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【资讯】上海重型挑战世界一流高端核电制造技术中餐

发布时间:2020-10-16 18:51:56 来源:开元机械网

上海重型挑战世界一流高端核电制造技术

从冶炼、锻造、热处理再到冷加工,再至最终通过鉴定,环环相扣,任何一个环节出了问题,整个试制便要重来。 在远离上海市中心,靠近闵行开发区的外围区域,上海重型机器厂有限公司(下称“上重”)已经明确地向世界一流的高端制造业发起了挑战——过去6年的大部分时间里,它致力于根据AP1000核岛主设备设计图纸,从一块块废钢、生铁开始研发,最终将图纸变成真正的核电装备用大锻件。

更为重要的是,上重获得了成功。

今年7月15日,随着国家级专家组的鉴定通过,它成为中国第一家具备成套生产AP1000核心锻件装备能力的企业,这也意味着,中国核电装备制造的“最难拼图”已在上重完成,而上重的锻件产品,也将用于全球第一座AP1000核电站浙江三门核电站的建设。

AP1000,美国西屋电气公司开发设计,世界最先进的第三代核电技术之一,2006年,仅仅停留在图纸上的AP1000,通过招标被引入中国,上重也是从那时开始了AP1000大锻件的国产化研发之路。

而上重之前,具备将成套核电大锻件从图纸变为现实能力的,全球也只有日本制钢所、韩国斗山重工等不超过10家一流制造企业可以做到,中国的多数核电厂,只有进口核电装备才能建设、发电、运营。

但这次,上重的阔步前进,世界核电装备制造格局也因此变化。

多位核电专家在接受记者采访时表示,上重的突破,将为中国核电设备国产化带来一些变革,它使得中国掌握了与核电工业发展息息相关,高端装备制造业的核心技术。

9月11日,记者走进位于上海闵行区江川路1800号的上重厂区,试图寻找突破背后的答案。

本报记者调查发现,这更像是一个现实版的“士兵突击”,其背后则是中国高端制造业逆境前行的缩影。除了时间和压力,考虑到行业特点和市场化因素,成功挑战并不一定代表着彻底胜出,而这正是中国高端设备制造业的未来着眼所在。

从生铁到机器

与中国最大的钢铁制造企业上海宝钢集团股份有限公司不同,上海电气集团旗下的上重,为宝钢生产冶金轧钢等设备。

上重还制造动辄上百吨,诸如火电转子、巨型轮船曲轴——国内极少数制造企业才能生产出的巨型机器零部件,而在AP1000的研发过程中,上重扮演的角色,更像是一个机器之母,甚至制造AP1000核心锻件所需的设备,也由上重自己制造。

面对AP1000设计图纸,上重可以做的,是从一块块废钢、生铁的选择开始。

在1958年始建,占地96万平方米,相当于130多个足球场面积的上重厂区内,精选的废钢、生铁将经过冶炼、锻造和热处理等程序,跨时1年左右,最终成为AP1000设备用大锻件的一部分。

所谓大锻件,囊括了核反应堆内所有的核心主设备,也最能体现AP1000第三代核电技术的特色——为了更安全,包括固定和包裹核反应堆压力容器、蒸汽发生器、堆内构件、主管道等,均采用模块化技术建造。

相比以往,AP1000大锻件也因模块化而更大、更重、更复杂,而对于制造企业而言,这却是一道难度空前的世界难题。

上重核电产品主任工程师李向对记者介绍说,因AP1000发电功率和安全系数的提高,加之大锻件处于核辐射区域,无论是内在纯净度、机械性能,乃至一体化程度,都比以往核电设备有着更高的要求。

对于一块生铁而言,不仅要先冶炼成符合标准的大型优质钢锭,并在随后送往锻造车间锻压成形,也要在热处理车间进行金属性能校正,再经过机床工人的打磨,最终成形。这还不够,因为它还要经过核电厂业主、工程建设方、设备制造商、国家核安全局等多方的联合见证检验合格,才能最终修成正果。

在30米高、300米长、70米宽的冶炼车间,一根对着圆筒形炼钢包,目测直径约20厘米的管子喷口,正冒着蓝色的火焰。

“这是在为晚上的炼钢做准备”,李向表示,由于冶炼耗能大,一般炼钢在晚上进行,冒着蓝色火焰的管子则是煤气管道,煤气亦由工厂自制,一个钢包则可容纳100多吨的钢水。

以AP1000设备中复杂程度和重量最有代表性的一体化顶盖为例,制造它需要动用400吨级的大型钢锭,冶炼过程中需要5个钢包合浇。

“由于整个冶炼过程需要12个多小时,其中有很多比如浇筑温度、成分配比、保温时间等动态接口需要注意。”李向说,“一些元素的微小变化,就可能会对后续产品性能有很大的影响。”

因此,对400吨级大钢锭的冶炼,成为整个AP1000大锻件制造过程中的关键工序之一。

李向说,目前具备生产AP1000特大锻件所需钢锭技术的企业,国内只有3家。而当钢锭浇注完成,凝固后它将被运往锻造车间,并在锻造车间锻压成形。

在锻造车间门口,入眼便能看得见两台拔地而起的巨型机器。据李向介绍,左边那台是中国1961年开始安装,1962年投入使用的国产第一台万吨水压机。

1965年,美国记者埃德加·斯诺访华,并在上重参观,看到面前的灰色钢铁巨物,斯诺问:“你们费这么大劲造这样一台大机器有什么意思?”接着,他看到一个柱形钢锭不到1分钟时间里,被压成了圆饼。正是这台水压机,使得50多年前中国航天、军工、轮船等重工业设备制造成为可能。

而今天,这里又多出了一台巨物,那是上重公司参与设计并自主制造,2009年正式投运,有着两个世界第一的1.65万吨的油压机。相比于万吨水压机,它的精度更高、力气更大。

就好像铁匠夹住钢铁,然后用锤子反复敲打一样,油压机旁边一个带有机械手,被称为操作机的机器,它将夹住重新加热的高温钢锭,伸进油压机中锻打成形。

历史如此相似,这台配备着630吨·米(力矩单位)操作机的油压机,使得锻造四五百吨大型钢锭的AP1000大锻件成为可能。而经过锻造成形,再粗加工后,AP1000大锻件将被送往热处理车间进行最终的性能处理。

“好比厨师烹饪时对火候的掌握,不同原材料需有不同火候,这样才能烹饪出更适宜的味道。”李向将热处理形容为厨师烹饪说,因为前期工序中的动态因素,性能热处理时的锻件状态不会完全一样,这样就需要用不同的热处理参数来调整锻件的性能,使之各项性能指标达到最优状态。

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