千斤鋁棒升溫記

魏依晨

一根500多公斤的鋁棒，從20℃加熱到403℃，要求芯表同步升溫，需要多長時間？

至少9個小時——這是過去用電阻爐加熱的時間；

10分17秒——這是聯創光電超導技術團隊的最新測試數據。

顛覆性的變化，源于自主創新。近日，世界首臺兆瓦級高溫超導感應加熱裝置在黑龍江正式投用。這標志著，我國超導熱加工技術率先在全球實現重大突破。

高溫超導技術，是實現大飛機、懸浮交通、船舶等高端制造行業發展的關鍵技術，由于其獨特的運行溫度（-196℃）和液氮相對廉價的優勢，成為各方研究熱點。

早在2012年，中國科學院院士、我國高溫超導研究奠基人之一趙忠賢，就提出了研制兆瓦級高溫超導磁體感應加熱裝置的設想。

“當時，全球僅德、韓各有一臺工業級超導感應加熱裝置，分別為720千瓦和300千瓦，‘兆瓦級則是空白。其關鍵技術一直被發達國家視為核心秘密，這也導致我國高性能鋁材嚴重依賴進口?！苯眨虾Ｊ谐瑢Р牧霞跋到y工程中心主任洪智勇在接受科技日報記者采訪時說。

2013年1月，江西聯創光電科技股份有限公司（以下簡稱“聯創光電”）協同上海超導科技股份有限公司、北京交通大學等成立聯創超導技術團隊，由北京交通大學教授戴少濤擔任總負責人。

為了更好地搞研發，江西聯創光電超導應用有限公司（以下簡稱“聯創超導”）應運而生，其股東一個是江西省電子集團，一個是聯創光電。

自主研發“兆瓦級”有兩大“高墻”需要翻越?！耙皇钱a品自主創新程度高，無同類參照標準；二是設備復雜，標準覆蓋范圍廣，相當于從零開始?！贝魃贊嬖V記者。

“最大的困難是決策?！甭搫摮瑢Ф麻L伍銳說，“趙院士提出研究方向的時候，董事會認為這類高科技設備投資失敗的可能性大，對于到底做不做有過猶豫?！?/p>

作為江西老牌上市公司，聯創光電嘗到過科學和技術聯手帶來的紅利，其產品在神舟飛船和登月車上均有應用?！暗讱鈦碓从诮涷?，志氣來源于情懷。”伍銳說，“最后大家一致決定，一定要攻下這個‘山頭！”在聯創超導的試驗車間里，隨著紅色按鈕的按下，電機帶動直徑446毫米、長度1335毫米、重量562公斤的鋁棒高速旋轉。

20℃、200℃、400℃……溫度檢測表里的數據持續上升。18分鐘后，鋁棒溫度達到設定的450℃。汗流浹背的伍銳雙拳緊握，激動地喊道：“樣機成了！”那一刻，時間定格在2019年3月8日。

一路走來，六載春秋，團隊“屢敗屢戰”，歷經了20多次的自我否定、自我顛覆、自我修正。

時任聯創超導總工程師的蔣國忠告訴記者：“蹚一條自主創新的路并不容易。不僅可參考的文獻、試驗數據很少，而且面對的還是‘巨人般的技術壁壘——大型高溫超導磁體電—磁—熱—力多物理場耦合仿真技術、大型高溫超導磁體結構設計……”

2015年6月，樣機的主軸因沒有克服尖峰扭矩導致斷裂，項目被迫停擺?！爱敃r主軸是進口最好的，誰也沒想到這么好的配件都頂不住?！笔Y國忠說。

為了突破難點，團隊決定推倒重來。“那段時間挺熬人，吃住都在車間，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題。我們花了4個月重做仿真樣機、匹配雙電機，研發才得以為繼?！笔Y國忠的辦公室就設在車間的二樓，推開門就能看見樣機。

千錘百煉，蒼天不負。2019年7月1日，在中國有色金屬工業協會舉行的技術鑒定會上，專家一致認定：該項目是“國際上首次研制成功的最大的兆瓦級超導感應加熱裝置”。

戴少濤告訴記者：“設備的加熱技術是全球唯一能對400毫米以上大口徑金屬工件進行芯表同步超均勻快速加熱的方法。相對于國際上幾百千瓦級的水平，‘兆瓦級好比汽車發動機排量從零點幾到了2.0，應用空間一下打開了。”

設備研制不易，產業化之路亦滿是荊棘?！案偁帉κ謴椭坪妥汾s的周期至少需要5年?！笔Y國忠說，“這5年我們要做的事有很多。”

該項目僅技術難點突破取得的專利就有44項，如果產業化失敗，不僅意味著巨額投資打了水漂，企業轉型升級也將受到重挫。在伍銳看來，“科研攻關如同賽跑，但只有第一沒有第二，比的就是誰先‘撞線”。

“這幾年先是牽頭制定高溫超導直流透熱裝置的國家推薦性標準；然后申請上海能效中心的節能設備認證，認證通過后，下游企業可以拿到節能補貼；另外還需積極尋求央企合作，打開市場示范效應。”蔣國忠說。

2021年，位于黑龍江省的中鋁集團東北輕合金有限責任公司欲向高端化、智能化、綠色化鋁加工企業邁進，這套遠在江西的設備為其解了燃眉之急。

經過一年多的緊張試生產作業，項目最終得到充分驗證：電單耗同比降低53%，僅需原加熱時間的1/54就可將鋁材加熱至所需溫度，將溫差精準控制在3℃～5℃范圍之內，單臺設備每年可節省數百萬元電費。

在今年4月20日的投產現場上，趙忠賢院士充滿期待。他說：“我覺得這是一個非常好的起點，一個高新技術和傳統產業的結合，我認為這是未來傳統產業發展一個非常重要的方式?！?/p>

中鋁高端制造副總裁，東輕黨委書記、董事長王學書說，高溫超導感應加熱裝置的正式投產，在金屬熱加工行業實現了顛覆性替代應用，將助力我國更快實現“雙碳”目標。

一步先，步步先。“雖然設備是全球首臺，且價格不菲，走向市場時，下游企業一開始有疑慮，但國標的制定、節能的認證以及中鋁的成功試用，給大家吃了顆‘定心丸。”蔣國忠說。

如今，聯創超導在手訂單已突破60臺。超導熱加工技術這把利劍，牢牢地攥在了國人手中！

◎ 來源|科技日報