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造一个能承重7000吨的钢圈有多难?很难,但我们造出来了

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2022-09-29 09:10广东

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7000吨,这是一个怎样的概念呢?

这个数太大,我们身边很难能见到如此重的东西,但货运火车还是很常见的,一般而言,货运火车的一节车厢自重在24吨左右,而其可以载重60吨,也就是说一节满载的火车货运车厢的重量为84吨,而7000吨就约等于83节满载的火车货运车厢。如果现在我们要制造一个直径为15.6米的钢圈,让它能够承受得了83节满载火车货运车厢的重量,其技术难度可想而知。

难归难,这个钢圈,我们还真给造出来了。我们为什么要造这样一个能够承重7000吨,直径为15.6米的钢圈呢?造这个钢圈有什么用呢?现在如果让你来猜这个问题,而你又恰巧是一名军迷,那么你一定会想到一个东西,那就是核潜艇。直径如此大、承重能力如此强的金属圈,的确很容易让人联想到核潜艇的制造,不过实际上这个东西还真与潜艇无关,但却与“核”有着不小的关系。

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这个金属圈实际上是应用于核电站之上的。

众所周知,现今的核电站使用的是核裂变技术,所谓核裂变技术,简单来讲,就是利用链式反应,使放射性元素接二连三发生核裂变,从而释放出巨大的能量。那么核裂变所产生的能量又是如何转化为电能的呢?

反应物在裂变反应的过程中会释放出巨大的热量,此时就需要向反应物中注入冷水,其目的主要有两个,一是为反应物降温,二是利用冷水将反应得到的热量带走。冷水带走了热量之后,自然就变成了热水,而由于温度极高,一部分热水就变为了水蒸气,水蒸气进而推动涡轮机,如此就实现了发电。在这里,高温高压的蒸汽推动汽轮机是一个压力容器,而压力容器需要密封圈,而这个直径15.6米的金属圈在这里就是充当密封圈之用的。

明白了这个金属圈的用途,自然也就知道了这个金属圈为什么要能承重7000吨,因为核能发电所使用的压力容器就有这个重量。

这个金属圈很难造吗?很难,但我们造出来了,而且是世界第一个。从人类最早利用核能发电至今,已经有超过70个年头了,为什么说我们制造的这个金属密封圈是世界上的第一个呢?难道以前不使用密封圈?

当然不是,这个金属密封圈是核电站所必须的,只不过在此之前,国外的做法一直都是将这个密封圈分成6到8段,进行分别制造,然后再把它们焊接在一起。而我们使用的则是一体化金属锻造技术,这个直径15.6米、承重7000吨的金属圈是一体成型的。

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一体成型与分段焊接相比,到底优势何在呢?分段焊接虽然也可以使用,但在焊缝处则存在着安全隐患。

的确,迄今为止,并没有因为密封圈的焊缝而出现过安全问题,但没有出现问题,并不等于安全隐患就不存在,这就好比一座山不禁烟火,虽从未发生过事故,但事故发生却是迟早的事情。而要彻底杜绝这种安全隐患,就必须要采用一体化金属锻造技术。

相比分段焊接,一体化锻造技术的难度不可同日而语。首先,压力容器大锻件,本身对于化学成分的配比就极其严格。其次,金属液体冶炼完成后,必须先要铸成一定形状的锭,才能进行加工,而这个锭,我们称之为钢锭。由于将要锻造的锻件尺寸变大了,所以钢锭的重量也要随之增加,而钢锭的重量增加了,对于其中夹杂物、气体元素的控制技术也就有了更高的要求,冶炼难度也就随之大大增加了。

我们此次锻造的这个金属圈不仅体积大,而且还采用了一体化技术,可以说是对整个锻造工艺的一次新的挑战。

为了能够锻造出这个一体化的金属密封圈,工程人员采用了58块优质的连铸胚,将它们叠到了10米以上,然后再在真空室里进行电子束封焊,再加热到1250摄氏度,进行多项锻造,如此才使得其内部组织更加均匀,并最终得以在轧环机上轧环成形。

这个世界上最大的金属圈对于消除核电站压力容器的安全隐患具有现实的重要意义,但它的意义又远不止此。毫无疑问,这个一体化的金属密封圈是我国自主研发并制造的,最为关键的是,据我所知,在此前,从没有哪一个国家试图采用一体化金属锻造技术来打造这个密封圈,也就是说这一次我们不仅仅完成了别人无法完成的事情,更重要的在于我们想到了别人不敢想的事情。

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