一根500多公斤的鋁棒，從20℃加(jia)熱到403℃，要求芯表同步升溫，需要多長時間？
至少9個小(xiao)時——這(zhe)是過去用電(dian)阻(zu)爐加(jia)熱(re)的時間(jian)；10分17秒(miao)——這是(shi)聯創光電超導技術(shu)團(tuan)隊的(de)最新測試數據。
顛覆性的變化，源于(yu)自主創新。近日，世界首臺兆瓦級高溫超導感應加(jia)熱(re)(re)裝置在黑龍江(jiang)正式投用(yong)。這標志著，我(wo)國超導熱(re)(re)加(jia)工技術率(lv)先(xian)在全球實現重大突破。
高溫(wen)超導技術，是實現大飛機、懸浮交通(tong)、船舶等(deng)高端制造行業發展的(de)關(guan)鍵技術，由于(yu)其獨(du)特的(de)運行溫(wen)度(du)（-196℃）和液氮相對廉價的(de)優勢，成為各方(fang)研(yan)究(jiu)熱點。
早(zao)在2012年，中國科學院院士(shi)、我國高(gao)溫超(chao)導(dao)研(yan)究(jiu)奠基(ji)人之一(yi)趙忠(zhong)賢(xian)，就提(ti)出了研(yan)制兆瓦級高(gao)溫超(chao)導(dao)磁體(ti)感應加熱裝置的設想。
“當時(shi)，全球(qiu)僅德(de)、韓各有(you)(you)一臺工(gong)業級超(chao)導(dao)感應加熱(re)裝置，分別(bie)為(wei)720千瓦和300千瓦，‘兆瓦級’則是(shi)空(kong)白。其(qi)關鍵(jian)技術一直被發達國家視為(wei)核心秘密，這也(ye)導(dao)致(zhi)我(wo)國高性能鋁(lv)材(cai)(cai)嚴(yan)重依賴(lai)進口。”近日(ri)，上海市超(chao)導(dao)材(cai)(cai)料及(ji)系統工(gong)程中心主任(ren)洪智勇(yong)在接受科(ke)技日(ri)報記者(zhe)采(cai)訪時(shi)說(shuo)。2013年1月(yue)，江(jiang)西聯(lian)創光電科(ke)技股份(fen)有(you)(you)限公(gong)司（以下簡(jian)稱聯(lian)創光電）協同(tong)上海超(chao)導(dao)科(ke)技股份(fen)有(you)(you)限公(gong)司、北(bei)(bei)京(jing)交(jiao)通(tong)大學等成立聯(lian)創超(chao)導(dao)技術團隊，由北(bei)(bei)京(jing)交(jiao)通(tong)大學教授戴少濤擔任(ren)總負責(ze)人。為了更(geng)好地搞(gao)研發，江西聯創(chuang)光電超導應用有限公司（以下簡稱(cheng)聯創(chuang)超導）應運而生(sheng)，其股東一(yi)個是(shi)(shi)江西省(sheng)電子集團，一(yi)個是(shi)(shi)聯創(chuang)光電。
自(zi)主(zhu)研(yan)發“兆瓦級(ji)”有(you)兩大“高墻”需(xu)要翻越(yue)。“一是(shi)產品自(zi)主(zhu)創新程度高，無同類參照標(biao)準；二(er)是(shi)設備復雜(za)，標(biao)準覆蓋范圍廣，相(xiang)當(dang)于從零開始。”戴少濤告訴記(ji)者。
“最大的(de)困難(nan)是決策。”聯(lian)創超(chao)導董(dong)事長伍銳說(shuo)，“趙院士提出(chu)研究方向的(de)時(shi)候，董(dong)事會認為這類高科技設備的(de)投資失(shi)敗(bai)的(de)可能性大，對于到底做不(bu)做有過猶豫。”
作為(wei)江西(xi)老牌上市公司，聯創(chuang)光電嘗到過(guo)科學和(he)技術聯手帶來的(de)紅利，其產品(pin)在神(shen)舟飛船和(he)登月車上均有應用。“底氣(qi)(qi)來源(yuan)于(yu)經驗，志氣(qi)(qi)來源(yuan)于(yu)情(qing)懷。”伍銳說，“最后(hou)大家一致決定(ding)(ding)，一定(ding)(ding)要攻下這(zhe)個(ge)‘山頭’！”
攀越技術壁壘“巨人峰”
在聯創(chuang)超導的試(shi)驗車(che)間里，隨著紅色(se)按鈕的按下，電機帶動(dong)直(zhi)徑446毫米(mi)、長度1335毫米(mi)、重量562公斤的鋁棒高速(su)旋轉。20℃、200℃、400℃……溫(wen)度檢測表里的(de)(de)數據持續上升(sheng)。18分鐘(zhong)后，鋁(lv)棒(bang)溫(wen)度達到(dao)設定(ding)的(de)(de)450℃。汗流(liu)浹背的(de)(de)伍(wu)銳雙拳(quan)緊(jin)握，激動地喊道：“樣機成了！”那一刻，時間(jian)定(ding)格在(zai)2019年3月8日(ri)。
生(sheng)產車間。
一路走來，六載春秋，團隊“屢敗屢戰”，歷經了20多(duo)次的(de)(de)自(zi)我(wo)否定、自(zi)我(wo)顛覆、自(zi)我(wo)修正。時(shi)任聯創超導(dao)(dao)總工(gong)程師的(de)(de)蔣國忠告訴記者：“蹚一條自(zi)主創新的(de)(de)路并不(bu)容易(yi)。不(bu)僅可參(can)考(kao)的(de)(de)文獻、試(shi)驗數據很少(shao)，而且面(mian)對的(de)(de)還是(shi)‘巨人’般的(de)(de)技(ji)術壁(bi)壘——大型(xing)高溫超導(dao)(dao)磁體電—磁—熱—力多(duo)物理場耦(ou)合仿真技(ji)術、大型(xing)高溫超導(dao)(dao)磁體結構設計(ji)……”
設備(bei)應用(yong)現(xian)場(chang)。
2015年6月，樣(yang)(yang)機(ji)(ji)的(de)主軸因沒(mei)有克(ke)服尖(jian)峰扭矩導致斷裂(lie)，項目被(bei)迫(po)停(ting)擺。“當(dang)時主軸是(shi)進口最好的(de)，誰也沒(mei)想(xiang)到這么好的(de)配件都頂不住(zhu)。”蔣(jiang)國忠說。為了(le)突(tu)破難點，團隊決定推(tui)倒(dao)重來。“那段時間(jian)挺(ting)熬人(ren)，吃(chi)住(zhu)都在(zai)車間(jian)，回(hui)房(fang)就癱(tan)倒(dao)在(zai)床上，睡又睡不著，腦子里(li)不停(ting)地回(hui)想(xiang)主軸的(de)問題。我(wo)們花了(le)4個月重做仿真樣(yang)(yang)機(ji)(ji)、匹配雙(shuang)電機(ji)(ji)，研發才(cai)得以為繼。”蔣(jiang)國忠的(de)辦公室就設在(zai)車間(jian)的(de)二樓，推(tui)開門就能(neng)看見樣(yang)(yang)機(ji)(ji)。
仿真樣(yang)機。
千(qian)錘(chui)百(bai)煉，蒼天不負。2019年(nian)7月(yue)1日，在(zai)中國有色金屬(shu)(shu)工業協(xie)會(hui)舉(ju)行的技術鑒定會(hui)上(shang)，專家一(yi)致認定：該項(xiang)目是(shi)“國際上(shang)首次研制(zhi)成功的最大的兆瓦級(ji)(ji)超(chao)導感應加熱裝(zhuang)置(zhi)”。戴少濤告訴記者：“設備(bei)的加熱技術是(shi)全球(qiu)唯一(yi)能對(dui)400毫米以上(shang)大口(kou)徑金屬(shu)(shu)工件進行芯表同步(bu)超(chao)均勻快速加熱的方法。相對(dui)于(yu)國際上(shang)幾百(bai)千(qian)瓦級(ji)(ji)的水平，‘兆瓦級(ji)(ji)’好比汽車(che)發動機(ji)排(pai)量(liang)從零點幾到了2.0，應用(yong)空間一(yi)下打開了。”
整體實物圖。
披荊斬棘(ji)劍指“全球一流”設備(bei)研(yan)制不(bu)易(yi)，產業化(hua)之路亦滿(man)是(shi)(shi)荊棘(ji)。“競爭對手復制和追趕的(de)(de)周期(qi)至少需(xu)要5年。”蔣國(guo)忠(zhong)說，“這5年我們要做的(de)(de)事有(you)(you)很多。”該項目僅(jin)技術難點突破取(qu)得的(de)(de)專利就(jiu)有(you)(you)44項，如(ru)果產業化(hua)失(shi)敗，不(bu)僅(jin)意味(wei)著巨額投資打了(le)水漂，企業轉型升級(ji)也將受到重挫(cuo)。在伍銳看來，“科(ke)研(yan)攻關(guan)如(ru)同賽跑，但只有(you)(you)第(di)一沒(mei)有(you)(you)第(di)二，比(bi)的(de)(de)就(jiu)是(shi)(shi)誰(shui)先‘撞線’”。“這幾年先是(shi)(shi)牽頭制定(ding)高(gao)溫(wen)超導直(zhi)流透(tou)熱(re)裝置的(de)(de)國(guo)家推薦(jian)性(xing)標(biao)準；然(ran)后申請(qing)上海(hai)能效中心(xin)的(de)(de)節能設備(bei)認(ren)證，認(ren)證通過后，下(xia)游(you)企業可以(yi)拿到節能補貼；另外還需(xu)積極尋求央(yang)企合作，打開市(shi)場(chang)示范(fan)效應。”蔣國(guo)忠(zhong)說。2021年，位于黑龍江省的中鋁(lv)集團東北輕合金有限(xian)責(ze)任公司欲向高端化(hua)、智(zhi)能(neng)化(hua)、綠(lv)色化(hua)鋁(lv)加(jia)工(gong)企業邁(mai)進(jin)，這套遠在江西的設(she)備為其解了燃眉之(zhi)急(ji)。經過(guo)一(yi)年多的緊張試生產作業，項目(mu)最終(zhong)得到充分驗證(zheng)：電(dian)單耗同比降低(di)53%，僅需(xu)原加(jia)熱時間(jian)的1/54就可將鋁(lv)材加(jia)熱至所需(xu)溫(wen)(wen)度，將溫(wen)(wen)差精準控制在3℃—5℃范(fan)圍之(zhi)內，單臺設(she)備每年可節省數百萬元電(dian)費。
設備整體圖(tu)。
在今年4月20日的(de)(de)(de)投產(chan)現場(chang)上，趙忠(zhong)賢院士充滿期(qi)待。他說：“我覺得這是一個(ge)(ge)非常好(hao)的(de)(de)(de)起點(dian)，一個(ge)(ge)高新(xin)技術和傳(chuan)統產(chan)業的(de)(de)(de)結(jie)合，我認為這是未來(lai)傳(chuan)統產(chan)業發(fa)展(zhan)一個(ge)(ge)非常重要的(de)(de)(de)方式(shi)。”中鋁高端制(zhi)(zhi)造副總裁(cai)、東(dong)輕黨(dang)委(wei)書(shu)記、董事長王(wang)學(xue)書(shu)說，高溫超導感應加熱裝置的(de)(de)(de)正式(shi)投產(chan)，在金屬熱加工行業實(shi)現了顛覆性替代應用，將(jiang)助力我國(guo)更快實(shi)現“雙碳”目標。一步先(xian)，步步先(xian)。“雖然設備是全球首臺，且(qie)價格(ge)不菲(fei)，走(zou)向(xiang)市場(chang)時，下游企業一開(kai)始(shi)有疑慮，但(dan)國(guo)標的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)定(ding)、節能的(de)(de)(de)認證以及中鋁的(de)(de)(de)成(cheng)功試用，給大家(jia)吃了顆‘定(ding)心丸’。”蔣國(guo)忠(zhong)說。
如今，聯(lian)創超(chao)導(dao)在(zai)手訂單(dan)已突破60臺。超(chao)導(dao)熱加工技術(shu)這把利劍，牢牢地攥在(zai)了國人手中！
