2020年世界铝加工业进展概览(下)

2021-01-02王祝堂莫兆洋

轻金属 2021年12期

关键词：装料挤压机带材

王祝堂，莫兆洋

(1.中国有色金属加工工业协会，北京100814；2.杭州制氧机集团股份有限公司，浙江杭州，310014)

(接10期)

2 国外

相对中国，国外铝加工新增产能很少，分类列出如下。其亮点主要是美国JW铝业公司新建的2000 mm连铸连轧线和海德鲁北美公司的高度自动化挤压线，故给与了详细介绍。

2.1 平轧产品

2.1.1 美国JW铝业公司新建的2000 mm连铸连轧线[5]

美国JW铝业公司的2000 mm哈兹雷特连铸连轧生产线于2020年7月24日陆续投产，该生产线是美国近20年建的首条铝带连铸连轧生产线，是完全按工业4.0理念设计建设的，自动化程度之高前所未有。JW铝业公司位于美国南卡罗来纳州 (South Carolina)的吉斯克里县(Goose Creek)，1979年投产，原名吉姆·沃尔特金属公司(Jim Walter Metals)，仅有10名工作人员，生产建筑与结构铸造铝卷，是一个家族企业，以后发展很快，不久更名为JW铝业公司(JW Aluminum)。2019年，公司有员工500多名，有3个厂，位于：吉斯克里县，鲁塞尔维尔(Russellville AR)，和宾夕法尼亚州威廉斯波特市(Williamsport，PA)。前者主要生产3XXX系铝合金板带，供建筑与结构工业用；鲁塞尔维尔厂则生产1XXX系取暖、通风及空调热传输(HVAC)箔及7XXX系通用板带材；威廉斯波特则生产1XXX、3XXX系铝合金及5XXX系铝合金航空工业的薄板带，可薄到0.012 mm。JW铝业公司所在地是美国制造业中心，为了满足市场对铝合金板带材的需求，经过市场调查，决定进行大规模的扩建：2020年中期，一条新的拉伸矫直生产线TL3在吉斯克里轧制厂投产，这是一条高速纵剪矫直线，可处理2 mm厚、 2130 mm宽的带材，是北美最宽与最先进的这类生产线之一。

随后，也就是从1998年4月开始在吉斯克里轧制厂建设一座20,460 m2的厂房与一条2000 mm的哈兹雷特连铸连轧生产线与一个废铝处理中心。总投资2.2亿美元，带卷生产能力800 kt/a。这是美国近20年来建的一条最大与最先进的这类生产线。在这里还得指出，这项工程的建设是在相当困难的条件下进行的，一是气候恶劣，发生了自1979年以来最坏的天气，大雨滂沱，且持续时间不短，二是正值COVID-19疫情高发期间；三是工地发生两次火灾，幸好没有发生于在建的厂房内。通过各方面的通力合作，新建的生产线终于在2020年中期投产，首卷带材7月下线。

2.1.1.1熔炼工段

新建的熔炼工段有一套先进的废铝回收装备，可处理干净的废料，也可以处理污染的废铝，再把它们熔炼成可供连续铸造用的高质量熔体。熔炼炉等是米查寨姆公司(Mechatherm)的，采用先进的设计理念与工业4.0概念设计的，可在高效率与安全条件下运作。共有4台熔炼炉与2台保温炉，4台140 t的多室熔炼炉采用天然气燃料。熔炼炉有废料预热室，燃烧嘴是蓄热式的，具有很高的热效率，氧气和压力可自动调节，含有毒性化合物的烟气送入集尘室(baghouse)。每台熔炼炉的熔化能力>9072 kg/h，可向倾斜炉提供220 t/d熔体。倾动/铸造炉向哈兹雷特连续铸造机提供铝熔体的能力为45.36 t/h，炉的倾动由液压系统操控。废料装炉由自动导向车(AGVs，automated guided vehicles)进行，亨康公司(Hencon)提供。原来公司拟采用轨道车装料，经过几次讨论，还是决定用工业4.0 AGVs车，以锂电池的电力推动装料车，完全绿色，不排放任何污染物。装料斗是活动的，事先在装料场装满废料，然后由装料车将其装入炉内，装料车还可将堆在炉门口的固体料推入熔体内，加速熔化。自采用自动导向装料车后，再也不用人工装料了，安全多了，熔体铝的暴露时间也大大缩短，人工装料的危险性消除了。最重要的是，必须保证合金熔体化学成分与洁净度完全符合要求，除气装置Alpur® G3是从诺贝丽斯铝业工程公司(Novelis PAE)引进的，它有3个串联的转子，可将熔体的气体含量降到要求的水平，熔体的通过量为50 t/h。除气装置的熔体入口设计很巧妙，可确保熔体流入时不发生湍流。

熔铸车间最值得称道的是排放物完全符合当前严格的环保法规定和条例，不会排放颗粒料物(PM)、盐酸(HCl)，二恶英和呋喃(dioxin/furans，D/F)。有两套恩特科公司(Entecco)的袋式空气污染控制系统，使排放的气体中污染物浓度只有环保规定值的1/10，从而可以使用100%的废料，公司可向用户提供全绿色的碳足迹最低铝合金板带。

2.1.1.2铸造与轧制

连铸连轧生产线由1台哈兹雷特带材铸造公司(Hazelett Strip Casting Corporation)的AS 2000型双带式连铸机和意大利米诺公司(MINO SpA)的2000 mm 3机架热轧机列组成。连铸机可生产2000 mm宽的带材约50 t/h，是北美唯一的一台这么大的连铸机，生产能力超过20台双辊式连续铸轧机的，同时有优异的成型性，可在几小时内转产不同宽度的带材，极大地增大了公司生产不同产品的灵活性，产品的碳足迹也比其它工艺生产的低。

3机架热连轧机是米诺公司提供的，可轧宽2000 mm的带材，最薄厚度2. 5 mm，最大卷重20 t，采用AC电机传动，自动化控制系统是该公司自动化分公司的产品，冷却乳液经过严格过滤，能确保带材表面质量；还有1台自动化的精密轧辊磨床，可以磨热轧辊，也可以磨冷轧辊(图6)。2020年7月10日首卷热轧带材下线，现在该公司正在讨论增加冷轧带材生产能力有关事宜。JW铝业公司新项目招收员工50名。

2.1.2 诺贝丽斯公司建新ABS轧制厂

诺贝丽斯铝业公司(Novelis)是全世界最大的平轧铝产品企业，总生产能力超过2000 kt/a，原为美国企业，2012年为印度贝拉(Birla)集团的欣达尔科(Hindalco)铝业公司收购。2019年9月在美国肯塔基州格思里(Guthrie)新建一个汽车车身铝板带(ABS，Auto-Body-Sheet)厂，生产能力200 kt/a，总投资300 M美元，已于2020年8月投产。这是新建ABS厂中生产能力最大的，还有一个特点，它不生产热/冷轧带卷，所用带卷由公司的其它企业提供，只进行热处理、精整等作业，生产线是全自动化的，所产板带用于制造白车身(body-in-white)零部件、覆盖件(hoods)、门、后栏板(lift gate)、翼子板(fenders)等。

2.2 挤压产品

2.2.1 海德鲁北美公司的高度自动化挤压线[6]

2020年10月海德鲁北美铝挤压公司宾夕法尼亚州克里索纳加工厂(Hydro Extrusion North America facility in Cressona，PA)一条新建的挤压生产线投产，这是全球新建的首条这类高度自动化生产线，专为新能源汽车提供各种各样的铝合金挤压材。克里索纳铝加工厂1942年建成投产，是美国为第二次世界大战服务建设的，战后卖给海德鲁北美铝挤压公司，占地面积148,800 m2，现有正向及反向挤压机10台，可挤压直径254～530 mm的铸锭。新建挤压生产线的核心设备为1台45 MN的正向挤压机，可挤压锭坯直经254 mm，从意大利引进，生产线是高度自动化的、生产效率高、产品质量与人员安全保证措施均居领先水平。公司还有一个高水平的圆锭铸造车间。

2.2.1.1生产线的建设

随着新能源汽车时代的降临，为了适应这种市场日益增长的需求，克里索纳挤压厂组建了一个筹建团队，在总公司的领导下，对市场和汽车工业对挤压铝材的需求状况，需要什么样的合金、什么样的形式、状态、形状与数量等等，都作了详细的调研，于2017年决定建一条尚无先例的高度自动化高品质的汽车型材生产线，经过充分的讨论与对比，最后决定：从普雷塞齐挤压集团(Presezzi Extrusion Group)引进45 MN正向挤压机1台，加热炉等从感应热班亚德加热和焊接公司(Inductotherm Banyard Heating & welding Ltd.)及科米塔尔工程公司(Cometal Engineering)采购。在资金落实与设备订购后，2018年12月项目破土开工，1年以后，2019年11月16日挤压机开始生产，一切顺利进行。

2.2.1.2挤压线组成及锭坯准备

新挤压生产线位于一座8930 m2的厂房内，与克里索纳厂原有的厂房邻近，有一个超现代化的控制室，操作者可一目了然地观察到与掌控全生产线的挤压过程与动态。这台45 MN、254 mm的普雷塞齐挤压机，可以在841.16 MPa (122 000 PSI)的压下挤压1600 mm长的绽。与传统的挤压机相比，它装有P. E. ESS节能系统，可节能35%，每一次挤压的辅助时间(dead time)仅14 s，液压泵位于隔声室内，几乎听不到噪声。

海德鲁铝业公司对生产人员的安全极为重视，为了避免首根挤压材出模时伤及观察人员，不但设有防护板，而且装有摄像机，操控人员观察照像情景就一目了然型材的突模情况。

吊运挤压模也易出安全事故，为避免事故，装有空运吊车(不用人员手工装卸与搬运。

2.2.1.3锭坯准备

有一个双层装锭台，能确保两种合金的长锭快速装料，装好后即可入炉加热。气体加热炉是科伊姆公司(COIM)制造的，它是普雷塞齐挤压集团的成员；感应加热炉是感应加热公司的产品，锭坯淬火系统是科伊姆工程公司设计制造的。科伊姆公司的燃气加热炉可进行梯度加热，锭的头部与尾部可相差40 ℃，加热速度6.8 t/h。长锭入炉加热前经过高压热水清洗，干干净净。在加热炉出口处有1台长锭热锯，将锭锯成可进行挤压的长度，然后由运锭机将其搬运到感应加热炉、急冷区或挤压机在挤压高强度合金前，锭坯还要在感应加热公司(Inductotherm)的班亚德(Banyard)零摩擦加热器内进行第二次加热，它装有智能型的LFiIGBT功率变换器。这个加热器有6个独立调控的加热扭，可对锭坯的每一区的温度进行独自的调控，加热时锭悬浮在感应加热线圈内，如果需要移动，可沿着轨道或在滑板上进行，因而锭坯表面不会受到任何损伤，可生产高端的精密挤压材，同时挤压机的辅助(停机)时间很短。

在感应加热器后与挤压机之前有一台科梅泰尔(Cometal)喷水锭坯急冷装备，可将锭坯冷却到挤压温度，但仍保持着大于94℃的温度梯度。把锭坯加热到高温然后急冷到挤压温度，可以改善锭坯的冶金组织、型材的表面品质，特别适于硬合金材料生产。

2.2.1.4材料搬运与时效

45 MN挤压线的下游(后部)装备，包括运输装卸设备、牵引机、矫直机，时效炉、包装系统等都是科尔泰尔公司提供的。挤压的型材可长达54 m，在通过新一代平衡强化冷却系统(BICS，Balance Intensive Cooling System)时受到极为合理的冷却，从而时效后的材料具有理想的组织与性能，这套冷却系统(固溶处理系统)由三部分组成：3.5 m及7.5 m长的空气-水冷区，7.5 m长的空冷区，可根据技术条件对型材性能要求调节冷却速度。

ElectriX®双线高架牵引机(double overhead pullers)将型材从挤压机上运至飞锯，锯成定尺材料，然后自动从出料台前进到115 t矫直机，矫直后由2台固定高精度(HP)锯锯成定尺长的成品型材。锯切的型材长度偏差为±0.5 mm。

为了提高生产效率与节省劳动力，安装了一套全自动化型材堆垛、装框、搬运、卸框系统，可将型材堆成一层一层的，以便装炉时效，时效后，又可以将型材按要求运至包装区，打捆、包装、入库，还有一台180 t的废料破碎机。共有3台时效炉，每炉可处理8层材料。

2.2.1.5生产线的自动化

45 MN挤压生产线是高度自动化的，因而所产挤压材不但有高的品质与很好的重现性，而且安全生产得到很好的保证，生产成本也有较大下降。还安装了一台新式的工艺过程控制器，可在线检测型材的尺寸。海德鲁铝业公司对生产安全工作极为重视，在全世界的综合性大型铝业公司中，其安全工作是做得最好的。在新的45 MN挤压生产线中，没有一道工序需要工人动手的，不用担心会出现人身安全事故，或死死盯着生产线的运转，但精心操作，处处小心还是很必要的。该生产线是北美最先进的铝材挤压线，可为汽车工业提供高端薄壁、大型挤压铝型材，将推动汽车产业进一步地向前发展，早日实现“双碳”达标，在2019年全球排放的CO2中，汽车排放的CO2占27%左右，另据美国能源部的研究，汽车净质量下降10%，可提高燃油经济性6%～8%，可见采用高精、高强度铝合金挤压材制造汽车骨架与加工汽车结构件显得多么重要!

2.2.2 巴西梅塔列克斯拟提升挤压材产能

巴西梅塔列克斯(Metalex)公司拟提升改善其废铝处理能力与提升挤压材产能，投资930万美元，扩建项目位于巴西东南部的阿拉萨里瓜马(Arasa - riguama)，分两期，一期安装一套侧井炉，将产能由目前的75 kt/a提升到90 kt/a；二期新增一条回收线，将废料利用水平由60%提升至80%。

2.2.3 印度建首家铝材挤压厂

印度铝业公司(Hindalco Industries)2020年12月10日称，拟投资730亿卢比在锡尔瓦萨(silvassa)建一个铝材挤压厂，有3台挤压机，生产能力34 kt /a铝型材，据称这是印度首家这类工厂。

2.2.4 达杰科铝业公司在佩里县建新挤压厂

达杰科铝业公司(Dajcor Aluminum)总部位于加拿大安大略省(Ontario)，投资19.6 M美元，在美国肯塔基州佩里县(Perry Connty KY)建一个新铝材挤压厂，招收员工200名。这是该公司在美国建的首个企业。

2.3 其他

2.3.1 海德鲁美国挤压公司建无摩擦多区感应加热炉

海德鲁北美铝挤压公司(Hydro Extrusion USA)宾夕法宜亚州克雷索纳(Cressona PA)挤压厂新建一台班亚德感应加热公司(Inductotherm Banyard)的零摩擦多区段圆锭感应加热炉，可加热直径254 mm的圆锭坯，2020年3月投产。

2.3.2 日企在美建锻造铝合金车轮厂[7]

2019年11月，日本轻金属北美公司(Nippon Light Metal North America Inc.)和伊藤忠金属公司(ITOCHU Metals Corporation)合资在美国建锻造铝合金车轮厂，名为日本轻金属乔治亚公司(NLMGA Nippon Light Metal Georgia)，计划2022年投产，可增加新工作岗位110个。

2.3.3 新型高性能Amaero HOT Al铝﹣钪合金

Amaero HOT AI是一种新型高性能铝﹣钪合金，是美国阿玛罗国际公司(Amaero Interational Ltd.)长期研发的结晶。已在世界范围内获得独家专利，钪与锰是其合金化元素，用于3D打印结构零件。公司称，可直接时效硬化处理到很高的屈服强度，可在高温下长期工作，3D打印零件经热处理可以提高强度与延长使用期限。钪可以显著提高合金的抗拉强度与延长其使用期限，可在260℃长期工作。

阿玛罗公司已在一些国家取得了独家的专利，此合金将用于有战略意义的部门，如国防军工、航空航天、运动器械，可用于制备网球拍、棒球棒、自行车架，等等，是一种可靠的高性能材料。铝钪合金Amaero HOT Al之所以拥有这样优秀性能，是莫纳什大学(Monash University)近50年来的研发成就。