中國(guó)冶金報(bào) 中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 王志 劉加軍 報(bào)道
“穿孔機(jī)、軋管機(jī)直接由低速大扭矩稀土永磁伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減速機(jī)、稀油站全沒(méi)了。能耗降20%，成材率超94%，壁厚精度控制在±5%S以內(nèi)，內(nèi)螺紋不超過(guò)0.20毫米。”9月10日，上海鋼管行業(yè)協(xié)會(huì)理事、太原磬泓智能裝備股份有限公司董事長(zhǎng)張國(guó)慶在太原的辦公室向《中國(guó)冶金報(bào)》記者細(xì)數(shù)著一項(xiàng)技術(shù)革新帶來(lái)的蛻變——通過(guò)科技創(chuàng)新讓軋鋼不再需要減速機(jī)。
在鋼鐵行業(yè)，減速機(jī)一直是聯(lián)結(jié)電機(jī)和軋機(jī)軋輥的必不可少的設(shè)備。然而，在安徽和河北的兩條鋼管生產(chǎn)線上，伺服電機(jī)完美取代了以往的減速機(jī)，成本降了，質(zhì)量升了，車間也變得更加安靜。
張國(guó)慶董事長(zhǎng)（右）接受《中國(guó)冶金報(bào)》記者等的專訪。（王志攝）
跨界移植：從造紙到鋼鐵
“這場(chǎng)發(fā)生在鋼鐵行業(yè)的革命，來(lái)源卻在造紙行業(yè)。”張國(guó)慶介紹。他們與歐佩德伺服電機(jī)節(jié)能系統(tǒng)有限公司聯(lián)手，將造紙機(jī)械的“永磁同步伺服直驅(qū)”技術(shù)跨界移植到鋼鐵裝備，為我國(guó)重工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型與裝備國(guó)產(chǎn)化寫(xiě)下生動(dòng)注腳。
但是，技術(shù)的可行并不代表經(jīng)濟(jì)的可行。“1千瓦伺服電機(jī)賣(mài)1萬(wàn)元，100千瓦就要100萬(wàn)元”，張國(guó)慶的話勾勒出十余年前我國(guó)工業(yè)伺服領(lǐng)域的窘境。彼時(shí)，造紙機(jī)主傳動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)被國(guó)外品牌壟斷，采用“異步變頻”技術(shù)路線的國(guó)外伺服電機(jī)，憑借技術(shù)壁壘占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，價(jià)格居高不下。
解決這個(gè)問(wèn)題，還得靠國(guó)產(chǎn)化。2012年成立的歐佩德伺服電機(jī)節(jié)能系統(tǒng)有限公司，自誕生起就瞄準(zhǔn)了伺服系統(tǒng)的自主可控并敲定“永磁同步伺服直驅(qū)”技術(shù)路線，與太原磬泓智能裝備股份有限公司向造紙機(jī)械主傳動(dòng)的國(guó)外壟斷發(fā)起沖擊。
為攻克技術(shù)落地難題，歐佩德付出了8.5億元的投資費(fèi)用——在山東收購(gòu)一家造紙機(jī)械廠，成立中試基地。“造紙機(jī)對(duì)傳動(dòng)精度要求極高，是伺服電機(jī)最好的‘試驗(yàn)場(chǎng)’”，張國(guó)慶解釋道。令人振奮的是，首次中試便取得成功，更關(guān)鍵的是，曾被國(guó)外壟斷的核心部件“驅(qū)動(dòng)器”實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)，精度達(dá)到汽車行業(yè)“車規(guī)級(jí)”標(biāo)準(zhǔn)，徹底擺脫了對(duì)外依賴。
這場(chǎng)“降維打擊式”的國(guó)產(chǎn)替代，得到了政策與市場(chǎng)的雙重加持。2019至2023年，歐佩德連續(xù)5年獲得廣東省工信廳6000萬(wàn)元珠西先進(jìn)裝備扶持資金（明股實(shí)債，2023年底成功回購(gòu)）；2022年以10億元估值募集1億元資金，2025年估值升至16億元再獲1億元融資。截至2024年，已有8條紙機(jī)成功應(yīng)用該動(dòng)力系統(tǒng)，國(guó)產(chǎn)伺服技術(shù)在造紙行業(yè)站穩(wěn)了腳跟。值得關(guān)注的是，雙方聯(lián)合掌握核心技術(shù)話語(yǔ)權(quán)，對(duì)伺服電機(jī)控制系統(tǒng)擁有共同的軟件著作權(quán)，為后續(xù)跨界拓展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
難題新解：讓減速機(jī)離開(kāi)
“一條2000萬(wàn)元的軋鋼生產(chǎn)線，光減速機(jī)就要花300萬(wàn)元”，張國(guó)慶的話點(diǎn)出了鋼鐵行業(yè)的長(zhǎng)期痛點(diǎn)。在傳統(tǒng)軋鋼生產(chǎn)中，差速箱、減速機(jī)是核心傳動(dòng)部件，但齒輪設(shè)計(jì)的細(xì)微偏差就可能導(dǎo)致設(shè)備容易損壞，軸承、齒輪等零配件維護(hù)頻繁，配套的液壓站、稀油站需定期更換油品，僅齒輪箱用油一次就需十幾萬(wàn)元。
“每天圍著減速機(jī)轉(zhuǎn)，滿身油污是常態(tài)，設(shè)備轟鳴聲音大得扯著嗓子說(shuō)話。”張國(guó)慶說(shuō)，這是軋鋼設(shè)備維修人員的常態(tài)。更關(guān)鍵的是，機(jī)械傳動(dòng)的剛性特性導(dǎo)致反應(yīng)遲緩，誤差不斷積累，直接影響產(chǎn)品精度與成材率。作為深耕無(wú)縫管裝備近二十年的專家，張國(guó)慶深知這些痛點(diǎn)對(duì)行業(yè)發(fā)展的制約。
2017年，番禺珠江鋼管（珠海）南區(qū)的生產(chǎn)線改造項(xiàng)目，成為伺服技術(shù)跨界鋼鐵行業(yè)的“試金石”。該項(xiàng)目涉及5種生產(chǎn)設(shè)備、23臺(tái)電機(jī)，總功率達(dá)2434千瓦。“客戶一開(kāi)始不敢用，覺(jué)得把造紙行業(yè)的技術(shù)用到軋鋼上太冒險(xiǎn)”，張國(guó)慶回憶道。傳統(tǒng)軋機(jī)靠輸入軸與輸出軸的機(jī)械同步驅(qū)動(dòng)，而伺服系統(tǒng)依賴電控同步，兩者原理截然不同。
為打消客戶顧慮，太原磬泓與歐佩德團(tuán)隊(duì)多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，反復(fù)修訂技術(shù)方案，最終通過(guò)甲方評(píng)審。2017年11月28日項(xiàng)目入場(chǎng)，12月29日即竣工，改造效果遠(yuǎn)超預(yù)期：整體平均節(jié)電率46.7%，最高達(dá)81.78%；其中一臺(tái)設(shè)備（擴(kuò)徑機(jī)）配置6臺(tái)電機(jī)，合計(jì)電機(jī)功率1250kw，設(shè)備總價(jià)值2000萬(wàn)，改造后產(chǎn)能提升30%，改造后僅產(chǎn)能提升就為珠江鋼管廠設(shè)備增值600萬(wàn)。這個(gè)項(xiàng)目不僅創(chuàng)造了大批量大功率伺服電機(jī)應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域的紀(jì)錄，更讓鋼鐵行業(yè)看到了跨界技術(shù)的巨大潛力。
但成功的背后是七年磨一劍的堅(jiān)持。“從5.5千瓦到2000千瓦，大功率伺服電機(jī)的芯片選型、磁場(chǎng)設(shè)計(jì)全是從零開(kāi)始”，張國(guó)慶坦言。軋鋼主機(jī)對(duì)電機(jī)的波動(dòng)性、速度、精度要求遠(yuǎn)高于造紙機(jī)械，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次試驗(yàn)，終于實(shí)現(xiàn)技術(shù)成熟應(yīng)用。某用戶的反饋更生動(dòng)印證了變化：“原來(lái)聽(tīng)?wèi)T了減速機(jī)轟鳴，伺服電機(jī)運(yùn)行太安靜，反而不適應(yīng)了。”
在張國(guó)慶的ppt上，一組數(shù)據(jù)清晰勾勒出伺服直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。從珠江鋼管的標(biāo)桿項(xiàng)目開(kāi)始，這項(xiàng)技術(shù)已在鋼鐵行業(yè)多點(diǎn)開(kāi)花，用實(shí)打?qū)嵉某尚иA得市場(chǎng)認(rèn)可： 金山鋼管穿孔機(jī)直驅(qū)改造后，綜合能耗下降15%； 廣青金屬液壓站電機(jī)改造，綜合能耗下降28%；北方鉆具多設(shè)備改造，綜合能耗下降32.6%；寶豐鋼鐵泵電機(jī)改造，綜合能耗下降36.82%； 敬業(yè)集團(tuán)初軋液壓站改造，綜合能耗下降43%。
未去除減速機(jī)的斜軋機(jī)組
去除減速機(jī)的三輥斜軋機(jī)組示意圖
除了降本節(jié)能，產(chǎn)品質(zhì)量的提升更為企業(yè)創(chuàng)造了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。張國(guó)慶解釋：“鋼管的圓度、平直度全靠軋輥同步運(yùn)行，伺服電機(jī)精度可達(dá)百萬(wàn)分之一，而減速機(jī)做到千分之一精度就已不易。”在產(chǎn)線上有助于降低廢品率。
歐佩德的產(chǎn)品體系進(jìn)一步支撐了技術(shù)落地。其已形成風(fēng)冷、液冷系列5.5KW-2000KW伺服電機(jī)系統(tǒng)，覆蓋低速大扭矩（取消減速箱）、高速（3000-20000轉(zhuǎn)/分鐘，取消升速箱）、防爆等多個(gè)品類，可廣泛應(yīng)用于軋機(jī)主傳動(dòng)、液壓機(jī)械、風(fēng)機(jī)、水泵等鋼鐵生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。更重要的是，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)全集成，自帶控制系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，“相當(dāng)于給用戶一輛成品自行車，不用自己組裝車輪和車架”，張國(guó)慶形象地比喻道。
這項(xiàng)跨界技術(shù)為何能實(shí)現(xiàn)“節(jié)能+提質(zhì)+降本”的多重效益？其核心競(jìng)爭(zhēng)力源于稀土資源、自帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、系統(tǒng)集成的三重優(yōu)勢(shì)疊加。
首先是稀土資源的先天稟賦。我國(guó)稀土儲(chǔ)量居世界前列，為稀土永磁電機(jī)的低成本制造提供了基礎(chǔ)。“國(guó)外稀土依賴進(jìn)口，永磁電機(jī)成本比我們高30%以上”，張國(guó)慶表示。這一資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，使國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)在價(jià)格上形成天然優(yōu)勢(shì)，為大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用掃清了成本障礙。
其次是自主驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)突破。驅(qū)動(dòng)器是伺服電機(jī)的“大腦”，曾長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷。歐佩德針對(duì)性研發(fā)的低速大扭矩驅(qū)動(dòng)器，目前最大功率可達(dá)3000千瓦，不僅實(shí)現(xiàn)自主可控，更達(dá)到車規(guī)級(jí)使用標(biāo)準(zhǔn)。“伺服系統(tǒng)的核心就在驅(qū)動(dòng)器，能根據(jù)負(fù)載智能實(shí)時(shí)調(diào)整輸出功率，避免了傳統(tǒng)電機(jī)‘大馬拉小車’的能源浪費(fèi)”，張國(guó)慶解釋道。
最后是直驅(qū)技術(shù)的結(jié)構(gòu)革新。傳統(tǒng)傳動(dòng)鏈通過(guò)減速機(jī)、齒輪箱等中間部件傳遞動(dòng)力，每增加一個(gè)環(huán)節(jié)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的能量損耗，且易出現(xiàn)故障。伺服直驅(qū)技術(shù)將電機(jī)與軋輥直接連接，縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)效率。同時(shí)，減少的中間部件不僅降低了維護(hù)成本，更改善了作業(yè)環(huán)境，讓鋼鐵車間告別“油污滿地、噪音震天”的舊貌。
對(duì)于節(jié)能原理，張國(guó)慶進(jìn)一步拆解為四點(diǎn)：一是本體節(jié)能，稀土永磁轉(zhuǎn)子無(wú)需外在電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，從根源減少能量消耗；二是高效范圍寬，低速到高速均可保持高效運(yùn)行，類似電動(dòng)汽車的伺服驅(qū)動(dòng)特性；三是智能變頻，可根據(jù)生產(chǎn)需求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功率；四是多場(chǎng)景適配，既能實(shí)現(xiàn)每分鐘幾十轉(zhuǎn)的低速直驅(qū)，也能達(dá)成上萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速直驅(qū)，無(wú)需額外配置減速箱或升速箱。
生態(tài)重構(gòu)：取得1+1>2效果
太原磬泓與歐佩德的跨界創(chuàng)新，不僅是單一技術(shù)的突破，更在推動(dòng)鋼鐵裝備行業(yè)的生態(tài)重構(gòu)。作為國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、山西省“專精特新”中小企業(yè)，太原磬泓近二十年來(lái)已為國(guó)內(nèi)外提供上百套熱軋無(wú)縫管裝備，服務(wù)過(guò)鞍鋼集團(tuán)、常寶股份等龍頭企業(yè)，擁有30項(xiàng)國(guó)家專利（其中發(fā)明專利8項(xiàng)）、2件軟件著作權(quán)，榮獲中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)。
這樣的技術(shù)積淀，與歐佩德的伺服優(yōu)勢(shì)形成完美互補(bǔ)。“我們懂軋管機(jī)組的工藝需求，歐佩德懂伺服系統(tǒng)的技術(shù)原理，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合才能實(shí)現(xiàn)1+1>2的效果”，張國(guó)慶表示。這種“裝備制造商+核心部件企業(yè)”的合作模式，打破了傳統(tǒng)工業(yè)裝備領(lǐng)域“重集成、輕核心”的短板，為裝備國(guó)產(chǎn)化提供了可復(fù)制的路徑。
上海鋼管行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)盧致逵的評(píng)價(jià)更為精準(zhǔn)：“磬泓集成的伺服電機(jī)智能控制直驅(qū)軋輥技術(shù)，不是簡(jiǎn)單的傳動(dòng)系統(tǒng)迭代，而是傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的跨界逆襲。”在他看來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)解決了無(wú)縫鋼管行業(yè)三大痛點(diǎn)：一是產(chǎn)品精度差、成材率低的質(zhì)量問(wèn)題，二是依賴人工經(jīng)驗(yàn)、自動(dòng)化程度低的效率問(wèn)題，三是能耗高、污染重的環(huán)保問(wèn)題。
張國(guó)慶對(duì)行業(yè)未來(lái)有著清晰預(yù)判：“斜軋裝備必然向高效節(jié)能、智能控制、高精度方向發(fā)展。”他透露，團(tuán)隊(duì)已開(kāi)始將伺服直驅(qū)技術(shù)拓展至線棒材軋機(jī)領(lǐng)域，目前研發(fā)的伺服電機(jī)已完全滿足線材軋機(jī)的功率要求。未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)還將向石油套管、核電用管等高端鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域延伸，助力我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品向價(jià)值鏈高端攀升。
從造紙機(jī)械的小功率輔機(jī)技術(shù)，到鋼鐵軋機(jī)的大功率主傳動(dòng)系統(tǒng)；從打破國(guó)外伺服電機(jī)壟斷，到構(gòu)建自主可控的裝備生態(tài)；從單一企業(yè)的技術(shù)突破，到全行業(yè)的效率革命——太原磬泓與歐佩德的跨界逆襲，是我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的生動(dòng)縮影。
“珍惜客戶所托，超越客戶期望”，太原磬泓的服務(wù)理念背后，是中國(guó)制造業(yè)企業(yè)對(duì)品質(zhì)與創(chuàng)新的追求。當(dāng)伺服電機(jī)的安靜運(yùn)轉(zhuǎn)取代了減速機(jī)的轟鳴，當(dāng)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)控制取代了人工的經(jīng)驗(yàn)判斷，當(dāng)綠色節(jié)能的生產(chǎn)模式取代了高耗低效的傳統(tǒng)工藝，一場(chǎng)更深層次的產(chǎn)業(yè)變革正在悄然發(fā)生。太原磬泓的實(shí)踐已經(jīng)證明：唯有扎根核心技術(shù)、勇于跨界突破、堅(jiān)持市場(chǎng)導(dǎo)向，才能在全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)，為中國(guó)制造業(yè)書(shū)寫(xiě)更精彩的時(shí)代答卷。
