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太钢异型钢 制造新太阳

    我国科学家正在积极参与国际大科学科技合作项目“人造太阳”计划。作为不锈钢产能全球第一的太原钢铁(集团)有限公司,决心成为最好和最重要的不锈钢材料供应商

  6000摄氏度是地球的核心温度,1600万摄氏度是太阳的核心温度,上亿摄氏度是“人造太阳”的核心温度。“人造太阳”全称“国际热核聚变实验反应堆”,简称“ITER”,是目前仅次于国际空间站的国际大科学科技合作项目,旨在实现可控的核聚变反应,为人类提供可持续清洁能源。

  我国作为7个成员方之一,与欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国和印度一起共同实施这个规模宏大而意义深远的项目。作为不锈钢产能全球第一的太原钢铁(集团)有限公司,则承担了“人造太阳”中关键装置所需的多种特殊不锈钢材料的研制。今年初,其产品通过国际认证,向ITER计划小批量供货。

  核聚变原理并不复杂:当两个质量较轻的原子核聚合为一个较重的新原子核时,大量电子和中子能够逃离原子核束缚,带来巨大能量。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚。氘在海水中储量极为丰富,1公升海水里提取的氘,在完全聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。核聚能理所当然成为无污染、无放射性核废料、资源无限的理想能源。

  太钢军工与核电产品开发业务部项目经理张宝林与“人造太阳”第一次结缘是在2007年春天。中科院的一位研究员问他,太钢能否制造“人造太阳”需要的一种外方内圆的异型钢管。张宝林说,常见钢管要么圆要么方,这种奇怪的钢管冶炼成分、公差精度、探伤要求等各项技术参数复杂、高难、严苛,极其难以实现。太钢科研团队遇到了前所未有的挑战,一些人出现了畏难情绪。但太钢领导却异常清醒地认识到,参与ITER计划是重大发展机遇,太钢作为全球规模最大的不锈钢企业,决心成为ITER计划中最好和最重要的不锈钢材料供应商。

  高要求体现竞争力

  聚变反应,说来容易做起来难,两个轻核聚合成重核需要超高温度和压力。对太阳来说,这很容易。太阳中心的温度高达1600万摄氏度,而且自身重力大,既有高温又有高压,核聚变能持续发生,从而不断释放能量。在地球上模拟太阳,需要把温度提升到上亿摄氏度,在如此超级高温下,混合了氘、氚的气体原子中带负电的电子和带正电的原子核完全脱开,各自独立运动、持续碰撞才能产生核聚变反应。

  如何绝对避免高温等离子体逃逸?在超级高温下,任何固体材料都将“灰飞烟灭”。科学家设计出一种名为“托卡马克”的环形容器。张宝林打比方说,超导磁体线圈产生的超强磁场编织成一个密不透风的“磁笼子”,利用磁力线把高温等离子体约束在有限的容积内进行环形循环,完全不与“人造太阳”的腔壁接触,氘、氚气体加热到上亿摄氏度后产生核聚变,输出能量。

  我国承担“人造太阳”计划中的12个采购包任务,要用到大量要求极高的不锈钢产品。这些产品不仅要在常温下检测各项指标合格,更要在接近绝对零度(-273℃)下符合标准。其工作介质为液氦,在-269℃的超低温下电阻为零形成超导,在超导状态产生超强电流,从而形成强大磁场。“冰火两重天”,要求不锈钢产品具有不一样的品质。

  “人造太阳”供应商必须是各行各业中的翘楚。太钢作为连续多年不锈钢产量全球第一和国内不锈钢行业的领军企业,当仁不让地参与到产品的研制中,这既是竞争实力的体现,也是强烈社会责任感的体现,更是企业高瞻远瞩、志存高远的战略定位的体现。

  高难度填补几空白

  “国内没有相关经历借鉴,也没有人见过国外如何采用挤压技术生产这些异型产品,而且厂里的设备也是用于生产圆形钢管,我们毫无经验所取。”太钢不锈钢管公司总工程师康喜唐说,“当时拿起图纸一头雾水,看着上百页英文资料,无从下手。”

  以ITER计划校正场采购包用L型钢的研发为例。L型钢是含氮不锈钢,硬度很高,挤压加工时,用力不足不能成型,用力过猛,又很容易发生闷车现象,挤压物随时变成飞行炮弹,击穿厂房,发生安全事故。如何把握温度控制和变形过程,把挤压力控制在设备允许范围内,是一个大的挑战。康喜唐和团队伤透了脑筋,他们废寝忘食、夜以继日地研究和改善生产工艺参数,优化工模具设计和制作,严密控制生产过程中各环节的具体操作,反复试验。半年后,L型钢研制成功。得到这一消息,ITER计划国际组织校正场采购包负责人和欧洲核子研究中心的材料专家第一时间飞抵太钢,拍照记录、采集数据,并于当年11月19日发表在《ITER NEWSLINE》上。

  这些年来,太钢为核聚变和核裂变研制出L型、U型、T型、H型钢矩形管等一大批产品,形成一系列具有自主知识产权的核用不锈钢异型材生产技术,屡次获得重大技术突破,填补了多项国内和国际空白,目前已获冶金科技成果奖2项,获国家授权发明专利10项,并按照核电质保体系严格要求,形成一整套专有技术和操作方法,树立了核电领域独领风骚的地位。

  高水准选用太钢造

  “人造太阳”的材料采购主要分为四个阶段:研发、国际认证、小批量生产和批量生产。目前太钢制造的复合板材、不锈钢板材和挤压异型材已经通过国际认证。国际专家认为,其技术指标达到了ITER计划采购规范要求,有的指标甚至大大超过原来的设计要求。今年年初,磁体支撑、校正场线圈、磁体馈线等采购包相继进入小批量采购阶段,它意味着,太钢产品已经跃升到“人造太阳”新阶段,未来的核聚变领域将有越来越多太钢产品。

  截至目前,中国科学家已经攻克了中国采购包任务中遇到的所有技术难关。我国交付ITER计划的部件实现了100%国产化,且全部一次性合格,按期交付。张宝林说:“人造太阳”要经过实验堆、示范堆、商业堆三个阶段,这个过程前后大约需要50年时间。“人造太阳”项目一旦实现,人类将告别对地球敲骨吸髓式的能源掠夺,世界化石能源危机问题将得到根本性解决。为了实现这个伟大梦想,越来越多太钢人正在积极投身“人造太阳”追梦队伍中。

  来自《山西日报》

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