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核级锆材国产化是如何在宝鸡实现的?

2020-03-26 15:48  

2007年国家核电技术公司和宝钛集团共同出资组建国核宝钛锆业股份公司,以实现我国核级锆材的国产化目标。13年过去了,随着国家电力投资集团有限公司海阳核电1号机组首次大修结束,由国核锆业生产的三代核电核级锆材正式“服役”,这意味着“初心”实现,改写了我国长期以来核级锆材依赖进口的局面,那么——核级锆材国产化是如何实现的?

核电厂的燃料为铀,用铀制成的核燃料在一种叫作“反应堆”的装置内发生裂变而产生大量热能,高压水把热能带出,在蒸气发生器内产生蒸气推动汽轮机发电。铀就装在核反应堆内的包壳管中,而制造这个包壳管的材料是一种特殊金属——锆。

国核锆业员工进行管材轧制

核级锆材能把放射性物质完全密封在燃料棒内,防止放射性物质泄漏,构成核安全的第一道屏障,是核电站反应堆运行中的关键结构材料。我国自上世纪70年代开始发展核电,但核电站所必需的核级锆材长期依赖进口,成为制约我国核电规模化、自主化发展的“瓶颈”之一。

2007年,国家核电技术公司和宝钛集团共同出资组建国核宝钛锆业股份公司,受让三代核电AP1000用核级锆合金生产加工技术,决心实现核级锆材的国产化、自主化。那么国核锆业在引进、消化、吸收、再创新的路上是如何“过关斩将”的?记者近日走进该公司采访其研发团队。

“粮草先行”的勇气

按照当时AP1000核电站示范工程的进度要求,自国核锆业一成立,面临的第一个挑战便是要在2012年底建成生产线,完成合格性鉴定,为核燃料元件厂提供首批核用锆材,这就是所谓的“后墙不倒”。

一个新企业,要招聘人,招来的人马上就要能干活,团队建设、消化技转资料、建厂房和实验室、定设备、人员培训、做实验……这一系列工作开展,面临严峻考验。

在技术转让资料还未释放时,厂房建设、设备引进就得“粮草先行”。2009年1月,离2012年底仅有3年时间,换言之,要在这么短时间内建成占地近20万平方米的现代化厂区,完成数百台套设备的定购、安装和所有生产线建设,并打通从核级海绵锆制备到成品管、棒、带材的全流程工艺及检验检测技术障碍……其难度在于:一切从零开始。外方专家听说后表示:“这不可能!”

带材连续退火

一个合格材料的研制,需要付出艰辛的努力。要想开发成功,我们不能把国外的“套路”简单移植到国内,因为大家面临的工业条件和环境不一样,我们必须靠独立开发才能保证技术落地。比如大量的热加工工序和工艺细节,直接照搬到我们的设备上,由于“支撑力”不够,很难“一气呵成”。再比如,海绵锆制备过程中产生的废水问题,有的国家得益于得天独厚的自然环境,采用直排加天然蒸发的方式就可以解决,但在我们这里就必须开发废液的处理技术。

尤其是熔炼合金的技术,有可借鉴的地方,但对熔炼锆合金而言,得另辟蹊径,甚至打破原来的思维定势,建立一套新的工艺逻辑,这种破立之间的探索,极其考验团队的创新力。

好在这是一个“老兵强,新兵勇”的团队,20%的“老兵”以清晰的作战思路、较强的运筹能力打开局面,而大量从高校招来的毕业生,在短短几年里,接受了“高营养”训练,培养了面对挑战勇于担当的品质。

没有技转资料,就从翻译合同开始,从解读别人去国外公司回来写的考察报告开始;设计图纸出不来,就派工程部的人蹲守设计院,不给图纸就不走;文件还没看到,就开始设备的选型,到一家家的设备厂家进行考察和调研。熔炼技术不懂,就请宝钛的技术人员,弄明白电弧炉熔炼、热加工的具体工艺。

“橘生淮北”的探索

当2009年外方技转资料释放时,国核锆业先后有二百多人到美国培训。在异国他乡,这批中国人的学习热情让洋老师们很吃惊。“我们四人组成的培训学习小组,白天接受技术培训,晚上探讨和仔细推敲学习内容,一边发现问题,一边整理知识点,形成学习日志,不论多晚都发回国内。晚上,大家经常讨论到后半夜,那时候时差、思乡之情煎熬着人,但都不能阻挡我们的学习热情!”一位参加培训的同志回忆道。

工人进行管材轧制过程控制

通过学习开阔了视野:精确操作,尽量减少人为因素……这些让国核锆业人领悟颇深。据不完全统计,在消化吸收短短不到半年时间,国核锆业建立了700多份管理文件,初步搭建起质量管理文件体系,其中38份文件是中英文对照,让外方专家直呼“了不起!”

年龄从20多岁到40多岁的整个团队成员,都为“消化吸收”这个目标努力学习和实践,海绵般的吸附能力,只为“他山之石可以攻玉”。

“无中生有”的实践

2009年10月24日这个日子值得记录:国核锆业成功研制了重300公斤锆合金铸锭,这是目前一种具有国际领先水平的新型先进核级锆合金,具备优良机械加工性能和核性能,是第三代核电AP1000核反应堆燃料组件的关键结构材料。在研制出它之前,有关它的现成资料少之又少,那国核锆业人是怎么“无中生有”的?

没有生产工艺,就查资料找文献,开动大脑,形成试制方案。没有材料破碎机,就全员动起来,用手将金属一一弄碎,金属屑把人手扎得满是划痕。没有熔炼炉,就去西安借,第一个锭子做出来了,但钛的含量高,只能再做……

第一个核级新型锆合金铸锭的试制成功,标志着我国依靠自有技术和能力攻克了相关关键技术,为工业化生产核级锆材奠定了良好基础。

构建体系的气魄

该公司科研和创新部负责人高博介绍,改变依赖进口的局面,最终实现自主化,公司除了引进消化吸收外方技术,还要建立一套完整可靠的质量保证体系。

2011年5月,按照核安全法规要求,国核锆业根据HAF003《核电厂质量保证安全规定》及其相关依据,建立了HAF003质量保证体系。在稀有金属加工行业建立这套体系,在国内是“拓荒之举”,公司的质保人员过去根本没有接触过HAF003法规,也找不到专家来帮助。

质量保证体系不能通过,生产线建起来也得不到认可,合格性鉴定就通不过,那么这些设备就派不上用场,国家投资这么大,就等于打水漂,所以构建体系是一座必须“跨过去的大山”。

当时质保体系专项组迅速成立,成员都是从各分厂、各部门抽调出来进厂一两年的大学生,只能边学边干。首先是学习理解,建程序文件。毕业于西安交通大学的张军被抽调过来编写程序,“对照HAF003,边学边干边摸索,当时我们光牵涉到现场实际操作的程序就有四五百份,坯料厂有二百多份,管材厂有一百多份,合金厂有一百多份。”

程序编写完成,再请外方专家审核。他们要求质保体系必须和实际运行结合起来,否则质保体系文件就是一纸空文。于是质保体系专项组成员就去各分厂、各部门衔接,就各部门之间如何对接运行,如何环环相扣进行详细了解。了解完后,根据实际运行情况,结合相关要求改写程序,一遍遍修改完善。

2011年12月,外方专家给国家核电技术公司写信,在信里对国核锆业的质保体系及运行情况表示十分担忧,但短短5个月过去,2012年5月,他们重新写信给国家核电技术公司,对国核锆业的质量工作给予高度评价。

2017年4月30日,国核锆业完成海阳核电站首炉换料用AP1000核级锆合金管棒材生产、检验工作。2018年1月,国核锆业圆满完成了海阳核电项目首炉换料的产品验收与交付,海阳核电站本次大修,国产化AP1000核级锆材正式入堆,标志着核级锆材国产化迈出了坚实一步。

国核锆业党委书记、董事长王成立表示,现在,公司正在生产海阳核电C103、C203换料用核级锆材,未来企业将积极开拓创新,不断推进核级锆材国产化、自主化进程,为更多堆型、更多合金牌号核电站提供质量优秀的国产核级锆材,向成为世界一流锆材服务商目标迈进,为早日实现“核电强国梦”奠定坚实基础。(宝鸡日报全媒体记者 魏薇)

编辑:王莹

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