一根500多公斤的鋁棒，從20℃加熱到403℃，要求芯表同步升溫，需要多長(zhǎng)時(shí)間？
至少9個(gè)小時(shí)——這是過(guò)去用電阻爐加熱的時(shí)間；
10分17秒——這是聯(lián)創(chuàng)光電超導(dǎo)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的最新測(cè)試數(shù)據(jù)。
顛覆性的變化，源于自主創(chuàng)新。近日，世界首臺(tái)兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置在黑龍江正式投用。這標(biāo)志著，我國(guó)超導(dǎo)熱加工技術(shù)率先在全球?qū)崿F(xiàn)重大突破。
一定要攻下這個(gè)“山頭”
高溫超導(dǎo)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)大飛機(jī)、懸浮交通、船舶等高端制造行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，由于其獨(dú)特的運(yùn)行溫度（-196℃）和液氮相對(duì)廉價(jià)的優(yōu)勢(shì)，成為各方研究熱點(diǎn)。
早在2012年，中國(guó)科學(xué)院院士、我國(guó)高溫超導(dǎo)研究奠基人之一趙忠賢，就提出了研制兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)磁體感應(yīng)加熱裝置的設(shè)想。
“當(dāng)時(shí)，全球僅德、韓各有一臺(tái)工業(yè)級(jí)超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置，分別為720千瓦和300千瓦，‘兆瓦級(jí)’則是空白。其關(guān)鍵技術(shù)一直被發(fā)達(dá)國(guó)家視為核心秘密，這也導(dǎo)致我國(guó)高性能鋁材嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口。”近日，上海市超導(dǎo)材料及系統(tǒng)工程中心主任洪智勇在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)。
2013年1月，江西聯(lián)創(chuàng)光電科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)聯(lián)創(chuàng)光電）協(xié)同上海超導(dǎo)科技股份有限公司、北京交通大學(xué)等成立聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，由北京交通大學(xué)教授戴少濤擔(dān)任總負(fù)責(zé)人。
為了更好地搞研發(fā)，江西聯(lián)創(chuàng)光電超導(dǎo)應(yīng)用有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)）應(yīng)運(yùn)而生，其股東一個(gè)是江西省電子集團(tuán)，一個(gè)是聯(lián)創(chuàng)光電。
自主研發(fā)“兆瓦級(jí)”有兩大“高墻”需要翻越。“一是產(chǎn)品自主創(chuàng)新程度高，無(wú)同類(lèi)參照標(biāo)準(zhǔn)；二是設(shè)備復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍廣，相當(dāng)于從零開(kāi)始。”戴少濤告訴記者。
“最大的困難是決策。”聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)董事長(zhǎng)伍銳說(shuō)，“趙院士提出研究方向的時(shí)候，董事會(huì)認(rèn)為這類(lèi)高科技設(shè)備的投資失敗的可能性大，對(duì)于到底做不做有過(guò)猶豫。”
作為江西老牌上市公司，聯(lián)創(chuàng)光電嘗到過(guò)科學(xué)和技術(shù)聯(lián)手帶來(lái)的紅利，其產(chǎn)品在神舟飛船和登月車(chē)上均有應(yīng)用。“底氣來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)，志氣來(lái)源于情懷。”伍銳說(shuō)，“最后大家一致決定，一定要攻下這個(gè)‘山頭’！”
攀越技術(shù)壁壘“巨人峰”
在聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)的試驗(yàn)車(chē)間里，隨著紅色按鈕的按下，電機(jī)帶動(dòng)直徑446毫米、長(zhǎng)度1335毫米、重量562公斤的鋁棒高速旋轉(zhuǎn)。
20℃、200℃、400℃……溫度檢測(cè)表里的數(shù)據(jù)持續(xù)上升。18分鐘后，鋁棒溫度達(dá)到設(shè)定的450℃。汗流浹背的伍銳雙拳緊握，激動(dòng)地喊道：“樣機(jī)成了！”那一刻，時(shí)間定格在2019年3月8日。
生產(chǎn)車(chē)間。
一路走來(lái)，六載春秋，團(tuán)隊(duì)“屢敗屢戰(zhàn)”，歷經(jīng)了20多次的自我否定、自我顛覆、自我修正。
時(shí)任聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)總工程師的蔣國(guó)忠告訴記者：“蹚一條自主創(chuàng)新的路并不容易。不僅可參考的文獻(xiàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)很少，而且面對(duì)的還是‘巨人’般的技術(shù)壁壘——大型高溫超導(dǎo)磁體電—磁—熱—力多物理場(chǎng)耦合仿真技術(shù)、大型高溫超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……”
設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。
2015年6月，樣機(jī)的主軸因沒(méi)有克服尖峰扭矩導(dǎo)致斷裂，項(xiàng)目被迫停擺。“當(dāng)時(shí)主軸是進(jìn)口最好的，誰(shuí)也沒(méi)想到這么好的配件都頂不住。”蔣國(guó)忠說(shuō)。
為了突破難點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)決定推倒重來(lái)。“那段時(shí)間挺熬人，吃住都在車(chē)間，回房就癱倒在床上，睡又睡不著，腦子里不停地回想主軸的問(wèn)題。我們花了4個(gè)月重做仿真樣機(jī)、匹配雙電機(jī)，研發(fā)才得以為繼。”蔣國(guó)忠的辦公室就設(shè)在車(chē)間的二樓，推開(kāi)門(mén)就能看見(jiàn)樣機(jī)。
仿真樣機(jī)。
千錘百煉，蒼天不負(fù)。2019年7月1日，在中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)舉行的技術(shù)鑒定會(huì)上，專(zhuān)家一致認(rèn)定：該項(xiàng)目是“國(guó)際上首次研制成功的最大的兆瓦級(jí)超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置”。
戴少濤告訴記者：“設(shè)備的加熱技術(shù)是全球唯一能對(duì)400毫米以上大口徑金屬工件進(jìn)行芯表同步超均勻快速加熱的方法。相對(duì)于國(guó)際上幾百千瓦級(jí)的水平，‘兆瓦級(jí)’好比汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排量從零點(diǎn)幾到了2.0，應(yīng)用空間一下打開(kāi)了。”
整體實(shí)物圖。
披荊斬棘劍指“全球一流”
設(shè)備研制不易，產(chǎn)業(yè)化之路亦滿(mǎn)是荊棘。
“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手復(fù)制和追趕的周期至少需要5年。”蔣國(guó)忠說(shuō)，“這5年我們要做的事有很多。”
該項(xiàng)目?jī)H技術(shù)難點(diǎn)突破取得的專(zhuān)利就有44項(xiàng)，如果產(chǎn)業(yè)化失敗，不僅意味著巨額投資打了水漂，企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)也將受到重挫。在伍銳看來(lái)，“科研攻關(guān)如同賽跑，但只有第一沒(méi)有第二，比的就是誰(shuí)先‘撞線(xiàn)’”。
“這幾年先是牽頭制定高溫超導(dǎo)直流透熱裝置的國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)；然后申請(qǐng)上海能效中心的節(jié)能設(shè)備認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)后，下游企業(yè)可以拿到節(jié)能補(bǔ)貼；另外還需積極尋求央企合作，打開(kāi)市場(chǎng)示范效應(yīng)。”蔣國(guó)忠說(shuō)。
2021年，位于黑龍江省的中鋁集團(tuán)東北輕合金有限責(zé)任公司欲向高端化、智能化、綠色化鋁加工企業(yè)邁進(jìn)，這套遠(yuǎn)在江西的設(shè)備為其解了燃眉之急。
經(jīng)過(guò)一年多的緊張?jiān)嚿a(chǎn)作業(yè)，項(xiàng)目最終得到充分驗(yàn)證：電單耗同比降低53%，僅需原加熱時(shí)間的1/54就可將鋁材加熱至所需溫度，將溫差精準(zhǔn)控制在3℃—5℃范圍之內(nèi)，單臺(tái)設(shè)備每年可節(jié)省數(shù)百萬(wàn)元電費(fèi)。
設(shè)備整體圖。
在今年4月20日的投產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)上，趙忠賢院士充滿(mǎn)期待。他說(shuō)：“我覺(jué)得這是一個(gè)非常好的起點(diǎn)，一個(gè)高新技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，我認(rèn)為這是未來(lái)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展一個(gè)非常重要的方式。”
中鋁高端制造副總裁、東輕黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)王學(xué)書(shū)說(shuō)，高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置的正式投產(chǎn)，在金屬熱加工行業(yè)實(shí)現(xiàn)了顛覆性替代應(yīng)用，將助力我國(guó)更快實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。
一步先，步步先。“雖然設(shè)備是全球首臺(tái)，且價(jià)格不菲，走向市場(chǎng)時(shí)，下游企業(yè)一開(kāi)始有疑慮，但國(guó)標(biāo)的制定、節(jié)能的認(rèn)證以及中鋁的成功試用，給大家吃了顆‘定心丸’。”蔣國(guó)忠說(shuō)。
如今，聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)在手訂單已突破60臺(tái)。超導(dǎo)熱加工技術(shù)這把利劍，牢牢地攥在了國(guó)人手中！
