為祖國擔當——記中國工程院院士、中南大學教授桂衛華

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桂衛華，我國著名的有色金屬工業自動化專家，現為中國工程院院士，中南大學博士生導師。自1978年進入中南大學，桂衛華忙碌的腳步就從未停過。“我們要加快建設制造強國，加快發展先進制造業，而一些發達國家又處處卡我們的脖子，我怎么停得下來？”桂衛華這樣解釋自己的忙碌。他說，他的夢想是將中國建設成世界科技強國。

從工人到院士，從青絲到白發，桂衛華懷抱著科研許國的初心，懷抱著為祖國擔當的使命，以大國需求為己任，以民族振興為偉業，奮戰在科研創新的最前線，攻堅克難，教書育人，一如他的名字所示：摘桂冠，衛中華！

啃下一塊塊“硬骨頭”

桂衛華，名字聽起來很豪邁、大氣，但他的身形卻很清瘦，身體也不是太好，“體檢時，很多指標都在高限值”。

清瘦的桂衛華，竟鐵齒銅牙，在幾十年里率領團隊，啃下了一塊塊“硬骨頭”。

桂衛華的研究領域主要是有色冶金自動化。

提起自動化，人們往往容易想到生活中的場景。自動門、自動擋車、遙控器、智能手機……很簡單嘛，哪是什么“硬骨頭”？有色冶金領域里的自動化，跟人們想象的可完全不是一回事，不然，桂衛華也不可能成為我國自動化領域里的院士，而此前，這一領域的院士評選沉寂了10年！

難在哪？

在中南大學自動化學院，桂衛華給記者進行了這樣一場“科普”——“簡單地說，就是在工業生產中，如何使設備實現自動化，減少人為操作帶來的質量不穩定、效率不高等問題，讓生產過程最大限度地節約能源、降低能耗，最終實現綠色、高效生產。”

記者聽了還是一頭霧水。

桂衛華進一步做了解釋，加上認真閱讀他近年的相關講座和報告文稿，特別是2017年在國家自然科學基金委雙清論壇上的報告《有色金屬生產流程智能的若干問題思考——人工智能助力制造業升級》，我們終于明白，桂衛華和他的團隊所做的，是關系到我國能否實現制造強國的大事。

有色金屬工業是制造業的基礎產業之一，我國是有色金屬工業大國。改革開放以來，經過幾十年的努力，其產量和消費量連續16年居世界第一，但能耗、污染也相當驚人：能耗占全國制造業總能耗的7.67%，廢氣排放量占全國總排放量的5.94%，廢水排放量占全國總排放量的4.27%，一般固體廢棄物排放量占全國總排放量的16.62%，危險固體廢棄物排放量占全國總排放量的21.55%……與發達工業國家相比，我國在能耗利用、環境污染和礦物回收率等方面都存在較大的差距。造成這種問題的主要原因之一就是我國有色冶金自動化的水平低。

作為自動化專業的學者，桂衛華深感責任重大。“一定要用我國自身科技力量來提升有色冶金自動化技術水平。”他的“國家擔當”使命感油然而生。

30多年后，他在給00后大學生上黨課時，闡釋了他的“個人擔當”和“國家擔當”，他說：“只有我們每個人認真做好每一件小事，才能完成中華民族偉大復興的夢想。”

桂衛華的“小事”，要真正做好簡直比登天還難。

為什么這么說？

有色金屬的冶煉及加工，多在高溫、高壓、密閉的冶金爐窯中進行。例如，當年“西南鋁”生產大型高強度鋁合金構件的淬火爐，設備是“國寶”級，在國務院還有備案，操作工人都是精選的。

20世紀90年代，“西南鋁”承接了大型高強度鋁合金構件的生產任務。但由于其形狀復雜、成型精度要求高、變形力大、熱處理難，加之構件制備裝備的自動化技術跟不上，產品質量一直過不了關。

桂衛華和同事們臨危受命，一頭扎進了位于重慶的西南鋁業集團。

“國寶”級的淬火爐里，一個小原件總是壞，導致淬火溫差無法把控，產品質量上不去……一大堆難題讓桂衛華和他的同事們痛苦不已。現場一次次的調研、測量、實驗，一次次失敗，又一次次重來，然而勝利女神總是若隱若現，好像看見了，伸手一抓又撲了空。

桂衛華壓力極大，整晚整晚睡不著。正是這個時候，1995年12月，妹妹打電話來了：父親胃癌晚期，可能不行了。當時正是攻堅克難的關鍵時刻，桂衛華哪里走得開？“等等，等忙過這一陣。”他對妹妹說，仍然出發去重慶。那時通信不發達，等忙完手頭的事，父親已經走了。“我沒想到這么快。”多年后，桂衛華回憶起父親的去世，還是很難過和不安，身為長子的他沒能送父親最后一程。

終于，淬火爐上的小原件穩定了，但產品質量問題卻沒解決，特別是其質量的穩定性。而要解決這一問題，把鋁合金構件送到爐內進行淬火時，就務必將爐內溫差控制在3 ℃以內，否則，鋁合金材料要不“燒死”，要不“結合”不好。然而，淬火爐是個龐然大物，地上30米，地下也有30米。試想一下，一間小居室，即便空調正常運轉，也很難保證每一個角落都均衡控溫，更何況是足足有幾十層樓那么高、全封閉的淬火爐？

也不知熬過了多少個不眠之夜，桂衛華和他的同事們終于成功研制出萬噸模鍛水壓機和大型立式淬火爐智能控制方法，身形龐大、全封閉的淬火爐硬是乖乖“聽話”了。“升溫的曲線、精度、溫度，都比他們要求的好。”他說，這項技術使我國大型航空航天構件制備自動化技術水平躋身世界先進行列，為相關企業成為波音公司的供應商提供了支撐技術，按當時的價格算，每年的經濟效益就達2980萬元，這項成果獲得2007年度國家科技進步二等獎。

項目前后做了14年。

像這樣為了國家的重大需求，動輒耗時幾年甚至十幾年的科研項目；像這樣的“硬骨頭”，過去幾十年，桂衛華“啃”得太多太多了。

我國最大的鋅冶煉企業——株洲冶煉集團，年銷售收入30多億元，但每年生產所用電費也超過1億元。桂衛華和他的團隊又是一頭扎進這個企業，用12年的時間，研制出分時供電的調度技術，以及與其配套的電解沉積過程電流密度、電解液溫度及酸鋅濃度的智能控制技術和鋅電解生產工藝條件優化及電解液制備過程優化控制技術等，企業電能損耗一年減少3000萬kWh，噸鋅電耗下降174 kwh，經濟效益每年達7642萬元。這一系列技術，獲得2004年度國家科技進步二等獎。

在我國最大、世界第三大的銅冶煉企業——江西銅業集團，作為技術總負責人的桂衛華，和他的團隊成員在銅冶煉生產全流程自動化關鍵技術及應用領域攻堅克難，研發的銅冶煉生產綜合自動化系統，不僅提高了冰銅品位，降低了重油消耗，使我國閃速爐單臺產能躍居世界第一，銅冶煉綜合經濟技術指標達到國際先進水平，企業一年回收銅500多噸，經濟效益達5039萬元。這個項目榮獲2010年度國家科技進步二等獎。

這些年來，在國家節能降耗減排重大戰略需求的引領下，桂衛華率領他的團隊跑遍了全國大大小小的有色冶金企業，對中國有色冶金企業生產一線整體自動化裝置情況了如指掌。在此基礎上，他和團隊成員圍繞冶金過程的建模、控制和優化，展開了系統深入的研究，建立了復雜冶金過程智能集成建模與優化控制的技術框架，提出了一系列以智能優化方法為核心的集成優化控制技術，并成功應用在有色冶金企業的生產過程中。

桂衛華和他的團隊，為有色金屬工業實現跨越式發展，特別是在自動化技術的提升和自主創新領域作出了重要貢獻。

攀登學術界的“珠穆朗瑪”

如果說，過去幾十年桂衛華和同事們一直是在“啃硬骨頭”的話，那么，現在他率領團隊做的事，則是攀登學術界的“珠穆朗瑪”。

高爐煉鐵是鋼鐵流程的關鍵工序，在鋼鐵制造過程中能耗最大、排放最多、生產成本最高，分別占鋼鐵綜合能耗的60%～70%、鋼鐵工業總排放量的90%和鋼鐵制造總成本的60%～70%。如何將這高能耗、高排放、高成本的龐然大物做到節能減排和降本增效，是桂衛華及其團隊近年來一直苦苦思索的問題。

要想實現這個目標，首先得知道高爐運行時的各種參數。但是，如何監測這每天都在運行著的大型高爐？有專業人士說，對大型高爐煉鐵過程運行信息進行監測，是這個領域的“珠穆朗瑪”。

“先搞清楚它的內部運行情況。”桂衛華對團隊成員說，并設想著為高爐做一個“內窺鏡”，對大型高爐關鍵參數進行高效、實時、可靠的監測。

高爐“內窺鏡”，這可比做手術時的人體內窺鏡難多了。桂衛華的博士研究生陳致蓬告訴記者，高爐空間密閉，爐頂溫度在200 ℃以上。像他們進行試驗驗證的廣西柳州鋼鐵集團有限公司（以下簡稱柳鋼）那座高爐，每10分鐘投放70噸鐵礦石，即使特制的內窺鏡不被熔化，那如瀑布般傾瀉而下的鐵礦石也會把它砸得體無完膚，那漫天彌漫的粉塵更會讓它“兩眼一抹黑”。

其實，這一課題已在學術圈沉寂了近20年，甚至有人直言不諱——“要想解決高爐的監測問題，最好的方式就是不用高爐冶煉”。據美國學者說，10多年前，“美鋼聯”斥資3000萬美元做過類似的研發，以失敗告終。種種跡象表明，這不僅是“珠穆朗瑪”，甚至是一條走不通的“死胡同”！

怎么辦？

“做科研，沒有一個問題是低垂的果實。如果很容易就能摘到果實，早在幾十年前就被人摘了。”桂衛華骨子里藏著一股不服輸的勁頭，他打算“死磕”到底。

有沒有另外一種可能，讓“內窺鏡”在大型高爐內找到“棲身之所”？

科學研究，很多都是在“死胡同”面前“死磕”著往前走而柳暗花明的，那最艱難的一步往往是成功的關鍵。桂衛華和他的團隊通過分析高爐爐頂粉塵分布機理，建立爐頂粉塵顆粒的運動軌跡模型，借助數值仿真技術終于找到一方“寶地”——在高爐爐壁上確實存在低粉塵區域，這便是近距離取像設備的最佳安裝區。即使噸量級鐵礦石從高處降落，也不會砸到器械，又能實現對高爐料面的實時監測。

陳致蓬最先找到這塊“寶地”，他提出要找企業合作進行試驗。

“怎么可能？”“異想天開！”“太危險了。”團隊成員一片質疑。

“要不讓他試試？”桂衛華輕聲說。大家用驚訝的目光望著他。陳致蓬都不相信自己的耳朵。盡管導師素有不服輸的勁，有“死磕”的勁，但這次的“死磕”，搞不好就真的會“磕死”。

按照桂衛華團隊的設想，他們將利用合作企業柳鋼的高爐檢修期——這個時間只有短短的20多個小時，在高爐上開個口子，將他們研制的“內窺鏡”放進千辛萬苦找到的那塊“寶地”，此后高爐正常運行，“內窺鏡”監測各項參數，并傳送回計算機。

理論上很完美，但企業遲遲不敢答應。

為什么？

高爐上開口子？吃了豹子膽？！高爐內滿是一氧化碳，如果一不小心氣體泄漏，中毒者20秒內昏迷，90秒可致終身癱瘓。若氣體大面積泄漏，整個柳州不保！

沒人敢開這個口子。

桂衛華豁出去了。他對團隊成員千叮嚀萬囑咐，一定注意安全！桂衛華及其團隊成員與柳鋼20多個部門的領導及相關技術人員進行多次研討論證，講意義、陳利害，并拍胸脯下保證。最后，在國家重大利益面前、國家重大需求面前，所有人都豁出去了。

那是2014年4月，陳致蓬記得很清楚，先天他一晚沒睡，從高爐上下來時，滿身滿臉的煤灰，甚至嘴里吐的口水都帶有煤灰。可一直守在現場的桂衛華，看到計算機上傳來“內窺鏡”拍到的影像時，也不管學生身上灰呀土的，高興地拉著他的手，像孩子一樣跳起來。“平行低光損背光高溫工業內窺鏡”橫空出世，可由此獲得較為清晰的高爐料面形狀，大型高爐煉鐵過程運行信息的高性能監測從理想照進了現實。

這之后，每年柳鋼的高爐檢修期，桂衛華和他的團隊都來做試驗，“內窺鏡”也不斷得到改進，至今已是第七代了。

【節選自湖南人民出版社《非凡十年——黨的十八大以來湖南教育改革發展的生動實踐》（原文刊發于《湖南教育》）】