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(lián)創(chuàng)光電超導(dǎo)技術(shù)團(tuán)隊的最新測試數(shù)據(jù)。
顛覆性的變化，源于自主創(chuàng)新。近日，世界首臺兆瓦級高溫超導(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“山頭”
高溫超導(dǎo)技術(shù)，是實現(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)，由于其獨特的運行溫度（-196℃）和液氮相對廉價的優(yōu)勢，成為各方研究熱點。
早在2012年，中國科學(xué)院院士、我國高溫超導(dǎo)研究奠基人之一趙忠賢，就提出了研制兆瓦級高溫超導(dǎo)磁體感應(yīng)加熱裝置的設(shè)想。
“當(dāng)時，全球僅德、韓各有一臺工業(yè)級超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置，分別為720千瓦和300千瓦，‘兆瓦級’則是空白。其關(guān)鍵技術(shù)一直被發(fā)達(dá)國家視為核心秘密，這也導(dǎo)致我國高性能鋁材嚴(yán)重依賴進(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報記者采訪時說。
2013年1月，江西聯(lián)創(chuàng)光電科技股份有限公司（以下簡稱聯(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，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（以下簡稱聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)）應(yīng)運而生，其股東一個是江西省電子集團(tuán)，一個是聯(lián)創(chuàng)光電。
自主研發(fā)“兆瓦級”有兩大“高墻”需要翻越。“一是產(chǎn)品自主創(chuàng)新程度高，無同類參照標(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)董事長伍銳說，“趙院士提出研究方向的時候，董事會認(rèn)為這類高科技設(shè)備的投資失敗的可能性大，對于到底做不做有過猶豫。”
作為江西老牌上市公司，聯(lián)創(chuàng)光電嘗到過科學(xué)和技術(shù)聯(lián)手帶來的紅利，其產(chǎn)品在神舟飛船和登月車上均有應(yīng)用。“底氣來源于經(jīng)驗，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’！”
攀越技術(shù)壁壘“巨人峰”
在聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)的試驗車間里，隨著紅色按鈕的按下，電機(jī)帶動直徑446毫米、長度1335毫米、重量562公斤的鋁棒高速旋轉(zhuǎn)。
20℃、200℃、400℃……溫度檢測表里的數(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，激動地喊道：“樣機(jī)成了！”那一刻，時間定格在2019年3月8日。
生產(chǎn)車間。
一路走來，六載春秋，團(tuán)隊“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。
時任聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)總工程師的蔣國忠告訴記者：“蹚一條自主創(chuàng)新的路并不容易。不僅可參考的文獻(xiàn)、試驗數(shù)據(jù)很少，而且面對的還是‘巨人’般的技術(shù)壁壘——大型高溫超導(dǎo)磁體電—磁—熱—力多物理場耦合仿真技術(shù)、大型高溫超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計……”
設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場。
2015年6月，樣機(jī)的主軸因沒有克服尖峰扭矩導(dǎo)致斷裂，項目被迫停擺。“當(dāng)時主軸是進(jìn)口最好的，誰也沒想到這么好的配件都頂不住。”蔣國忠說。
為了突破難點，團(tuán)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(jī)、匹配雙電機(jī)，研發(fā)才得以為繼。”蔣國忠的辦公室就設(shè)在車間的二樓，推開門就能看見樣機(jī)。
仿真樣機(jī)。
千錘百煉，蒼天不負(fù)。2019年7月1日，在中國有色金屬工業(yè)協(xié)會舉行的技術(shù)鑒定會上，專家一致認(rèn)定：該項目是“國際上首次研制成功的最大的兆瓦級超導(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。相對于國際上幾百千瓦級的水平，‘兆瓦級’好比汽車發(fā)動機(jī)排量從零點幾到了2.0，應(yīng)用空間一下打開了。”
整體實物圖。
披荊斬棘劍指“全球一流”
設(shè)備研制不易，產(chǎn)業(yè)化之路亦滿是荊棘。
“競爭對手復(fù)制和追趕的周期至少需要5年。”蔣國忠說，“這5年我們要做的事有很多。”
該項目僅技術(shù)難點突破取得的專利就有44項，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)型升級也將受到重挫。在伍銳看來，“科研攻關(guān)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(dǎo)直流透熱裝置的國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)；然后申請上海能效中心的節(jié)能設(shè)備認(rèn)證，認(rèn)證通過后，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，打開市場示范效應(yīng)。”蔣國忠說。
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)過一年多的緊張試生產(chǎn)作業(yè)，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(zhǔn)控制在3℃—5℃范圍之內(nèi)，單臺設(shè)備每年可節(jié)省數(shù)百萬元電費。
設(shè)備整體圖。
在今年4月20日的投產(chǎn)現(xiàn)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(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，我認(rèn)為這是未來傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展一個非常重要的方式。”
中鋁高端制造副總裁、東輕黨委書記、董事長王學(xué)書說，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)實現(xiàn)了顛覆性替代應(yīng)用，將助力我國更快實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。
一步先，步步先。“雖然設(shè)備是全球首臺，且價格不菲，走向市場時，下游企業(yè)一開始有疑慮，但國標(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’。”蔣國忠說。
如今，聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)在手訂單已突破60臺。超導(dǎo)熱加工技術(shù)這把利劍，牢牢地攥在了國人手中！
