1沈陽大陸激光成套設備有限公司2011年2月10日冶金軋輥激光制造與再制造技術交流報告2目錄一、公司簡介二、軋輥制造的基本矛盾與激光表面強化三、軋輥激光制造與再制造的強化機理及應用四、冶金軋輥激光再制造典型案例附：寶鋼無縫穿孔機軋輥激光強化項目方案沈陽大陸激光成套設備有限公司3

沈陽大陸企業集團是從事高功率激光加工成套設備的開發、生產、銷售及對外激光加工服務的高科技企業，是中國高功率CO2激光加工設備制造和加工應用的龍頭企業，是國家授權的高功率激光器行業標準的主要制訂單位。公司主要技術骨干來源于重點大學及科研院所，多年從事激光加工技術的研究開發和生產工作，具有堅實的理論基礎和豐富的實踐經驗。公司員工80％以上具有大專以上學歷，擁有博士、碩士等各類高級專門人才近二十人。公司有由數位院士領銜的顧問團隊。集團所屬的激光成套設備有限公司和激光技術有限公司及其各地的分公司在研發高性能高功率激光加工設備硬件的同時，致力于高功率激光加工工藝技術的開發。公司產品和技術主要應用于表面工程方面的激光制造和再制造，主要核心工藝技術為激光表面合金化、淬火、熔凝及激光熔覆技術。產品和技術廣泛應用于冶金、石化、電力、航空、船舶、鐵路等行業。其中冶金軋輥表面激光強化技術和裝備已應用于國內二十多家鋼廠，取得了顯著的經濟效益和社會效益。一、公司簡介沈陽大陸激光成套設備有限公司4二、軋輥制造的基本矛盾與激光表面強化冶金軋輥是鋼廠軋鋼生產重要的關鍵消耗部件，軋輥的性能和使用壽命不僅決定了軋輥消耗，而且決定了軋鋼生產產量和效率、能源消耗及產品質量。決定軋輥使用壽命的主要性能為軋輥強度和表面高溫耐磨性。理想的軋輥應同時具備高強度和高耐磨性，近百年來軋輥制造技術的發展主要是從冶煉、制造工藝、材質改進及熱處理方面來調和軋輥強度與耐磨性的基本矛盾。在無法有效剝離上述基本矛盾的前提下，傳統的材料及工藝技術的開發必然會帶來軋輥制造成本的大幅上升。如想使軋輥兼備高強度和高耐磨性，制造過程中需添加大量貴重、稀有的合金材料，造成難以承受的高成本，同時，軋輥的功能層僅幾至幾十毫米，而整體高合金的添加也造成稀缺資源的嚴重浪費。激光表面強化就是在高能束激光的作用下，將一種或多種合金元素快速熔入基體表面，從而使基體表層具有特定的合金成分的技術。換一句話講，它是一種利用激光改變金屬或合金表面化學成分的技術。在軋輥上采用激光表面強化技術可以使軋輥在制造過程中有效剝離強度與高耐磨性的基本矛盾，即通過激光表面合金化技術解決表面耐磨性問題，而傳統工藝解決強度問題。沈陽大陸激光成套設備有限公司5三、軋輥激光制造與再制造的強化機理

冶金熱軋輥使用過程中在高溫高壓下的熱磨損是其最主要的失效方式，因此不斷提高軋輥的使用壽命一直是國內外軋輥設計制造和使用領域努力的方向。經過十年的技術攻關，我公司陸續開發出冶金熱軋輥表面激光熔凝淬火技術、激光納米陶瓷合金化技術、激光熔覆碳化物陶瓷涂層技術，形成了完備的技術體系，可廣泛應用于冶金熱軋輥的激光表面強化制造與再制造。沈陽大陸激光成套設備有限公司6

采用聚焦高功率激光束作用于軋輥表面，軋輥表面產生快速的熔化，當激光束移開后在基體自冷卻作用下熔化區產生快速的凝固。上述過程是在104-105k/s極快的加熱和冷卻速度下進行的，軋輥表面形成均勻、致密的超細化急冷凝固組織。對于鍛鋼、鑄鋼及普通球墨鑄鐵軋輥，表面均形成超細化淬火馬氏體組織，具有較基體顯著提高的硬度和耐磨性。適用范圍及限制：激光熔凝淬火技術僅對鍛鋼、鑄鋼及普通球墨鑄鐵軋輥有顯著強化效果，即各類鋼制開坯輥、粗軋輥，球鐵粗軋輥及大型型材球鐵精軋輥，過鋼量可提高0.5-2倍。但對其它材質軋輥表面強化無明顯效果；冶金熱軋輥激光表面熔凝淬火強化沈陽大陸激光成套設備有限公司7冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化強化

采用聚焦高功率激光束作用于預置有納米陶瓷涂料的軋輥表面，軋輥表面產生快速的熔化，當激光束移開后在基體自冷卻作用下熔化區產生快速的凝固。上述過程是在104-105k/s極快的加熱和冷卻速度下進行的，軋輥表面形成均勻、致密的超細化急冷凝固合金化組織。鑄鐵軋輥合金化組織由碳化物、共晶萊氏體及萊氏體上大量彌散分布的碳化物組成。合金化層具有較熔凝淬火顯著提高的硬度，可達HV800-1500，強化軋輥過鋼量可提高0.5-2倍。適用范圍及限制：適用于除離心復合針貝高NiCrMo軋輥以外的各類材質軋輥。沈陽大陸激光成套設備有限公司8軋輥表面激光合金化金相與硬度沈陽大陸激光成套設備有限公司合金化層為碳化物+共晶萊氏體

萊氏體上分布大量的彌散碳化物顆粒

合金化區與基體熱影響區9

采用激光熔覆技術在軋輥表面激光熔覆碳化鎢涂層，涂層主要由硬度HV2500-3000的碳化鎢顆粒及粘結相組成。陶瓷涂層具有極好的耐磨性，可達普通球鐵的50倍。對螺紋鋼精軋輥，過鋼量可達離心軋輥的3倍，對高線輥環，過鋼量可達到乃至超過粉末冶金WC輥環的過鋼量。適用范圍：適用于各類軋輥尤其適用于各類精軋輥。冶金熱軋輥表面激光熔覆碳化鎢涂層沈陽大陸激光成套設備有限公司101、螺紋鋼軋輥2、特鋼棒材軋輥3、高速線材軋輥4、中大型型材軋輥5、熱軋無縫管軋制工模具6、熱軋板材及中寬帶軋輥沈陽大陸激光成套設備有限公司四、冶金軋輥激光再制造典型案例11

1、螺紋鋼軋輥沈陽大陸激光成套設備有限公司唐鋼棒線材廠名稱：粗中軋輥架次：1-16架材質：中低Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：過鋼量提高0.5-1.2倍唐鋼擁有兩條棒材生產線，年產量200萬噸，沈陽大陸企業集團唐山分公司已在唐鋼棒線廠形成軋輥包線商務模式，年合同額近千萬元。12

沈陽大陸激光成套設備有限公司承鋼棒線材廠名稱：粗中軋輥架次：1-16架材質：中低Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.5-1.2倍承鋼兩條棒材生產線，年產量200萬噸，沈陽大陸企業集團承德分公司已在承鋼棒線廠形成軋輥包線商務模式，年合同額近千萬元。13首鋼型材廠名稱：粗中軋輥架次：1-10架材質：中NiCrMo合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.5-1倍沈陽大陸激光成套設備有限公司14凌鋼棒線廠名稱：開坯輥材質：150CrNiMo合金半鋼處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1-1.5倍沈陽大陸激光成套設備有限公司酒鋼棒線廠名稱：粗中精軋輥材質：粗軋輥：150CrNiMo半鋼中精軋輥：中Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.7-1倍15沈陽大陸激光成套設備有限公司2、特鋼棒材軋輥大冶特鋼名稱：650、750、850軋機粗軋開坯輥及中軋輥材質：150CrNiMo半鋼及中Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.7-1.5倍16沈陽大陸激光成套設備有限公司興澄特鋼鋼名稱：1-5架粗軋輥及6-8架中軋輥材質：粗軋輥：150CrNiMo及220CrNiMo

中軋輥：中低Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.7-1.2倍17沈陽大陸激光成套設備有限公司石家莊鋼廠名稱：粗軋開坯輥及中軋輥材質：粗軋輥：150CrNiMo半鋼中軋輥：中Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.7-1倍18沈陽大陸激光成套設備有限公司首鋼特鋼廠名稱：粗軋輥材質：70Mn2Mn處理工藝：激光合金化+激光熔覆激光強化后過鋼量：提高0.7-1倍19沈陽大陸激光成套設備有限公司唐鋼線材廠名稱：粗中軋輥架次：1-10架材質：中低Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.5-1.2倍3、高速線材軋輥20沈陽大陸激光成套設備有限公司首鋼高速線材廠名稱：粗軋輥材質：150CrNiMo合金半鋼處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.7-1倍21沈陽大陸激光成套設備有限公司湘鋼高速線材廠名稱：粗軋輥材質：150CrNiMo合金半鋼或60CrNiMo鍛鋼處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1.5-2倍22沈陽大陸激光成套設備有限公司寶鋼條鋼廠名稱：開坯輥材質：60CrNiMo處理工藝：激光熔凝、激光熔覆激光強化后過鋼量：提高0.7-1倍

4、中大型型材軋輥23沈陽大陸激光成套設備有限公司鞍鋼大型廠名稱：鐵路重軌軋輥架次：BD1-BD2材質：60CrMnMo鍛鋼或合金鑄鐵處理工藝：激光熔凝或激光合金化激光強化后過鋼量：提高50%以上24沈陽大陸激光成套設備有限公司武鋼大型廠大型角鋼槽鋼名稱：粗軋輥名稱：精軋輥材質：60CrMnMo鍛鋼材質：合金球墨鑄鐵處理工藝：激光合金化處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1-1.5倍激光強化后過鋼量：提高1-2..5倍25沈陽大陸激光成套設備有限公司阿城鋼鐵廠名稱：中型角槽鋼軋輥架次：粗中連軋軋輥材質：粗軋輥：60CrMnMo鍛鋼中軋輥：CrMo合金球墨鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.7-1.5倍26沈陽大陸激光成套設備有限公司海城東四鋼鐵廠名稱：大型槽鋼軋輥架次：精軋軋輥材質：中低Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.7-1.5倍27沈陽大陸激光成套設備有限公司河北吉泰特鋼廠名稱：大中型球扁鋼軋輥架次：粗中軋軋輥材質：粗軋輥：60CrMnMo鍛鋼

150CrMnMo半鋼中精軋輥：中Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.7-1.5倍28沈陽大陸激光成套設備有限公司煙臺魯寶鋼管廠名稱：軋管機、平整機軋輥、芯棒材質：軋輥：60CrNiMo鍛鋼芯棒：40CrNiMo鍛鋼處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1倍以上5、熱軋無縫管軋制工模具29沈陽大陸激光技術成套設備有限公司河北力通聯鋼管廠名稱：軋管機軋輥材質：40CrNiMo鍛鋼處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1倍以上30沈陽大陸激光成套設備有限公司衡陽鋼管名稱：脫管機軋輥材質：中低Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1倍以31沈陽大陸激光成套設備有限公司本鋼熱連軋名稱：熱連軋R1-R3粗軋輥材質：150CrNiMo合金半鋼處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1-1.5倍6、熱軋板材及中寬帶軋輥32沈陽大陸激光成套設備有限公司寶鋼集團梅鋼熱連軋廠名稱：熱連軋R1-R3粗軋輥材質：150CrNiMo合金半鋼處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1-1.5倍33沈陽大陸激光成套設備有限公司新余鋼廠中板廠名稱：熱連軋中板粗軋輥材質：高Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高0.5倍34沈陽大陸激光成套設備有限公司承鋼中寬帶廠名稱：粗中軋輥材質：粗軋輥：150CrNiMo合金半鋼中軋輥：中Ni合金鑄鐵處理工藝：激光合金化激光強化后過鋼量：提高1-1.5倍35沈陽大陸激光成套設備有限公司附：寶鋼無縫穿孔機軋輥激光強化項目方案一、穿孔機軋輥材質：45#鍛鋼硬度：260HB軋制量：10000-12000支二、軋輥激光合金化強化的目的與解決難點目的：提高軋輥使用壽命，提高軋輥的耐磨損能力,使軋輥激光表面合金化強化處理成為保軋輥質量的關鍵措施。難點：常規制造方法難以調和的穿孔機軋輥耐磨性與咬入性能之間的矛盾。三、穿孔機軋輥激光強化工藝思路在保持或改善穿孔機咬入條件的情況下，通過局部（咬入段）的非平衡激光合金化強化工藝設計，達到穿孔機軋輥整體壽命的提高。36沈陽大陸激光成套設備有限公司四、實施工藝要素1）保持軋輥咬入段現有的滾花及刻凹槽工藝并在此基礎上實施激光合金化強化加工。2）在進行軋輥激光強化時，軋輥咬入段與其他工作段進行差別工藝設計，即在咬入段的耐磨性高于其他工作段，保持輥形以達到軋輥的均衡失效。3）通過實施軋輥激光強化工藝，提高軋輥咬入段粗糙度以兼顧由于軋輥表面硬度的提高而帶來的咬入能力的改變。37沈陽大陸激光成套設備有限公司咬入段重點提高耐磨性，提高表面粗糙度改善咬入條件。（深度合金化工藝）變形段兼顧耐磨性與表面粗糙度適當調整合金化工藝參數歸圓段激光強化時厚度可適當減薄以保持輥形的均勻失效38沈陽大陸激光成套設備有限公司謝謝！附錄資料：不需要的可以自行刪除2023/3/22甲醇合成工藝介紹一、課題的研究背景和意義甲醇是一種具有多種用途的基本有機化工產品，除了在化工方面的多種應用外，它還可以作為清潔燃料在汽車中代替汽油或與汽油摻混使用，以甲醇為燃料的燃料電池也即將投入商業運行。另外，甲醇在變壓吸附制氫中作為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)作為飼料乃至食品添加劑有著巨大的市場潛力。二、甲醇的合成方法及流程

（1）木材干餾法

在1924年以前，甲醇幾乎全部是用木材分解干餾來生產的。甲醇的世界產量當時只有4500t。用60－100kg木材干餾只能獲得約1kg的甲醇，1m3白樺木只能制得5－6kg的甲醇，而1m3的針葉樹木只能得到2－3kg的甲醇。這種“森林化學”的甲醇含有丙酮和其他雜質，要從甲醇中除去這些雜質比較困難。由于甲醇的需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。因此人們開始采用化學合成的方法生產甲醇。（2）氣相合成甲醇法氣相合成甲醇的主要反應式為：CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol①當有CO2存在時，CO2按下列反應生成甲醇：CO2+H2＝CO+H2O(g) △H=+41.3kJ/mol ②CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol ③上述②、③兩步的總反應式為：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol副反應產物：成烴、高碳醇、醚、醛、酸、酯及單質碳等；反應特點：強放熱反應；

以甲烷或者一氧化碳與氫氣的混合氣為原料氣合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓三種方法。高壓法：即用二氧化碳與氫在高溫（340－420℃）高壓（30.0－50.0MPa）下用鋅-鉻氧化物催化劑合成甲醇。用此法生產甲醇已有七十多年的歷史，這是八十年代以前世界各國生產甲醇的主要方法。高壓法合成甲醇由于操作壓力高，動力消耗大，設備復雜，產品質量差等缺點正在逐漸淘汰。2023/3/22高壓法(25MPa~32MPa）甲醇合成工藝流程低壓法：

即用一氧化碳與氫氣為原料在低壓（5.0MPa）和275℃左右的溫度下，采用銅基催化劑（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。低壓法成功的關鍵是采用了銅基催化劑，它的活性和選擇性比鋅-鉻催化劑活性好得多，使甲醇合成反應能在較低的壓力和溫度下進行。因此，消耗在副反應中原料氣和粗甲醇中的雜質都比較少。低壓法合成工藝主要有英國帝國化學公司（ICI）和德國魯奇（Lurqi）的工藝

2023/3/22ICI法低壓甲醇合成工藝流程

工藝流程特點：相對低的溫度和壓力下操作，節省能耗，同時抑制甲烷化反應及其他副反應；采用多段冷激式合成塔，結構簡單，催化劑裝卸方便，使用壽命長。

2023/3/22第二章液體燃料及其添加劑48ICI多段冷激型甲醇合成反應器ICI多段冷激塔結構特點：反應床層由若干絕熱段組成，兩段之間通入冷的原料氣，使反應氣體冷卻，以使各段的溫度維持在一定值；塔體是空筒，塔內無催化劑筐，催化劑不分層，由惰性材料支撐，冷激氣體噴管直接插入床層，并有特殊設計的菱形冷卻氣體分布器；優點：單塔操作能力大，控溫方便，冷激采用菱形分布器專利技術，催化劑層上下貫通，裝卸方便，易于放大，目前普通塔的容量為2300t/d，高空隙率塔的容量達7600t/d；缺點：催化劑床層溫差較大（軸向：～70℃，徑向：～23℃）、有部分氣體與未反應氣體之間的返混、催化劑時空產率不高，用量較大、單程轉化率較低（僅為15%～20%）。ICI多段冷激型甲醇合成反應器

2023/3/22Lurgi法低壓甲醇合成工藝流程

2023/3/22第二章液體燃料及其添加劑50Lurgi管殼型甲醇合成反應器結構特點：形似列管式換熱器，在塔內，列管中裝填催化劑，管間為沸騰水；原料氣與出塔氣換熱至230℃左右進入合成塔，反應放出的熱經管壁傳給管間的沸騰水，產生4MPa左右的飽和蒸汽，用來驅動透平壓縮機。合成塔全系統的溫度條件用蒸汽壓來控制，從而保證催化劑床層大致為等溫。優點：催化劑床層溫差較小、單程轉化率較高（可達50%）、催化劑使用壽命較長（4年～5年）、熱能利用合理、設備緊湊，開停車方便，合成反應過程中副反應少，甲醇質量高。缺點：結構復雜、制作較困難、材料要求高、放大較困難。經典管殼塔的最大生產能力（經濟型塔）為1500t/d。全世界現有Lurgi裝置37套，甲醇總生產能力達1600萬t/a以上。中壓法：

中壓法是在低壓法研究基礎上進一步發展起來的，由于低壓法操作壓力低，導致設備體積相當龐大，不利于甲醇生產的大型化。因此發展了壓力為10MPa左右的甲醇中壓合成法。它能更有效的降低建廠費用和甲醇生產