中國粉末冶金熱工裝備剖析

翟 煒

（寶武馬鋼股份公司，安徽 馬鞍山243000）

1 粉末冶金熱工裝備測定

粉末冶金是一系列粉末形成、焙燒的多重工藝技術(shù)。燒結(jié)后的產(chǎn)品可直接使用，但用于一些高性能的產(chǎn)品，則需要進(jìn)一步燃燒。燒結(jié)后增加燒結(jié)產(chǎn)品性能，一般的主要工藝包括：浸漬、密封、復(fù)合焙燒熱處理，蒸汽和表面處理等等。因此，所謂粉末冶金熱工設(shè)備，雖然GB/T 3500—2008沒有明確的定義，但提交人承認(rèn)粉末冶金熱工用于粉末冶金熱工學(xué)煅燒，還原，炭化，燒結(jié)加熱、冷卻或各種過程。輔助操作設(shè)備經(jīng)過多年的發(fā)展成品品種分類越來越豐富，包括旋轉(zhuǎn)、流動、復(fù)合動態(tài)煅燒爐等煅燒設(shè)備，棒式爐等還原裝置；帶狀柵極、無自動拖曳、真空碳化硅爐管式、網(wǎng)狀、真空多功能燒結(jié)爐等燒結(jié)裝置，以及燒結(jié)后處理裝置。

2 國產(chǎn)粉末冶金熱工設(shè)備現(xiàn)狀

根據(jù)主管部門的資料，我國的硬質(zhì)合金生產(chǎn)稀土材料幾乎占全球產(chǎn)量的50%。90%的原材料，80%的人造金剛石粉，鐵粉超過1/3，所有這些都是描述我國是世界上最大的粉末冶金生產(chǎn)國。國家發(fā)展國內(nèi)粉末冶金電力工業(yè)也在迅速發(fā)展。技術(shù)全球化的新格局，粉末冶金在國家下部有大量的熱工設(shè)備提高，整體技術(shù)可以滿足國內(nèi)冶金粉末工業(yè)的基本要求，走向國際先進(jìn)水平。然而，與發(fā)達(dá)國家相比有很大的差異。

2.1 綜合技術(shù)差

粉末冶金一般工藝落后，更新緩慢，生產(chǎn)技術(shù)落后，高粉末熱工設(shè)備不到30%，而來自發(fā)達(dá)國家的設(shè)備數(shù)目超過80%。關(guān)鍵的國內(nèi)粉末冶金熱工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，特別是在總體結(jié)構(gòu)中節(jié)能爐料，溫度場、氣流場分布模擬，大氣控制設(shè)備故障儲備面積與國外同類產(chǎn)品相比幾乎增加了20%，商品產(chǎn)能指標(biāo)為發(fā)達(dá)國家的一半，能源的消耗卻是兩倍。智力管理實(shí)踐落后，發(fā)達(dá)國家新一代知識數(shù)字化粉末冶金工業(yè)的熱工設(shè)備采用精密的智力控制技術(shù)，生產(chǎn)過程的自動動態(tài)調(diào)節(jié)以及進(jìn)行無人操作的生產(chǎn)等等，這也是未來的粉末發(fā)展冶金熱工趨勢。相反，在國內(nèi)，設(shè)備仍然是人工安裝的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)出計(jì)量，而不是最終產(chǎn)出計(jì)量只按工藝參數(shù)檢測目標(biāo)，因此產(chǎn)品質(zhì)量有很大的變化，出現(xiàn)反復(fù)誤差。設(shè)備生產(chǎn)的信息量小，外國粉末冶金生產(chǎn)企業(yè)擁有模擬資源規(guī)劃系統(tǒng)。目前，如統(tǒng)一的企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM），信息技術(shù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和管理發(fā)展周期短，成功率高，生產(chǎn)成本低，還擁有快速響應(yīng)的售后服務(wù)；而我們國家的工業(yè)尚未形成設(shè)計(jì)和開發(fā)體系，需要依靠仿真，各種輔助軟件設(shè)計(jì)匱乏，標(biāo)準(zhǔn)化的管理系統(tǒng)分散，沒有完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫[1]。

2.2 粉末冶金熱工設(shè)備工業(yè)化水平大斷裂

外國機(jī)械制造企業(yè)采取的人工智能機(jī)器人與快速自動控制技術(shù)，也因此導(dǎo)致其總的國外生產(chǎn)水平較高。視線移回國內(nèi)，更多的是手工操作，用于檢查的設(shè)備較為落后，設(shè)備的工業(yè)化水平很低。

2.3 粉末冶金熱工設(shè)備缺乏創(chuàng)新能力

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國對粉末冶金的專利權(quán)，每年提出的申請超過1 200份，顯現(xiàn)工業(yè)在蓬勃發(fā)展，從質(zhì)量上講，國內(nèi)機(jī)構(gòu)并沒有比跨國公司更有競爭力，通常是通過簡單的技術(shù)變化進(jìn)行適用的模仿。內(nèi)部粉末冶金熱工設(shè)備在知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域客觀反映我們獨(dú)立創(chuàng)新能力的問題，我們必須立即加強(qiáng)。

3 我方粉末冶金熱工裝備趨勢

設(shè)備功率增大，裝備尺寸達(dá)到高性能，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化的最直接途徑?，F(xiàn)在世界上最大和最先進(jìn)的粉末冶金工業(yè)中，幾乎所有的生產(chǎn)技術(shù)都集中在西方發(fā)達(dá)國家。眾所周知，我國擁有成批的大鋼條磨粉還原爐，其整塊設(shè)備年產(chǎn)量最大共計(jì)7 000 t。因此，從國外引進(jìn)最先進(jìn)的設(shè)備同時(shí)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)消化，吸收，再現(xiàn)，增強(qiáng)獨(dú)立性新的和綜合的能力是必要的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定培訓(xùn)可能具有很大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。不斷安裝優(yōu)化工藝參數(shù)裝備效率，應(yīng)對設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模方面的困難[2]。

3.1 控制工具智能化

在現(xiàn)代背景下，傳統(tǒng)的粉末冶金已經(jīng)不適應(yīng)了。粉末冶金質(zhì)量關(guān)鍵取決于粉末冶金。冶金業(yè)有沒有控制手段，特別是調(diào)節(jié)精度轉(zhuǎn)換，過程轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，增加使用的可靠性和控制點(diǎn)。近年來，新的一代例如激光激發(fā)的光譜分析在線檢測粉末成分，X射線衍射分析基于圖像處理技術(shù)的性質(zhì)和均勻性，能夠進(jìn)行在線的質(zhì)量控制，對于粉末冶金熱技術(shù)的設(shè)備附件。這種技術(shù)在國內(nèi)仍然是停留在科學(xué)實(shí)驗(yàn)階段，不適用于實(shí)際的生產(chǎn)進(jìn)行。因此，如何創(chuàng)建一個(gè)一體化的生產(chǎn)創(chuàng)新系統(tǒng)，擴(kuò)大此技術(shù)的推廣范圍是生產(chǎn)粉末冶金的研究主題。進(jìn)行粉末冶金的過程變換和數(shù)字設(shè)計(jì)，主要用于所有的操作動態(tài)、靜態(tài)問題分析，變形機(jī)械、相位變換器邏輯與電介質(zhì)，以及研究機(jī)械尺寸，朝著多用途的方向發(fā)展。使用數(shù)字仿真與虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化參數(shù)，進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)和新設(shè)備開發(fā)?，F(xiàn)行階段，西方發(fā)達(dá)國家在航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵粉末冶金的研制采用數(shù)字形式進(jìn)行，我們在這一領(lǐng)域的研究落后于國外的發(fā)展。指定任務(wù)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信技術(shù)和傳感器信號處理技術(shù)不斷完善，互聯(lián)網(wǎng)以及內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)，微型智能型傳感器，激光和遠(yuǎn)紅外測量法技術(shù)和其他新技術(shù)，以上這些技術(shù)設(shè)備都可用于監(jiān)測設(shè)備的狀況，進(jìn)行設(shè)備的檢查測量，大大豐富了設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測。其他的外部非線性信號處理法和多態(tài)性故障趨勢預(yù)測方法，能夠提高設(shè)備故障診斷的斷開精確度，有效保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。研制現(xiàn)代粉末冶金，應(yīng)在金屬和熱技術(shù)的改造為發(fā)展方向，調(diào)整控制機(jī)，實(shí)現(xiàn)過程控制的智能化；靈活地進(jìn)行集中控制，提高爐氣穩(wěn)定性，確保產(chǎn)品的整體一致性；使用IPC控制溫度，控制氣氛的運(yùn)行控制，提高設(shè)備的智力水平進(jìn)行智能化的改造；使用統(tǒng)計(jì)過程的（SPC）管理方法，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)字控制，以及進(jìn)行傳感器及微型裝置的使用數(shù)檢驗(yàn)[3]。

3.2 設(shè)計(jì)信息化

裝備“信息化”發(fā)展，這一部分被稱為生產(chǎn)技術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合。根據(jù)研究和分析結(jié)果，國內(nèi)粉末冶金設(shè)備信息化水平達(dá)到層次結(jié)構(gòu)發(fā)展的新階段。未來粉末冶金熱工業(yè)設(shè)備信息化的趨勢必然建立在網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字和虛擬生產(chǎn)方向的發(fā)展基礎(chǔ)之上?，F(xiàn)代信息化設(shè)計(jì)，粉末冶金理論，優(yōu)化和適應(yīng)新一代熱工設(shè)備綜合信息中心粉末冶金熱工設(shè)施設(shè)備的全部信息，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)中心，改進(jìn)數(shù)字生產(chǎn)，提高進(jìn)行高水平的設(shè)計(jì)和一體化的生產(chǎn)，融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，云技術(shù)的計(jì)算算法，大數(shù)據(jù)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等。使用信息技術(shù)實(shí)施研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)化，進(jìn)行數(shù)字和智能控制。使用ERP和EAM系統(tǒng)，通過信息系統(tǒng)建設(shè)保障設(shè)備的安全運(yùn)輸，實(shí)時(shí)控制設(shè)備的運(yùn)動，提升控制到一般水平；使用基于寬帶的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和視頻設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障自動診斷，批量管理監(jiān)控設(shè)備故障，使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)、遙控和服務(wù)支持技術(shù)，為客戶提供快速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，根據(jù)客戶產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)督，提供技術(shù)援助的工藝服務(wù)規(guī)格支持，為客戶提供粉末冶金設(shè)備生產(chǎn)和管理系統(tǒng)技術(shù)維護(hù)方案。

3.3 綠色發(fā)展

提高中國粉末冶金熱工設(shè)備競賽，在工藝設(shè)計(jì)、能源效率的必要性和尾氣的節(jié)能環(huán)保處理，及其他節(jié)能產(chǎn)品加工，促進(jìn)“低排放量”的設(shè)備技術(shù)實(shí)施，提出基于無害環(huán)境的產(chǎn)品制作概念。

3.4 設(shè)備功能整合

將多通道粉末冶金工藝納入一個(gè)集成化裝置設(shè)備，這種多功能的集成能夠有效減少操作，對于再加熱，冷卻過程，減少能源消耗的節(jié)能效果是顯而易見的。高效節(jié)能網(wǎng)帶式除油、燒結(jié)、淬火等高效節(jié)能的網(wǎng)帶式多功能爐，將迅速脫脂、高溫?zé)Y(jié)及高溫爐設(shè)備的多功能快速冷卻過程集成實(shí)現(xiàn)一體化。