《国家工业节能技术应用指南与案例%282022年版%29》之五：机械行业节能提效技术 (1).pdf

深度2023年第2期总第129期3深度 本刊特稿In-Depth Feature部委发布Official Announcement In-Depth4是实现高精度、高效率再制造的前提条件之一。现有的激光增材商用粉末大多沿用传统的热喷涂粉末，这种传统的修复用粉与基体间的成分、热物性差异大，形性调控存在一定的难度，难以匹配航空装备的服役性能需求。为了满足航空装备领域激光再制造的要求，可以对粉末进行高匹配应力适应多元合金设计，例如通过纳米改性元素掺杂、第二相诱导前驱体以及稀土元素性能调控等手段获得高匹配应力适应多元合金。此外，粉末设计与开发也需充分考虑粉末性能，特别是对材料的机械性能、耐高温性能、耐磨损性能等的要求，以适应不同热源增材再制造工艺的需求。3.2 再制造零件疲劳性能一致性调控表面质量、表面残余应力、加工硬化和晶粒细化是决定航空再制造零件疲劳性能的重要因素。增材再制造制造出的零件通常具有一定的微观缺陷，这些缺陷会导致航空再制造零件的疲劳性能变差且各向异性。此外，高能束再制造过程难以避免残余拉应力的形成，而拉应力导致裂纹萌生的周期更短，疲劳裂纹的扩展速率更快。为了实现再制造零件疲劳性能的一致性调控，一方面需控制再制造复杂零件的表面粗糙度，通过精细的表面处理可以提高再制造零件的疲劳性能；另一方面，需对工艺缺陷进行自适应调控，通过控制增材再制造加工参数减少内部缺陷，从而提高航空再制造零件的疲劳强度和寿命。3.3 增材再制造形性协同调控技术作为发展最迅速最突出的修复/恢复破损部件的技术之一，增材再制造因其热输入小、精度高、熔深小、成形质量高等优势正被快速地应用于航空零部件再制造中。但随着航空装备制造业对关键零部件的精度与性能要求日渐提高，增材再制造产品表面质量较差并可能存在尺寸缺陷的弊端日益凸显。为了能够对激光增材再制造过程中的形性指标进行调控，对再制造过的材料与基材的表/界面行为及其内部治金缺陷形成机理和控制方法的研究是很有必要的。3.4 再制造零件考核与验证标准由于航空零部件的服役环境复杂，仅使用标准力学性能试验很难建立准确的寿命预测模型。因此，对于再制造航空零部件，一般采用“积木式”方法对材料服役性能进行评价，但该方法验证周期长、经济成本高，这与增材再制造开发周期短，迭代频次快的优势相冲突。因此，通过自主研发，建立一套完整的航空装备再制造技术标准体系，建立相关材料规范、工艺标准、检测方法、产品技术标准，是当前政府、研究机构与各增材装备研发公司共同努力的方向。4 航空装备再制造发展趋势4.1 多能场复合再制造技术航空装备的再制造修复通常面临热机械应力不平衡，局部翘曲变形，异质材料性能匹配度低等难题。通过在再制造过程中引入附加能场，例如电磁场，声场以及温度场等，可以有效细化晶粒，减小应力集中，提高界面结合性能，从而保证再制造修复质量。但是在引入附加能场的过程中，亟待探究多能场对再制造修复过程中的熔池凝固对流、传热与传质的影响机制；研究附加能场带来的晶粒尺寸微观细化规律；厘清附加能场诱导的移动熔池冶金动力学特性以及凝固方式；最终需要建立附加能场对于航空装备再制造修复质量的量化关系，从而实现针对航空装备再制造过程的多能场复合精准调控。4.2 现场增减材复合加工技术由于航空装备的复杂应用场景，如何实现相关零部件的现场增减材复合加工是未来再制造领域的关键问题。考虑工作环境和修复对象的多约束特性，以及再制造材料与待修复件的匹配关系，现场增减材复合加工技术在未来需要克服以下五点难题：（1）从设计角度实现现场多约束条件下的再制造零件反演设计与评估；（2）从增减材一体化角度实现缺损零件高适应性的模型快速重构与路径规划；（3）从材料角度实现增减材复合加工的高性能合金集约化设计与制备；（4）从工艺角度实现现场增减材复合加工的形性协同调控与装备集成设计；（5）从质量控制角度完成针对现场增减材再制造技术与装备的质量验证与考核，保证复杂服役条件下的航空装备修复效果。5 结 语航空装备的增材再制造技术作为一种保障军用航空装备有效保有量与持续作战能力的关键技术，极具潜力及前沿性。随着高能束增材再制造工艺与装备技术的不断突破以及航空装备再制造技术行业标准体系的不断完善，航空装备再制造技术必将在助力军民产业融合和制造业的绿色转型升级上得到不断创新和高速发展，前景可待，未来可期。中华人民共和国工业和信息化部铸造、锻造、热处理是机械工业制造过程的主要用能环节，一体化压铸成形、无模铸造、超高强钢热成形、精密冷锻、异质材料焊接、轻质高强合金轻量化、激光热处理等技术是机械行业节能技术的发展方向。（一）无油螺杆水蒸气增压技术，依靠一对相互啮合螺旋转子完成压缩机吸汽、压缩及排汽过程，实现湿压缩，向压缩过程基元内喷入冷却水，对蒸汽进行冷却，喷入水与压缩蒸汽进行显热及蒸发潜热换热，对压缩蒸汽进行冷却，降低排汽温度，提高绝热效率；未蒸发液体水能有效密封双螺杆压缩机泄漏通道，减少压缩蒸汽泄漏，提高容积效率。技术提供单位为冰轮环境技术股份有限公司。该项目为研发类技术，暂无推广案例。（二）低排放柔和燃烧技术，采用柔和燃烧核心技术，高温烟气内部回流，提高入口空气温度到自燃温度以上，降低入口空气氧含量，反应温升降到自燃温度以下，燃烧场营造“高温低氧”反应条件，反应区分散，温度分布均匀。技术提供单位为山东同智创新能源科技股份有限公司。在新疆哈密广汇荒煤气综合利用年产40万吨乙二醇项目中，采用柔和燃烧技术进行节能改造，设备整体效率提高4.3%，节约标准煤1302吨/年，减排CO 3609.8吨/年。2（三）脉冲燃气吹灰装置，将可燃气和空气按一定比例配成混合气充入脉冲罐内，点燃瞬间产生压能激增，罐出口定向喷嘴将压能突然释放产生冲击波、伴随声波及高温高速气流，冲击波及伴随声波具有折射、反射和绕射等特性，可从各方向对锅炉受热面上的积灰击打振疏，使其碎裂剥离，经高速气流冲刷清扫后随锅炉烟气带走。技术提供单位为哈尔滨现代吹灰技术有限公司。在中天合创能源有限责任公司化工分公司热电装置1#6#锅炉脉冲燃气吹灰项目中，每台炉安装XD-2000脉冲燃气吹灰装置1套，提升锅炉热效率约0.9%，节约标准煤3.5万吨/年，减排CO 29.7万吨/年。（四）无机矿物质全绝缘浇注母线产品节能技术，采用90%无机矿物质与树脂混合材料，对导体实施（绝缘、防护）全浇注封闭固化成型，无金属外壳，电抗低，导热率高，延展性与导体相近，热传导效率高，温升与热电阻低。技术提供单位为江苏巴斯威节能科技有限公司。在茂名石化化工电气更新火山岩浇注母线改造项目中，采用无机矿物质全绝缘浇注母线产品对11条问题线路进行全面升级改造，节约标准煤207.5吨/年，减排CO 575.3吨/年。2（五）配电网用节能环保型铝合金电力金具，采用碳纳米管作为纳米增强相，开发适用于暴露复杂环境下和长期户外工作高强度铝合金电力金具，表面无需热镀锌防护，减少线路中金具引起电能损失。技术提供单位为国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司。在国网山西省电力公司低压线路及配变台区新建2工程项目中，采用JKLYJ-10kV-1240 mm 导线和ZRA-YJV22-8.7/15kV-3300导线改造线路，新装柱上自动化成套装置2套，节约标准煤62吨/年，减排国家工业节能技术应用指南与案例（2022年版）之五：机械行业节能提效技术深度2023年第2期总第129期5深度 部委发布In-Depth Official Announcement特约专栏Column In-Depth6CO 171.9吨/年。2（六）2160MPa级超高强度钢丝用线材在线盐浴热处理装备及工艺，通过加热系统将储盐盐槽熔盐加热到热处理所需温度，高温轧制线材通过旋转辊道进入工作盐槽，900 高温线材进入熔盐后迅速降温至工作熔盐温度，经过一定时间热处理后，线材完成索氏体转变，最后离开工作盐槽，进入到常温辊道输送，进行自然冷却。技术提供单位为中国重型机械研究院有限公司。在青岛特殊钢铁有限公司产品四高线在线盐浴改造项目中，对原有的线材风冷线进行改造，移除风冷线，安装移动台车，在台车上安装风冷线风机辊道和在线盐浴设备，节约标准煤1.6万吨/年，减排CO 4.4万吨/年。2（七）工业加热炉炉内强化热辐射节能技术，炉内强化热辐射节能技术适用于高温加热炉及热处理炉，增大炉壁对工件有效辐射面积，提高并均匀化炉壁黑度，从而提高炉膛向工件传热导来辐射系数。技术提供单位为北京恩吉赛威节能科技有限公司。在邯钢集团热轧卷板2250线4座加热炉节能改造项目中，将一定数量高辐射系数（0.95以上）的黑体元件安装在轧钢加热炉内炉顶和侧墙，节约标准煤2.5万吨/年，减排CO 6.9万吨/年。2（八）新型智能轨道电动机车技术，机车采用电池组作为动力源，驱动电机采用直接驱动技术，无需齿轮箱，减少传动损耗，提高系统可靠性，降低维护成本。技术提供单位为国网江苏综合能源服务有限公司。在南钢新型充电式智能轨道机车项目中，对GK1E型内燃机车进行柴油机及液力传动装置拆除，安装整车控制器、电池系统、主驱动器、永磁电机，节约标准煤133吨/年，减排CO 368.7吨/年。2（九）自卸车全电驱动技术，通过大功率快充快放锂电池替代传统柴油发动机组和发电机作为动力源，结合车辆管理系统和电池能量管理系统，在车辆进行电制动时，将交流牵引电机产生的电能对动力电池进行充电，提升车辆续航能力。技术提供单位为湘电重型装备有限公司。在国家电投内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司纯电改造项目中，对一台传统燃油电动轮自卸车进行全电驱动技术改造，节约标准煤198.6吨/年，减排CO 550.5吨/年。2（节能与综合利用司）0 前 言2023年2月22日晚，中央电视台新闻联播播出一则关于中共中央政治局集体学习加强基础研究的新闻。这则头条新闻对一直关注基础理论创新的科研工作者们而言，无疑是一条重磅消息，具体内容如下：“中共中央政治局2023年2月21日下午就加强基础研究进行第三次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调，加强基础研究，是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路。各级党委和政府要把加强基础研究纳入科技工作重要日程，加强统筹协调，加大政策支持，推动基础研究实现高质量发展。当前，新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，学科交叉融合不断发展，科学研究方式发生深刻变革，科学技术和经济社会发展加速渗透融合，基础研究转化周期明显缩短，国际科技竞争向基础前沿前移。应对国际科技竞争、实现高水平自立自强，推动构建新发展格局、实现高质量发展，迫切需要我们加强基础研究，从源头和底层解决关键技术问题。”刘仁志刘仁志，教授级高级工程师，武汉风帆电化科技股份有限公司首席技术顾问。中国计量大学材料与化学学院兼职教授。中国表面工程协会电子电镀专业委员会副主任委员、电镀分会技术委员会委员、中国电子学会电镀专家委员会常务委员、武汉材料保护杂志编委、天津电镀与精饰杂志编委、中表协中国电镀杂志编委。自1980年起在国内外表面处理专业杂志发表技术论文100多篇，出版专著20余部。参加和主持过多项电镀工艺的开发和应用推广工作。申请并获得了20多项涉及多个专业的中国专利。系本行业著名的表面处理技术专家。关于基础理论创新的思考节能与综合利用司：组织召开新能源汽车动力电池回收利用座谈会做好新能源汽车动力电池回收利用，对于提高资源保障能力、支撑新能源汽车产业健康发展具有重要意义。2023年4月23日，工信部节能与综合利用司在浙江衢州组织召开了新能源汽车动力电池回收利用座谈会，部分省工信部门、电池和新能源汽车生产企业、综合利用骨干企业，以及研究机构等参加会议。与会同志围绕新能源汽车动力蓄电池回收利用管理办法，以及欧盟电池与废电池法对产业可能造成的影响等进行了讨论。下一步，节能司将抓紧制定回收利用管理办法，细化各方责任要求；加大综合利用先进技术推广力度，以技术创新带动产业升级；宣传推广典型经验做法，培育壮大骨干企业，提高动力电池回收利用水平。（节能与综合利用司）