近日,东北大学机械工程与自动化学院黄须强、吕朝阳科研团队,在有色金属高端管材制备及应用领域取得重大突破,成功研制出全球最大尺寸的一体近净成型高性能铜管,并为多个行业带来了革命性进步。
一直以来,如何使铜同时具备高强、高导性能是世界性难题,尤其是制作大尺寸高强高导铜管难度更大。该科研团队经过十多年对高性能铜管的研制和应用,通过铜的强化机理及成型工艺,成功研制出长度达7.5m、直径2.4m、厚50mm,当今世界上尺寸最大、性能最优的一体成型高性能铜管,并成功应用于国内外(中国一重、二重、意大利GIVA集团)百吨级电渣炉高性能结晶器制作。
自2008年起,黄须强、吕朝阳科研团队以高性能铜管制备为研究方向,从材料强化机理和成型工艺着手,对高性能铜管材料、强化及成型工艺进行系统研究,并用于熔炼结晶器制作。2013年,团队实现卷焊铜管焊缝质量达到射线》,该铜焊接技术长期处在世界领头羊;2018年。团队成功研制出直径2.2m,长度6m,厚50mm尺寸的卷焊高性能铜管,并为中国二重成功制作世界首台套150T电渣炉卷焊高性能铜管结晶器,实现大尺寸铜管焊缝质量达到射线年起,为满足市场需求,团队开始研制无缝高性能铜管材料与成型技术。2023年,团队实现直径2.4m,长度7.5m,壁厚5cm以下的净近一体成型,并于近日成功应用于国内外百吨级电渣炉结晶器制造。目前,该团队能制备满足市场需求的任意尺寸一体成型高性能铜管。
据了解,直径超过200mm的铜管目前主要使用在于钢厂连铸结晶器、电渣炉结晶器、自耗炉结晶器、凝壳炉结晶器、EB炉结晶器、单晶硅熔炼结晶器。由于铜管强度低,结晶器常规使用的寿命短,致使材料熔炼成本和市场行情报价提高。该团队研究的高性能铜管陆续在沈阳和泰冶金设备有限公司(东北大学试验基地)生产的熔炼结晶器上使用,使结晶器常规使用的寿命提高3~5倍,降低材料熔炼成本、提高了熔炼效率和熔炼质量,每年可为国内熔炼行业节约结晶器制作费用数亿元。以熔炼15T钛锭真空自耗炉结晶器(铜管直径1040mm,长度4500mm,厚30mm)为例,目前国内使用传统铜管制作的结晶器使用在100炉次左右就会发生明显变形,有必要进行维修,而使用该团队研制的高性能铜管,一次常规使用的寿命高于500炉次。
此外,这种铜管凭借其优异性能和大尺寸特征,在多个领域存在广泛应用前景。在船舶制造中,其高强度和高导电性使其成为制造核心部件的理想材料;在低温物理研究中,其出色的低温性能和高导电性为科学研究提供了可靠支持;在暗物质探索等前沿科学领域,大尺寸铜管同样具备极其重大应用价值。
同时,该团队还深入研究变形铜管再制造技术,成功研制出世界上最先进的铜管修复技术。使用该技术修复变形的结晶器,常规使用的寿命不低于原常规使用的寿命,还大幅度的提升了结晶器全寿命周期,为结晶器绿色制造作出了重大贡献。目前,通过此技术生产的高性能结晶器已出口德国、法国、意大利、俄罗斯、印度、韩国、日本等国家;生产的电渣炉结晶器(135T)已被全球最大的锻造企业GIVA采购,这标志着我国高端管材(铜管)的制备技术获得业界同仁的高度认可。
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