视频丨看钢锭怎样“擀面条”!大国重器:攀钢怎样造百米长的高速钢轨

2020-09-29 09:27:12来源:四川在线编辑:曾东平

四川在线记者 张红霞

高大、黝黑的加热炉里,“吐”出通红、明亮的钢锭——一段长7.75米、重约6吨多的钢锭,带着1100多度高温,开始在300余米生产线上、7台轧机间的“旅行”。高温使钢锭变得分外柔软,犹如“擀面条”,经过13道轧制流程,在7分钟里拉伸成103米长的钢轨,通直而光滑,壮观而漂亮。

大国重器,高铁津梁。

这里是鞍钢集团攀钢集团攀枝花钢钒有限公司(以下简称“攀钢钒”)下属轨梁厂万能生产二线生产现场,可日产“攀枝花”牌高速钢轨5万余米,产量居世界首位。

攀钢型材轧制首席工程师陶功明的办公室,紧挨着作业区。门常虚掩着,人是长时间地泡在生产现场。自1992年重庆大学毕业进入攀钢,他从基层工人干起,直至技术核心、创新带头人,中国首个高速道岔轨等多项国内外攻关记录,让他在攀钢群英谱中,承前启后、熠熠生辉。

“在攀钢钢轨上飞驰,您可以睡得像婴儿一样安稳”,为了这句话,陶功明和他的团队身在攀西大裂谷,心在世界前沿阵地,以全球眼光攻坚克难,殚精竭虑,甘之若饴。

铁道部招标,攀钢按下了抢答键

今年3月27日,一列满载百米高速钢轨的火车从轨梁厂鸣笛发车。火车头上醒目的字牌显示,这是攀钢钒为印度尼西亚雅加达至万隆高速铁路项目(以下简称“雅万高铁”)量身定制的第一批近4000吨钢轨,也是中国标准高速铁路专用长定尺钢轨首次出口海外。轨身上不时闪现“PZH”字样,标志着这个民族钢轨品牌带着“中国制造”的自豪,绽放在南太平洋沿岸。 这,成了中国高铁史上的一个里程碑事件。

回首半个多世纪前,攀枝花钒钛磁铁矿资源大惊天下,而前苏联专家却断言,这里不可能成为矿区。很明显,苏联专家看走了眼。从1965年至1971年,来自冶金部、铁道路的精英及当地群众,在大裂谷建成了2.5平方公里的“象牙微雕”钢城,造就了一座世界级的钢铁企业——开矿50年以来总共采出矿量3.5亿吨,相当于60吨的火车首尾相连绕地球赤道8圈。1975年6月29日,攀钢生产出第一支重轨产品——50公斤/米钢轨,“攀枝花造”从此走进历史舞台。

攀钢抢抓高铁机遇,意识得早,行动也早。1996年,攀钢成立高速钢轨开发项目组。其时,攀钢已在一年前组建了国家级企业技术中心,研究战略方向瞄准了高速铁路。

当时,我国7.2万公里铁路运营里程中,1/3为曲线段,在此类线路上,钢轨磨损严重,使用寿命短。上世纪末,原铁道部多次向国内钢轨生产企业发出强烈呼吁,开发抗拉强度为1280兆帕的珠光体钢轨,满足铁路发展需要。此时,国外高强度钢轨一单难求,单位吨价高达万元。

“攀枝花的铁矿石天然含钒,使攀钢的钢轨在柔韧性和耐磨性等方面具有先天优势,非常适合高速钢轨要求。”攀钢钒轨梁厂原副厂长王彦中说。他还记得,当年在与某国外钢轨生产企业交流时,对方只安排攀钢派一人参观生产线,且只能站在20米外看,并称中国“不可能在10年内开发出来”。

强韧、耐磨、抗腐蚀的高速钢轨,能不能在中国人自己手中诞生?从高速钢轨的关联产品道岔轨入手,陶功明按下了抢答键。

“铁道部在钢铁企业中悬红招标,开发高速道岔轨,说谁能来接单,并在一个月之内拿出合格产品,就奖励给谁4万吨高速钢轨合同。”1999年9月,陶功明突然接到轨梁厂一位副厂长的电话。这位副厂长正在北京参加原铁道部召开的一个重要会议,传来的这个消息是压力更是动力。

“小陶,你看这高速道岔轨的开发任务我们接还是不接?”副厂长话语中充满着焦虑,也满含期望。时年27岁的陶功明没有多想,当即回答,“您接吧,这块硬骨头咱们啃了!”“有多大把握?”“您放心吧,我马上跟相关人员研究方案,办法一定会有的。”陶功明坚信,办法一定比困难多。

“中国造”钢轨:百吨重负固若金汤

放下电话,陶功明就开始行动。当时,中国还没有专门生产道岔轨的专门设备,而研发之初,道岔轨非常容易轧制失败,一次失败,成本损失300万元以上。通过与车间技术人员、职工交流,陶功明有了开发思路,他和团队尝试用以前自主研发的一套计算机仿真系统,模拟钢轨生产、制造过程中遇到的所有问题,并计算出最佳设计方案。这种方式,今天有个时髦的词“算力”,其实,在21年前国人刚刚触网的时代,它已经为陶功明所用了。

高速道岔轨开发中面临最大的难题是梯形孔出钢扭转,无法进入下道次轧制。研讨会上,陶功明大胆提出了自己的观点:不是变形导致的扭转,而是重心失稳所致。

“我当时的语气轩钉截铁,非常坚决”,回顾当时情景,陶功明说。在现场,这一观点颠覆常理不被大家赞同,但陶功明据理力争,因为试轧时他曾在不间断地观察,他相信自己的判断。这次会议大家不欢而散。但之后,通过有效认证,技术厂长采纳了陶功明的意见,而且一试成功。

仅仅19天时间,在1999年10月7日,攀钢就成功开发生产出合格的高速道岔轨,比原铁路部要求的时间提前了11天。拿下4万吨钢轨2亿元订单,利润是普通钢轨的数倍。陶功明一战成名,震动业界。

因为仿真技术的应用,中国第一根高铁道岔轨在轨梁厂生产线上第一次试轧就成功了,士气高涨。

紧接着,陶功明又在研发200米高速钢轨的过程中,解决了钢轨黏结氧化铁皮的难题。“实际上,高速钢轨的标准比道岔轨要严格得多”,陶功明发现,有一种杂质如鱼鳞般,会黏结在钢轨表面影响高速铁路行驶的安全,他因此在研发的辅助压制中用到了一种特殊材料,实现了“过程全断面除鳞”的预期。

刚强如山,攀钢人用数年努力,变问题为资源,实现了钢轨“中国造”梦想,承百吨重负固若金汤;柔韧似藤,因为加入了独特的钒,更增强核心竞争力,胜任从世界屋脊到非洲草原的任何要求,临危难时刻力撑千斤。

2010年8月19日下午3时20分左右,宝成铁路德阳至广汉间石亭江大桥下行线因特大洪灾冲击严重毁损,造成西安开往昆明的k165次列车两节车厢坠入江中。令人称奇的是,列车18车车厢中,6节留在桥上,其中一节大半部分呈悬空状态,全靠还未断裂的钢轨,犹如挂在钢丝上。“这条铁路的钢轨就是攀钢生产的”,全车千余乘客无一伤亡,桥断轨在,这份柔韧并刚强,令轨梁厂员工倍感自豪。

世界最高海拔的青藏铁路,运营速度最快的京沪高速铁路,世界最高运量的大秦线,世界最大轴重的澳大利亚FMG公司运矿线……历经45年奋斗,刚与柔、长与平、多与精等多对相互矛盾的属性,在攀钢实现了二元平衡、和谐统一。目前,攀钢钢轨的身影已从攀西裂谷走向全国,走向全球35个国家和地区。

“攀钢钢轨成为世界顶级的民族品牌,是我觉得‘最浪漫的事’。”陶功明满含深情地说。

长与平:托起高铁时速300公里+的安全

一枚硬币,立在飞驰的“复兴号”高铁车厢窗口边沿。时速350公里,窗外景物飞速闪过,窗内硬币5分钟不倒,列车运行平稳如初……这是2017年6月“复兴号”在京沪高铁开跑时的记录。攀钢百米钢轨居用轨量1/3以上,超过400公里。

2019年,中国高铁里程达到3.5万公里,稳居世界第一。高速钢轨撑起了这个记录,其中,来自攀钢钒的百米高速钢轨占比达到75%,通直而光滑,一铺数千里。长与平,托起了高铁300公里以上的时速和安全。

百米钢轨,是中国高铁的主力钢轨长度,攀钢在国内第一家率先开发100长定尺钢轨,是全球第三家。在此之前,中国铁路钢轨的普遍长度经历了从25米到50米的迭代,但上100米定尺钢轨生产线,在新千年开局时,却是许多企业想都没想过的超前决策。

长有什么意义?

在攀钢人和陶功明眼中,这个长度代表着与高铁机遇接轨。“铁路每增加一个焊接点,不仅安全风险增加一分,且每个焊点维护成本增加2000多元,开发100米定尺钢轨,是十分英明的决策。”陶功明十分钦佩,当年决策者力主上百米钢轨的眼光和魄力。

那是2003年。当时国产的25米长的钢轨,由于钢轨之间的接口处无法做到无缝焊接,不能抵抗高速列车带来的冲击和震荡,中国只能以每吨一万元的价格从国外进口。

攀钢钒在进行高速钢轨生产线的选择,一种观点是上国内才上的五轧机万能线生产50米钢轨,一种观点是立足长远和发展,引进世界最先进的七轧机100米钢轨生产线,后者的费用将多出2亿多元。

如何选择?时任攀钢新钢钒董事长洪及鄙率队去德国西马克集团考察,对方是成套轧机设备供应商。对方总经理极力主张攀钢上五轧机,他认为就当时中国的需求来说,50米钢轨已足够满足。洪及鄙们越来越倾向上七轧机,于是又邀请他到攀枝花洽谈。几个回合后,对方终于认同了攀钢钒的想法,同意供应七轧机。

2004年12月,攀钢钒七轧机万能生产二线投产。2007年,攀钢钒时速350公里高速轨战胜众多竞争对手,包揽了我国首条时速350公里城际高速铁路——京津城际高速铁路全部2.75万吨钢轨订单。

因为钢坯品种少、质量差、气泡多,攀钢曾有一段被戏称“攀大麻子”的时光。但是七轧机上马之后,表现出色,特別经过攀钢钒自主改良后,稳定、高产,令“攀大麻子”外号渐渐走远。然而,新的烦恼接踵而至。

这个烦恼和“平”有关。一列高铁列车重量在460吨以上,以每小时300公里以上的速度飞驰,相当于飞机低速巡航的速度,车轮和铁轨的接触面积只有不到指尖的大小。在指尖大小的地方,承载不断变化的复杂载荷,就要求轨道必须绝对平整,如果此时轨道上有两根头发丝直径的凸起,轨道和车轮产生的冲击力,将会达到7吨,这个力量对于高速行驶的列车,绝对是个灾难。

陶功明向“平”发起了挑战。

那是2010年,轨梁厂生产美国一级铁路钢轨,对钢轨精度要求特别高,轨梁厂第一次轧制,平时不显山露水的问题冒了出来——更换轧辊时,由于轧机之间相距较远,调整精度时,当时只能靠人工来回跑动调校,时间长,过程很累人。这就涉及到百米钢轨全长尺寸波动控制,这是国内外业界都共存的一个难题。

那一天,一线作业环节给陶功明下了一场“霹雳雨”。“我们把头部调和好了,尾部又不调和了”,二轧钢作业区中班班长苏震说。“操作台高100米,作业区温度七八百度,反反复复来回跑,跑不动了。”二轧钢作业区副作业长赵刚说。“因为钢的温度波动大,进钢有冲击,出钢有弯曲。”班组长反映。

陶功明一时压力巨大,一方面要降低劳动强度,一方面要提高精度。恰在此时,他看到一则消息:一列高速运行的列车因为钢轨全长尺寸波动,被迫采取紧急制动,造成了影响业界的运输事故。想到自己也正面临这个“拦路虎”,他的冷汗冒了出来。

带着问题,陶功明四处走访,西南交大学者告诉他,全长尺寸波动将使钢轨出现疲劳增损,进而造成疲劳断轨、失稳脱轨等现象,隐患极大。“必须将全长尺寸波动控制在1毫米之内!”陶功明全身心投入研究中。很快,他拿出了一个富有想象力、大胆创新的解决方案。提交到轨梁厂技术讨论会时,有人支持有人反对,各有理由,时任副厂长杜健一言定乾绅:干!

“如果以新要求来衡量当时攀钢生产的百米高速钢轨端头平直度,合格率只有87%。”陶功明把重点放在提升钢轨合格率上,从预弯曲线优化、矫直工艺改进、双向矫直工艺优化等方面入手,实施优化工艺参数、改进部分装置等攻关方案。

“一次性实施成功!”生产现场沸腾了,全球首次采用端头补偿轧制技术并获成功!陶功明的方案,使钢轨高度及轨底宽度等尺寸控制精度比原来提高了一倍以上,钢轨端头平直度合格率直线上升,达到了99%以上。他长舒了一口气,为了解这道世界难题,他有多少次趴在钢轨上边听异响边录音,自己却难以说清。

纵长千里,平滑如一。在轨梁厂钢轨展厅,一比一陈列了一段百米高速钢轨——轨身喷涂了淡淡香槟色的防锈漆,轨头是泛着银白光泽的钢面,均匀细腻,左右两侧弯出好看、圆润的弧度,“就象用过滤镜后的美颜”,讲解者笑着说。它们从百米起步,在成都焊接成500米大轨,再在工程现场首尾相连成千里长轨。

长与平的完美平衡,使攀钢钒钢轨的实验时速达到了486.1公里,可以胜任中国高铁的速度梦想。

大咖名片

陶功明,四川开江县人,1970年生,全国劳模、全国五一劳动奖章获得者。1992年从重庆大学冶金专业毕业后进入攀钢工作。28年间,从一线技术工人成长为攀钢型材轧制首席工程师,有多项国内外领先的技术创新。研制出中国首支高速道岔轨、世界首创采用端头补偿轧制技术解决通长尺寸控制难题。先后发表论文近30篇,有9项科研项目分别获得省部级科技进步一、二、三等奖,年创效益逾千万元。

本文刊于9月29日四川日报第13版《人境》周刊。

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