中国突破发达国家垄断的二十大硬核科技

 2022-07-30 17:50:05    24  

一、热轧核心控制技术

中国的中冶赛迪通过持续科研创新投入,通过热轧核心控制技术、高精度热轧控制模型、板形控制技术等一系列研发项目,成功掌握了世界先进的热轧控制技术,突破了欧美发达国家的技术垄断,且先后在济钢1700mm、燕钢1780mm、宁钢1780mm等项目成功应用,“高精度热轧带钢全流程模型及控制技术”获得2016年中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术二等奖。

值得一提的是,热轧板带材是海洋、交通、能源等行业的支柱性原材料,其需要热轧成形,如果热轧过程氧化行为控制不当,会导致氧化皮过厚、晶界氧化及界面弯曲等问题,不仅表面缺陷严重而且破坏产品性能与尺寸精度。由于钢材氧化受成分及热轧工艺的复杂交互影响,精准控制属世界性难题,已成为我国制造业转型升级的原材料瓶颈。

中国研究人员在十余年的技术积累中,开发了包括高精度轧制厚度控制、板形控制、高精度退火燃烧控制、高速退火炉张力控制等一系列核心控制技术,与控制模型一起构成立体化质量控制系统,达到国际一流的质量控制指标。典型控制指标包括:冷轧薄规格(≤0.3mm)厚度控制精度±2μm,板形控制精度±8IU;高速退火机组炉内稳态张力控制精度±2%,板温控制精度±5℃。

二、极薄取向电工钢技术

中国包头市威丰稀土电磁材料股份有限公司的基于极薄取向电工钢关键制造技术的产品性能指标达到国际先进水平,原材料到成品工艺控制完全自主,将打破国外技术垄断,实现这一新材料的国产化替代。

值得一提的是,极薄取向电工钢是中国现代化建设的关键性材料,特别是特高压交直流输配电项目建设、国防建设、航空雷达、智能医疗设备、新兴战略产业、5G、大数据中心等领域都离不开极薄取向电工钢,极薄取向电工钢的厚度为:0.1mm、0.08mm、0.05mm,应用频率为400Hz以上,主要制作各种电抗器(阳极饱和电抗器、融冰电抗器)、中频变压器、各种电子变压器、快速加速器、脉冲电源等电子产品的铁芯。极薄取向电工钢属于国家重要的战略资源,应用范围极广, 属国家紧缺类产品,国外发达国家对这些产品限制进口到我国。

三、DP3动力定位系统

中国最高级别船舶动力定位系统领域之前取得重大工程化突破,打破欧美国家的技术垄断,填补了国内船舶动力定位系统领域空白,实现了“零的突破”。 值得一提的是,动力定位系统的原理是应用计算机对采集来的风、浪、流等环境参数,根据位置参照系统提供的位置自动进行计算,控制各个推力器的推力大小,使船舶保持艏向和船位的“雷打不动”。

之前,由708所设计的世界最先进DP-3级动力定位系统,获得了中国船级、美国船级的认可,并通过了故障模式与影响分析(FMEA)的全面验证。据悉,这是中国首次设计成功DP-3级动力定位系统。这一定位系统将为上海外高桥造船有限公司正在建造的世界第六代3000米深水半潜式钻井平台配套。业内专家表示,该系统的成功设计,将为中国在高技术、高附加值海洋工程领域的发展起到重大推进作用,并为动力定位系统在深水海洋工程装备上的广泛使用奠定良好基础。

据了解,国际海事组织根据动力定位系统的功能和冗余度,将其划分为1级、2级、3级三个级别,其中3级动力定位系统的级别最高,性能最先进。在此基础上,各国船级制定了自己的等级符号或附加标志。中国船级、美国船级规定的3个级别的动力定位系统附加标志分别为DP-1、DP-2、DP-3和DPS-1、DPS-2、DPS-3。

四、高钢级大口径长输管道安全关键技术

在国家中国石油24个科研项目支持下,西部管道公司历时 12 载持续攻关,创建了亚洲首座、世界第三座高钢级大口径天然气管道全尺寸爆破试验装置及试验方法;创新了复杂载荷条件下管道防灾技术,并建立相关国家标准;研制出管道高精度监检测装备和系统;形成高钢级大口径管道定量风险评估技术等四大技术创新成果,有效解决了四大挑战,为我国油气管道安全运行,特别是未来管道建设奠定了坚实的基础。

值得一提的是,四项创新成果共获得国家发明专利25件,制定标准9项,4项成果获省部级科技进步一等奖,整体水平达到国际先进水平,其中管道全尺寸爆破试验及止裂、管道应力弱磁内检测等关键技术达到国际领先水平,成为继美国、意大利、俄罗斯之后世界上第四个掌握该技术的国家。国际著名微合金管道专家J.Malcolm Gray曾评价:中国建成的全尺寸气体爆破试验场具有世界先进水平。

五、高端浅水多波束测深声呐

中国的哈尔滨工程大学之前消息,该校“系列化浅水多波束测深声呐关键技术创新与应用”项目中多项关键技术达到国际领先水平,彻底打破了长期以来国际上欧美发达国家对中国在高端浅水多波束测深声呐技术的封锁。该成果是在哈工程国产首台中水多波束测深系统(海军型号产品)——H/HCS-017型条带测深仪基础上。值得一提的是,该技术突破了“浅水多波束测深声呐高精度方位估计”、“沿航迹向合成孔径处理”、“无安装约束免校准”、“海量海底地形信息多分辨率三维可视化表达”、“声呐图像人工智能解译”等关键技术,实现了高精度、超宽覆盖、多功能一体化测量、设备系列化研制、批量生产和推广应用。

该产品最小测深、分辨力、最大覆盖扇面等核心技术指标均达到国际领先水平,使中国成为继美国、挪威等之后完全掌握高端浅水多波束测深声呐核心技术的少数国家之一。

六、船舶电推系统

船舶综合电力推进系统,是伴随现代电力电子技术的发展产生的一种新型船舶推进系统,它将船舶动力电站和辅机电站合二为一,从而达到有效利用能源、提高船舶机动性、降低船舶噪声的目的。中船重工武汉712研究所在船舶综合电力推进系统的自主创新中之前取得了重大进展,研制了以变频器、推进电机、推进变压器、功率管理系统、操纵控制系统为核心的推进系统,实现了单轴推进功率20MW以下船舶电力推进系统的全部国产化,一举打破了发达国家技术垄断。

值得一提的是,中国中车自主研发的电推系统,比常规动力耗能减少15%以上,且船舶的机动性和操作性大大提高。专门研发的3D运维软件系统,能实现船舶实时监控和有效管理。这些先进的技术在特种运输船中相融合,是中国在此种船型的首次尝试,打破了一直由国外垄断的市场格局。

七、Al-Si镀层技术/Al-Si镀层热冲压钢

中国的东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(简称:RAL)易红亮教授团队之前发布了AluSlim ®高韧性新型Al-Si镀层技术,该技术直击安赛乐米塔尔20年专利垄断,引来全球钢铁行业和汽车行业的广泛关注。值得一提的是,东北大学孵化的创业企业——育材堂(苏州)材料科技有限公司)将团队提出的“Al-Si镀层和钢基体界面间高碳致脆”理论转化为界面降碳韧化技术,并通过马鞍山钢铁股份有限公司批量工业试制出高韧性Al-Si镀层热冲压钢产品。这也成为东北大学首批技术孵化企业通过产学研深度融合,实现科技成果转化的成功案例之一。这项技术吸引了世界的目光。

值得一提的是,Al-Si镀层1500MPa热冲压钢是汽车安全件最主要用材,全球每年应用近400万吨。现有的Al-Si镀层技术是由安米于1999年开始研发并逐步在全球范围内形成垄断的一项技术。一方面,安米的专利垄断使汽车生产商为每吨Al-Si镀层板要额外支付上千元的成本;另一方面,安米目前采用Al-Si镀层板制成的热冲压零件弯曲韧性亟待提高以进一步满足车身轻量化需求,并且其抗延迟开裂风险也需要进一步降低以提高制造过程中的可靠性。之前全球很多钢铁企业都尝试过破解安米的这项技术,彻底解决这些问题,但多年来一直没有突破。

八、电子束冷床炉

中国昆钢集团之前制造出国内第一台大型电子束冷床炉并投产,中国将成为世界第4个具有该设备制造能力的国家。

昆钢先后开发了高性能抗震钢筋、抗震钢板及抗震型钢。为提高钢板抗震性能,率先在全国开展了抗震钢板的研发生产,填补了国内空白,制定了企业标准。

电子束冷床炉创新点如下:一是在国内首次掌握了具有自主知识产权的大型电子束冷床炉集成设计与制造关键技术,制造出首台国产大型电子束冷床炉,性能指标达到同类国外进口设备水平,制造成本显著降低。二是自主开发了电子束枪控制软件及系统,打破了国外技术封锁,实现了多种规格铸锭产品的熔铸控制。三是自主开发了侧向加料和结晶器液位控制等创新技术,熔铸功能显著提升,技术指标超过国外先进水平。四是获得了大规格钛及钛合金铸锭的电子束冷床熔铸及冶金质量控制关键技术。

九、页岩气开发技术装备

中国联合研制的页岩气采掘用4500马力电驱动压裂泵系统,曾在涪陵中石化油气田成功完成开采压裂施工。这套完全国产化4500马力电驱动压裂泵驱动系统的研制成功,标志着我国页岩气开采核心技术装备实现了“电动、绿色、智能”,取得实质性突破。一举打破目前我国页岩气开发主要利用国外设备技术,存在技术壁垒导致成本居高不下的现状。

页岩气是一种清洁、高效的能源资源和化工原料,其开发和利用有利于缓解我国油气资源短缺,增加清洁能源供应,是我国新能源的重要补充。4500马力电驱动压裂泵系统是永济电机公司联合中石化江汉四机厂历时一年多研制成功的。该系统从理念上颠覆了机械传动的驱动方式,采用交直交变频交流传动系统,变频传动及控制系统起步就采用全数字变频多相控制技术,将全球最先进的通讯网络技术与之结合,使4500型电动压裂泵中的高压变电系统、变频多相矢量控制、PLC控制、远程操作等有机地联系在一起,实现了4500型电动压裂泵的智能化控制。满足压裂泵使用性能要求及高冗余度、高可靠性的需求。

传统压裂车与电驱动压裂泵相比:一台3000型传统压裂车工作每小时消耗柴油300升,噪声103分贝;而一台4500型电动压裂泵,每小时耗电2400千瓦时,噪声仅为90分贝,且不产生任何氮氧化合物、二氧化硫等有害气体。

十、8AT变速器

中国汽车行业打破国外垄断,实现在全球自动变速器领域的重要突破。在之前的广州车展,首次搭载我国自主研发8挡自动变速器的汽车正式亮相。徐向阳及其团队在自动变速器领域的技术突破,不仅迫使国外自动变速器降低售价,也使得自动变速器终于有了”中国造”。经过十余年努力,徐向阳作为第一完成人完成的项目“前置前驱8挡自动变速器(8AT)研发及产业化”,获得2016年度国家科技进步一等奖。这不仅填补了国内技术空白,更是成功打破了国外企业对变速箱技术的封锁和市场垄断。徐向阳由此也被誉为“中国8AT变速器第一人”。

作为世界上最大的汽车市场,我国仅在自动变速器这一项,每年的进口费用就高达90亿美元。要想实现自动变速器的突破,实际上我们没有别的选择,只有靠自主创新,才能够实现掌握汽车的这种核心技术。

十一、高精度冷连轧机组核心设备及关键技术

中国一重集团公司和鞍钢集团之前联合研制设计制造的鞍钢1780毫米大型宽带钢冷连轧机生产线喜夺国家科学技术进步奖一等奖。1780毫米冷连轧机组是第一个迈进中国科技“奥斯卡”颁奖殿堂的大型冷轧机组项目。1780冷轧是钢铁企业制造汽车和特种船舶用钢板的关键设备。在国际上,大型冷轧机组只有德国、日本等少数几个国家能够制造。从国外进口同类冷轧机组需14~17亿元人民币。一 1780冷轧是钢铁企业制造汽车和特种船舶用钢板的关键设备。

上世纪,随着我国汽车和家电制造业的迅猛发展,市场上对优质冷轧板材的需求量越来越大。当时国内钢铁企业中,只有宝钢从国外引进的三套大型冷轧设备。产能远远满足不了市场需求。国内急需的冷轧薄钢板45%需要进口。在国际上,大型冷轧机组只有德国、日本等少数几个国家能够制造。从国外进口同类冷轧机组需14~17亿元人民币。

十二、海底电磁采集技术

中国海洋大学科研团队自主研发的两台海底电磁采集站,曾经在中国南海海域成功完成4000米级海底大地电磁数据采集试验,标志着我国海洋电磁装备研制达到国际先进水平。电磁探测技术与装备研制取得重大突破性进展,填补了我国在这一方面的空白。打破了欧美的技术垄断。

据悉,海底电磁采集站曾经搭载“海大号”科考船至南海海域开展了深海海试。科研人员将两台海底电磁采集站分别投放至深度为3682米和3690米海底,经过30小时数据采集,顺利回收。

十三、高铁齿轮传动系统

中国高端装备近些年快速崛起。尤其是齿轮传动系统是高铁能量转换与传递的核心部件,其工作性能的好坏直接影响到高铁列车运行的可靠性和安全性,同时也是高铁列车跑出“世界速度”的关键所在。高铁上齿轮制造的相关技术不可谓不难,使用的轴承表面处理要求很高,另外,齿轮处理需要达到微米级精度,相当于头发丝表面的五十分之一。中国在2015年第一套压制技术的齿轮箱成功下线,3年内成品率达到了100%。中国10年内攻克了高铁的变速箱设计方面的技术难关、列车齿轮全部用上中国制造。

值得一提的是,之前齿轮传动系统是高铁列车动力传递的核心部件,其工作性能直接决定了高铁列车运行的可靠性和安全性。长期以来,我国高铁列车用齿轮传动系统完全被德国和日本公司所垄断。

十四、2500KJ液压打桩锤

中国首台套2500KJ(千焦耳)大型液压打桩锤新之前研制成功。并且完成整体基础桩沉桩作业首秀,通过了船级社第三方鉴证,标志着国产最大规格海上作业液压打桩锤研制成功,正式列装海洋工程施工装备。

值得一提的是,液压打桩锤是一种以液压油作为工作介质,利用液压油的压力来传递动力,驱动锤芯进行打桩作业的基础施工装备,是目前海洋资源开发施工的主力装备。随着海洋强国战略和“一带一路”倡议的深入实施,国内对大型液压打桩锤的需求巨大,但大型打桩锤技术开发难度大、风险高,之前全球市场几乎都由欧洲公司垄断,我国所用装备全部从国外进口,严重制约我国海洋资源开发特别是海洋风电产业的快速发展。

中国具有完整自主知识产权的2500KJ大型液压打桩锤研制成功,实现进口替代,为大型液压打桩锤的真正国产化、规模化打下坚实基础。

十五、脐带缆技术

中国自主研发、设计、制造的首根国产大长度脐带缆通过专家验收,曾投入文昌9-2/9-3/10-3气田群使用。文昌脐带缆项目于2017年3月启动,项目组攻克了脐带缆设计、大长度生产制造、钢管自动焊焊接、产品验证测试等多个技术难点,使大长度脐带缆成功国产化。我国南海海域采用水下控制系统开发模式的油气田越来越多。但作为水下生产系统“神经生命线”的脐带缆,长期由国外少数制造商供货,存在采购成本高、供货周期长、售后服务不及时等问题,制约了油气田的开发。

从名字上能够看出来脐带缆的重要作用,它就相当于胎儿和母体最为关键的连接,而如此重要的设备,在研制生产方面,拥有巨大的技术难度,比如,海水腐蚀、海底高压等等诸多的障碍困难限制着我们在该设备上的进度。长时间以来,中国都需要从国外进口的,也就是说,大长度脐带缆一直都是被国外公司所垄断的,直接限制了国家在深海油气田的探测开发。

值得一提的是,中国由此开始集中资源在大长度脐带缆上进行技术突破。功夫不负有心人,现在打破了西方国家在大长度脐带缆上的垄断,中国第一根国产大长度脐带缆的服役且设计寿命为20年。

十六、3万吨级垂直挤压机

由中国自主研制的首台3.6万吨垂直挤压机,之前在内蒙古北方重工业集团有限公司(简称北重集团)成功挤出第一根合格的厚壁无缝钢管,标志着此项目全面热调试成功。值得一提的是,万吨级重型装备是一个国家制造能力的标志,涉及设计、制造、运输、安装等诸多难题,属于“极端制造”领域。世界上只有美国威曼·高登公司拥有 3.15万吨挤压机组,而且用了7年时间建成;加上德国曼内斯曼公司、日本住友公司等几乎垄断了世界全部耐高温高压厚壁成型材料。

为打破国外高端材料的垄断,北重集团在充分调研论证的基础上,决定与清华大学合作,自主创新制造了3.6万吨垂直挤压大口径厚壁无缝钢管生产线项目。这是中国兵器工业集团“十一五”期间实施的重大项目,也是国家十六大科技重大专项和十大基础制造装备之一。 

十七、百米消防车制造技术

中国徐州重工历经十几年的消防产品技术沉淀,又一次刷新自身88米登高消防车记录,成功研发出全亚洲最高登高平台消防车--DG100,标志着继芬兰之后,中国成为了第二个能研发并生产100米高端消防车的国家。100米消防车研发和试制过程中的各项难题,取得技术21项,各项指标参数均达到了世界先进水平

作为消防安全装备中最为高端的登高平台消防车,由于技术含量、制造水平等方面要求较高,长期以来,国内市场几乎全部依赖进口。徐工重型依托先进的自主研发能力,成功推出中国本土最高米级的53米登高车,一举确立了“亚洲第一高”的地位。

十八、高铁无砟轨道

中国无砟轨道成套自动化设备首次在郑万高铁湖北段朱集特大桥无砟轨道施工中投入使用。标志着中国无砟轨道进入进入智能化、自动化施工阶段。在郑万高铁湖北段无砟轨道施工中,采用我国自主研发、具有完全自主知识产权的CRTSI型无砟轨道板。值得一提的是,中铁四局历时半年研发了无砟轨道成套自动化设备,突破了发达国家的技术垄断。

其中TAS系列智能精调机器人和BMR-3无砟轨道承轨台检测机器人为我国首创,通过无线通讯模块接收分析数据,自动调整精度,达到内控数据,符合设计及规范要求。同时,为了保证高铁以时速350公里平稳通过,施工中无砟轨道对精度要求极高,其中每10米轨道高低波动、轨向偏差不得大于2毫米、轨距偏差不得大于1毫米,实现了智能化、自动化施工。

十九、轨道交通“三大件”技术

中国是全球最大的轨道交通装备市场。尤其到2020年,轨道交通装备研发能力和主导产品达到全球先进水平,行业销售产值超过6500亿元,境外业务比重超过30%,服务业比重超过15%,重点产品进入欧美发达国家市场。到2025年,我国轨道交通装备制造业形成完善的、具有持续创新能力的创新体系,在主要领域推行智能制造模式,主要产品达到国际领先水平,境外业务占比达到40%,服务业务占比超过20%,中国主导国际标准修订,建成全球领先的现代化轨道交通装备产业体系,占据全球产业链的高端。

中国在轨道交通装备行业最核心的牵引系统、制动系统和网络控制系统 “三大件”上均实现 “中国创造” 。值得一提的是,中国北车在牵引系统、网络控制系统、制动系统上的全面突破。.列车制动系统。研制新一代大功率交流传动机车、自主化高速动车组制动系统,技术达到国际先进水平,突破了发达国家的垄断且实现进口替代。

二十、高端钨粉还原技术

中国完全自主研制开发的“全自动、智能化十八管还原炉”与“柔性控制回转式煅烧还原炉”研制成功。成功打破了美国、德国垄断高端钨粉还原设备的局面,标志着顶立科技粉末冶金装备水平跻身国际先进行列,从此结束中国粉末冶金行业关键装备依赖国外进口的历史。

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