今年是共建“一帶一路”倡議提出十周年。在共建“一帶一路”國家中，加納以盛產(chǎn)黃金著稱，素有“黃金海岸”的美譽。今年8月，一臺目前中國制造的最大球磨機(jī)漂洋過海，被應(yīng)用于中資礦企在加納的首個金礦項目。
該球磨機(jī)由中信重工機(jī)械股份有限公司（以下簡稱中信重工）自主研制，直徑8.2米、長12.7米，突破了礦山重型裝備制造極限，達(dá)到了目前國際高端大型碎磨裝備的先進(jìn)水平。
9月15日，中信重工大型磨機(jī)總設(shè)計師、中信重工礦研院院長助理周潔接受了科技日報記者的采訪，講述這個“重工業(yè)小巨人”誕生背后的艱辛歷程。
“做小”不易“做大”也難
記者：球磨機(jī)看起來像一個“巨無霸”，您能否簡要介紹下這一裝備的功能和作用？
周潔：球磨機(jī)是最常用的一種礦物磨機(jī)，礦物磨機(jī)是用于礦物粉磨作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。球磨機(jī)問世已有100多年，因其作業(yè)效率高，目前仍是選礦廠的核心設(shè)備。
比如，部分有色金屬礦石所含有價礦物的顆粒直徑很小，要想使這類礦石產(chǎn)品的細(xì)度達(dá)到選礦技術(shù)指標(biāo)，就必須“派出”球磨機(jī)。
記者：今年8月剛剛交付的球磨機(jī)，其突出特點就是“大”，請問這個“大”是指個頭嗎？
周潔：“大”主要指的是該球磨機(jī)有效研磨容積大、礦石的處理能力大。這臺球磨機(jī)直徑8.2米、長12.7米，有效容積為679立方米，相當(dāng)于11臺直徑3.6米、長6米球磨機(jī)的有效容積，而后者是近幾年在礦山作業(yè)中應(yīng)用率非常高的球磨機(jī)。
記者：除了顯而易見的“大”，該球磨機(jī)還具有哪些優(yōu)勢呢？
周潔：它的優(yōu)勢是非常明顯的。例如，該球磨機(jī)所需配套基礎(chǔ)設(shè)施投資僅為直徑3.6米、長6米球磨機(jī)的40%，同時其運行成本也大幅下降。根據(jù)我們的測算，今年8月剛剛交付的球磨機(jī)可以將礦山采選能力提高40%、資源消耗量降低20%。
記者：在工業(yè)制造領(lǐng)域，我們都知道把一個東西做小很不容易，但把一個東西做大是不是也充滿挑戰(zhàn)？
周潔：確實，在工業(yè)制造中，“做小”不易“做大”也難。“做大”并不是我們想象中簡單地把零部件按比例放大就可以了，技術(shù)人員要面臨很多新的技術(shù)難題。
以今年8月剛剛交付的球磨機(jī)為例，該裝備加上研磨介質(zhì)的重量超過2500噸，而支撐這臺球磨機(jī)的靜壓滑動軸承油膜厚度僅為0.25毫米，大約相當(dāng)于兩張A4紙的厚度。技術(shù)人員要讓如此薄的一層油膜，承載“巨無霸”設(shè)備，還要保證其平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，是非常困難的。
記者：“做大”之難，不僅難在“做大”本身，更難在要“大而有當(dāng)”。
周潔：沒錯。在我從事的大型礦物磨機(jī)的國產(chǎn)化研究中，很多礦物磨機(jī)有幾層樓高、重達(dá)幾千噸，相關(guān)設(shè)計計算早已超出了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)計算的范疇，需要不斷應(yīng)用前沿技術(shù)。
比如，在目前國產(chǎn)最大球磨機(jī)的研發(fā)過程中，我和研發(fā)團(tuán)隊?wèi)?yīng)用了筒體的疲勞設(shè)計與極限制造技術(shù)、超大和超重開式齒輪的設(shè)計與制造技術(shù)、雙驅(qū)電機(jī)變頻驅(qū)動技術(shù)、特大型滑動軸承及潤滑技術(shù)等。與此同時，我們對每個部件的設(shè)計方案都進(jìn)行了反復(fù)論證，還多次開展了相關(guān)實驗研究。
記者：除了“大而有當(dāng)”，近年來礦物磨機(jī)行業(yè)還在朝“大而低耗”的方向前進(jìn)。
周潔：是的，如今我國礦物磨機(jī)行業(yè)正朝著綠色節(jié)能的方向發(fā)展，突出表現(xiàn)為磨礦流程日益多樣化、規(guī)格的大型化和操作的智能化。
例如，從過去單一的“三段破碎+球磨機(jī)”方案，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的“半自磨機(jī)+球磨機(jī)+頑石破碎機(jī)”方案等，出現(xiàn)了更多復(fù)雜組合的解決方案。根據(jù)不同礦石和磨礦的加工要求，磨礦流程呈現(xiàn)出更加多樣化的發(fā)展趨勢，在流程的選擇上企業(yè)更加注重能耗、鋼耗指標(biāo)。
每一步走得都如履薄冰
記者：研制如此體量的大型機(jī)械，僅靠一支團(tuán)隊是難以完成的。您是怎樣統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各部門的呢？
周潔：齊心協(xié)力辦大事是我們的工作原則。為了高效研發(fā)今年8月下線的直徑8.2米、長12.7米球磨機(jī)，中信重工組織了由粉磨裝備研究所、齒輪所、自動化研究所、液壓潤滑研究所、CAE研究所、加工工藝所等單位組成的設(shè)計團(tuán)隊，各研究所通力配合僅用1年時間便使該大型球磨機(jī)的基本設(shè)計脈絡(luò)清晰，又用1年讓各種零部件的結(jié)構(gòu)趨于定型和優(yōu)化。時至今日，這些研究所的科研人員仍在對這些零部件進(jìn)行迭代，以提高它的作業(yè)效率和市場競爭力。
記者：在研制目前國產(chǎn)最大球磨機(jī)的過程中，您覺得最難“啃”的“硬骨頭”是什么？
周潔：驅(qū)動特大型球磨機(jī)，離不開特大型開式大齒輪。然而，我國目前的大型設(shè)備鑄造能力和機(jī)床可承受的加工重量限制了齒輪的制造尺寸。如何突破加工極限、造出功率密度更大的開式齒輪，成了我們研發(fā)團(tuán)隊要“啃”下的“硬骨頭”。
為此，我們團(tuán)隊必須要優(yōu)化齒輪的結(jié)構(gòu)和材料，選擇合適的設(shè)計制造參數(shù)，研制出更好的制造材料，來提高開式齒輪的功率密度。團(tuán)隊據(jù)此開展了“特大型齒輪結(jié)構(gòu)耦合設(shè)計”和“高強(qiáng)—高韌大齒輪材料”的研究項目。相關(guān)項目組技術(shù)人員對比了幾十組齒輪設(shè)計參數(shù)，經(jīng)過不斷分析計算，確定了最后的設(shè)計參數(shù)。在試驗了近100種材料后，技術(shù)人員根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化材料配比及制造工藝，最終使齒輪的功率密度提高了15%、重量達(dá)110噸，刷新了中信重工開式齒輪設(shè)計和制造的紀(jì)錄。
記者：這個“巨無霸”誕生后，將為我國相關(guān)行業(yè)帶來哪些改變？
周潔：它可以將日處理量萬噸以上的特大型礦山選礦廠建設(shè)周期從36個月縮短為12個月，能夠為建設(shè)方節(jié)約設(shè)備投資30%至50%左右，同時使我國擺脫了大型球磨機(jī)長期被國外壟斷的局面。
記者：除了研制這個“巨無霸”，您還曾參與國產(chǎn)首臺套雙驅(qū)大型磨機(jī)的設(shè)計工作，可否講講這段研發(fā)經(jīng)歷？
周潔：2008年以前，我國要想開發(fā)千萬噸級的礦山，必須進(jìn)口大型磨機(jī)，耗費大量資金，嚴(yán)重制約礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。為了擺脫關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人的局面，我們走上了一條艱難的自主研發(fā)道路。
要提高礦物磨機(jī)的磨礦能力，就必須擴(kuò)大其規(guī)格，相應(yīng)磨機(jī)驅(qū)動功率也需隨之增加。當(dāng)功率超過10000千瓦，傳統(tǒng)的單電機(jī)齒輪驅(qū)動就達(dá)到極限。于是研發(fā)團(tuán)隊大膽決定，采用超大功率的雙電機(jī)齒輪驅(qū)動作為該磨機(jī)的驅(qū)動方式，而這在當(dāng)時絕對屬于冒險的嘗試。
記者：這樣設(shè)計的風(fēng)險為什么高？
周潔：此前，我國此類設(shè)備均采用單電機(jī)驅(qū)動，改為雙電機(jī)驅(qū)動意味著由兩個小齒輪共同驅(qū)動大齒輪帶動磨機(jī)筒體工作。齒輪的設(shè)計、制造精度和驅(qū)動系統(tǒng)的不平衡精度，直接影響了傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性。即便我們參照AGMA（美國齒輪制造協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)反復(fù)核算設(shè)計和工藝參數(shù)，對比了國際主流的雙電機(jī)驅(qū)動方案，也沒有把握能夠一次成功。考慮到驅(qū)動對磨機(jī)的重要性，為了盡可能降低試錯成本，我們進(jìn)行了一系列試驗，以確保設(shè)計的準(zhǔn)確性。
記者：“大膽假設(shè)”離不開“小心求證”。
周潔：是的，我們每一步走得都戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢、如履薄冰。最終，在2010年，由中信重工自主研發(fā)的雙驅(qū)半自磨機(jī)（直徑10.37米、長5.19米）和雙驅(qū)溢流型球磨機(jī)（直徑7.32米、長10.68米）順利投產(chǎn)，成功打破了國際礦業(yè)巨頭在超大型磨機(jī)領(lǐng)域的壟斷，中國礦業(yè)機(jī)械由此迎來了大型化發(fā)展的“春天”。
記者：未來，您及團(tuán)隊成員還有哪些規(guī)劃？
周潔：生命不息，研發(fā)不止。未來，我們團(tuán)隊將著力研發(fā)驅(qū)動功率更大、直徑更大、更先進(jìn)的超大智能型礦物磨機(jī)，同時在磨機(jī)關(guān)鍵零件疲勞可靠性評價、粉磨選型數(shù)據(jù)庫的建設(shè)、磨礦系統(tǒng)的智能化等方面也將開展進(jìn)一步的研究工作。
希望年輕人傳承工匠精神
記者：我看您的團(tuán)隊成員年齡都不大，您本人也是“80后”，您能否介紹一下這支年輕的團(tuán)隊？
周潔：我們研究院現(xiàn)有員工51名，65%擁有碩士以上學(xué)歷，其中“80后”占比38%、“90后”占比51%，這是一支特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻(xiàn)的年輕創(chuàng)新團(tuán)隊。僅2023年，我們團(tuán)隊就完成了435個技術(shù)項目。
記者：在您看來，當(dāng)前國內(nèi)磨機(jī)行業(yè)是否還存在人才短板？
周潔：還是有的。當(dāng)前國內(nèi)磨機(jī)行業(yè)的人才缺口依舊比較大，尤其缺乏對各種破磨設(shè)備和工藝系統(tǒng)都精通的復(fù)合型人才，同時數(shù)據(jù)處理、工藝系統(tǒng)和設(shè)備智能化等方面的人才也比較缺乏。作為磨機(jī)行業(yè)工作者，我希望能有更多新生力量進(jìn)入我們行業(yè)，為提升我國制造業(yè)水平貢獻(xiàn)力量。
記者：作為一名女工程師，您認(rèn)為如何讓“她力量”更好地為行業(yè)創(chuàng)新添動力？
周潔：女性科技人才隊伍是國家科技人才隊伍的重要組成部分，也是科技創(chuàng)新的重要力量。在工業(yè)制造與設(shè)計領(lǐng)域，雖然從總數(shù)來看女性科技工作者占比并不少，但隨著專業(yè)技術(shù)職務(wù)的提高，女性占比逐級減少，女性科技領(lǐng)軍人才匱乏。要促進(jìn)女性科技高層次人才發(fā)展，我們需要根據(jù)女性科技人才特點和成長規(guī)律，關(guān)注女性科技人才成長的不同環(huán)節(jié)和階段，有針對性地解決她們發(fā)展面臨的問題。隨著相關(guān)政策的落實，我國將營造出更適合女性科技人才成長的環(huán)境，充分激發(fā)她們的創(chuàng)新活力，讓“她力量”為推動制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展增添更加強(qiáng)勁的動力。
記者：作為一個“老字號”科研單位，您所在的研究院是怎樣培養(yǎng)年輕科技工作者的？
周潔：拿我自己的經(jīng)歷來說吧。2007年，我加入中信重工大型磨機(jī)設(shè)計團(tuán)隊，至今已經(jīng)整整16年，其間參與了多個大型礦物磨機(jī)大型項目，見證了大型礦物磨機(jī)高速發(fā)展的黃金年代。包括我在內(nèi)的青年科技工作者，在老一輩科技工作者“傳、幫、帶”下掌握設(shè)計技術(shù)，在一個個科研項目的歷練中得到了鍛煉，逐步成長為主任工程師、總設(shè)計師，甚至行業(yè)專家。
記者：作為一名成績卓然的科研工作者，您對青年人有哪些寄語和期望？
周潔：我曾跟隨老一輩科技工作者在生產(chǎn)一線鍛煉了十幾年，我被他們身上精益求精的工匠精神所深深打動。這些是我們行業(yè)科研人員最寶貴的財富。我希望年輕一代科技工作者，能夠在實踐中去踐行這種工匠精神。
記者：在您眼中，什么是工匠精神？
周潔：在我看來，其實它很簡單，就是“干一行，愛一行，把這一行做到極致”。
記者手記
與周潔對話，仿佛行走在參差錯落的叢林中，一步有一步的美麗，一步有一步的驚喜。
在周潔身上，既能看到屬于女性的柔美與優(yōu)雅，又能時刻感受到重工業(yè)總設(shè)計師的專業(yè)與“硬核”。
周潔和她的團(tuán)隊成員身上洋溢著年輕人的活力，但是當(dāng)埋頭研究時，他們又表現(xiàn)出超越年齡的沉穩(wěn)。
正是這樣一群人，從一個數(shù)據(jù)、一個零件做起，最終鑄成“大國重器”。“于細(xì)處著眼，在大處落墨”是這支團(tuán)隊給記者留下的最深印象。
周潔說，每一次“更大”“更強(qiáng)”“更優(yōu)質(zhì)”的裝備制造與創(chuàng)新，對她而言不僅僅是滿足客戶需求，更是對自我的挑戰(zhàn)與超越。她喜歡挑戰(zhàn)，也愿意為之冒險，“哪怕像走在鋼絲上”。
如今，周潔新的冒險之旅又開始了，祝她好運。
（科技日報記者 孫越）
