我国非晶态合金产业发展的自主创新之路

来源: 作者: 时间:2008-11-28【字号:

 

 

一、非晶态合金研究及产业化在我国的发展

非晶合金又称金属玻璃,是六十年代国外开始研究、发展起来的高效节能材料。较传统结晶态金属材料而言,这类快速凝固新材料的原子排列不再具有长程有序,在微观结构上完全不同于传统的金属和合金材料,具有优异的物理性能、化学性能、机械性能,是一次材料革命。由于具有独特的性能,非晶态合金在国民经济的各个领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。

非晶合金的一个重要应用领域是配电变压器,采用非晶合金作为铁芯材料的配电变压器,其空载损耗比同容量的硅钢变压器降低6080%,减小了能源消耗,具有很好的经济效益和环境效益。

1978年我国部分研究机构开始研究非晶合金,1980年钢铁研究总院建成3kg级非晶喷带装置,并开始在漏电开关中应用;1983年钢铁研究总院研制出10Kg级非晶制带装置。当时我国正处在改革开放初期,为了尽快赶上国外发达国家的水平,国家经委和国家科委将非晶产业化开发列入国家“六五”科技攻关,由钢铁研究总院承担,西安钟表元件厂和北京光电技术研究所为协作共同完成课题:“50公斤级非晶合金宽带生产设备”,首创2包、3包法,可以喷制50-100mm宽的非晶带材,该设备的研制成功,为非晶合金的产业进程奠定了基础。1988年钢铁研究总院突破非晶带材自动卷取技术,建成百吨级非晶带材中试线。“七五”期间国家科委支持非晶项目1000万元,在基础研究、工艺装备、材料开发和应用、变压器制造等多方面开展攻关,取得了大批成果。包括由钢铁研究总院、上海钢铁研究所、上海变压器厂、长沙变压器厂等有关单位承担的“非晶合金铁芯配电变压器研制”专题。1990年用国产非晶料制造的75台非晶配电变压器在甘肃天水、河北涿州挂网运行。1991年大容量喷制纳米晶带材成功,为非晶合金在高频电子领域的发展奠定了基础。

八五攻关注重非晶材料的应用开发和市场开发,1995,钢铁研究总院建成国内第一条年产百万只铁芯的非晶微晶元件中试线,产品主要应用于逆变焊机、中频变压器、开关电源、高压配电系统检测用互感器。1996年我国科技体制的改革已经走过十几年的历程,各大院所正处在科技体制变革时期,如何使科研成果快速、有效地转化为产业,为国民经济做出更大贡献是摆在我们面前的重要课题。当时钢铁研究总院的非晶材料已经具备初步的产业化条件,每年有300万元的的产值和几十万元的利润,并有一批专业的人才和队伍。为推动非晶态合金及应用的产业化、配套化、工程化和商品化的发展,1996年国家科委批准依托钢铁研究总院,组建国家非晶微晶合金工程技术研究中心。国家工程中心的组建为非晶产业的快速发展提供了准确的定位。

1998年“九五”科技攻关项目“ 千吨级非晶带材生产线”在涿州基地落成,并生产出220mm宽度带材;组建安泰科技股份有限公司非晶制品分公司,并成功上市。2003年突破4000万销售收入,实现利润1000万元,次年“高精度纳米晶带材及制品”项目生产线在北京永丰基地落成,建成了年产500吨纳米晶薄带生产线、年产200吨小型铁心生产线和两条剪切带材生产线。以上两项被列入国家高技术产业化示范工程。

2007年中国钢研科技集团公司非晶资产达到13206.7万元,净资产金额为10271.3万元。实际主营销售1.1亿元,实现利润1800万元,外贸收入1000万元。年产各种规格带材1298吨,各类规格铁心310吨,剪切带材340吨。

2007年,年产4万吨非晶带材的“万吨级非晶带材及制品项目”破土动工,标志着我国非晶产业真正走上了产业化标准。

我国非晶态合金产业是中国钢研科技集团公司密切注意国际新材料研究的动向,在国家科委的支持下,经历了六个五年计划的攻关,从基础研究开始,完成了材料研究、工艺和装备研究、元器件开发和应用研究、带材和铁心中式生产及大规模工业生产的阶段,形成的自主创新的高新材料产业。

 

二、硕果累累的非晶产业

经过三十年的发展,中国钢研科技集团公司现有4处非晶产业基地:北京钢铁研究总院内带材生产基地、河北涿洲千吨级带材及制品生产基地、北京永丰高精度纳米晶带材及制品生产基地和上海至高非晶带材及制品生产基地;拥有10条制带生产线,2条剪切带材生产线,4条铁心生产线。带材生产能力大于1500吨,铁心生产能力300吨。公司拥有自行设计制造的、自主知识产权的全部生产装备和工艺技术。其中:千吨级带材生产线和铁心生产线在规模、技术水平和先进性居于国际先进水平,高精度纳米晶制带机组无论在技术水平、产品档次和规模上属于国际领先。

近年来非晶产业的发展令人欣慰,尤其在纳入安泰科技并上市以来,得到快速发展和提升,产业规模迅速扩大。新建2个投资项目,“千吨级非晶带材及制品项目”和“高精度纳米晶带材及制品项目”,一个“国家高技术产业化示范工程项目”,项目的产品方案、工艺装备、工艺流程、检测技术全部基于自主的知识产权。充分体现了我们立足自己,敢于与世界强手竞争的精神。

非晶从业员工由199678人增加到2007年的510人,重要的是拥有高素质的产业工人和工程技术队伍,技术力量布局合理。具有较强的产品、技术和装备开发能力。培养了从事新产品、新工艺、新装备和新材料的研发队伍,也培育了实际工作经验丰富、技术水平高的操作工人队伍。

我国非晶产业项目已获得将近300多项科研成果和专利技术成果,已经授权的发明和实用新型专利达34项,特别是取得了一批工程化、配套化、产业化的成果。产业化技术的整体水平达到国际先进水平,而且是国内自主开发、具有知识产权的技术。

多年来共获得国家级和省部级科技成果奖几十项。如2002年“千吨级非晶及制品项目”获国家重大科技成果奖、获国家科技进步二等奖、北京市科技进步二等奖;2007年“纳米晶软磁合金及制品应用开发”获得冶金科技进步一等奖。

公司具备完整的市场营销组织体系和生产管理体系,产品质量不断提高,已经批量出口到日本、德国、土耳其、韩国、以色列和印度等国。公司引用先进的现代企业管理理念,企业管理水平不断提高,先后引进CRMK3管理体系,并通过ISO9000质量体系、环境、职业健康和安全管理体系的认证。

 

三、非晶产业的发展对于国民经济的推动作用

集三十年来非晶材料研究、工艺装备研究、应用开发研究诸多技术成果系统继承、集成和创新,我国非晶合金材料产业打破了国外在这一高新技术领域的垄断,并将形成具有中国特色的非晶材料及其制品的民族产业。

2008年全国非晶制品生产厂家约有50余家,年产非晶材料和制品约5500吨。自主的非晶材料制造产业,极大的推动了非晶变压器在我国的应用,有利于提高我国的变压器整体技术水平,提高用电的质量并增加节能效果。从1986年使用国产原料的第一台单相非晶配电变压器试制成功,到近几年每年100KVA非晶配电变压器进入电网运行,根据运行中的数据和参数分析,非晶配电变压器空载损耗比同容量硅钢变压器低60%,在节约能源方面效果显著,所节约的电能相当于在同等能源消耗的情况下增加了发电量,减少了电力企业的污染排放。

由于非晶产业的快速发展,为电力互感器行业每年提供2500吨非晶材料制造互感器铁心,使用约1000吨非晶合金用于制造漏电开关铁心,在这两个领域传统使用的坡莫合金几乎全部被取代,仅这两项就可以每年节约Ni金属2000余吨。非晶材料同时在节能灯、绿色家电、太阳能和风力发电、除尘和水处理等领域发挥越来越重要的作用。

四、奋斗者的创业之路

回望走过的漫漫三十年长路,让非晶替代硅钢片来做配电变压器,就在我们对非晶材料一无所知的情况下,仅仅是怀抱着这样的理想,我们历经了从无到有,从小到大的发展过程,经历了立项、研发、中试、产业化各个阶段,迎来了今天产业化的发展规模。而这三十年,正是中国社会、政治、经济发生了巨大变化的三十年,中国经历了从计划经济向市场经济的转变过程。整整两代非晶人抱着最初坚定的信念,抛开杂念,抑制外界的诱惑,基本保持这个团队的完整性。

记得在那间十多平米的办公室里,堆满图纸的办公桌后边就是轰隆作响的喷带设备,我们怀抱着伟大的理想,把目标定位为实现配电变压器的最终应用。我们以辛勤工作弥补了领域的空白,靠废寝忘食来追赶美国的进度。单炉容量从十几克提高到几公斤,几十公斤,几百公斤……

曾记得那几间简陋的板儿房,冬寒夏暑,十几个人在其中披星戴月,刚刚摸索出一些的经验让我们更加忘我工作,带材宽度由几毫米增加到十几毫米,几十毫米,上百毫米……

记得几个老专家下了火车转汽车,在崎岖不平、尘土飞扬的道路上颠簸八个小时去革命老区,向当地政府有关部门及变压器厂家介绍非晶态合金的应用……

不曾忘记1988年3月5日下午马洪良教授领着他的徒弟们,一如既往地在做卷取试验。突然!带子不见了?再定神一看,卷上啦!在场的人欣喜若狂、欢呼雀跃、一夜无眠。自动卷取技术被评为1988年国家十大科技新闻之一。

不知不觉中,三十年光阴如白驹过隙,岁月流逝,当年的小伙子已两鬓斑驳。

但付出终有回报,如今我们已建成四个基地几万平米的工厂,拥有了500多人的员工队伍,两亿的资产。这些,都是整整两代非晶人白手起家,一点一滴拼搏来的,是非晶人最大的骄傲。我们今天的成功,源于我们拥有远大的理想和一步一个脚印的辛勤耕耘;源于报效祖国的创业精神;源于国家对这一新项目的不断支持。

 

回顾我国非晶产业的成长过程,我们深深感觉到,一个自主创新的高新产业的发展,要经过多年不断持续的创新积累,要有持续的投入和系统的规划,要有几代人的努力。它不是一蹴而就,立竿见影的。从1976年中国开始研究非晶态合金至今,几十年的发展,一步一个脚印的走过来,贯穿这个发展过程的灵魂是自主创新的精神。几十年磨一剑,正是这种自主创新的精神和不懈的努力,使我国成为世界上少数几个可以规模生产非晶态合金并大量应用的国家之一。我们说创新是我国非晶产业发展的灵魂!

 

国家非晶微晶合金工程技术研究中心   王立军