浅谈铝合金生产线的设备改造

李国林

(河南神火集团, 河南 永城 476600)

浅谈铝合金生产线的设备改造

李国林

(河南神火集团, 河南 永城 476600)

介绍了A356.2铝合金生产线的设备组成、工艺及存在的问题，通过改造混合炉、在线除气设备、研发自动加硅装置及增添制氮机等，达到了设备运行稳定，单位产品能耗下降，职工劳动量降低，产品数量、质量提高，经济效益提升的目的。

铝合金生产线； 设备改造; 经济效益

0 前言

近年来电解铝行业较为困难，据《2013—2015年中国有色金属行业投资分析及趋势预测报告》显示，2012年电解铝产能为1 988万t，且利用率70%左右。2014年仍将集中释放一部分产能，主要针对地处煤炭资源丰富、电价低廉的西北地区的企业，这无疑会降低生产成本。因而各大铝企或主动从内部挖潜，或抓住每个生产环节进行技术改造以降低产品成本，或调整结构，提高产品档次，如某铝厂将铝锭生产线改造成A356.2铝合金生产线。本文从设备改造的角度，围绕如何节支降耗、减员增效以及如何提高产品数量、质量，为企业创造效益展开论述。

1 铝合金生产线的组成及工艺

1.1 组成

铝合金生产线的主要组成为：

(1)混合炉由1台高位熔炼炉配2台低位静置炉组成，容量25 t，功率600 kW和400 kW；

(2)电磁搅拌器，功率400 kW；

(3)在线除气装置，通过液铝量12 t/h；

(4)水平连续铸锭机，产能12 t/h；

(5)制氮机，产氮气量5 m3/h。

A356.2属铝- 硅系合金，具有很好的铸造性能、焊接性能和耐腐蚀性能、较好的气密性、流动性和抗热裂性能以及容易熔炼和铸造等优点。其生产工艺并不复杂，但作为飞机配件、汽车和摩托车轮毂等产品的原料，其质量标准很高，要求成分均匀一致、结晶组织细密、外观表面光滑、无夹渣、无霉斑、低倍组织(针孔度)达到二级以上，即针孔度必须达到JB/T 7946．3—1999《铸造铝合金针孔》标准中的二级或更优。

1.2 工艺

铝合金生产线的工艺流程如图1所示。

图1 铝合金生产线工艺流程

2 混合炉保温改造

电解槽原铝温度高达950 ℃左右，目前行业内普遍无法利用。利用电解槽原铝生产A356.2合金的主要原料为液铝，外加硅、镁、钛等辅助材料，熔化(或熔解)该部分材料消耗一定热量后，最终炉内温度控制在700 ℃即可，这给利用高温液铝热量创造了条件。生产过程中需要混合炉保温到位，生产环节组织顺畅。

某铝厂生产A00铝锭的混合炉为自制30 t电阻反射炉，其存在以下问题：浇注料砌筑的熔池、炉墙，缺少保温材料，且壁薄，散热严重；炉顶采用吊砖结构，缝隙大，散热严重；四周安装8个炉门，尺寸(1 000×700 mm)较大，散热严重。

结合产品产能、成品率和成分均匀的要求，首先解决25 t混合炉的保温问题。具体改造内容如下：

(1)砌筑熔池时，四周及底部自钢壳起依次增加铺设100 mm厚的耐火保温料，50 mm厚的干式防渗料。

(2)炉墙自钢壳起增加铺设100 mm厚的耐火保温料。

(3)炉顶采用高强度浇注料整体砌筑(取代吊顶砖)，四周为烘炉膨胀预留10 mm的缝隙，其它不再有任何孔隙。

(4)仅在炉子一侧安装3个小炉门(800×600 mm)，减少了炉体的主要散热点。

(5)烘炉结束投入使用时，熔池部位钢壳外侧覆盖一层50 mm厚的耐火岩棉，炉顶覆盖一层80 mm的石英砂，实践证明也可采用筛过的铝灰代替。

经过上述改造投用后的混合炉不仅安全可靠，而且密封较严，保温效果极好。利用高温液铝热量熔化(或熔解)固态的硅(1.8 t/炉)、镁、钛等材料，基本做到了混合炉微供电或零供电，与行业产品用电消耗100 kW·h/t相比，吨铝直接创效60元，年产能按4万t计算，可创效240万元，产品竞争优势明显增强。

3 自动加硅装置的设计研发

以25 t混合炉为例，生产A356.2合金产品需加入约1.8 t/炉的工业硅。传统的用铁锨向炉内加硅，是最原始，最费力，效率最低的方式。制作其它工具或设备面临以下问题：(1)炉门及炉体结构无法满足叉车作业的要求；(2)炉内温度高，普通材料伸入炉内，容易变形或损坏；(3)顶部环保集气装置尺寸较大，使行车所吊物料距离炉门较远，造成加硅较为困难。

新型自动加硅装置如图2，主要由大倾角物料通道、中转物料小车(含专用气缸)和小倾角物料通道组成。行车所吊物料首先落入大倾角物料通道，然后通过物料小车中转，在小倾角物料通道内完成炉内加料。该装置采用一种特殊的专用气缸驱动，在气缸前端安装中转物料小车，小车前端档板起推动物料的作用；小车上部是物料通道，在档板前推物料时接收并盛装下落的物料，小车后退时，在大倾角物料通道底端钢板的作用下，物料落入小倾角物料通道，再由气缸档板推动入炉，即实现循环连续加料作业。

图2 自动加硅装置

自动加硅装置优点：

(1)加硅方式由人力升级为自动化。

(2)实现了循环连续加料作业。

(3)工人摆脱了繁重的体力劳动，降低了劳动强度，对企业满意度提高。

(4)人员配置减少了4人，年减少人工费12万元以上，创造了可观的经济效益。

(5)单炉加硅时间缩短了30 min，提高了工作效率，每天可至少增加生产一炉产品，即创造利润1.25万元，年创效300余万元，效益显著。

4 改造在线除气设备

铝合金熔体有一定的吸气性，其中氢占吸附气体的90%左右。以吸附、溶解和化合状态存在的气体，对铝合金的性能和铸锭质量有不良影响。某厂铝合金生产线的在线除气精炼设备为钢壳外壁，顶部安装3个石墨转子，内衬是陶瓷材料，具有不粘铝的特点。根据化学动力学原理，惰性气体与铝合金液体的接触时间越长越好、接触面积越大越好，即气泡尽可能小，以达到最大的接触面积。该设备在使用过程中存在以下问题：

(1)转子透气转头尺寸φ10 cm偏小，不能将气体充分打碎，除气效果一般；

(2)石墨转子转柄部分，抗液铝侵蚀能力差，最多运行10天；

(3)内衬为陶瓷材料，外形为1 000×800×800 mm，壁厚100 mm，制作成本较高，约2万元，内壁损坏时会增加生产成本。

(4)生产过程中，顶部需要行车多次起吊，操作不方便，且容易损坏。

分别对其进行了如下改造：

(1)转子转头部分尺寸增加到φ15 cm，透气槽改为12个φ5 mm均布的小孔，氮气气泡很容易打碎，提高了吸氢能力，保证了产品质量。

(2)转子转柄部分表面增加了5 mm厚的氧化镀层，抗液铝侵蚀能力加强，可运行30天左右，全年可减少使用转子70余套，创效10余万元。

(3)顶部改为液压自动升降结构，操作方便。

(4)陶瓷内衬外形尺寸减小到700×600×550 mm，壁厚减到50 mm，与铁壳之间的剩余空间用普通耐火材料填充塞实，成本不足1万元，年节约创效2万余元。

5 增添制氮机

铸锭时的在线充氮气精炼(在线除气)，是靠氮气达到吸附氢的目的。生产过程中需要大量99.999%的高纯氮气，每生产25 t产品，约需要普通灌装氮气10瓶。高纯氮气市场价格约40元/瓶，如果月生产A356.2合金3 500 t，仅氮气费用就高达5.6万元，全年近70万元。

分析后决定购置安装一台制氮机，仅增加投资10万元左右。整台设备功率约10 kW，月消耗用电5 000 kW·h左右，累计全年电耗费用不足4万元，全年备件消耗5万元以下，只要生产正常进行，年可节约创效近60万元。

6 结束语

本文根据市场经济要求，本着提高企业经济效益的目的，对A356.2合金生产线进行了设备改造，为企业增加效益收入500万元/a，体现了设备改造在企业管理中的关键地位以及在提高产品市场竞争力方面的重要作用。

[1] 李凤轶. 铝合金生产设备及使用维护技术[M]. 北京： 冶金工业出版社，2013.

Discussion on Equipment Modification of Aluminum Alloy Production Line

LI Guo-lin

This paper introduces the equipment, process and existing problems of A356.2 aluminum alloy production line. And the goals of equipment steadily running, unit energy consumption decreasing, labor intensity reducing, production and quality improving, and economic benefits increasing are achieved by rebuilding the mixing furnace, online air-removing equipment, developing silicon automatic filling device and adding nitrogen machine, and so on.

aluminum production line; equipment modification; economic efficiency

2013-10-24

李国林(1980—)，男，河南周口人，大学本科，机械工程师、铝电解技师，主要从事电解铝生产技术研究和机电设备管理。

TF821

B

1008-5122(2014)03-0021-03