王祝堂，莫兆洋

(1.中國(guó)有色金屬加工工業(yè)協(xié)會(huì)，北京100814；2.杭州制氧機(jī)集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州，310014)

(接10期)

2 國(guó) 外

相對(duì)中國(guó)，國(guó)外鋁加工新增產(chǎn)能很少，分類列出如下。其亮點(diǎn)主要是美國(guó)JW鋁業(yè)公司新建的2000 mm連鑄連軋線和海德魯北美公司的高度自動(dòng)化擠壓線，故給與了詳細(xì)介紹。

2.1 平軋產(chǎn)品

2.1.1 美國(guó)JW鋁業(yè)公司新建的2000 mm連鑄連軋線[5]

美國(guó)JW鋁業(yè)公司的2000 mm哈茲雷特連鑄連軋生產(chǎn)線于2020年7月24日陸續(xù)投產(chǎn)，該生產(chǎn)線是美國(guó)近20年建的首條鋁帶連鑄連軋生產(chǎn)線，是完全按工業(yè)4.0理念設(shè)計(jì)建設(shè)的，自動(dòng)化程度之高前所未有。JW鋁業(yè)公司位于美國(guó)南卡羅來(lái)納州 (South Carolina)的吉斯克里縣(Goose Creek)，1979年投產(chǎn)，原名吉姆·沃爾特金屬公司(Jim Walter Metals)，僅有10名工作人員，生產(chǎn)建筑與結(jié)構(gòu)鑄造鋁卷，是一個(gè)家族企業(yè)，以后發(fā)展很快，不久更名為JW鋁業(yè)公司(JW Aluminum)。2019年，公司有員工500多名，有3個(gè)廠，位于：吉斯克里縣，魯塞爾維爾(Russellville AR)，和賓夕法尼亞州威廉斯波特市(Williamsport，PA)。前者主要生產(chǎn)3XXX系鋁合金板帶，供建筑與結(jié)構(gòu)工業(yè)用；魯塞爾維爾廠則生產(chǎn)1XXX系取暖、通風(fēng)及空調(diào)熱傳輸(HVAC)箔及7XXX系通用板帶材；威廉斯波特則生產(chǎn)1XXX、3XXX系鋁合金及5XXX系鋁合金航空工業(yè)的薄板帶，可薄到0.012 mm。JW鋁業(yè)公司所在地是美國(guó)制造業(yè)中心，為了滿足市場(chǎng)對(duì)鋁合金板帶材的需求，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，決定進(jìn)行大規(guī)模的擴(kuò)建：2020年中期，一條新的拉伸矯直生產(chǎn)線TL3在吉斯克里軋制廠投產(chǎn)，這是一條高速縱剪矯直線，可處理2 mm厚、 2130 mm寬的帶材，是北美最寬與最先進(jìn)的這類生產(chǎn)線之一。

隨后，也就是從1998年4月開始在吉斯克里軋制廠建設(shè)一座20,460 m2的廠房與一條2000 mm的哈茲雷特連鑄連軋生產(chǎn)線與一個(gè)廢鋁處理中心?？偼顿Y2.2億美元，帶卷生產(chǎn)能力800 kt/a。這是美國(guó)近20年來(lái)建的一條最大與最先進(jìn)的這類生產(chǎn)線。在這里還得指出，這項(xiàng)工程的建設(shè)是在相當(dāng)困難的條件下進(jìn)行的，一是氣候惡劣，發(fā)生了自1979年以來(lái)最壞的天氣，大雨滂沱，且持續(xù)時(shí)間不短，二是正值COVID-19疫情高發(fā)期間；三是工地發(fā)生兩次火災(zāi)，幸好沒(méi)有發(fā)生于在建的廠房?jī)?nèi)。通過(guò)各方面的通力合作，新建的生產(chǎn)線終于在2020年中期投產(chǎn)，首卷帶材7月下線。

2.1.1.1熔煉工段

新建的熔煉工段有一套先進(jìn)的廢鋁回收裝備，可處理干凈的廢料，也可以處理污染的廢鋁，再把它們?nèi)蹮挸煽晒┻B續(xù)鑄造用的高質(zhì)量熔體。熔煉爐等是米查寨姆公司(Mechatherm)的，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與工業(yè)4.0概念設(shè)計(jì)的，可在高效率與安全條件下運(yùn)作。共有4臺(tái)熔煉爐與2臺(tái)保溫爐，4臺(tái)140 t的多室熔煉爐采用天然氣燃料。熔煉爐有廢料預(yù)熱室，燃燒嘴是蓄熱式的，具有很高的熱效率，氧氣和壓力可自動(dòng)調(diào)節(jié)，含有毒性化合物的煙氣送入集塵室(baghouse)。每臺(tái)熔煉爐的熔化能力>9072 kg/h，可向傾斜爐提供220 t/d熔體。傾動(dòng)/鑄造爐向哈茲雷特連續(xù)鑄造機(jī)提供鋁熔體的能力為45.36 t/h，爐的傾動(dòng)由液壓系統(tǒng)操控。廢料裝爐由自動(dòng)導(dǎo)向車(AGVs，automated guided vehicles)進(jìn)行，亨康公司(Hencon)提供。原來(lái)公司擬采用軌道車裝料，經(jīng)過(guò)幾次討論，還是決定用工業(yè)4.0 AGVs車，以鋰電池的電力推動(dòng)裝料車，完全綠色，不排放任何污染物。裝料斗是活動(dòng)的，事先在裝料場(chǎng)裝滿廢料，然后由裝料車將其裝入爐內(nèi)，裝料車還可將堆在爐門口的固體料推入熔體內(nèi)，加速熔化。自采用自動(dòng)導(dǎo)向裝料車后，再也不用人工裝料了，安全多了，熔體鋁的暴露時(shí)間也大大縮短，人工裝料的危險(xiǎn)性消除了。最重要的是，必須保證合金熔體化學(xué)成分與潔凈度完全符合要求，除氣裝置Alpur? G3是從諾貝麗斯鋁業(yè)工程公司(Novelis PAE)引進(jìn)的，它有3個(gè)串聯(lián)的轉(zhuǎn)子，可將熔體的氣體含量降到要求的水平，熔體的通過(guò)量為50 t/h。除氣裝置的熔體入口設(shè)計(jì)很巧妙，可確保熔體流入時(shí)不發(fā)生湍流。

熔鑄車間最值得稱道的是排放物完全符合當(dāng)前嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)定和條例，不會(huì)排放顆粒料物(PM)、鹽酸(HCl)，二惡英和呋喃(dioxin/furans，D/F)。有兩套恩特科公司(Entecco)的袋式空氣污染控制系統(tǒng)，使排放的氣體中污染物濃度只有環(huán)保規(guī)定值的1/10，從而可以使用100%的廢料，公司可向用戶提供全綠色的碳足跡最低鋁合金板帶。

2.1.1.2鑄造與軋制

連鑄連軋生產(chǎn)線由1臺(tái)哈茲雷特帶材鑄造公司(Hazelett Strip Casting Corporation)的AS 2000型雙帶式連鑄機(jī)和意大利米諾公司(MINO SpA)的2000 mm 3機(jī)架熱軋機(jī)列組成。連鑄機(jī)可生產(chǎn)2000 mm寬的帶材約50 t/h，是北美唯一的一臺(tái)這么大的連鑄機(jī)，生產(chǎn)能力超過(guò)20臺(tái)雙輥式連續(xù)鑄軋機(jī)的，同時(shí)有優(yōu)異的成型性，可在幾小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)產(chǎn)不同寬度的帶材，極大地增大了公司生產(chǎn)不同產(chǎn)品的靈活性，產(chǎn)品的碳足跡也比其它工藝生產(chǎn)的低。

3機(jī)架熱連軋機(jī)是米諾公司提供的，可軋寬2000 mm的帶材，最薄厚度2. 5 mm，最大卷重20 t，采用AC電機(jī)傳動(dòng)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)是該公司自動(dòng)化分公司的產(chǎn)品，冷卻乳液經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾，能確保帶材表面質(zhì)量；還有1臺(tái)自動(dòng)化的精密軋輥磨床，可以磨熱軋輥，也可以磨冷軋輥(圖6)。2020年7月10日首卷熱軋帶材下線，現(xiàn)在該公司正在討論增加冷軋帶材生產(chǎn)能力有關(guān)事宜。JW鋁業(yè)公司新項(xiàng)目招收員工50名。

2.1.2 諾貝麗斯公司建新ABS軋制廠

諾貝麗斯鋁業(yè)公司(Novelis)是全世界最大的平軋鋁產(chǎn)品企業(yè)，總生產(chǎn)能力超過(guò)2000 kt/a，原為美國(guó)企業(yè)，2012年為印度貝拉(Birla)集團(tuán)的欣達(dá)爾科(Hindalco)鋁業(yè)公司收購(gòu)。2019年9月在美國(guó)肯塔基州格思里(Guthrie)新建一個(gè)汽車車身鋁板帶(ABS，Auto-Body-Sheet)廠，生產(chǎn)能力200 kt/a，總投資300 M美元，已于2020年8月投產(chǎn)。這是新建ABS廠中生產(chǎn)能力最大的，還有一個(gè)特點(diǎn)，它不生產(chǎn)熱/冷軋帶卷，所用帶卷由公司的其它企業(yè)提供，只進(jìn)行熱處理、精整等作業(yè)，生產(chǎn)線是全自動(dòng)化的，所產(chǎn)板帶用于制造白車身(body-in-white)零部件、覆蓋件(hoods)、門、后欄板(lift gate)、翼子板(fenders)等。

2.2 擠壓產(chǎn)品

2.2.1 海德魯北美公司的高度自動(dòng)化擠壓線[6]

2020年10月海德魯北美鋁擠壓公司賓夕法尼亞州克里索納加工廠(Hydro Extrusion North America facility in Cressona，PA)一條新建的擠壓生產(chǎn)線投產(chǎn)，這是全球新建的首條這類高度自動(dòng)化生產(chǎn)線，專為新能源汽車提供各種各樣的鋁合金擠壓材?？死锼骷{鋁加工廠1942年建成投產(chǎn)，是美國(guó)為第二次世界大戰(zhàn)服務(wù)建設(shè)的，戰(zhàn)后賣給海德魯北美鋁擠壓公司，占地面積148,800 m2，現(xiàn)有正向及反向擠壓機(jī)10臺(tái)，可擠壓直徑254～530 mm的鑄錠。新建擠壓生產(chǎn)線的核心設(shè)備為1臺(tái)45 MN的正向擠壓機(jī)，可擠壓錠坯直經(jīng)254 mm，從意大利引進(jìn)，生產(chǎn)線是高度自動(dòng)化的、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量與人員安全保證措施均居領(lǐng)先水平。公司還有一個(gè)高水平的圓錠鑄造車間。

2.2.1.1生產(chǎn)線的建設(shè)

隨著新能源汽車時(shí)代的降臨，為了適應(yīng)這種市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求，克里索納擠壓廠組建了一個(gè)籌建團(tuán)隊(duì)，在總公司的領(lǐng)導(dǎo)下，對(duì)市場(chǎng)和汽車工業(yè)對(duì)擠壓鋁材的需求狀況，需要什么樣的合金、什么樣的形式、狀態(tài)、形狀與數(shù)量等等，都作了詳細(xì)的調(diào)研，于2017年決定建一條尚無(wú)先例的高度自動(dòng)化高品質(zhì)的汽車型材生產(chǎn)線，經(jīng)過(guò)充分的討論與對(duì)比，最后決定：從普雷塞齊擠壓集團(tuán)(Presezzi Extrusion Group)引進(jìn)45 MN正向擠壓機(jī)1臺(tái)，加熱爐等從感應(yīng)熱班亞德加熱和焊接公司(Inductotherm Banyard Heating & welding Ltd.)及科米塔爾工程公司(Cometal Engineering)采購(gòu)。在資金落實(shí)與設(shè)備訂購(gòu)后，2018年12月項(xiàng)目破土開工，1年以后，2019年11月16日擠壓機(jī)開始生產(chǎn)，一切順利進(jìn)行。

2.2.1.2擠壓線組成及錠坯準(zhǔn)備

新擠壓生產(chǎn)線位于一座8930 m2的廠房?jī)?nèi)，與克里索納廠原有的廠房鄰近，有一個(gè)超現(xiàn)代化的控制室，操作者可一目了然地觀察到與掌控全生產(chǎn)線的擠壓過(guò)程與動(dòng)態(tài)。這臺(tái)45 MN、254 mm的普雷塞齊擠壓機(jī)，可以在841.16 MPa (122 000 PSI)的壓下擠壓1600 mm長(zhǎng)的綻。與傳統(tǒng)的擠壓機(jī)相比，它裝有P. E. ESS節(jié)能系統(tǒng)，可節(jié)能35%，每一次擠壓的輔助時(shí)間(dead time)僅14 s，液壓泵位于隔聲室內(nèi)，幾乎聽不到噪聲。

海德魯鋁業(yè)公司對(duì)生產(chǎn)人員的安全極為重視，為了避免首根擠壓材出模時(shí)傷及觀察人員，不但設(shè)有防護(hù)板，而且裝有攝像機(jī)，操控人員觀察照像情景就一目了然型材的突模情況。

吊運(yùn)擠壓模也易出安全事故，為避免事故，裝有空運(yùn)吊車(不用人員手工裝卸與搬運(yùn)。

2.2.1.3錠坯準(zhǔn)備

有一個(gè)雙層裝錠臺(tái)，能確保兩種合金的長(zhǎng)錠快速裝料，裝好后即可入爐加熱。氣體加熱爐是科伊姆公司(COIM)制造的，它是普雷塞齊擠壓集團(tuán)的成員；感應(yīng)加熱爐是感應(yīng)加熱公司的產(chǎn)品，錠坯淬火系統(tǒng)是科伊姆工程公司設(shè)計(jì)制造的?？埔聊饭镜娜?xì)饧訜釥t可進(jìn)行梯度加熱，錠的頭部與尾部可相差40 ℃，加熱速度6.8 t/h。長(zhǎng)錠入爐加熱前經(jīng)過(guò)高壓熱水清洗，干干凈凈。在加熱爐出口處有1臺(tái)長(zhǎng)錠熱鋸，將錠鋸成可進(jìn)行擠壓的長(zhǎng)度，然后由運(yùn)錠機(jī)將其搬運(yùn)到感應(yīng)加熱爐、急冷區(qū)或擠壓機(jī)在擠壓高強(qiáng)度合金前，錠坯還要在感應(yīng)加熱公司(Inductotherm)的班亞德(Banyard)零摩擦加熱器內(nèi)進(jìn)行第二次加熱，它裝有智能型的LFiIGBT功率變換器。這個(gè)加熱器有6個(gè)獨(dú)立調(diào)控的加熱扭，可對(duì)錠坯的每一區(qū)的溫度進(jìn)行獨(dú)自的調(diào)控，加熱時(shí)錠懸浮在感應(yīng)加熱線圈內(nèi)，如果需要移動(dòng)，可沿著軌道或在滑板上進(jìn)行，因而錠坯表面不會(huì)受到任何損傷，可生產(chǎn)高端的精密擠壓材，同時(shí)擠壓機(jī)的輔助(停機(jī))時(shí)間很短。

在感應(yīng)加熱器后與擠壓機(jī)之前有一臺(tái)科梅泰爾(Cometal)噴水錠坯急冷裝備，可將錠坯冷卻到擠壓溫度，但仍保持著大于94℃的溫度梯度。把錠坯加熱到高溫然后急冷到擠壓溫度，可以改善錠坯的冶金組織、型材的表面品質(zhì)，特別適于硬合金材料生產(chǎn)。

2.2.1.4材料搬運(yùn)與時(shí)效

45 MN擠壓線的下游(后部)裝備，包括運(yùn)輸裝卸設(shè)備、牽引機(jī)、矯直機(jī)，時(shí)效爐、包裝系統(tǒng)等都是科爾泰爾公司提供的。擠壓的型材可長(zhǎng)達(dá)54 m，在通過(guò)新一代平衡強(qiáng)化冷卻系統(tǒng)(BICS，Balance Intensive Cooling System)時(shí)受到極為合理的冷卻，從而時(shí)效后的材料具有理想的組織與性能，這套冷卻系統(tǒng)(固溶處理系統(tǒng))由三部分組成：3.5 m及7.5 m長(zhǎng)的空氣-水冷區(qū)，7.5 m長(zhǎng)的空冷區(qū)，可根據(jù)技術(shù)條件對(duì)型材性能要求調(diào)節(jié)冷卻速度。

ElectriX?雙線高架牽引機(jī)(double overhead pullers)將型材從擠壓機(jī)上運(yùn)至飛鋸，鋸成定尺材料，然后自動(dòng)從出料臺(tái)前進(jìn)到115 t矯直機(jī)，矯直后由2臺(tái)固定高精度(HP)鋸鋸成定尺長(zhǎng)的成品型材。鋸切的型材長(zhǎng)度偏差為±0.5 mm。

為了提高生產(chǎn)效率與節(jié)省勞動(dòng)力，安裝了一套全自動(dòng)化型材堆垛、裝框、搬運(yùn)、卸框系統(tǒng)，可將型材堆成一層一層的，以便裝爐時(shí)效，時(shí)效后，又可以將型材按要求運(yùn)至包裝區(qū)，打捆、包裝、入庫(kù)，還有一臺(tái)180 t的廢料破碎機(jī)。共有3臺(tái)時(shí)效爐，每爐可處理8層材料。

2.2.1.5生產(chǎn)線的自動(dòng)化

45 MN擠壓生產(chǎn)線是高度自動(dòng)化的，因而所產(chǎn)擠壓材不但有高的品質(zhì)與很好的重現(xiàn)性，而且安全生產(chǎn)得到很好的保證，生產(chǎn)成本也有較大下降。還安裝了一臺(tái)新式的工藝過(guò)程控制器，可在線檢測(cè)型材的尺寸。海德魯鋁業(yè)公司對(duì)生產(chǎn)安全工作極為重視，在全世界的綜合性大型鋁業(yè)公司中，其安全工作是做得最好的。在新的45 MN擠壓生產(chǎn)線中，沒(méi)有一道工序需要工人動(dòng)手的，不用擔(dān)心會(huì)出現(xiàn)人身安全事故，或死死盯著生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)，但精心操作，處處小心還是很必要的。該生產(chǎn)線是北美最先進(jìn)的鋁材擠壓線，可為汽車工業(yè)提供高端薄壁、大型擠壓鋁型材，將推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步地向前發(fā)展，早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”達(dá)標(biāo)，在2019年全球排放的CO2中，汽車排放的CO2占27%左右，另?yè)?jù)美國(guó)能源部的研究，汽車凈質(zhì)量下降10%，可提高燃油經(jīng)濟(jì)性6%～8%，可見采用高精、高強(qiáng)度鋁合金擠壓材制造汽車骨架與加工汽車結(jié)構(gòu)件顯得多么重要!

2.2.2 巴西梅塔列克斯擬提升擠壓材產(chǎn)能

巴西梅塔列克斯(Metalex)公司擬提升改善其廢鋁處理能力與提升擠壓材產(chǎn)能，投資930萬(wàn)美元，擴(kuò)建項(xiàng)目位于巴西東南部的阿拉薩里瓜馬(Arasa - riguama)，分兩期，一期安裝一套側(cè)井爐，將產(chǎn)能由目前的75 kt/a提升到90 kt/a；二期新增一條回收線，將廢料利用水平由60%提升至80%。

2.2.3 印度建首家鋁材擠壓廠

印度鋁業(yè)公司(Hindalco Industries)2020年12月10日稱，擬投資730億盧比在錫爾瓦薩(silvassa)建一個(gè)鋁材擠壓廠，有3臺(tái)擠壓機(jī)，生產(chǎn)能力34 kt /a鋁型材，據(jù)稱這是印度首家這類工廠。

2.2.4 達(dá)杰科鋁業(yè)公司在佩里縣建新擠壓廠

達(dá)杰科鋁業(yè)公司(Dajcor Aluminum)總部位于加拿大安大略省(Ontario)，投資19.6 M美元，在美國(guó)肯塔基州佩里縣(Perry Connty KY)建一個(gè)新鋁材擠壓廠，招收員工200名。這是該公司在美國(guó)建的首個(gè)企業(yè)。

2.3 其 他

2.3.1 海德魯美國(guó)擠壓公司建無(wú)摩擦多區(qū)感應(yīng)加熱爐

海德魯北美鋁擠壓公司(Hydro Extrusion USA)賓夕法宜亞州克雷索納(Cressona PA)擠壓廠新建一臺(tái)班亞德感應(yīng)加熱公司(Inductotherm Banyard)的零摩擦多區(qū)段圓錠感應(yīng)加熱爐，可加熱直徑254 mm的圓錠坯，2020年3月投產(chǎn)。

2.3.2 日企在美建鍛造鋁合金車輪廠[7]

2019年11月，日本輕金屬北美公司(Nippon Light Metal North America Inc.)和伊藤忠金屬公司(ITOCHU Metals Corporation)合資在美國(guó)建鍛造鋁合金車輪廠，名為日本輕金屬喬治亞公司(NLMGA Nippon Light Metal Georgia)，計(jì)劃2022年投產(chǎn)，可增加新工作崗位110個(gè)。

2.3.3 新型高性能Amaero HOT Al鋁﹣鈧合金

Amaero HOT AI是一種新型高性能鋁﹣鈧合金，是美國(guó)阿瑪羅國(guó)際公司(Amaero Interational Ltd.)長(zhǎng)期研發(fā)的結(jié)晶。已在世界范圍內(nèi)獲得獨(dú)家專利，鈧與錳是其合金化元素，用于3D打印結(jié)構(gòu)零件。公司稱，可直接時(shí)效硬化處理到很高的屈服強(qiáng)度，可在高溫下長(zhǎng)期工作，3D打印零件經(jīng)熱處理可以提高強(qiáng)度與延長(zhǎng)使用期限。鈧可以顯著提高合金的抗拉強(qiáng)度與延長(zhǎng)其使用期限，可在260℃長(zhǎng)期工作。

阿瑪羅公司已在一些國(guó)家取得了獨(dú)家的專利，此合金將用于有戰(zhàn)略意義的部門，如國(guó)防軍工、航空航天、運(yùn)動(dòng)器械，可用于制備網(wǎng)球拍、棒球棒、自行車架，等等，是一種可靠的高性能材料。鋁鈧合金Amaero HOT Al之所以擁有這樣優(yōu)秀性能，是莫納什大學(xué)(Monash University)近50年來(lái)的研發(fā)成就。

3 結(jié) 論

2020年全世界遭到了前所未有的新冠疫情災(zāi)難，鋁工業(yè)受到一定的打擊，但中國(guó)鋁加工業(yè)經(jīng)受住了疫情的考驗(yàn)，很快復(fù)工復(fù)產(chǎn)。中國(guó)新投產(chǎn)與新建項(xiàng)目并沒(méi)有停止，比全世界其他國(guó)家與地區(qū)的總和大得多。