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在位于濱州市惠民縣的山東國創(chuàng)精密機械有限公司鑄造車間內(nèi)，一場關(guān)乎“大國重器”核心的“極限挑戰(zhàn)”正在進(jìn)行。1600攝氏度的高溫鐵水，如同兩條金色的巨龍，從兩個巨大的澆包中精準(zhǔn)、平穩(wěn)地注入一個重達(dá)百噸的砂型。僅僅3分鐘后，一個未來將驅(qū)動14兆瓦以上海上風(fēng)電機組的超大型輪轂毛坯宣告成型。這驚心動魄的瞬間，凝聚著一項達(dá)到國際先進(jìn)水平的自主核心技術(shù)——超大型海上風(fēng)電輪轂鑄造技術(shù)。

日前，這項由山東國創(chuàng)精密機械有限公司與山東理工大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)的成果，獲評2025年度濱州市科技創(chuàng)新成果一等。它不僅解決了長期制約行業(yè)發(fā)展的世界性鑄造難題，更讓“濱州造”的核心鑄件，裝備了全球近百家風(fēng)電場的上萬臺巨型風(fēng)電機組，成為追逐“海風(fēng)綠電”不可或缺的“中國心”。

迎戰(zhàn)“無人區(qū)”，當(dāng)風(fēng)機巨輪化遭遇鑄造天花板

在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動下，海上風(fēng)電正駛向深遠(yuǎn)海，風(fēng)機單機容量不斷刷新紀(jì)錄，從10兆瓦向20兆瓦甚至更高邁進(jìn)。風(fēng)機越大，捕獲風(fēng)能的“心臟”——輪轂所需承受的極限載荷呈幾何級數(shù)增長，其重量和尺寸也逼近工業(yè)制造的邊界。

“當(dāng)時，能滿足14兆瓦以上風(fēng)機要求的超大型輪轂，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化能力幾乎空白?！被貞浟㈨椫醯奶魬?zhàn)，山東國創(chuàng)精密機械有限公司總工程師王建宏坦言，重量超過百噸、壁厚超半米的超大型球墨鑄鐵件，就像一個難以馴服的“巨獸”。

傳統(tǒng)的鑄造工藝在面對如此龐然大物時，極易出現(xiàn)球化不良、組織粗大、內(nèi)部縮松、夾渣等致命缺陷，任何一個瑕疵都可能導(dǎo)致價值數(shù)億元的風(fēng)機在惡劣海況中失效。這不僅是技術(shù)瓶頸，更是我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)邁向高端、引領(lǐng)全球必須攻克的世界性難題。

研發(fā)三大“奇兵”，破解百噸鐵水的精密控制藝術(shù)

面對挑戰(zhàn)，項目團(tuán)隊從材料、工藝到裝備發(fā)起系統(tǒng)性創(chuàng)新，研發(fā)出三大核心技術(shù)“奇兵”。

第一支奇兵，是“專治不服”的“核心材料”。團(tuán)隊首創(chuàng)了適用于超厚斷面的專用球化劑與孕育劑。通過在合金中添加特殊微量元素并進(jìn)行表面包覆處理，使其在高溫鐵水中形成數(shù)億個穩(wěn)定的“結(jié)晶核”，確保石墨以最理想的球狀均勻析出。“這相當(dāng)于為鐵水內(nèi)部制定了嚴(yán)格的‘生長紀(jì)律’?！鄙綎|國創(chuàng)精密機械有限公司科技副總趙而團(tuán)解釋，“我們的材料使抗球化衰退能力達(dá)到普通產(chǎn)品的2倍以上，從源頭上守護(hù)了鑄件的力學(xué)性能生命線?！?/span>

第二支奇兵，是確保“平靜入?！钡摹俺墲沧⑾到y(tǒng)”。如何讓160噸高溫鐵水平穩(wěn)、潔凈、快速地充滿巨大型腔，是最大的工藝挑戰(zhàn)。項目團(tuán)隊顛覆傳統(tǒng)，設(shè)計了雙澆包、雙澆口底注式澆注系統(tǒng)，配合多級蜂窩陶瓷過濾裝置。這套系統(tǒng)如同為洶涌的鐵水修建了帶有精密閘口和多重凈水設(shè)施的“雙航道運河”，實現(xiàn)了3分鐘極速充型，全程無飛濺、無紊流，將氧化夾渣缺陷擋在“門外”。

第三支奇兵，是給砂型“瘦身”并為鑄件“加速降溫”的智能工裝。百噸鑄件需要數(shù)百噸的砂型支撐，吊裝搬運猶如移動樓房。團(tuán)隊創(chuàng)新設(shè)計出隨形砂箱和空心砂芯，使用可重復(fù)利用的鋼結(jié)構(gòu)骨架，成功將型砂用量減少30%以上。更巧妙的是，他們在砂芯中預(yù)埋了“風(fēng)道”，在鑄件凝固后期引入強制風(fēng)冷，將原本需要漫長自然冷卻的時間大幅縮短，破解了超大型鑄件生產(chǎn)效率低的痛點。

從“國際先進(jìn)”到“全球裝機”，大國重器的產(chǎn)業(yè)分量

2023年，經(jīng)中國鑄造協(xié)會組織權(quán)威專家鑒定，該成果整體達(dá)到國際先進(jìn)水平。技術(shù)的成熟，迅速轉(zhuǎn)化為市場競爭力。

“我們拿到了國際客戶14兆瓦海上風(fēng)電輪轂的全球首件研發(fā)訂單，這對企業(yè)拓展國際市場供應(yīng)鏈具有標(biāo)志性意義?！鄙綎|國創(chuàng)副總經(jīng)理張振強介紹。目前，其產(chǎn)品已穩(wěn)定供應(yīng)金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源等全球主流主機廠。其中，應(yīng)用該技術(shù)的18兆瓦風(fēng)機，入選2023年度中央企業(yè)十大超級工程。

堅實的技術(shù)底座，撐起了龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。近三年，該項目為山東國創(chuàng)帶來直接銷售收入超過百億元。產(chǎn)品累計裝機量帶動下游風(fēng)電整機廠商創(chuàng)造產(chǎn)值過千億元。

目前，圍繞該技術(shù)山東國創(chuàng)已獲授權(quán)發(fā)明專利36項，主持或參與制定各類標(biāo)準(zhǔn)3項，并先后獲評國家制造業(yè)單項冠軍產(chǎn)品、山東省裝備制造業(yè)科技創(chuàng)新一等獎等榮譽，成為濱州乃至山東高端裝備制造的一張新名片。

從攻克鑄造工藝的微觀世界，到支撐全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的宏圖，這項國際先進(jìn)的鑄造技術(shù)，不僅鞏固了我國在超大型風(fēng)電零部件制造領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，更以其扎實的創(chuàng)新能力，為山東乃至中國的高端裝備制造業(yè)鑄造了一顆強勁的“工業(yè)心臟”，助力中國風(fēng)電在深藍(lán)海域錨定更穩(wěn)固的基石，搏擊更廣闊的風(fēng)云。