趵突泉水位:

看见|世界最大“乾坤圈”背后的硬核技术

来源:济南网编辑:08-05 23:00

“我宣布,伊莱特创造了一项新的吉尼斯世界纪录——最大的环轧钢环,直径是15.673米。”8月5日,一项新的吉尼斯世界纪录在济南市章丘区的伊莱特能源装备股份有限公司(以下简称“伊莱特”)被创造,吉尼斯世界纪录官方认证官杨绍鹏当场宣布结果。这件产品就是前段时间在网上被大家热议的网红“乾坤圈”,第二件四代核电用无缝锻环。相比7月发运的1号环,2号环虽然直径不变,在重量上,占据绝对优势,它比第一件的下料重量足足多出100吨,是整个反应堆的“脊梁”。

“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。”伊莱特目前是世界上唯一能制造如此大直径无缝锻环,并保证其内部性能满足技术要求的企业。“乾坤圈”从概念到实践,背后有太多故事。

“乾坤圈”何方神圣?

“此次运输任务货物直径达到16米,属于严重超宽设备,对路面净空宽度要求非常高。”山东省公安厅交警总队二支队副支队长毕云龙介绍,山东省公安厅交警总队安排专人负责此项工作,联合相关专家召开运输通行专家论证会,配合相关部门及时核发超限运输证。对运输沿途影响运输的道路交通标志、设施等进行临时性拆除,全程共拆除130余处,待运输任务结束后,立即进行恢复。派出警力600余人次、警车50余辆次,负责沿途秩序保障工作。

负责运输“乾坤圈”的特种专用车辆共有106个车轮,其中牵引车10个,后边的平板车96个。平板车可以通过单独的操纵系统,控制不同车轮的转向角度、平板车的整体高度。

图片说明:吉尼斯世界纪录官方认证官杨绍鹏现场颁发证书

独占高速4车道,前后交警护送,106轮特种专用车辆运输,这么大排场,“乾坤圈”到底是何方神圣?

“乾坤圈”学名核电支承环,是用于我国某四代核电机组上的巨型锻件,主要起到支承、保护的作用。其中7月14日发出的1号环位于机组上部,重量较轻;8月5日发出的2号环则位于机组下部,它比第一件的下料重量足足多出100吨,是整个反应堆的“脊梁”,用于承载核电机组堆容器7000吨的重量。这个重量相当于“乾坤圈”脑袋上顶着100节动车组的重量,由于是核电部件,一旦安装,在整个核电机组的服役周期内将无法更换。因此,它也代表了核电锻件的最高技术水准。

刷屏的网红“乾坤圈”靠的可不仅仅是颜值,内涵也很硬核。

“乾坤圈”的DNA就不一样,制造这个产品材料多种元素的含量要精确到小数点后几位,也就是说在材料制备时要进准控制好各类合金元素的“配方”,多一分少一分,超了标准都不行。

其次,这个庞然大物最大的特点就是一体成形。“乾坤圈”直径15.6米,在近50米的周长上,通体光滑平整,没有一道焊缝。为什么一定要一体成形而不在现场焊接?确实,同类产品国外都是做成6-8瓣弧形部件,然后再拼焊在一起的。但是这些焊缝也会存在安全隐患,由于核电产品对安全性要求极高,如果能制造出一体成形没有焊缝的部件,对核电站的安全性肯定是一个重大的加分项。

记者了解到,原来锻造要解决的不仅仅是看得见“外形”,还有看不见的“性能”,这就要靠“热处理”来实现。所谓热处理,就是把工件在特定时间内升温多少度,保温多少度,降温多少度,以调整金属内部结晶形态的过程。如果温度和时间失控,就可能导致工件内部晶粒粗大,产品性能下降,无法满足工程需要,导致整个项目前功尽弃。

目前,伊莱特是世界上唯一能制造出如此大直径无缝锻环,并保证其内部性能满足技术要求的企业。

从“以大制大”到“金属构筑成形技术”

图片说明:乾坤圈发运现场

传统上,制造大型锻件的思路都是“以大制大”,也就是要做一个大锻件,就得先用钢水浇注出一个更大钢坯。但是,按照麻省理工学院弗莱明斯教授的凝固理论,材料是有尺寸效应的,规格越大的材料,它的偏析越严重;规格越小的,偏析就越轻。

所谓“偏析”,就是在钢水浇注钢坯的冷却凝固过程中,本来在钢水中均匀分布的各类合金元素变得不均匀了,就像一块没有和好的面团,有的地方盐少,有的地方盐多,这样的面团做出来的饼肯定咸淡不一。对应到工程上,就是发生偏析位置的力学性能,无法满足技术要求,导致材料使用寿命变短。科学家们会将材料偏析比喻成人体内的癌细胞,为了解决这个问题,他们付出了大量努力,但却一直没有收到很好的效果。

为了解决这一问题,我国著名的冶金与金属材料科学家,低温及核结构材料领域的主要学术带头人李依依院士带领团队跳出了用大钢锭制造大锻件的思路局限,在国际上率先提出了一种全新的材料加工技术——金属构筑成形技术。这种技术是像砖头砌墙一样,用尺寸较小、冷速较快的金属坯作为基元,一层一层叠加起来,放入真空环境,将金属坯封焊起来。然后加热到高温进行反复的大变形,就像揉面一样,使层与层之间的界面完全结合在一起,变成一块内部合金元素更均质的大型钢坯。

有人可能会担心,这样做出来的钢坯会不会像千层饼一样,一撕就开了。答案是否定的,因为在高温大变形的作用下,金属界面处会积累大量的形变储能,激发剧烈的原子扩散和动态再结晶,从而将本来分离的金属牢固地结合在一起。

说起来容易做起来难,实验室的结果再好也要经过产业化落地的考验。

2015年,伊莱特董事长牛余刚正在考虑筹建公司的大锻件事业部。为了加强企业的研发力量,他找到了李依依,希望能在企业建成一个院士工作站。也正是在这个过程中,李依依了解到伊莱特筹建的事业部计划正引进一条国际先进的直径12米轧环生产线。于是,李依依便询问牛余刚能否将设备加大至16米,因为国家正在推进的某重大核电专项,正好需要一个直径16米的超大型部件。

牛余刚一开始并没多想,一口答应,可回去一算造价却惊呆了。看着设备只是增大了1/3的加工能力,可造价却不是简单的同比例增加。调整方案后,原本计划投资3个亿的项目直接飙升至6亿,这对一家民营企业来讲并不是小数字。并且,该项目在国际上没有先例,是否成功谁也没有十足把握。就算成功了,对于核电这类产品,一两年也未必能承接一个订单。因此,当时很多人劝牛余刚不要调整方案。

苦干三年,黑科技背后的故事

图片说明:乾坤圈生产过程(资料图)

经过几番思考,牛余刚对高管们说:“咱们打了一辈子铁,过去是为了挣俩钱。现在赶上国家有这样的项目,我们要是不加上这四米,得后悔一辈子,要干咱就干个别人都干不了的。”

于是,项目很快启动。一边是紧锣密鼓的厂房建设、设备安装;一边是李依依团队的成员和伊莱特员工同吃同住,从2016年初,他们加班熬夜,先是完成了1/8比例直径2米环的试制,接着是1/3比例,1/8比例,等截面比例等不同类型的试制,不断进行一次次工艺优化,参数调整,一次次接受专家们的严格论证。

2018年5月,伊莱特大锻件事业部的16米轧环生产线完成安装,首件直径15.6米的碳钢环成功下线。2019年3月12日 ,首件1:1真实材料试验件开始轧制,现场气氛极为紧张,因为虽然头一年的碳钢环已经轧制成功,但与碳钢相比,支承环使用的奥氏体不锈钢热态强度高,变形抗力大,到底能不能行谁心里也没有十足的把握。最终经过二十多分钟的轧制,对讲机里传出声音:“可以了可以了,准备吊钩。”那一刻,现场所有人都欢呼起来,牛余刚心里的那块石头终于被搬开,三年来的压力瞬间得到释放,他忍不住激动地嚎啕大哭。

核电无小事,首件1:1真实材料试验件完成后不久,专家们就对其进行了破坏切割,制作成多套试样,继续进行各类细致严谨的测试和评估,并最终给伊莱特下达了正式部件的制造许可。后续的工作很顺利,2019年9月和10月,伊莱特将两件产品成功交付发运。

2022年2月14日,好消息再次传来,伊莱特再次签下该型号机组2号工程的支承环订单。这一次,他们依旧没有丝毫的马虎,在总结上一次经验的基础上,团队精细策划,严格落实。功夫不负有心人,这次他们仅用5个半月,两件“乾坤圈”就顺利完成。

“1000多个日夜的努力与奋斗,2号‘乾坤圈’生产过程中恰逢济南最热的时候,‘乾坤圈’本身自带1000多度温度,我们的车间工作人员一天要换五六身衣服。我记得‘乾坤圈’锻造时,一位工人穿着隔热服,休息时候更换安全帽,帽子从头上拿下来的瞬间,能看到汗水直接从里面哗啦啦倒出来。”伊莱特能源装备股份有限公司技术研发中心副总赵丽美参与了“乾坤圈”从实验到下线全过程,回忆往昔,虽然锻造过程非常辛苦,但是想到自己制造的并非一般部件,而是一件大国重器时,感到特别自豪。

全力打造核电特色产业集群

图片说明:乾坤圈发运现场

本次发运的2号“乾坤圈”运输分为三段,一段是从伊莱特到达济南市章丘区刁镇。第二段则是高速路段,到达刁镇高速公路后,工人从高速最外侧拆下一段护栏。经交警和高速严格确认安全后,驶入高速,然后由山东交警护送,一路驶往潍坊。出高速时,采用通用的办法从护栏侧向驶出,并不需要拆掉收费口。

最后一段则是由高速出口前往潍坊港,这一段路程挑战性最大,不仅路程较长,还要通过多座桥梁、桥洞。最后到达港口后,“乾坤圈”连车整体驶上轮渡,进行加固,最终运往大连继续进行后续加工。

“伊莱特刷新吉尼斯世界纪录创造出全球最大锻环,为国家重点核电项目提供关键支撑,这一重大成果,充分展现了伊莱特在核电装备领域的硬核实力,更为智造济南这个城市名片增光添彩。”济南市工信局党组书记、局长汲佩德表示。

2021年济南市先进制造业和数字经济发展水平双双迈入国家一线城市前列,以智能制造与高端装备为代表的四大主导支柱产业崛起成势,规模总量突破1.3万亿元。涌现了伊莱特重工直径16米超大锻环、二机床大型冲压生产线、浪潮AI服务器、国内首台雪蜡车、临工重机大型矿车、天岳碳化硅衬底材料、晶正铌酸锂薄膜、圣泉光刻胶等一批国之重器和名企名牌名家。

在核电产业链上,济南拥有伊莱特、美核电气、华凌电缆、北辰机电、宏达科技等多家核电产品企业,产品涵盖结构部件、电气电缆、压力容器、检测设计等多个领域。

在双碳战略背景下,核电发展进入黄金期、机遇期,汲佩德介绍,济南市正在谋划打造新能源装备标志性产业链群,将依托伊莱特等核心领军企业,全力打造核电特色产业集群。

如今,两件“乾坤圈”均已发货,即将去完成它们的历史使命。而伊莱特的故事,却刚刚开启,在智造济南,工业强市的路上,创新永无止境。

记者:李雨

美编:马官民

编辑:李雨

(编辑:杨思思; 责任编辑:姜琳; 终审:孙佳音)

原创推荐

  • 客户
  • 无线济南客户端

  • 济南发布客户端

  • 泉城蓝客户端

  • 市中手机台客户端

中国互联网举报中心 网络举报APP下载 网上有害信息举报 举报电话

版权所有:济南广播电视台 All Rights Reserved

鲁ICP备11020100号-1

鲁新网备案号:201653103

广电总局批文 广局[2010]586号

互联网新闻信息服务许可证 37120180004

信息网络传播许可证号1907177

公安备案号 37010202001790

济南网 用户反馈邮箱:ijntv_mail@163.com

举报电话:0531-85652768

广电总机:0531-85652114

广告合作:0531-85653065

国家违法和不良信息举报中心