太鋼異型鋼 制造新太陽
我國科學(xué)家正在積極參與國際大科學(xué)科技合作項(xiàng)目“人造太陽”計(jì)劃。作為不銹鋼產(chǎn)能全球第一的太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司,,決心成為最好和最重要的不銹鋼材料供應(yīng)商,。
高起點(diǎn)瞄上大計(jì)劃
6000攝氏度是地球的核心溫度,1600萬攝氏度是太陽的核心溫度,,上億攝氏度是“人造太陽”的核心溫度,。“人造太陽”全稱“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆”,,簡稱“ITER”,,是目前僅次于國際空間站的國際大科學(xué)科技合作項(xiàng)目,旨在實(shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng),,為人類提供可持續(xù)清潔能源,。
我國作為7個(gè)成員方之一,與歐盟,、美國,、俄羅斯、日本,、韓國和印度一起共同實(shí)施這個(gè)規(guī)模宏大而意義深遠(yuǎn)的項(xiàng)目,。作為不銹鋼產(chǎn)能全球第一的太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司,則承擔(dān)了“人造太陽”中關(guān)鍵裝置所需的多種特殊不銹鋼材料的研制,。今年初,,其產(chǎn)品通過國際認(rèn)證,向ITER計(jì)劃小批量供貨,。
核聚變原理并不復(fù)雜:當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量較輕的原子核聚合為一個(gè)較重的新原子核時(shí),,大量電子和中子能夠逃離原子核束縛,帶來巨大能量,。自然界中最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素——氘與氚,。氘在海水中儲量極為豐富,1公升海水里提取的氘,,在完全聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量,。核聚能理所當(dāng)然成為無污染、無放射性核廢料,、資源無限的理想能源,。
太鋼軍工與核電產(chǎn)品開發(fā)業(yè)務(wù)部項(xiàng)目經(jīng)理張寶林與“人造太陽”第一次結(jié)緣是在2007年春天,。中科院的一位研究員問他,太鋼能否制造“人造太陽”需要的一種外方內(nèi)圓的異型鋼管,。張寶林說,,常見鋼管要么圓要么方,這種奇怪的鋼管冶煉成分,、公差精度,、探傷要求等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)復(fù)雜、高難,、嚴(yán)苛,,極其難以實(shí)現(xiàn)。太鋼科研團(tuán)隊(duì)遇到了前所未有的挑戰(zhàn),,一些人出現(xiàn)了畏難情緒,。但太鋼領(lǐng)導(dǎo)卻異常清醒地認(rèn)識到,參與ITER計(jì)劃是重大發(fā)展機(jī)遇,,太鋼作為全球規(guī)模最大的不銹鋼企業(yè),,決心成為ITER計(jì)劃中最好和最重要的不銹鋼材料供應(yīng)商。
高要求體現(xiàn)競爭力
聚變反應(yīng),,說來容易做起來難,,兩個(gè)輕核聚合成重核需要超高溫度和壓力。對太陽來說,,這很容易,。太陽中心的溫度高達(dá)1600萬攝氏度,而且自身重力大,,既有高溫又有高壓,,核聚變能持續(xù)發(fā)生,從而不斷釋放能量,。在地球上模擬太陽,,需要把溫度提升到上億攝氏度,在如此超級高溫下,,混合了氘,、氚的氣體原子中帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核完全脫開,各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng),、持續(xù)碰撞才能產(chǎn)生核聚變反應(yīng),。
如何絕對避免高溫等離子體逃逸?在超級高溫下,,任何固體材料都將“灰飛煙滅”,??茖W(xué)家設(shè)計(jì)出一種名為“托卡馬克”的環(huán)形容器,。張寶林打比方說,超導(dǎo)磁體線圈產(chǎn)生的超強(qiáng)磁場編織成一個(gè)密不透風(fēng)的“磁籠子”,利用磁力線把高溫等離子體約束在有限的容積內(nèi)進(jìn)行環(huán)形循環(huán),,完全不與“人造太陽”的腔壁接觸,,氘、氚氣體加熱到上億攝氏度后產(chǎn)生核聚變,,輸出能量,。
我國承擔(dān)“人造太陽”計(jì)劃中的12個(gè)采購包任務(wù),要用到大量要求極高的不銹鋼產(chǎn)品,。這些產(chǎn)品不僅要在常溫下檢測各項(xiàng)指標(biāo)合格,,更要在接近絕對零度(-273℃)下符合標(biāo)準(zhǔn)。其工作介質(zhì)為液氦,,在-269℃的超低溫下電阻為零形成超導(dǎo),,在超導(dǎo)狀態(tài)產(chǎn)生超強(qiáng)電流,從而形成強(qiáng)大磁場,?!氨饍芍靥臁保蟛讳P鋼產(chǎn)品具有不一樣的品質(zhì),。
“人造太陽”供應(yīng)商必須是各行各業(yè)中的翹楚,。太鋼作為連續(xù)多年不銹鋼產(chǎn)量全球第一和國內(nèi)不銹鋼行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè),當(dāng)仁不讓地參與到產(chǎn)品的研制中,,這既是競爭實(shí)力的體現(xiàn),,也是強(qiáng)烈社會(huì)責(zé)任感的體現(xiàn),更是企業(yè)高瞻遠(yuǎn)矚,、志存高遠(yuǎn)的戰(zhàn)略定位的體現(xiàn),。
高難度填補(bǔ)幾空白
“國內(nèi)沒有相關(guān)經(jīng)歷借鑒,也沒有人見過國外如何采用擠壓技術(shù)生產(chǎn)這些異型產(chǎn)品,,而且廠里的設(shè)備也是用于生產(chǎn)圓形鋼管,,我們毫無經(jīng)驗(yàn)所取?!碧摬讳P鋼管公司總工程師康喜唐說,,“當(dāng)時(shí)拿起圖紙一頭霧水,看著上百頁英文資料,,無從下手,。”
以ITER計(jì)劃校正場采購包用L型鋼的研發(fā)為例,。L型鋼是含氮不銹鋼,,硬度很高,擠壓加工時(shí),,用力不足不能成型,,用力過猛,,又很容易發(fā)生悶車現(xiàn)象,擠壓物隨時(shí)變成飛行炮彈,,擊穿廠房,,發(fā)生安全事故。如何把握溫度控制和變形過程,,把擠壓力控制在設(shè)備允許范圍內(nèi),,是一個(gè)大的挑戰(zhàn)??迪蔡坪蛨F(tuán)隊(duì)傷透了腦筋,,他們廢寢忘食、夜以繼日地研究和改善生產(chǎn)工藝參數(shù),,優(yōu)化工模具設(shè)計(jì)和制作,,嚴(yán)密控制生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的具體操作,反復(fù)試驗(yàn),。半年后,,L型鋼研制成功。得到這一消息,,ITER計(jì)劃國際組織校正場采購包負(fù)責(zé)人和歐洲核子研究中心的材料專家第一時(shí)間飛抵太鋼,,拍照記錄、采集數(shù)據(jù),,并于當(dāng)年11月19日發(fā)表在《ITER NEWSLINE》上,。
這些年來,太鋼為核聚變和核裂變研制出L型,、U型,、T型、H型鋼矩形管等一大批產(chǎn)品,,形成一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核用不銹鋼異型材生產(chǎn)技術(shù),,屢次獲得重大技術(shù)突破,填補(bǔ)了多項(xiàng)國內(nèi)和國際空白,,目前已獲冶金科技成果獎(jiǎng)2項(xiàng),,獲國家授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng),并按照核電質(zhì)保體系嚴(yán)格要求,,形成一整套專有技術(shù)和操作方法,,樹立了核電領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的地位。
高水準(zhǔn)選用太鋼造
“人造太陽”的材料采購主要分為四個(gè)階段:研發(fā),、國際認(rèn)證,、小批量生產(chǎn)和批量生產(chǎn)。目前太鋼制造的復(fù)合板材,、不銹鋼板材和擠壓異型材已經(jīng)通過國際認(rèn)證,。國際專家認(rèn)為,,其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了ITER計(jì)劃采購規(guī)范要求,有的指標(biāo)甚至大大超過原來的設(shè)計(jì)要求,。今年年初,磁體支撐,、校正場線圈,、磁體饋線等采購包相繼進(jìn)入小批量采購階段,它意味著,,太鋼產(chǎn)品已經(jīng)躍升到“人造太陽”新階段,,未來的核聚變領(lǐng)域?qū)⒂性絹碓蕉嗵摦a(chǎn)品。
截至目前,,中國科學(xué)家已經(jīng)攻克了中國采購包任務(wù)中遇到的所有技術(shù)難關(guān),。我國交付ITER計(jì)劃的部件實(shí)現(xiàn)了100%國產(chǎn)化,且全部一次性合格,,按期交付,。張寶林說:“人造太陽”要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)堆、示范堆,、商業(yè)堆三個(gè)階段,,這個(gè)過程前后大約需要50年時(shí)間?!叭嗽焯枴表?xiàng)目一旦實(shí)現(xiàn),,人類將告別對地球敲骨吸髓式的能源掠奪,世界化石能源危機(jī)問題將得到根本性解決,。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)偉大夢想,,越來越多太鋼人正在積極投身“人造太陽”追夢隊(duì)伍中。