中低Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.7-1.2倍17沈阳大陆激光成套设备有限公司石家庄钢厂名称：粗轧开坯辊及中轧辊材质：粗轧辊：150CrNiMo半钢中轧辊：中Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.7-1倍18沈阳大陆激光成套设备有限公司首钢特钢厂名称：粗轧辊材质：70Mn2Mn处理工艺：激光合金化+激光熔覆激光强化后过钢量：提高0.7-1倍19沈阳大陆激光成套设备有限公司唐钢线材厂名称：粗中轧辊架次：1-10架材质：中低Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.5-1.2倍3、高速线材轧辊20沈阳大陆激光成套设备有限公司首钢高速线材厂名称：粗轧辊材质：150CrNiMo合金半钢处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.7-1倍21沈阳大陆激光成套设备有限公司湘钢高速线材厂名称：粗轧辊材质：150CrNiMo合金半钢或60CrNiMo锻钢处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1.5-2倍22沈阳大陆激光成套设备有限公司宝钢条钢厂名称：开坯辊材质：60CrNiMo处理工艺：激光熔凝、激光熔覆激光强化后过钢量：提高0.7-1倍

4、中大型型材轧辊23沈阳大陆激光成套设备有限公司鞍钢大型厂名称：铁路重轨轧辊架次：BD1-BD2材质：60CrMnMo锻钢或合金铸铁处理工艺：激光熔凝或激光合金化激光强化后过钢量：提高50%以上24沈阳大陆激光成套设备有限公司武钢大型厂大型角钢槽钢名称：粗轧辊名称：精轧辊材质：60CrMnMo锻钢材质：合金球墨铸铁处理工艺：激光合金化处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1-1.5倍激光强化后过钢量：提高1-2..5倍25沈阳大陆激光成套设备有限公司阿城钢铁厂名称：中型角槽钢轧辊架次：粗中连轧轧辊材质：粗轧辊：60CrMnMo锻钢中轧辊：CrMo合金球墨铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.7-1.5倍26沈阳大陆激光成套设备有限公司海城东四钢铁厂名称：大型槽钢轧辊架次：精轧轧辊材质：中低Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.7-1.5倍27沈阳大陆激光成套设备有限公司河北吉泰特钢厂名称：大中型球扁钢轧辊架次：粗中轧轧辊材质：粗轧辊：60CrMnMo锻钢

150CrMnMo半钢中精轧辊：中Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.7-1.5倍28沈阳大陆激光成套设备有限公司烟台鲁宝钢管厂名称：轧管机、平整机轧辊、芯棒材质：轧辊：60CrNiMo锻钢芯棒：40CrNiMo锻钢处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1倍以上5、热轧无缝管轧制工模具29沈阳大陆激光技术成套设备有限公司河北力通联钢管厂名称：轧管机轧辊材质：40CrNiMo锻钢处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1倍以上30沈阳大陆激光成套设备有限公司衡阳钢管名称：脱管机轧辊材质：中低Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1倍以31沈阳大陆激光成套设备有限公司本钢热连轧名称：热连轧R1-R3粗轧辊材质：150CrNiMo合金半钢处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1-1.5倍6、热轧板材及中宽带轧辊32沈阳大陆激光成套设备有限公司宝钢集团梅钢热连轧厂名称：热连轧R1-R3粗轧辊材质：150CrNiMo合金半钢处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1-1.5倍33沈阳大陆激光成套设备有限公司新余钢厂中板厂名称：热连轧中板粗轧辊材质：高Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高0.5倍34沈阳大陆激光成套设备有限公司承钢中宽带厂名称：粗中轧辊材质：粗轧辊：150CrNiMo合金半钢中轧辊：中Ni合金铸铁处理工艺：激光合金化激光强化后过钢量：提高1-1.5倍35沈阳大陆激光成套设备有限公司附：宝钢无缝穿孔机轧辊激光强化项目方案一、穿孔机轧辊材质：45#锻钢硬度：260HB轧制量：10000-12000支二、轧辊激光合金化强化的目的与解决难点目的：提高轧辊使用寿命，提高轧辊的耐磨损能力,使轧辊激光表面合金化强化处理成为保轧辊质量的关键措施。难点：常规制造方法难以调和的穿孔机轧辊耐磨性与咬入性能之间的矛盾。三、穿孔机轧辊激光强化工艺思路在保持或改善穿孔机咬入条件的情况下，通过局部（咬入段）的非平衡激光合金化强化工艺设计，达到穿孔机轧辊整体寿命的提高。36沈阳大陆激光成套设备有限公司四、实施工艺要素1）保持轧辊咬入段现有的滚花及刻凹槽工艺并在此基础上实施激光合金化强化加工。2）在进行轧辊激光强化时，轧辊咬入段与其他工作段进行差别工艺设计，即在咬入段的耐磨性高于其他工作段，保持辊形以达到轧辊的均衡失效。3）通过实施轧辊激光强化工艺，提高轧辊咬入段粗糙度以兼顾由于轧辊表面硬度的提高而带来的咬入能力的改变。37沈阳大陆激光成套设备有限公司咬入段重点提高耐磨性，提高表面粗糙度改善咬入条件。（深度合金化工艺）变形段兼顾耐磨性与表面粗糙度适当调整合金化工艺参数归圆段激光强化时厚度可适当减薄以保持辊形的均匀失效38沈阳大陆激光成套设备有限公司谢谢！附录资料：不需要的可以自行删除2023/3/22甲醇合成工艺介绍一、课题的研究背景和意义甲醇是一种具有多种用途的基本有机化工产品，除了在化工方面的多种应用外，它还可以作为清洁燃料在汽车中代替汽油或与汽油掺混使用，以甲醇为燃料的燃料电池也即将投入商业运行。另外，甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料也得到了初步利用。另一方面，用甲醇制取微生物蛋白(SCP)作为饲料乃至食品添加剂有着巨大的市场潜力。二、甲醇的合成方法及流程

（1）木材干馏法

在1924年以前，甲醇几乎全部是用木材分解干馏来生产的。甲醇的世界产量当时只有4500t。用60－100kg木材干馏只能获得约1kg的甲醇，1m3白桦木只能制得5－6kg的甲醇，而1m3的针叶树木只能得到2－3kg的甲醇。这种“森林化学”的甲醇含有丙酮和其他杂质，要从甲醇中除去这些杂质比较困难。由于甲醇的需要量与日俱增，木材干馏法不能满足需要。因此人们开始采用化学合成的方法生产甲醇。（2）气相合成甲醇法气相合成甲醇的主要反应式为：CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol①当有CO2存在时，CO2按下列反应生成甲醇：CO2+H2＝CO+H2O(g) △H=+41.3kJ/mol ②CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol ③上述②、③两步的总反应式为：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol副反应产物：成烃、高碳醇、醚、醛、酸、酯及单质碳等；反应特点：强放热反应；

以甲烷或者一氧化碳与氢气的混合气为原料气合成甲醇的方法有高压、中压和低压三种方法。高压法：即用二氧化碳与氢在高温（340－420℃）高压（30.0－50.0MPa）下用锌-铬氧化物催化剂合成甲醇。用此法生产甲醇已有七十多年的历史，这是八十年代以前世界各国生产甲醇的主要方法。高压法合成甲醇由于操作压力高，动力消耗大，设备复杂，产品质量差等缺点正在逐渐淘汰。2023/3/22高压法(25MPa~32MPa）甲醇合成工艺流程低压法：

即用一氧化碳与氢气为原料在低压（5.0MPa）和275℃左右的温度下，采用铜基催化剂（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。低压法成功的关键是采用了铜基催化剂，它的活性和选择性比锌-铬催化剂活性好得多，使甲醇合成反应能在较低的压力和温度下进行。因此，消耗在副反应中原料气和粗甲醇中的杂质都比较少。低压法合成工艺主要有英国帝国化学公司（ICI）和德国鲁奇（Lurqi）的工艺

2023/3/22ICI法低压甲醇合成工艺流程

工艺流程特点：相对低的温度和压力下操作，节省能耗，同时抑制甲烷化反应及其他副反应；采用多段冷激式合成塔，结构简单，催化剂装卸方便，使用寿命长。

2023/3/22第二章液体燃料及其添加剂48ICI多段冷激型甲醇合成反应器ICI多段冷激塔结构特点：反应床层由若干绝热段组成，两段之间通入冷的原料气，使反应气体冷却，以使各段的温度维持在一定值；塔体是空筒，塔内无催化剂筐，催化剂不分层，由惰性材料支撑，冷激气体喷管直接插入床层，并有特殊设计的菱形冷却气体分布器；优点：单塔操作能力大，控温方便，冷激采用菱形分布器专利技术，催化剂层上下贯通，装卸方便，易于放大，目前普通塔的容量为2300t/d，高空隙率塔的容量达7600t/d；缺点：催化剂床层温差较大（轴向：～70℃，径向：～23℃）、有部分气体与未反应气体之间的返混、催化剂时空产率不高，用量较大、单程转化率较低（仅为15%～20%）。ICI多段冷激型甲醇合成反应器

2023/3/22Lurgi法低压甲醇合成工艺流程

2023/3/22第二章液体燃料及其添加剂50Lurgi管壳型甲醇合成反应器结构特点：形似列管式换热器，在塔内，列管中装填催化剂，管间为沸腾水；原料气与出塔气换热至230℃左右进入合成塔，反应放出的热经管壁传给管间的沸腾水，产生4MPa左右的饱和蒸汽，用来驱动透平压缩机。合成塔全系统的温度条件用蒸汽压来控制，从而保证催化剂床层大致为等温。优点：催化剂床层温差较小、单程转化率较高（可达50%）、催化剂使用寿命较长（4年～5年）、热能利用合理、设备紧凑，开停车方便，合成反应过程中副反应少，甲醇质量高。缺点：结构复杂、制作较困难、材料要求高、放大较困难。经典管壳塔的最大生产能力（经济型塔）为1500t/d。全世界现有Lurgi装置37套，甲醇总生产能力达1600万t/a以上。中压法：

中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相当庞大，不利于甲醇生产的大型化。因此发展了压力为10MPa左右的甲醇中压合成法。它能更有效的降低建厂费用和甲醇生产