梁学民:从事科研工作要有梦想

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郑州大学教授梁学民。(资料图片)

梁学民在作报告。(资料图片)

梁学民(左)受聘为郑州轻工业大学客座教授。(资料图片)

梁学民获得的部分奖章和荣誉证书。(资料图片)

从1983年进入贵阳铝镁设计研究院,到如今在郑州大学担任铝冶金学科带头人,梁学民始终致力于中国铝电解技术研究。

他是我国首届全国青年科技标兵、难冶有色金属高效利用国家工程实验室副主任、中国有色金属工业协会专家委员会委员、轻金属冶金学术委员会副主任委员、科技部铝电解高效节能技术创新战略联盟专家委员会主任、国家“863”项目评审专家、国家科技奖励评审专家。曾获国家科技进步奖一等奖1项、二等奖2项,国家技术发明二等奖1项,中国专利金奖1项。

中国铝电解创新的见证者和参与者

1983年,梁学民从北京钢铁学院(现北京科技大学)毕业,被分配到贵阳铝镁设计研究院工作。当时的贵州省不仅条件相对艰苦,而且离梁学民的老家——山西省新绛县有1300多公里。年轻的梁学民敏锐地察觉到这是一个接触世界,学习掌握先进技术的机会。不久,热能工程专业毕业的他,被抽调加入铝电解槽设计理论研究课题组,专门负责铝电解槽和数学模型的研究。

在姚世焕、武威等老一辈科学家的带领下,以梁学民为代表的年轻科技工作者从理论基础——“三场仿真技术”(电解槽物理特性和物理场仿真)到大型铝电解槽设计,再到工业电解槽开发,一步步稳扎稳打。梁学民逐渐承担起了大部分“三场仿真技术”工作,电热场、电磁场、磁流体动力学仿真的不断突破,为后续铝电解槽的大型化奠定了根基。

1995年,梁学民作为设计负责人设计的4台280千安培特大型铝电解槽首次成功投入工业运行,并于1996年顺利通过国家科技成果鉴定,这标志着我国大型铝电解槽技术进入世界领先行列。
梁学民说:“没有人像我这样,能够在年轻的时候就有机会进入对中国铝电解发展影响深刻的领域,并参与每一次重要的攻关工作,我很庆幸自己能坚持到现在。”

2002年,为破解电解铝大型化生产的“卡脖子”难题——“铝电解系列的连续运行难题”,梁学民决定进入河南中孚实业股份有限公司担任总工程师,在一线工作中积累科研经验。2006年,梁学民成功破解了这一长期困扰电解铝生产的世界性难题,大大加快了我国铝电解技术大型化发展的步伐。此后,梁学民成功主持建设了世界上第一条400千安培电解槽生产线。

再次实现铝电解技术创新的重大突破

梁学民说:“铝产业是毋庸置疑的高耗能产业。目前每生产一吨电解铝约消耗电能13000~14000千瓦时,加上主要原材料及生产过程耗能,每生产一吨电解铝要消耗6~8吨标准煤。”在各地推行“能耗双控”政策的大背景下,河南、广西、云南等地的电解铝行业都出现了减产和工厂外迁的情况,这进一步推高了铝价。

梁学民认为,当前政策对铝行业的控制有一定的合理性和必然性,但是电解铝的重要性同样需要客观看待,铝既是电力业、交通业不可或缺的基础材料,更支撑了航空航天业、现代建筑业的发展。中国90%的产业都与铝有关,铝产业是国民经济的重要组成部分。中国的电解铝技术居于世界领先水平,要想办法持续创新,让优势更优,使电解铝产业不断进步。

梁学民的思考与探索从未停止。现有的铝电解技术是使用直流电在阴阳两极发生化学反应,析出原铝。铝电解技术发展到今天仍然面临两个问题:其一,电解温度与电解质熔点之间的差值(过热度)由于受到多种因素的干扰,难以实现有效的控制,会造成槽内部温度的波动,这导致了电化学反应无法在最优的温度条件下进行。其二,传统的节能方法是在输入端降低电压,这会导致50%的能量散失到大气中而被白白浪费。对此,梁学民首次利用流程工程学原理,引入“能量流”的概念,提出了“能量流调节优化电解槽热特性并实现电解槽热捕集”的热优化控制模型。在研制成功的“微通道热管集热器”的基础上,梁学民团队开发了“铝电解槽能量流优化与智能调节技术”,实现了铝电解输入端和输出端“双端节能”。2021年3月11日,经过四年的持续研发,该技术已在河南中孚实业400千安培电解槽上成功投入工业运行。

在产学研结合中将前辈教导传承下去

由于1台电解槽的投资就接近500万元,一条线就是几十亿元的投资额。对于大多数企业而言,铝电解投资的利润虽然在升高,但进入这一行业的门槛也变得越来越高。电解铝耗能占全国总用电量的7.9%左右,电解槽技术成熟以后,电力成为最大的成本。国内铝厂通常不到一年就能建成投产,对地方经济可形成极大推动力,搬迁对大的铝厂而言并不困难。因此对于大多数铝厂而言,哪个地区的电价便宜,就把铝厂搬到哪里。

2020年,梁学民与郑州大学合作,以特聘教授的身份加入郑州大学担任铝冶金学科带头人。在郑州大学,梁学民组建了自己的科研班底,一批铝冶金领域的专家和年轻的博士聚集在他的周围。他悉心培养着自己的学生,不断对铝电解产业进行全流程的技术研究和探索。

梁学民说:“从事基础研究工作与从事应用技术开发工作不一样。基础研究很重要,单是解决一个理论问题、探讨一个现象就很有挑战性,发一篇有理论价值的论文也不简单。但是研发新技术、新产品,应用到工程和生产中去,需要解决所有的问题,这也是很多科技成果推广难的重要原因。从事产业化技术开发工作,需要理论支撑,需要研究实验,更需要真正把技术应用到工业实践中去,这也是科研的最大动力。”

成为一名高校教师,对梁学民而言,是继工程师、专家、创业者之后的新身份。有趣的是,他说这也是他曾经的梦想。

梁学民的父母都是老师。对父亲的敬仰使他在高中时就梦想成为一名教师。在他看来,在郑州大学任教,培养更多行业新生科研力量,是新的挑战,也是将铝业前辈的教导传承下去的一种方式。
梁学民曾投出过许多项目和科研申请书。其中,有些通过了,有些接连多年被打回。令梁学民感慨万千的是,这些申请书的设想,现在都已实现。他说:“从事科研工作,一定要有创新,有想法,有梦想。”

在铝电解行业,梁学民已经站在了中坚位置。那些曾经指导过梁学民的前辈大多已退休或离世,年轻的学生还处在成长期。近年来,他希望能在解决更多行业难题的同时将铝业无数前辈的故事、经验传承下去。

会当凌绝顶,一览众山小。对于以梁学民为代表的中国科研领域的先行者而言,进入科研和商业的“无人区”,他们面前已经没有可以仿效的路,他们必须去突破,去实现前人没能实现的设想,有时甚至连设想都未曾有人提出过。对梁学民而言,这不仅是一条无尽的科研之路,也是一条需要信念和梦想支撑的人生之路。

梁学民将铝冶炼视为毕生的事业,他以古代工匠、铸剑鼻祖欧冶子为人生榜样。他说:“在工业领域工作不能只喊口号,要遵循老祖宗的精神,始终专注在自己的领域,这就是我们要追求的工匠精神。

(冯 嘉)

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