凝心聚力铸造钢铁强国梦

　　年过50岁的国人很难忘记中国缺钢少铁的日子：由于所需钢铁大多系进口，以致小小一颗铁钉，也称“洋钉”。曾经，一个国家的钢铁产量，就是国家的实力象征。世界列强，无一不是钢铁大国强国。正是因为有“为了一吨钢愁死英雄汉”的历史屈辱，才有今天一批执着勤勉的“钢铁人”和中国钢铁工业的崛起。
　　1月8日，在2017年度国家科学技术奖励大会上，国家科学技术奖获奖名单里钢铁行业中共有7个项目赫然在列，续写着中国钢铁行业科技创新篇章。作为与钢铁冶金行业结缘半生的专家，上海大学先进凝固技术中心（简称CAST）主任翟启杰也在这一天，带领团队登上这一科技界的最高荣誉殿堂——由他领衔的“脉冲磁致振荡（简称PMO）连铸方坯凝固均质化技术”被授予2017年度国家技术发明獎二等奖。而这支团队近20年的奋斗故事，也在团队每个人的心里泛起涟漪。因为，它关乎青春，更关乎梦想……
　　把“冰棍”做成“雪糕”
　　钢铁和我们的生活息息相关，往大了说有飞机航母，往小的说有图钉小弹簧。被称为“现代工业的粮食”的钢铁，是制造生活用具、生产机器和军事装备的重要材料，钢的生产和消耗量至今仍然是衡量综合国力的重要标志。因而，人们对钢铁生产技术的研究也从未止步。
　　20世纪50年代，欧美国家出现连铸技术，即把钢水连续不断浇注凝固，制成坯料。与传统模铸相比，该技术大幅提高了生产效率和金属收得率并节约了能源。到90年代，全世界90%以上钢用连铸工艺生产。然而，由于柱状晶发达等原因，连铸坯成分不均匀性问题突出，严重影响了钢铁制品性能均匀性和质量稳定性。
　　要知道缘由，就需要了解钢铁连铸生产的工艺过程。翟启杰饶有兴趣地为记者上起科普课。“通常情况下连铸坯的凝固过程就像冰棍的结晶过程。冰棍结晶时，冰晶粒从外面一直长到心部，形成贯穿冰棍的大冰碴，把杂质、包括糖分等添加物质都推到了最后结晶的中心。而雪糕就不一样了，它是由很多细小的冰晶粒组成，这样杂质和糖分等添加物质就会比较均匀。通常，连铸坯凝固时像冰棍一样，铸坯从外向内凝固，形成粗大的穿晶组织，把杂质元素、包括有用的合金元素也推到了铸坯的心部，造成成分和性能不均匀。如果把这样的钢坯轧制成板材或棒材，其不同部位性能就不均匀。如果把这样的钢切成小块分别制造成零件，这些零件的质量就不稳定。”
　　究竟通过什么方法可以解决钢坯凝固均匀性问题呢？翟启杰坦言，在技术路线的选择上，他们走过很多弯路。20多年来，他们尝试过添加形核剂、温度扰动、成分扰动，施加超声波、脉冲电流和脉冲磁场，然而最终均或是因为效果不稳定、或是因为工业应用困难等原因逐一放弃。最终，他们在研究脉冲电流细化凝固组织的机制中受到启发，发明了“脉冲磁致振荡技术”，从而解决了长期困扰国际冶金界的凝固均质化技术难题。
　　那么，这究竟是一项什么技术呢？用翟启杰的话来说就是，“这个技术就是把‘冰棍’做成‘雪糕’。通过电磁感应效应，使钢水中不断形成细小的晶核，从而避免出现粗大的柱状晶，最终达到均匀化的效果。”他提到，这项技术的核心是，感应脉冲磁场与金属熔体之间形成的电磁效应。因此，该技术不仅适用于钢的方坯连铸，也适用于钢的圆坯和板坯连铸以及模铸等其他与凝固相关的生产工艺。而对于铝、镁、铜等其它金属及合金，也有十分有效的细化效果。
　　十七年磨一剑
　　“十七年铸剑，只为炉火纯青；一剑出鞘，定当倚天长鸣。”这句话用来形容这一项目的成功历程再恰当不过了。这项发明的问世，凝聚了CAST团队所有成员长达17年之久的默默坚守与付出，同时也给了“团队精神”“工匠精神”最好的诠释。
　　在2000年受聘上海大学之前，翟启杰在北京科技大学就已研究钢铁的均质化问题达5年之久，“研究了很多方法，但这些方法虽然在实验室是成功的，到现场却没法用”。换了一个新环境，转换一个新思路。来到上海大学后，翟启杰规划了一个全方位物理外场研究计划——系统研究脉冲电流、脉冲磁场和超声波等物理外场在钢凝固过程中的作用规律及机制，探索应用脉冲物理场解决钢的均质化的可能性和条件。因为要用物理场，就要和物理学专家合作。于是，翟启杰自己跑到物理系座谈好几次，表达了自己想把钢铁和物理结合并成立团队的意愿。此时，他非常幸运地遇到了志同道合的人。
　　富知愚，由于热衷于研究实际问题少有论文发表，虽然年过半百还只是物理系的副教授。这位别人看来最最平凡的老师，却和他的助手龚永勇、李仁兴一起成为翟启杰梦寐以求的合作伙伴。富知愚一直与翟启杰合作到退休，而龚永勇和李仁兴则一直与翟启杰合作到今天。龚永勇告诉记者：“我们一开始并不真正了解这个领域有多重要，可进入这个领域跟着做起来，特别是经常和企业进行交流，发现这的确是制约钢铁质量提升的共性瓶颈问题，于是越做越来劲，深信我们一定会有突破！”
　　经过无数次实验，他们终于在脉冲电流细化金属凝固组织机制的研究上取得突破，从而原创性地提出了PMO凝固均质化技术。2005年他们申请了发明专利，2007年他们在国际上第一次公开发表了这一原创性工作。随后，团队又开展了为期10多年更为艰难的产业化应用。
　　一个人潜心研究一件事近20年已属不易，一个团队每个人都坚持做一件事并享受其中则更为难得。团队成员之一的仲红刚告诉记者：“我们团队成员之所以都愿意留下来，一个很重要的原因就是我们对我们的研究工作充满信心，加上团队内部特别和谐。这些年，大家确实挺辛苦，几乎天天加班。”他笑言，这种强度要在企业里面的话不知道要发多少奖金。年近80岁高龄的翟启杰的中学老师从翟启杰的学生那里听闻团队的工作情况后，感慨地说，“即使在50年代，这支团队也人人都是劳模”。

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