電能變換為我用

——走近湖南大學(xué)電能變換與控制創(chuàng)新團隊

　　海底石油輸送所需的無縫鋼管、特高壓變壓器所需的超薄硅鋼片、高速列車所需的耐磨輪軌，都需要高品質(zhì)特殊鋼。由于生產(chǎn)高品質(zhì)特殊鋼的關(guān)鍵裝備——電磁攪拌裝備長期被國外壟斷，這類國家亟需的高附加值鋼材曾經(jīng)大量依賴進口。

　　在湖南大學(xué)電能變換與控制創(chuàng)新團隊的攻關(guān)下，板坯電磁攪拌系統(tǒng)在國內(nèi)市場中的占有率已經(jīng)高達90%。2018年，團隊研制出了3.6米寬厚板坯電磁攪拌裝備，繼續(xù)保持著世界最寬板坯電磁攪拌裝備的紀(jì)錄。

　　電能變換與控制，簡言之就是為了滿足不同的生產(chǎn)與生活需求，將電能高效、高質(zhì)地變換為不同形式的其他能量，并對變換過程進行精確、穩(wěn)定、可靠控制的先進技術(shù)。20多年來，這支團隊做了哪些了不得的事情？團隊領(lǐng)頭人羅安院士概括為四件大事，除了研發(fā)出用于高品質(zhì)特種鋼的電磁冶金裝備，還有用于超薄銅箔的電解電源裝備、海島大功率特種電源裝備和電能質(zhì)量補償裝備等。“都是通過電能變換的創(chuàng)新，實現(xiàn)電能的高效、高質(zhì)利用，提高產(chǎn)品品質(zhì)并節(jié)能，滿足國家重大戰(zhàn)略與國防建設(shè)需求?！?/p>

　　聯(lián)合攻關(guān)滿足行業(yè)重大技術(shù)需求

　　大功率電能變換與控制是工業(yè)及國防領(lǐng)域中電能高效、高質(zhì)、高精度轉(zhuǎn)換的核心技術(shù)。在很長一段時間里，我國相關(guān)核心裝備缺失，嚴(yán)重制約著我國高端制造與國防建設(shè)。

　　為了滿足我國電能變換與控制領(lǐng)域的重大需求，在羅安院士的牽頭下，組建了湖南大學(xué)電能變換與控制創(chuàng)新團隊，開始聯(lián)合攻關(guān)。

　　2003年團隊創(chuàng)建了教育部輸變電新技術(shù)工程研究中心，2008年入選教育部長江學(xué)者創(chuàng)新團隊。以此為基礎(chǔ)，團隊不斷凝聚人才開展科技攻關(guān)，先后培養(yǎng)出中國工程院院士、國家杰青、國家優(yōu)青等多名優(yōu)秀人才。依托團隊建立的國家電能變換與控制技術(shù)研究中心，擁有10個產(chǎn)業(yè)化基地，核心技術(shù)輻射全國。

　　目前，團隊獲授權(quán)發(fā)明專利187項，發(fā)表SCI/EI收錄論文500余篇。“可以說，團隊在電能變換與控制領(lǐng)域已處于世界先進水平，并引領(lǐng)了國際電磁冶金技術(shù)的發(fā)展。下一步將在電聲變換、電熱變換及能源物聯(lián)網(wǎng)等電能變換領(lǐng)域進一步攻關(guān)，并把核心技術(shù)與裝備運用到水下通信傳輸、海底地形地貌探測、新型材料制備等方面?！绷_安院士高興地提到，年輕一代已成為團隊的主力軍。

　　研發(fā)電磁冶金利器，助力高品質(zhì)特殊鋼走出國門

　　在興澄鋼鐵，直徑0.15mm簾線鋼，拉絲1000公里不斷絲。如此高品質(zhì)的特殊鋼，是團隊聯(lián)合湖南中科電氣研制的國產(chǎn)電磁攪拌和電磁加熱系統(tǒng)生產(chǎn)的。

　　這是讓特殊鋼中國制造驕傲的一天！

　　長期以來，我國鋼產(chǎn)量雖居世界第一，但高品質(zhì)特殊鋼大量依賴進口。面對高密度磁場電磁攪拌的國際難題，羅安帶領(lǐng)團隊打響了新一輪的“攻堅戰(zhàn)”。他們發(fā)明了一種高密度電磁能量快速變換技術(shù)與方法，2007年在武漢鋼鐵集團公司首創(chuàng)了我國1.7米寬厚板坯高密度磁場電磁攪拌裝備，該裝備與先前國外領(lǐng)先的電磁冶金裝備相比，電磁攪拌力增加到2.2倍，能效比也提高到2.4倍。此后，團隊在2013年研制出世界首套2.8米寬厚板坯高密度磁場電磁攪拌系統(tǒng)，2018年又將最寬板坯電磁攪拌裝備的紀(jì)錄提高到3.6米。

　　此外，團隊研制出世界首套30噸雙通道電磁加熱裝備，1500攝氏度鋼水控溫精度由±5攝氏度提高到±3攝氏度。實現(xiàn)了連鑄工程師“低過熱度恒溫澆鑄”的夢想。

　　據(jù)統(tǒng)計，團隊電磁冶金成果已應(yīng)用于國家重大工程及武鋼、寶鋼等國內(nèi)外160多家鋼鐵企業(yè)。其中，中間包電磁加熱系統(tǒng)獨占國內(nèi)市場。華菱鋼管、天津鋼管等企業(yè)生產(chǎn)的高品質(zhì)無縫鋼管，還出口到美國、歐盟等發(fā)達國家和地區(qū)。

　　高精度大電流電解技術(shù)，實現(xiàn)超薄銅箔生產(chǎn)的中國夢

　　薄薄的電解銅箔，被稱為電子產(chǎn)品信號與電力傳輸、溝通的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。生產(chǎn)高效高質(zhì)的超薄銅箔，需要高精度的大電流電解電源，這也是一個國際難題。

　　團隊在反復(fù)思考、探索實驗后，發(fā)現(xiàn)了癥結(jié)所在，并反推發(fā)明了一種高精度電解新技術(shù)巧解難題。由此誕生的我國首臺高精度50kA大電流銅箔電解電源，將銅箔成品率大幅提高了15%，與國際領(lǐng)先產(chǎn)品相比，電流紋波由2%下降到0.5%，電源效率提高12%。僅節(jié)能一項，每噸銅箔電解可節(jié)電1320千瓦時。

　　目前，銅箔電解電源在國內(nèi)外100多條銅箔生產(chǎn)線成功應(yīng)用。在安徽銅冠公司，電解電源裝備生產(chǎn)出的18μm超薄銅箔，其晶體顆粒不僅分布均勻，還極其抗拉，強度是國家標(biāo)準(zhǔn)的1.96倍，已應(yīng)用于4G基站、智能手機、汽車電子等線路板中。在合肥銅軒公司，電源裝備生產(chǎn)的9μm超薄銅箔也取得新突破，其粗糙度降低到0.25μm，達到國家標(biāo)準(zhǔn)的1.52倍，電耗降低了12%，并已應(yīng)用于超模電路、探月工程等線路板中。

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