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重型鑄鋼件及水輪機葉片制造技術(shù)成果轉(zhuǎn)化

一、項目意義： 
　  隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，在能源日益緊張、環(huán)境污染日益嚴重的今天，作為世界第一水力資源大國的中國，及時調(diào)整了國家的能源政策，已經(jīng)開始大幅度開發(fā)和利用現(xiàn)有豐富的江河資源，大力發(fā)展水電事業(yè)。因此，水輪機組大型關(guān)鍵鑄鍛件實現(xiàn)國產(chǎn)化是十分必要的。
　  大型水輪機機組設(shè)計和制造難度很大，其配套鑄鋼件技術(shù)指標要求高，尺寸較大，幾何形狀復(fù)雜，設(shè)計制造難度高，鋼水精煉純凈度高，其制造技術(shù)長期為國外少數(shù)幾家大公司所擁有，這嚴重制約著我國水電事業(yè)的迅速發(fā)展。盡管近幾年來，國內(nèi)個別大型鑄造企業(yè)已經(jīng)開始生產(chǎn)大型水輪機鑄件，但無論從產(chǎn)品質(zhì)量，還是生產(chǎn)規(guī)模上來講都仍然不能滿足國內(nèi)電站建設(shè)的需求，因此，共享鑄鋼如果能盡快實現(xiàn)批量生產(chǎn)，將會獲得更多的市場機會。
　  同時，在2006年6月新華社受權(quán)發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》中明確將水電機組列為對國家經(jīng)濟安全和國防建設(shè)有重要影響，對促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有顯著效果，對結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級有積極帶動作用的重點技術(shù)裝備，是國家鼓勵發(fā)展的重點產(chǎn)業(yè)。如此，解決重大裝備制造業(yè)發(fā)展的瓶頸，實現(xiàn)大型關(guān)鍵鑄鍛件國產(chǎn)化也自然成為了國內(nèi)鑄造企業(yè)的責任和使命。 
　  根據(jù)國家規(guī)劃，未來10～15年，國家將建設(shè)12個大水電基地，規(guī)劃裝機容量9025億千瓦。進口水輪機鑄件的采購單位成本比國產(chǎn)鑄件單位成本高3~4萬元/噸，規(guī)劃中提到的2020年投產(chǎn)的130臺700MW以上大型水電機組，如果都能實現(xiàn)配套鑄件國產(chǎn)化，將為國家節(jié)省資金超過20億元，并可保證國家重大水電項目按期完成。
　  水力發(fā)電設(shè)備鑄鋼件主要是指用在大中型水輪機設(shè)備上的通流部件，材質(zhì)大都采用鑄造高合金鋼、低合金鋼和碳鋼，具體的產(chǎn)品包括葉片、上冠、下環(huán)、轉(zhuǎn)輪體、輪轂、推力頭、閥體、活門等。適合共享鑄鋼開發(fā)的比較典型的是葉片、上冠、下環(huán)和轉(zhuǎn)輪體，這些鑄鋼件都是水輪機上的大件。共享鑄鋼作為一家很有實力的專業(yè)鑄鋼生產(chǎn)企業(yè)，在水電機組鑄件生產(chǎn)方面具有良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
　  本項目將主要開發(fā)混流式水輪機上冠、下環(huán)，軸流式水輪機葉片、輪轂，貫流式水輪機葉片，水泵式（抽水蓄能）轉(zhuǎn)輪體、活門等高難度水輪機配套鑄件，涉及水電行業(yè)各個機型、各類零部件，這不僅對提升區(qū)內(nèi)裝備制造業(yè)水平意義重大，更重要的是將提高國內(nèi)水電設(shè)備鑄件的自主化程度，降低生產(chǎn)成本，縮短供貨周期。通過本項目的實施，使共享鑄鋼繼續(xù)擴大在國內(nèi)外水電設(shè)備配套鑄件制造的市場份額，為國內(nèi)外各大水利工程的建設(shè)生產(chǎn)出質(zhì)量更好的鑄件，提供更好的保障。 
　  二、項目目標： 
　  本項目的目標是完成《重型鑄鋼件及水輪機葉片制造技術(shù)》的成果轉(zhuǎn)化，將這些技術(shù)應(yīng)用在抽水蓄能（水泵式）、貫流式、潮汐發(fā)電等水輪機機組鑄件（如上冠、下環(huán)、轉(zhuǎn)輪體、輪轂、推力頭、閥體、活門等）上，完成產(chǎn)品的試制成功，并實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。鑄件重量從1噸到45噸不等，最大尺寸介于1米到5米之間，材質(zhì)涉及碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、不銹鋼等不同鋼種，產(chǎn)品全部要求精加工交貨，尺寸精度要求高，產(chǎn)品力學(xué)性能、化學(xué)成分要求嚴格，產(chǎn)品技術(shù)含量很高，制造難度較大。
　  本項目在研制和生產(chǎn)過程中，對于我公司自主研究的技術(shù)，公司享有完全自主知識產(chǎn)權(quán)；對于和中科院金屬研究所合作研究的技術(shù)將共有知識產(chǎn)權(quán)。本項目在未來兩年間，預(yù)計將就核心技術(shù)申報國家專利2-4項，在國家省部級以上刊物上發(fā)表論文5篇以上。
　  三、主要任務(wù)： 
　  本項目在《重型鑄鋼件及水輪機葉片制造技術(shù)》的成果轉(zhuǎn)化過程中，將根據(jù)軸流式、貫流式、水泵式等水輪機配套鑄件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)特點，在生產(chǎn)實踐中將進行以下幾方面技術(shù)的研究：
　  1、各類水輪機葉片及上冠、下環(huán)等薄壁結(jié)構(gòu)鑄件的反變形量設(shè)計
　  此項工作目的在于通過工藝設(shè)計數(shù)值模擬，在鑄件容易變形的位置預(yù)先添加工藝反變形量, 從而來抵消凝固收縮時產(chǎn)生的變形。同時，要求在滿足反變形的前提下最大限度地減小反變形量和加工量，以此提高產(chǎn)品表面質(zhì)量、減輕機械加工工作量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。
　  2、水輪機鑄件的澆注系統(tǒng)設(shè)計
　  此項工作目的在于優(yōu)化鑄件造型過程中澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道的設(shè)計方案，降低鑄件產(chǎn)生夾渣、夾砂等缺陷的風險，提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量。
　  3、復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)鑄件模具制作工藝的優(yōu)化
　  此項工作目的在于通過改善模具、芯盒設(shè)計方案（如采用鋼結(jié)構(gòu)框架、表面環(huán)氧樹脂涂層等方法）提高模具尺寸精度和表面光潔度，同時優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，使之更加方便于造型現(xiàn)場操作，從而有效保障產(chǎn)品質(zhì)量。 
　  4、熔煉工序鋼水冶煉過程中的化學(xué)成分優(yōu)化
　  此項工作目的在于通過應(yīng)用六西格瑪工具研究鑄件力學(xué)性能和化學(xué)成分之間的關(guān)系，并在符合產(chǎn)品國際、國家、行業(yè)或顧客標準的前提下，制定出更有利于提高產(chǎn)品力學(xué)性能、更為嚴格的企業(yè)內(nèi)部標準，以此降低風險，確保產(chǎn)品性能100%符合顧客要求。
　  5、水輪機薄壁結(jié)構(gòu)鑄件熱處理工藝技術(shù)
　  此項工作目的在于針對鑄件結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計專用工裝，確保熱處理過程中不發(fā)生自重變形，同時設(shè)計更為合理的正火、回火等熱處理方式，確保鑄件力學(xué)性能、材料金相組織符合顧客要求。
　  6、水輪機鑄件型線檢測技術(shù)
　  此項工作目的在于通過研究公司現(xiàn)有測量臂、激光跟蹤儀、三維劃線機的功能特點和水輪機鑄件的結(jié)構(gòu)特點，開發(fā)出一種更為高效、準確的水輪機鑄件型線尺寸測量技術(shù)，確保鑄件尺寸符合圖紙要求。
　  7、水輪機鑄件數(shù)控加工技術(shù)
　  此項工作目的在于設(shè)計出合理的水輪機鑄件曲面加工工藝和特殊工裝，并應(yīng)用國際先進的UG軟件編寫數(shù)控加工程序，進行加工過程的模擬優(yōu)化，從切削深度、切削速度、進給速度和刀路寬度、刀路寬度等方面來提高加工效率和加工精度，以縮短大型水輪機鑄件的加工周期。
　  四、已有技術(shù)基礎(chǔ)： 
　  本項目成果來源于2006年立項的寧夏科技廳國際科技合作項目《重型鑄鋼件及水輪機葉片制造技術(shù)》，知識產(chǎn)權(quán)為共享鑄鋼有限公司完全所有。
　  2007年底，該項目研發(fā)的三峽地下電站巨型水輪機轉(zhuǎn)輪葉片經(jīng)國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會三期工程重大設(shè)備制造檢查組組織的以中國工程院柳百成院士和中國科學(xué)院李依依院士為副組長的專家委員會鑒定，認為產(chǎn)品符合三峽葉片顧客新技術(shù)標準，主要技術(shù)指標化學(xué)成分、機械性能、有害元素控制、氣體含量控制等均達到國外同類產(chǎn)品先進水平，實現(xiàn)了高純凈度、高性能超低碳不銹鋼材料的研制，此葉片鑄件可以用于三峽地下電站。
　  2008年11月，公司“重型鑄鋼件及水輪機葉片制造技術(shù)” 項目經(jīng)自治區(qū)科技廳組織區(qū)內(nèi)有關(guān)專家鑒定，成為2008年自治區(qū)科技成果。
　  2009年7月，該項目正式被自治區(qū)人民政府授予科技進步一等獎。
　  同時，各級專家認為本項目主要有如下創(chuàng)新點：
　  1、試制葉片的化學(xué)成分、氣體含量、夾雜物、機械性能等指標符合三峽地下電站機組技術(shù)要求，達到了國際同類產(chǎn)品先進水平；
　  2、冶煉采用EAF＋LF＋VOD工藝流程和計算機實時跟蹤控制先進技術(shù)，獲得了高純凈、超低碳不銹鋼鋼液；
　  3、為保證三峽葉片試制成功，進行了1：4小葉片的中間試驗及有關(guān)基礎(chǔ)性試驗，獲得的數(shù)據(jù)對三峽葉片試制具有較強的指導(dǎo)意義。
　  4、基于先進的計算機輔助設(shè)計和模擬技術(shù)，制訂的鑄造工藝合理可行。
　  另外，從2008年至今，共享鑄鋼已經(jīng)先后從國內(nèi)外顧客處獲得了一些大型水電項目近200片、2500余噸大型水輪機葉片的生產(chǎn)訂單。可以說目前公司已經(jīng)完全掌握了大型混流式水輪機葉片的制造技術(shù)。本項目期望將這些技術(shù)在抽水蓄能（水泵式）、貫流式、潮汐發(fā)電等其它水輪機機組鑄件（如上冠、下環(huán)、轉(zhuǎn)輪體、輪轂、推力頭、閥體、活門等）上得到轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，并實現(xiàn)這些產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)。目前，該項目已經(jīng)開始開展研發(fā)階段的鑄造工藝設(shè)計工作。 
　  五、配套條件及資金籌措： 
　  通過大型混流式水輪機葉片的研發(fā)和生產(chǎn)，共享鑄鋼建立了一整套水電鑄鋼件生產(chǎn)的科學(xué)流程和制度，不僅形成了水輪機產(chǎn)品開發(fā)從市場、生產(chǎn)到技術(shù)、質(zhì)量方面的技術(shù)管理人員團隊，還建立了由100多人組成的十幾個水電鑄件專業(yè)化生產(chǎn)小組，這樣的人才團隊和組織機制對技術(shù)、生產(chǎn)能力起到了有效的保障作用，也為本項目開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
　  本項目總投資2300萬元，其中技術(shù)開發(fā)各項內(nèi)容投資1000萬元，產(chǎn)品生產(chǎn)原輔材料、燃料動力、檢測加工、設(shè)備等各其它投資1300萬元。資金籌措來源主要為企業(yè)自籌，并期望能夠從上級政府部門得到專項資金支持，以此來減輕項目投資壓力。
　  本項目在2010年6月到2011年10月主要處于技術(shù)研發(fā)階段，此階段的技術(shù)開發(fā)投資預(yù)計是1000萬元，這期間與產(chǎn)品研制相關(guān)的設(shè)備購置和改造費用預(yù)計將支出550萬元；2011年10月以后主要是開展已研制成功核電產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)試驗工作，預(yù)計此階段產(chǎn)品制造各項費用總計投資約為750萬元。
　  資金使用范圍和資金使用明細
　  序號 項目名稱 規(guī)格型號 總價（萬元）
　  一 技術(shù)開發(fā)
　  1000
　  1 研發(fā)人員費用 100
　  2 試制材料費 400
　  3 燃料及動力費 150
　  4 測試化驗及加工費 200
　  5 產(chǎn)學(xué)研合作研究費 100
　  6 會務(wù)及管理費用 50
　  二 設(shè)備購置及改造 550
　  1 工裝砂箱 6m×6m×3m 300
　  2 檢測設(shè)備 50
　  3 粉末切割機等預(yù)清理設(shè)備 40
　  4 機床改造、刀具購置 160
　  三 產(chǎn)品制造各項費用 750
　  合計 2300
　  六、技術(shù)、經(jīng)濟效益、推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景： 
　  1、效益分析
　  大型水輪機機組鑄件由于其性能要求嚴格，技術(shù)難度大，因此經(jīng)濟附加值較高。根據(jù)當前市場狀況，到2012年6月，本項目將生產(chǎn)的抽水蓄能（水泵式）、貫流式、潮汐發(fā)電等水輪機機組鑄件，按照現(xiàn)有訂單，保守估計銷售收入會超過3000萬元，實現(xiàn)利稅約1400萬元。隨著水電建設(shè)事業(yè)的發(fā)展和市場需求的持續(xù)增加，預(yù)期效益將更為顯著。
　  大型水輪機是對國家經(jīng)濟安全和國防建設(shè)有重要影響，對促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有顯著效果，對結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級有積極帶動作用的重點技術(shù)裝備，是國家鼓勵發(fā)展的振興裝備制造業(yè)的重點產(chǎn)業(yè)，水電也是高效、環(huán)保、符合低碳經(jīng)濟的能源。通過配套大型鑄件的制造，顯著提升了公司的技術(shù)水平和市場競爭能力，為改變依賴進口，受制于人的局面做出了積極的貢獻，同時也提升了國家重大裝備制造企業(yè)在國際行業(yè)內(nèi)的競爭力。
　  2、推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景
　  本項目完成后，共享鑄鋼公司在水電鑄件制造上的國際、國內(nèi)市場份額將進一步得到提高。本項目開發(fā)出的核心技術(shù)，將極大提高公司的技術(shù)水平，使公司具備在水電行業(yè)向更高方向發(fā)展的實力，有利于公司開發(fā)難度更大的其它類型的水輪機組配套產(chǎn)品。同時，本項目開發(fā)出的高合金鋼材料熔煉、焊接、熱處理技術(shù)也可推廣到其他行業(yè)配套的高合金鋼閥體、缸體等鑄件的生產(chǎn)方面，這對促進公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，降低經(jīng)營風險是非常有利的。
　  3、風險分析
　  市場風險及對策——隨著國際國內(nèi)社會對環(huán)保問題的日益重視，清潔能源得到了充分的發(fā)展。中國已經(jīng)在核電、水電、風電方面作了全面的布局，相關(guān)產(chǎn)品市場需求潛力較大。歐美等發(fā)達國家也紛紛出臺國家政策支持清潔能源發(fā)展，因此本項目針對的產(chǎn)品應(yīng)用前景廣闊。寧夏共享鑄鋼公司在能源鑄件產(chǎn)品方面有獨特優(yōu)勢，主導(dǎo)產(chǎn)品為高技術(shù)含量的燃氣輪機、蒸汽輪機、水力發(fā)電設(shè)備、核電設(shè)備、風力發(fā)電設(shè)備等高效清潔發(fā)電設(shè)備鑄鋼件，在能源設(shè)備市場上有很強的競爭力。通過本項目，公司將在水電產(chǎn)品開發(fā)上更進一步，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將更加合理，同時能夠?qū)⒑芎玫奶岣弋a(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場競爭力，擴大市場份額
　  技術(shù)風險及對策——共享鑄鋼有限公司產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平位于全國領(lǐng)先水平，在國際上具有較強的競爭力。大型燃氣輪機鑄鋼件生產(chǎn)技術(shù)世界一流，供貨產(chǎn)量和生產(chǎn)品種數(shù)居世界第一；巨型水電（如三峽）葉片鑄造技術(shù)世界一流；60萬千瓦~100萬千瓦超臨界、超超臨界蒸汽發(fā)電機鑄鋼件制造技術(shù)世界一流。同時公司擁有大批經(jīng)驗豐富的技術(shù)工人、國家級企業(yè)技術(shù)中心（共享集團企業(yè)技術(shù)中心）和先進的生產(chǎn)和檢測裝備，近幾年開發(fā)成功的發(fā)電設(shè)備鑄件填補了國內(nèi)空白，相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗和人才儲備可以保證本項目的順利實施。
　  本項目產(chǎn)學(xué)研合作單位中科院金屬所是是我國材料科學(xué)與工程研究的重要基地，長期與國內(nèi)重型企業(yè)合作，在鑄鍛件熱加工工藝模擬與優(yōu)化方面擁有雄厚的技術(shù)實力和解決工程難題的豐富經(jīng)驗，相關(guān)技術(shù)得到了國內(nèi)眾多企業(yè)以及行業(yè)內(nèi)專家的認可，這也為本項目的順利實施創(chuàng)造了有利條件。 
　  七、計劃實施年限： 
　  序號 工作階段 進度計劃 備注
　  1 項目可行性研究及前期準備工作 2010.06——2010.09
　  2 水輪機鑄件（轉(zhuǎn)輪體、活門、輪轂等）鑄造工藝研發(fā) 2010.07——2010.11
　  3 水輪機鑄件模具制作 2010.11——2011.02
　  4 水輪機鑄件（轉(zhuǎn)輪體、活門、輪轂等）鑄造生產(chǎn) 2011.2——2011.08
　  5 鑄件檢測、工藝驗證及修改完善 2011.08——2011.10
　  6 水輪機鑄件技術(shù)成果鑒定及轉(zhuǎn)化，小批量試生產(chǎn) 2011.10——2012.04
　  7 項目工作總結(jié)，提請驗收 2012.05——2012.06
　  八、組織措施及實施方案： 
　  1、實施方式
　  為確保各種類型水輪機鑄件研發(fā)的順利開展，經(jīng)公司研究決,在原有水輪機葉片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目上制定了“每年進步，領(lǐng)先一步”的戰(zhàn)略目標，并組建了新的項目組來組織開展日常工作：
　  項目負責人：
　  彭凡 正高級工程師 負責項目日常工作指導(dǎo)，技術(shù)顧問等
　  羅永建 工程師 負責研發(fā)項目日常工作組織管理，資源協(xié)調(diào)等
　  序號 姓 名 職 責 備注
　  1 李永新 負責項目工作對外業(yè)務(wù)交流，外部技術(shù)支持等
　  2 張立文 負責水輪機鑄件技術(shù)質(zhì)量工作，并主持鑄造工藝設(shè)計
　  3 劉力 負責項目日常生產(chǎn)組織管理工作
　  4 馬斌 參與水輪機鑄件鑄造工藝設(shè)計
　  5 付龍 水輪機鑄件鑄造工藝設(shè)計指導(dǎo)
　  6 常明發(fā) 造型工藝文件及作業(yè)指導(dǎo)書編制，培訓(xùn)、現(xiàn)場指導(dǎo)及總結(jié)
　  7 扈廣麒 造型工藝文件及作業(yè)指導(dǎo)書編制，培訓(xùn)、現(xiàn)場指導(dǎo)及總結(jié)
　  8 胡進林 冶煉/澆注工藝文件及作業(yè)指導(dǎo)書編制，培訓(xùn)、現(xiàn)場指導(dǎo)及總結(jié)
　  9 郝亞麗 熱處理工藝文件、專項作業(yè)指導(dǎo)書的編制，培訓(xùn)、現(xiàn)場指導(dǎo)及總結(jié)
　  10 侯玉鵬 焊接工藝技術(shù)文件、專項作業(yè)指導(dǎo)書的編制培訓(xùn)、現(xiàn)場指導(dǎo)及總結(jié)
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