铝及铝合金轧制设备分析与研究

2018-01-30

世界有色金属 2018年12期

（栋梁铝业有限公司，浙江湖州 313000）

1 铝及铝合金轧制的特点

我国是铝及铝合金的生产大国，轧制是主要的生产工艺，该工艺具体是指轧辊与轧件在相互作用的过程中，受到摩擦力的牵引，轧件被拉入到旋转的轧辊间，受到压缩产生塑性变形[1-3]。在铝及铝合金生产中，较为常用的轧制工艺有以下几种：铸扎、冷轧、热轧。下面分别对这几种轧制工艺的特点进行分析。

1.1 铝及铝合金铸扎工艺

铸扎是一种连续铸造、连续轧制的过程，该工艺的特点体现在如下几个方面：其一，整个轧制过程不需要对铝锭进行锯切、铣面及加热，从而使得工艺流程大幅度缩短；其二，与热轧相比，铸扎工艺的能耗较低，可以节能30-50%左右；其三，几何损失以及工艺废品均比较少，由此使得轧制成品率获得进一步提升；其四，轧制设备比较的结构比较简单，占地面积小，前期投资少，适用性较强[4]。

1.2 铝及铝合金冷轧工艺

冷轧工艺具体是指在结晶温度以下的轧制过程，该工艺的特点如下：其一，由冷轧轧制出来的铝及铝合金产品的结构组织与性能都相对较为均匀，由此使产品具备了良好的机械性能和再加工性能；其二，冷轧生产出来的铝及铝合金产品的尺寸精度较高，并且表面质量和板形也都非常好；其三，通过对加工率的有效控制，并配合热处理工艺，能够获得各种状态的产品；其四，冷轧可以生产出比铸扎和热轧更薄的铝及铝合金产品。

1.3 铝及铝合金热轧工艺

热轧工艺具体是指在结晶温度以上的轧制过程，其工艺特点主要体现在如下几个方面：其一，与冷轧工艺相比，热轧的能耗更低一些；其二，可以进一步改善加工工艺性能，在对铝及铝合金进行热轧的过程中，可使组织发生变化，即由低塑性铸态向高塑性铸态转变，随着粗大的晶粒全部破碎，使得产品的缺陷随之消除；其三，能够对体积较大的铸锭进行加工，有助于生产率的进一步提升[5-7]。

2 铝及铝合金轧制设备的现状分析

2.1 铸扎设备

随着技术水平的不断提升，加之科研人员的不懈努力，使得我国的铝带坯铸扎工艺及设备获得了长足进步，国产铝材铸扎机的性能获得了全面提升，较具代表性的产品为超薄快速型铸扎机，该设备可对1、3、5、8四个系的铝合金进行铸扎，年产量约为2.8万t左右。从全球铝及铝合金铸扎工业的总体情况上看，快速、宽、薄、自动化是铸扎设备的主流发展方向。

2.2 连铸连轧设备

在双钢带式连铸机方面，美国Hazelett公司的产品，无论是在工艺，还是设备结构上，都远远领先于其他国家，该设备在国外的铝轧制业中得到了广泛应有，如北美、欧洲等国家，使用的全部都是该生产线。目前，该公司的双钢带式连铸机正朝着自动化、智能化的方向发展，通过不断减薄铝带坯的厚度，来达到提升铝制品整体质量的目的，不仅如此，随着设备智能化水平的进一步提升，操作过程将会变得更加简单，生产过程的稳定性也会随之提升，由此可大幅度降低生产成本。

2.3 冷轧与热轧设备

（1）冷轧设备。目前，我国的铝材冷轧生产能力位于世界首位，单机架冷轧机的数量较多，约为550台左右，相应的生产线在15条以上，中小型的单机架冷轧机基本实现了国产化，只有极少数设备为国外进口，设备国产化的程度已经非常之高。但是宽幅高速冷轧机的数量相对较少，大部分都是从国外进口，因此，加大此类设备的研发力度，使其在较短的时间内实现国产化的目标是今后的主要工作。

（2）热轧设备。①熔铸设备。相关调查统计结果显示，我国铝锭的年产量约为22000kt，不同容量的熔铸生产线数量已经达到千条提上，其中绝大部分均为国产设备，只有极少的大型熔炼炉是从国外引进。同时，在线净化及细化两大系统也基本实现国产化。但由于我国在液压技术方面的欠缺，致使很多液压系统仍以进口为主。②单机架热轧机。此类设备按照辊面宽度可分为650-1000mm和1000mm以上两种，根据类型又可以分为单机单卷取和双卷曲两种，前者的台数已经超过200台，后者也将近100台，其中只有极少的设备是从国外进口，大部分均为国产化。③热粗-精轧线。我国在此类生产线上，只有西南铝与河南铝为国产，其他的均为进口，国产化程度相对较低。④热连轧线。此类生产线有三种形式，即（1+3）、（1+4）和（1+5），其中（1+3）式生产线，基本都是从国外引进，只有杭州永杰新材料公司使用的国产线，国产化的程度偏低；（1+4）式生产线已经投产的在10条以上，国产化程度达到60%以上；（1+5）式生产线的数量相对较少，相关设备全部是从国外引进，国产化率几乎为零。⑤航天级铝合金热轧线。截止到目前，我国已经投产的航天级铝合金厚板热轧线为7条，出西南铝的两条线为国产之外，其余的均为国外进口。

3 铝及铝合金轧制设备的发展趋势及对策

对于铝及铝合金轧制设备而言，衡量其是否达到国际先进水平的标准主要是看设备的国产化程度高低，我国的铝及铝合金轧制设备得到了长足发展，从最初的全部靠进口，到逐步国产化，现如今，我国已成为铝及铝合金的生产大国，相关的轧制设备也长在赶超国际水平。然而，虽然我们在一些方面取得了成功，但不得不承认的是，与发达国家之间尚有一定的差距，不断缩小这个差距，将是我国在未来努力的主要方向。下面重点对铝及铝合金轧制设备的国产化发展趋势进行，并提出相应的对策。

3.1 发展趋势

现阶段，我国的工业化水平也较之以往大幅度提升，但在实际生产中，能耗较高、污染较大的问题非常突出，而在节能环保的理念下，必须不断降低工业生产的能耗以及对自然生态环境的污染和破坏，这样才能实现人与自然的和谐发展。铝及铝合金材料具有轻量化、绿色环保等特点，由此使得该材料将在未来一段时期获得快速发展，而铝及铝合金生产中的关键因素是轧制设备，在这样的形势下，轧制设备必将随之获得进一步发展，因此，不断提高铝及铝合金轧制设备的国产化水平是今后的主要任务。具体的发展方向如下：其一，要逐步加快铝及铝合金设备的更新换代，对现有的设备进行改良，并将一些性能落后的设备逐步淘汰掉，除某些关键的部件之外，争取全部实现国产化，借此来提高铝及铝合金轧制设备的国产化率。其二，在未来的5-10年里，国内的各大设计院、研究机构及铝业集团，应当加大对铝及铝合金轧制设备的研究力度，不断提升设备的国产化水平，拉近与国际之间的差距，从而使我国逐步成为铝及铝合金的制造强国。其三，目前国内的铝及铝合金轧制设备的辅助装备稍显滞后，因此，在未来一段时期，应当加大该方面的研究力度，除了某些技术含量超高的装备可通过进口获取之外，剩余的辅助设备应当在5-10内全部实现国产化，这对于铝及铝合金窄轧制设备整体水平的提升具有重要的现实意义。其四，由于铝及铝合金轧制设备的液压及电控两大系统较之国外发达国家的技术水平尚显落后，所以，要加强对其的研究，逐步提高设计与制造水平，争取在短时间内追赶上国际先进水平，并使系统的国产化率提升至60%以上。其五，要进一步强化自主研发核心技术的能力，在对国外先进技术进行引进的同时，应对其进行研究，并在此基础上通过创新，来提高我国的铝及铝合金轧制设备的国产化水平。

3.2 对策建议

为进一步推动我国铝及铝合金轧制设备国产化程度的提升，笔者提出以下几点对策和建议：其一，应当发挥出政府的指导作用，逐步加大宏观调控力度，对相关的资源进行合理的配置和利用，并在现有的基础上，不断加大产业转型及产品升级力度，对于规模较小、技术设备比较落后且不具备市场潜力的铝及铝合金生产制造企业，可以采用合并的方式进行转型，同时，要逐步消除低水平和重复建设，加快组建与国际化接轨的铝加工设备集团公司。而国家应当出台一些扶持政策，以此来促进我国制造工业的发展。其二，建议加快组建与世界级水平相仿的铝及铝合金设备技术研发机构，并通过培训提高技术人才的素质和专业水平，为轧制设备技术水平的提升提供人才保障。其三，应当进一步加大科技投入力度，把各种先进的技术和科研成果应用到铝及铝合金轧制设备的研发当中，以此来增强产品的技术含量，全面提升轧制设备的整体性能。笔者建议，可将如下技术应用于轧制设备的开发当中：CAD技术、有限元分析技术、PID控制技术、人工神经网络等等。