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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LOEWY公司为美国铝业公司打造的50MN（5000吨）压力机，是制造飞机起落架和引擎部件的关键设备。

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。

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。

机架牌坊成功吊装到位

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。

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世界最大油压机

——中信重工18500吨自由锻造油压机

工程总投资：20亿元以上
工程期限：2006年——2009年

2008年5月22日，中信重工采用10炉冶炼6包合浇的方式一次性组织829.5吨精炼钢水，成功浇铸了毛坯总重达520吨的上横梁。这件油压机上横梁长11.95米，宽3.8米，高4.59米，毛坯总重达520吨。这是目前世界上一次组织钢水最多、浇铸吨位最重的特大型铸钢件。


    2008年11月18日，随着250吨天车吊起首件116.4吨的基础梁，并稳稳安放到“新重机”10多米深的基坑，世界最大18500吨自由锻造油压机及750吨•米锻造操作机安装大幕宣告拉开。这台油压机是为满足我国能源、交通等领域的特殊要求而建造的。它将我国最大锻件能力从现在的190吨提高到400吨。

    油压机基础梁的成功吊装是世界最大18500吨油压机及750吨•米锻造操作机安装进程中的一个重要节点，为了这一刻中信重工机械股份有限公司整整奋斗了两年。在过去的两年中，该公司接连创造了三个奇迹：一是建起了总面积27000平方米、最大天车550吨的锻造工部厂房；二是万吨油压机十大件陆续一次性浇铸成功；三是18500吨油压机和750吨•米锻造操作机工程量繁重的基础土建施工顺利完成。4个月后，中信重工世界最大、最先进的18500 吨自由锻造油压机和750吨•米锻造操作机将在这里拔地而起并进入试车。

打破技术垄断

    自从对外宣布计划打造一台世界顶尖的重型自由锻造装备起，中信重工制造的18500吨油压机便引起国内外业界的广泛关注。首先在制造规格上，18500吨油压机是目前世界上规格最大的一台重型自由锻造装备，因此被誉为“世界自由锻王国的一顶皇冠”。其次在制造周期上，按照目前的进度，这台设备将刷新业内同类产品的制造时间，将在两年左右的时间内顺利完成。中信重工机械股份有限公司（原为中信重型机械公司）此次以18500吨油压机为核心设备的“新重机工程”，总投资超过20亿元，全部为企业自筹资金。

    长期以来，出于战略考虑，发达国家的大型铸锻件生产制造技术一直对我国实行封锁。这台举世瞩目的油压机配备有先进的每米750吨操作机，形成高度自动化的锻造装备平台，从而将我国最大锻件能力从现在的190吨提高到400吨，最大钢锭生产能力从目前的360吨提高到600吨，可有效缓解我国航空航天、国防、船舶、电力及机械制造等行业急需大型锻压产品的局面，显著提高我国大型自由锻件的生产能力和水平，使我国大型锻压装备的研制水平位于国际前列，对促进我国重大装备制造业的技术进步和大型锻压装备的产业化，全面提高我国大型装备制造业总体水平具有重大战略意义，打破了极少数发达国家在该领域的技术垄断。

830吨钢水一次浇铸

    2008年5月下旬，中信重工在历经数月的精心准备后开始了18500吨油压机核心部件上横梁的浇注工作。5月22日下午18:36，中信重工“新重机”工程冶铸工部随着指挥长哨声鸣响，即刻红光四射，钢花奔流，10分钟后，世界最大且唯一的，并且是最先进的自由锻造设备18500吨油压机核心部件上横梁顺利浇注成功，整个厂房内顿时一片欢腾。这件油压机上横梁长11.95米，宽3.8米，高4.59米，毛坯总重达520吨，需冶炼10炉6包重量达829.5吨的钢水进行合浇。其重量之巨，各炉钢水温差要求之微，工艺之复杂，合浇之困难，对庞大的系统设施、设备可靠性要求之严，对系统团队的协同配合要求之紧密，在中国铸造史上是绝无仅有的。这是目前世界上一次组织钢水最多、浇铸吨位最重的特大型铸钢件。

原机械工业部常务副部长、中国机械工业联合会特别顾问陆燕荪，中国铸造协会、中国锻压协会、河南省铸锻工业协会的领导和专家，以及中央电视台、中国工业报、省市电视台等众多媒体记者共同见证了这一历史时刻。

国务院三峡建设委员会三期重大设备制造检查组组长、原机械工业部副部长陆燕荪认为，它的出现从此改变了中国重大、重型装备锻造的局面，必将彻底打破国内重大装备发展的制约瓶颈，必将成为世界重大装备制造业产业一个里程碑及标志性装备。

这位机械工业的著名专家对中信重工总经理任沁新再三说，你们这二十几个亿花得太值了，特别是自筹资金完成这项大工程，更是难能可贵，十分了不起。作为业内资深专家，他特别称赞了“新重机工程”项目生产工艺流程的高效和科学合理布局。

中信重工以18500吨油压机为核心设备的“新重机工程”项目，主要包括重型冶铸工部、重型锻造工部、重型铸铁工部、重型加工工部、重型热处理工部等。据介绍，新重机工程包含的主要设备有80吨电弧炉、150吨LFV精炼炉、150吨LF/VOD精炼炉、250/750吨•米锻造操作机及有关重型起重、加工、热处理设备等，以及18500吨自由锻造设备。

中信重工领导认为，在重型装备制造领域，没有核心装备将永远进入不了世界一流企业行列，为了这一目标，中信重工只有打破常规，从而获得令人难以企及的飞跃发展。

世界上规格最大、技术领先

18500吨油压机的相关数据：该油压机地上高度20米，地下深度7.5米，可移动工作台达5.4×13米，最大镦粗力18500吨，整机重达4000多吨，目前在世界范围内无论是规格还是技术，该油压机都是顶尖水平，投产后将使中信重工站在世界自由锻造的巅峰。被锻造行业誉为“世界自由锻造王国的一顶皇冠”。

    在总体结构上18500吨自由锻造油压机首次采用最新的三梁、两柱、上传动、预应力框架式结构，并在关键的立柱上突破常规圆形四立柱设计，首次采用两个大矩形立柱，使主机的整体性、抗弯性、稳固性达到最佳。加上采用精确的导向和控制系统，完全可以保证两个工作砧子之间完美的同心度和平行度，实现精确锻造。

该机一改常规的圆柱形四立柱设计方案，采用两个大型矩形立柱和预应力机架，使主机整体性达到最好，大大增强了整机的抗弯性和稳固性，并为精确锻造奠定了基础，加上采用精确的导向系统，保证了两个工作砧子之间完美的同心度和平行度。同时，采用3/2工作油缸设计理念，将三个直径达1.4米的工作油缸配置成可调节选择的3个压力范围，从而保证了对不同锻件的良好适应性，并比传统设计节能30％左右。由于压力可调节，该机在2缸运行时锻造速度每分钟最高达66次，工作效率是同规格普通水压机的3倍。该机采用可视化计算机操作控制台，当砧具红热时可遥控快速更换，可以说在自动化控制技术上也达到了世界顶级水平，使整机工作效率和自动化程度达到世界最高。

    该油压机将配置世界上最先进的750吨•米锻造操作机，并联动形成一个高度自动化的重型、特大自由锻造装备平台，成为世界自由锻造行业的一道壮观风景。

中信重工

　　中信重工机械股份有限公司(原洛阳矿山机器厂)，是我国第一个五年计划期间兴建的156项重点工程之一，著名物理学家钱伟长曾担任公司技术顾问，公司第一任厂长纪登奎曾任国务院副总理，焦裕禄同志曾在公司担任一金工车间主任。1993年并入中信集团，更名为中信重型机械公司。2008年元月，改制为中信重工机械股份有限公司。

　　历经半个世纪的建设与发展，目前已成为中国最大的矿山机械制造企业、中国最大的重型机械制造企业之一，是中国低速重载齿轮加工基地，中南地区铸锻和热处理中心，国家级理化检验认可单位和国家一级计量企业。公司通过ISO9001:2000质量体系认证、ISO14001:2004环境管理体系认证和GB/T28001-2001职业健康安全管理体系认证。拥有甲级工程设计院，即洛阳矿山机械工程设计研究院，是国内最大的矿山机械综合性技术开发研究机构。经过50多年的发展，公司服务领域已从单一的矿山机械产品，扩展到煤炭、建材、冶金、有色、电力、化工、环保、（军工）等行业，产品遍及国内各地，远销欧、美、亚、非等国际市场。众多科研成果填补国内空白，达到国际先进水平。被誉为“中国工业的脊梁，重大装备的摇篮”。

　　2005年以来，公司进入中国制造业500强，公司技术中心列全国332家国家级技术中心第34位，重机行业位居第一；入选中国企业信息化建设500强。公司LK牌大型球磨机、大型减速机、大型辊压机、大型水泥回转窑四项产品荣获中国名牌称号，名牌数量列行业第一。2006年，人大常委会委员长吴邦国、国务院总理温家宝、副总理曾培炎分别莅临我公司视察，给予高度评价并对公司发展寄予厚望。2008年被国家确定为创新型试点企业。

2009年5月19日下午，在洛阳，技术人员正在巨大的基坑里进行18500吨自由锻造油压机的下横梁安装。这台目前世界上最大的油压机是中信重工公司投资30亿元的“新重机工程”的核心装备。该装备地上高度20米，地下深度7.5米，整机重达4000多吨，将于年内投入使用。

由上海重型机器厂自行研制、世界最大的1.65万吨自由锻造油压机和操作机正式形成联动，投入试生产。这个庞然大物只要伸出手臂，就能抓取600吨级的钢锭任意旋转，交给油压机锻打，而油压机产生的1.65万吨压力，轻轻松松就把600吨的钢锭像揉面一样锻造成形。