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漂洋過海，被應用于中資礦企在加納的首個金礦項目。
該球磨機由中信重工機械股份有限公司（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，達到了目前國際高端大型碎磨裝備的先進水平。
9月15日，中信重工大型磨機總設計師、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：球磨機是最常用的一種礦物磨機，礦物磨機是用于礦物粉磨作業(yè)的機械設備。球磨機問世已有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)品的細度達到選礦技術(shù)指標，就必須“派出”球磨機。
記者：今年8月剛剛交付的球磨機，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有效研磨容積大、礦石的處理能力大。這臺球磨機直徑8.2米、長12.7米，有效容積為679立方米，相當于11臺直徑3.6米、長6米球磨機的有效容積，而后者是近幾年在礦山作業(yè)中應用率非常高的球磨機。
記者：除了顯而易見的“大”，該球磨機還具有哪些優(yōu)勢呢？
周潔：它的優(yōu)勢是非常明顯的。例如，該球磨機所需配套基礎設施投資僅為直徑3.6米、長6米球磨機的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，而支撐這臺球磨機的靜壓滑動軸承油膜厚度僅為0.25毫米，大約相當于兩張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”。
周潔：沒錯。在我從事的大型礦物磨機的國產(chǎn)化研究中，很多礦物磨機有幾層樓高、重達幾千噸，相關設計計算早已超出了傳統(tǒng)標準計算的范疇，需要不斷應用前沿技術(shù)。
比如，在目前國產(chǎn)最大球磨機的研發(fā)過程中，我和研發(fā)團隊應用了筒體的疲勞設計與極限制造技術(shù)、超大和超重開式齒輪的設計與制造技術(shù)、雙驅(qū)電機變頻驅(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計方案都進行了反復論證，還多次開展了相關實驗研究。
記者：除了“大而有當”，近年來礦物磨機行業(yè)還在朝“大而低耗”的方向前進。
周潔：是的，如今我國礦物磨機行業(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”方案，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的“半自磨機+球磨機+頑石破碎機”方案等，出現(xiàn)了更多復雜組合的解決方案。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。
每一步走得都如履薄冰
記者：研制如此體量的大型機械，僅靠一支團隊是難以完成的。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，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計團隊，各研究所通力配合僅用1年時間便使該大型球磨機的基本設計脈絡清晰，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，離不開特大型開式大齒輪。然而，我國目前的大型設備鑄造能力和機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)團隊要“啃”下的“硬骨頭”。
為此，我們團隊必須要優(yōu)化齒輪的結(jié)構(gòu)和材料，選擇合適的設計制造參數(shù)，研制出更好的制造材料，來提高開式齒輪的功率密度。團隊據(jù)此開展了“特大型齒輪結(jié)構(gòu)耦合設計”和“高強—高韌大齒輪材料”的研究項目。相關項目組技術(shù)人員對比了幾十組齒輪設計參數(shù)，經(jīng)過不斷分析計算，確定了最后的設計參數(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110噸，刷新了中信重工開式齒輪設計和制造的紀錄。
記者：這個“巨無霸”誕生后，將為我國相關行業(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周期從36個月縮短為12個月，能夠為建設方節(jié)約設備投資30%至50%左右，同時使我國擺脫了大型球磨機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)大型磨機的設計工作，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，必須進口大型磨機，耗費大量資金，嚴重制約礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。為了擺脫關鍵核心技術(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。
要提高礦物磨機的磨礦能力，就必須擴大其規(guī)格，相應磨機驅(qū)動功率也需隨之增加。當功率超過10000千瓦，傳統(tǒng)的單電機齒輪驅(qū)動就達到極限。于是研發(fā)團隊大膽決定，采用超大功率的雙電機齒輪驅(qū)動作為該磨機的驅(qū)動方式，而這在當時絕對屬于冒險的嘗試。
記者：這樣設計的風險為什么高？
周潔：此前，我國此類設備均采用單電機驅(qū)動，改為雙電機驅(qū)動意味著由兩個小齒輪共同驅(qū)動大齒輪帶動磨機筒體工作。齒輪的設計、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）標準反復核算設計和工藝參數(shù)，對比了國際主流的雙電機驅(qū)動方案，也沒有把握能夠一次成功?？紤]到驅(qū)動對磨機的重要性，為了盡可能降低試錯成本，我們進行了一系列試驗，以確保設計的準確性。
記者：“大膽假設”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（直徑10.37米、長5.19米）和雙驅(qū)溢流型球磨機（直徑7.32米、長10.68米）順利投產(chǎn)，成功打破了國際礦業(yè)巨頭在超大型磨機領域的壟斷，中國礦業(yè)機械由此迎來了大型化發(fā)展的“春天”。
記者：未來，您及團隊成員還有哪些規(guī)劃？
周潔：生命不息，研發(fā)不止。未來，我們團隊將著力研發(fā)驅(qū)動功率更大、直徑更大、更先進的超大智能型礦物磨機，同時在磨機關鍵零件疲勞可靠性評價、粉磨選型數(shù)據(jù)庫的建設、磨礦系統(tǒng)的智能化等方面也將開展進一步的研究工作。
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隊？
周潔：我們研究院現(xiàn)有員工51名，65%擁有碩士以上學歷，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、特別能奉獻的年輕創(chuàng)新團隊。僅2023年，我們團隊就完成了435個技術(shù)項目。
記者：在您看來，當前國內(nèi)磨機行業(yè)是否還存在人才短板？
周潔：還是有的。當前國內(nèi)磨機行業(yè)的人才缺口依舊比較大，尤其缺乏對各種破磨設備和工藝系統(tǒng)都精通的復合型人才，同時數(shù)據(jù)處理、工藝系統(tǒng)和設備智能化等方面的人才也比較缺乏。作為磨機行業(yè)工作者，我希望能有更多新生力量進入我們行業(yè)，為提升我國制造業(yè)水平貢獻力量。
記者：作為一名女工程師，您認為如何讓“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)制造與設計領域，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)職務的提高，女性占比逐級減少，女性科技領軍人才匱乏。要促進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設計團隊，至今已經(jīng)整整16年，其間參與了多個大型礦物磨機大型項目，見證了大型礦物磨機高速發(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)總設計師的專業(yè)與“硬核”。
周潔和她的團隊成員身上洋溢著年輕人的活力，但是當埋頭研究時，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”?！坝诩毺幹郏诖筇幝淠笔沁@支團隊給記者留下的最深印象。
周潔說，每一次“更大”“更強”“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）
