改革開放以來,中國鋁板帶產業取得了舉世矚目的成就,裝機水平之高、生產能力之大舉世無雙,關鍵核心技術創新能力也與日俱進。2020年,中國有2家相關企業的產量超過1000kt/a,這是鋁產業前所未有的突破;與此同時,中國雙輥式連續鑄軋帶坯產量超過8000kt/a,鑄錠熱軋板帶產量超過42000kt/a,冷軋鋁帶產量不低于30000kt/a。
中國特大型鋁板帶軋制企業
明泰鋁業
河南明泰鋁業股份有限公司(以下簡稱明泰鋁業)是中國第六家具備100kt/a高精鋁箔和1000kt/a鋁板帶生產能力的單一企業,其余五家單一平軋鋁產品生產能力超過1000kt/a的軋制廠是天津忠旺鋁業有限公司、忠旺(營口)高精鋁業有限公司、山東魏橋鋁電有限公司、南山輕合金有限公司和中鋁瑞閩鋁板帶有限公司。此外,大慶豫港龍泉鋁業有限公司鋁合金加工材項目1200kt/a子項目正在規劃建設中,預計于2023年陸續投產。
自建立以來,明泰鋁業秉承“明睿創新,泰昌恒運”的理念,發揚“自力更生、艱苦奮斗、頑強拼搏、創先爭優”的精神,不斷發展壯大,現已成長為國家特大型企業,先后贏得“中國有色金屬50強”“中國民營企業制造業500強”“河南省企業”等殊榮,獲評“中華人民共和國AA類企業”和“河南省質量信用AA級工業企業”,并取得ISO 9001質量管理體系認證、TS16949汽車用鋁產品認證、CCS船用產品認證,其技術研發中心也被認定為“河南省企業技術中心”和“河南省鋁板帶箔工程技術研究中心”。
明泰鋁業鋁板帶產量連年創新高,2019年和2020年分別生產鋁板帶856kt和980kt,2021年1月,平軋鋁產品產量為95.2kt,同比增長28%,銷量為101.5kt,同比增長217%,預計2021年的產量可超過1100kt。
輝煌成就來之不易。1997年,馬廷義以1臺國產的4輥不可逆式1500mm冷軋機起步,于2000年10月開始討論自主建設2000mm“1+4”式熱連軋線。當時,設計部門認為這個想法異想天開,并好意勸說馬廷義不要搞,以免浪費錢財和時間。但是,馬廷義“不信這一套”,根據蘇聯援建中國時留下的2000mm鋁板帶熱軋機的安裝圖紙,他找東家做一件、找西家做一件,備齊了機械結構零部件,加上天津自動化研究所提供的成套電氣和控制設備,經過不到2年的時間,馬廷義的“1+4”式熱連軋線終于在2003年1月正式投產,并生產出了合格的熱軋鋁合金帶卷。從此,中國鋁加工業有了條熱連軋線,這條自行設計、制造、調試與投產的熱連軋線不僅開創了中國鋁加工業的新篇章,也奠定了明泰鋁業在中國鋁軋制行業的地位和影響力,馬廷義的名字銘刻在了中國鋁軋制行業的紀念碑上。這條“1+4”式熱軋線目前已經、穩定地運轉了18年,根據筆者預計,它為中國國民經濟的發展提供了約7000kt的供冷軋用帶卷和約40kt的熱軋厚板。2003年2月,筆者到河南省鄭州市鞏義市調查再生鋁,借機會訪問了明泰鋁業,并在《中國有色金屬報》頭版頭條發表了一篇關于“1+4”式熱連軋線的短篇報道,從此,全都得知中國有了自己的鋁板帶熱連軋線這一消息。
為了滿足不斷增長的交通用鋁市場需求,明泰鋁業于2015年新建了高精度交通用鋁板帶“1+1”熱軋生產線,粗軋機寬3300mm,精軋機寬2800mm;并于2016年年底從德國西馬克公司配套引進了2800mm CVC-6超寬幅冷軋機生產線,目前該冷軋機在4臺。截至2020年,明泰鋁業擁有半連續鑄造生產線8條、連續鑄軋生產線13條、“1+4”式熱連軋生產線1條、高精度交通用鋁板帶“1+1”式熱軋生產線1條、冷軋機9臺、箔軋機17臺。裝備不斷優化升級,為公司研發生產汽車車身薄板、易拉罐罐料、船用板帶材等鋁材產品提供了保障,有效促進了產品結構調整,推動企業向產業邁進。其中,“1+1”式生產線是中色科技股份有限公司提供的。
除繼續深耕于鋁板帶箔市場之外,明泰鋁業近年來還陸續從德國西馬克公司引進了大型鋁擠壓機,開始涉足于大截面工業鋁型材生產,并于2015年與中國中車合資成立“年產300輛地鐵車廂項目”,成功實現了向綜合性鋁加工企業的轉型。明泰鋁業向鋁應用領域延伸,由單純鋁材生產商成長為綜合解決方案供應商。
截至2020年,明泰鋁業有職工5000余人,技術人員約500人,其中工程師24人、工程師100人。
2019年6月22日,公司決定將鑄軋分廠6#鑄軋線升級改造,由原來680×1650mm鑄軋機改為國內最寬的1200×2450mm鑄軋機,并歷經兩個多月,于8月28日成功生產卷鑄軋坯料。明泰鋁業又創造了一個全國。
明泰鋁業現有產品涵蓋1系至8系全系列、多品種、多規格鋁合金產品,廣泛應用于國防軍工和人民生活各領域,并出口至40多個國家和地區。近年來,公司先后被評為“河南省民營企業”“中國鋁板帶材企業”“中國鋁箔材企業”“全國有色金屬行業集體”,明泰鋁業泰鴻牌商標被河南省工商行政管理局認定為“河南省商標”,泰鴻牌鋁板帶被授予河南省產品稱號。
明泰鋁業55MN拉伸機采用了多項專利和關鍵技術,由中色科技股份有限公司自主開發研制,是鋁合金厚板生產技術和裝備的重大突破。作為該公司臺大噸位拉伸機,該設備單體質量超過7000t,總重超過2000t,可生產寬3100mm、長15000mm、厚200mm的鋁合金厚板,產品主要用作航空板、車廂板、汽車板、重點國防項目用等鋁合金材料。
公司注重科技創新,于2008年成立“河南省企業技術中心”“河南省鋁板帶箔工程技術研究中心”;2014年,與軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室共同設立了院士專家工作站;并長期與國家軋制工程中心、中南大學等業內機構和大學建立了友好合作關系;2018年,明泰科技被認定為“河南省高新技術企業”;2019年,明泰科技被認定為“鄭州市智能制造示范企業”和“鄭州市科技創新企業”,鄭州明泰被認定為“鄭州市交通用鋁合金工程技術研究中心”。公司先后獲得“武器裝備質量管理體系認證證書”,中國船級社、挪威船級社、英國船級社、法國船級社和美國船級社認證。截至2019年底,累計獲得授權專利105項,其中發明專利20項,實用新型專利85項。
11月4日,明泰鋁業對外披露,公司為了開發高附加值業務,出資1000萬元于河南省鄭州市設立全資子公司河南明晟新材料科技有限公司,主要從事鋁板帶箔,合金板,軍工、航空航天、汽車用鋁,超硬3C材料,印刷用PS版技術的研發設計及生產銷售等。
根據明泰鋁業2021年4月1日發布的年報,其在建的韓國光陽鋁業項目,新增100kt/a產能,預計于2021年下半年試生產;在建的明晟新材料500kt/a項目新增產能200kt/a-300kt/a,分期建設,預計于2021年6月份期試生產。明泰科技鋁箔產能180kt/a,目前正在逐步放量。同時,公司還建成投產年處理200kt/a廢鋁一期工程、擴建后處理廢鋁達300kt/a的廢鋁綜合利用項目,新建360kt/a再生鋁合金扁錠、120kt/a鋁灰渣項目。公司采用國際技術,實現了生產環節產生的邊角料、鋁渣、鋁屑等資源的無害化、高值化、生態化循環利用。
明泰鋁業700kt/a平軋鋁產品項目于2021年7月18日在鞏義市產業集聚區舉行了開工儀式,由子公司河南義瑞新材料科技有限公司負責建設與經營。年產70萬噸鋁板帶箔項目是明泰公司繼“1+1熱軋項目”“電子材料產業園項目”之后實施的又一亮點工程。項目總投資50億元,計劃建設“1+4”式熱軋生產線、立體智能倉庫以及自動化冷軋、箔軋生產線,打造數字智能一體化的高科技智能化工廠,并開辟軍工、航天、交通、新能源、新材料等新領域,實現產品升級換代。此項目可于2023年12月投產,屆時明泰鋁業鋁及鋁合金板帶在鞏義產業集聚區的生產能力可達2000kt/a,成為人間最大的“天字號”鋁及鋁合金單一平軋鋁產品廠。
天津忠旺
天津忠旺鋁業有限公司(以下簡稱天津忠旺)一期1號中厚板車間于2013年2月開始建設,并于當年投產,平軋鋁產品生產能力達1800kt/a。天津忠旺在平軋鋁產品領域創造了一項之,即擁有上一次性建成的大的單一平軋鋁產品廠,該廠生產能力達1800kt/a,比德國阿盧諾夫鋁業公司1150kt/a的大56.5%;且設備,所有裝備都是從當今設計制造公司引進,如軋機成套從西馬克集團引進,板錠鑄造系由瓦格斯塔夫公司提供,熱處理設備由奧地利埃布納成套供應,而自動化控制系統來自ABB公司和西門子公司,上目前還沒有一個公司的幾乎全部裝備都能達到如此高的水平;與此同時,天津忠旺還擁有上大、的熱軋線。其于2013年11月開工建設的硬合金生產線被列為天津市2013年度20項重大工業項目之一,占地面積14×104m2,吊裝實物量16kt,項目名為天津忠旺鋁業有限公司特大高精鋁及鋁合金加工材項目。2015年3月,熱軋線全部安裝完畢;4月,4500mm粗軋機電氣設備調試工作開始,先后進行了系統、介質系統、控制系統及主電機系統等空負荷調試工作;5月19日,粗軋機2臺7000kt主電機啟動,經過近2小時的連續運轉,各項監測指標均顯示正常,順利實現了主電機空載運行。其主電機功率共14000kW,是大的鋁厚板粗軋機,比美國奧科寧克鋁業公司的5588mm粗軋機的傳動功率大8032kW;比德國阿盧諾夫軋制廠2號熱軋線2500mm粗軋機的傳動功率大4000kW。4500mm粗軋機是由西馬克公司設計制造的,裝有厚度自動控制系統、斷面凸度自控系統、溫度自動控制系統、熱軋過程自動控制系統,它們全部以數字顯示。計算機程序控制為生產寬厚板提供了充分的技術保證。
2016年4月,天津忠旺熔鑄廠鑄出2670mm寬的硬合金大扁錠;7月,軋出4300mm的厚板;2016年8月1日,軋出7055合金厚板,它鑄造難度大,內應力大,熱裂傾向大且易發生冷裂,軋制變形也比2024型合金困難得多,是除某些Al-Li合金以外生產難度大的一種合金。不過,它的抗拉強度達600N/mm2,斷裂韌性與損傷容限也比較高,是近代航空航天器的主要結構材料之一。2015年8月15日,天津忠旺4輥可逆式4500mm熱粗軋機有負荷試車成功;2016年6月29日,通過雙方工作人員的不懈努力,4500mm熱粗軋機經15分鐘、32道次成功軋出中國乃至亞洲寬的4300mm硬合金厚板。目前,鋁工業都將超厚、超寬硬合金厚板的生產作為反映一個國家鋁加工發展狀況和科學技術水平的重要標志。天津忠旺成功批量生產寬而厚的板材,標志著中國各個工業部門,特別是航空航天工業急需的鋁合金板材的生產能力又邁上了一個新臺階。
天津忠旺于2017年1月13日順利通過了由美國性能審查協會、國際航空工業認證機構組織的特種工藝熱處理、無損探傷和中心實驗室的認證審核,并獲得PRI認證機構頒發的國家航空航天和國防合同方授信項目認證證書。國家航空航天和國防合同方授信項目由美國航空航天和國防軍工工業巨頭與美國國防部、美國汽車工程師學會等機構發起和發展,專門對航空航天工業的特殊產品和工藝進行認證,是國際航空工業的認證。獲得國家航空航天和國防合同方授信項目的認證已經成為航空航天制造業的強制性要求,空中客車公司、波音公司均是其成員。同時,波音公司、空中客車公司、賽峰公司等都將是否通過其認證作為選擇供應商的條件之一??梢?,通過國家航空航天和國防合同方授信項目認證對明泰鋁業的長遠發展有著重要意義,為其進一步拓展民航市場,走向更為廣闊的國際民航市場獲得了通行證,對中國鋁加工企業進一步開拓國際市場也具有相當大的戰略意義。
天津忠旺除了有2條從西馬克公司引進的“1(4500)+4(3350)”硬合金生產線外,還有1條2400mm“1+5”式西馬克公司的軟合金生產線。1號硬合金生產線于2016年1月投產,2號硬合金生產線于2017年8月投產;軟合金生產線于2018年7月投產,生產能力為700kt/a,以生產罐身料、罐蓋料為主,罐蓋料帶涂層線也是從德國西馬克公司引進的,于2014年初簽訂合同,并于2016年晚些時候投產,其涂層烘干爐經過優化設計,不但能耗低,而且排放物能滿足當前嚴格的環保法規條例要求。生產線由下列主要設備構成:2臺開卷機、2臺橫剪機、1臺頭尾縫合機、進料側活套、清洗機、1臺化學涂覆機、2臺精涂機、浮動退火爐、出料側活套、檢驗臺、上蠟機、涂油機、切邊機、飛剪、2臺卷取機。
天津忠旺的每條硬合金生產線都有3臺輥底式處理爐。硬合金板的時效/退火爐及T77時效爐也是艾伯納工業爐(太倉)有限公司提供的。時效/退火爐有7臺,其中14m的4臺,26m的3臺,主要技術參數為爐溫設定偏差±1℃、爐氣溫度偏差±2℃、板材溫度均勻性±1.5℃。39mT77時效爐是這類爐中的天驕,可對7055合金進行三級時效,為航空航天工業提供綜合性能佳的T7751鋁厚板,現在全這種商業化生產爐也不超過3臺,在中國是首臺,它的主要技術參數為爐溫設定偏差±1℃、爐氣溫度偏差±2℃、板材溫度均勻性±1.5℃、單板的為±1℃,可處理板材尺寸厚4mm-250mm、寬1000mm-4300mm、長2000mm-39000mm,單板大質量25t。電導率檢測儀與水浸式超聲波探傷線都是從CMS公司引進的,前者可測板材尺寸厚4mm-250mm、寬1200mm-3500mm,后者可探板材尺寸厚6mm-160mm(AAA級)、6mm-250mm(AA級、A級)、寬1200mm-4250mm、長4mm~39000mm。
另外,板材拋光覆膜生產線從瑞士德米斯公司引進,單片拋光,表面粗糙度Ra=0.8μm-0.2μm,拋光后立即覆膜,可供拋光板尺寸厚3mm-250mm、寬1000mm-2600mm、長2000mm-12000mm;軋輥磨床從意大利波米尼公司引進,為全自動CNC工作輥磨床,可磨軋輥大直徑2000mm、1500mm、700mm,共4臺,其中3臺磨工作輥、1臺磨支撐輥;厚板存放庫由德國沃爾利特公司設計,為平面式、全自動化;鑄錠焊接機1臺,由寶山鋼鐵公司研究院設計制造,爆合后錠的尺寸厚390mm-750mm、寬1240mm-2700mm、長2200mm-8000mm;厚板自動包裝線一條,從皮斯美爾公司引進,為全自動,板垛尺寸高30mm-590mm、寬1000mm-2800mm、長2000mm-24000mm;另外,還有1臺從美國科內克斯公司引進的表面品質檢測儀。
熱軋帶卷溫度往往大于320℃,有時甚至高達350℃,將其冷卻到50℃以下方可進行冷軋。因此,大型平軋鋁產品廠如天津忠旺、魏橋鋁電有限公司、南山輕合金有限公司等都設有容量甚大的熱軋帶卷冷卻高架庫,它們的自動化程度、冷卻能力、存貯容量等均居之巔。天津忠旺有3座、南山輕合金有限公司有2座,魏橋鋁電有限公司有1座。
天津忠旺擁有3座高架庫,都是從德國福萊特公司引進的,主庫長504m,可儲1500卷,共有5層和150條通道;擁有2座輔庫,一座長275m、高31m,可存約1200卷,另一座長300m、高33m,共10層,用于存放冷軋好的成品帶卷,總存儲量約為2100卷。
天津忠旺100MN預拉伸機于2015年12月一次試車成功,它集中了當前拉伸機的技術。鋁合金厚板在熱軋、剪切、退火、淬火的過程中,因溫度、壓下、輥形變化和工藝冷卻控制不當所產生的縱向彎曲、橫向彎曲、邊緣波浪和內應力造成的不良板形可通過矯直。根據設備配置可將矯直分為輥式矯直、壓平矯直和鉗式拉伸矯直。因矯直是在時效處理或機械加工之前的步驟,故又稱預矯直,當前用得多與有效的工藝是拉伸矯直法。
當板材波浪和殘應力太大時,用輥式矯直機無法矯平,只能拉伸矯直。拉伸時對板材兩端給予的拉力,使板片產生的塑性變形,或減小板片中的殘余應力,使板片平整拉伸變形量為2%左右,大4%,太小不易殘余應力,太大會產生滑移線,且可引發新的內應力,過大時還可能拉斷。拉伸拉力P近似計算公式為:P=Rp0.2xBxH,式中Rp0.2為與拉伸力相對應的屈服強度,N/mm2;B為板材寬度,mm;H為板材厚度,mm。拉伸機技術參數BXH≤22500mm2時,除冷作硬化板外,都可以進行拉伸矯直。為防止拉斷,拉伸前板材不允許有裂邊、裂紋、邊部毛刺等缺陷。
熱軋的厚板都要經過鋸切,厚板車間有板坯鋸2臺,成品精密鋸2臺。成品精密鋸從奧地利斯開寧公司引進,可鋸切厚4mm-260mm、寬1000mm-4300mm、長2000mm-22000mm的厚板,板的長度偏差±1mm、寬偏差±0.5mm、對角線偏差±1mm,板的大質量30t,鋸屑吸收率99%。
天津忠旺的板坯精密鋸從法國塞馬斯公司引進,可鋸切板坯的尺寸厚4mm-260mm、寬1000mm-4300mm、長2000mm-22000mm,板坯長度偏差±1mm、寬度偏差±0.75mm、對角線偏差±1.5mm,板坯大質量30t。另有2臺板材預拉伸機從德國西馬克集團梅爾公司引進,1臺100MN、另1臺40MN。
熱處理可強化合金厚板多用于航空航天器與兵器工業,而非熱處理可強化合金則主要用于船舶、化工容器等制造?;鸺l射液氫、液氧燃料箱是用鋁合金厚板焊接的。航空器的板鈑件、進艙門可用厚板銑成,原來艙門是由50個零件通過機械連接制成的,改用厚板銑削后,不但結構強度上升,且凈質量還下降了,一舉兩得。
T7及T77狀態都是美國鋁業公司(2017年11月1日起改稱奧科寧克鋁業公司)研發的,后者是一種新的熱處理工藝。T7表示固溶處理與過時效的狀態,因此它的強度比T6(固溶處理后人工時效到大強度的狀態)強度的低。按抗拉強度,T6狀態材料的高,T73的低,但T76、T74、T73材料的抗應力腐蝕性能與抗晶間腐蝕性能則依次遞增,斷裂韌性也比T6材料的高一些。T77是一種美國鋁業公司有專利的熱處理,它是變形鋁合金熱處理工藝中一顆璀璨的明珠。這種名為回歸時效處理,即RRT處理,也可以稱為RRA處理,是R.M.Cina(西納)首先提出的,但美國鋁業公司技術中心付諸工業化生產。它適用于Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu系合金,現在多用于7075、7050、7055等合金。
天津忠旺從艾伯納工業爐有限公司引進的39m長的T77時效爐于2016年投產,可處理板材尺寸寬1000-4300mm、厚4-250mm、長39m,單板大質量25t,設定爐溫精度±1℃,爐氣溫度精度±2℃,板材溫度均勻性±1.5℃,單板溫度精度±1℃。這是到2018年為止中國引進的的處理線,也可能是全球除美國以外僅有的一條處理線,中國南山集團也要引進這類生產線。此外,回歸處理升溫速度越快越好。
T77板材與擠壓材主要用于制造飛機,中國支線客機ARJ21用7150-T77、7055-T77511、7150-T77511鋁合金制造的零部件都是從美國鋁業公司采購的。在ARJ21飛機中,鋁合金零部件質量占飛機凈質量的70%,而在用的鋁合金中,T77狀態的用得多,估計可達20%。
在大飛機C919制造中也用了一些T77材料,如機翼上蒙皮為7055-T7751、中機身龍骨梁緣條為7150-T77511、機頭前壓力框加強件為7150-T77511合金制造。只要有艾伯納公司或其他公司由計算機控制全流程各項工藝參數的輥底式T77處理爐,加上精心操作都可以生產符合標準的航空航天材料。
南山輕合金
南山集團鋁板塊下設山東南山鋁材公司,主管擠壓鋁材方面的事務,設南山輕合金有限公司(以下簡稱南山輕合金),負責平軋鋁產品方面的業務,南山輕合金于2006年通過了ISO9001國際質量管理體系認證及ISO14001環境管理認證,并獲得山東省高新技術企業榮譽稱號,于2010年通過了GB/12800 2001職業健康管理體系認證。
山東南山鋁業股份有限公司(以下簡稱南山鋁業)是全球的在45km2區域內擁有熱電-氧化鋁-原鋁-鋁加工-深加工于一體的完整鋁產業鏈的企業,2017年的生產能力為熱電191×104kW、氧化鋁1700kt/a、鋁型材170kt/a、原鋁816kt/a、熱軋產品600kt/a、冷軋板帶600kt/a、軌道交通新型合金產品220kt/a、鍛件14kt/a、箔材70kt/a,是2020年中國和實際平軋鋁產品超過1000kt的第二家企業。
2013年,南山鋁業獲得美國BE航空航天公司認證;2015年,與北汽集團、南車集團、波音公司簽訂了戰略合作協議,并通過了AS 9100C航空體系認證。其航空產業園已為BE航空座椅生產配套產品,并得到波音、空客、中商飛、龐巴迪等主流飛機制造商的認可和支持,南山航材園已成功試制了一批又一批合格產品。
2018年3月10日,南山鋁業與法國飛卓宇航集團簽署了合作協議,在山東省煙臺市龍口市成立了南山飛卓宇航工業有限公司,生產航空零部件,合資公司位于南山航空材料產業園,依靠南山鋁業在航空材料方面強大的研發生產能力和飛卓宇航在航空材料深加工方面的管理和技術經驗,為主流飛機廠提供適宜、準確的產品解決方案,真正實現資源共享、優勢互補、互惠共贏。
南山輕合金成立于2001年,熔鑄廠扁錠產能約為860kt/a,單塊錠生產能力可達34t。2350mm“1+4”式熱連軋線從日本石川島播磨重工業公司引進,是一條軟合金熱軋生產線,可生產1XXX系、3XXX系、5XXX系及8XXX系(不含Al-Li合金)合金熱軋厚板及熱軋卷。熱軋板厚10mm-150mm、寬950mm-2100mm,長度按客戶要求,熱軋帶卷厚2mm-10mm、寬950mm-2100mm,帶卷內徑610mm、外徑1000mm-2800mm。
南山輕合金公司“1(4100mm)+5(3000mm)”式西馬克熱連軋線于2015年5月開始試運轉。粗軋機可以生產3800mm寬的厚板,精軋機列可以生產大寬度2800mm、厚1.8mm-16mm的帶材,產品供包裝、汽車、航空航天工業用。按原設計,這條生產線為“1(5600mm)+1+5”式的,但目前特寬厚板市場有限,5600mm粗軋機暫未建,以后擇機建設。
目前,大民機用的機翼壁板用鋁合金厚板的大長度為36m、大寬度為3600mm、大厚度為150mm,因此,輥底式固溶處理爐生產線的長度不會超過180m,爐膛寬度不會超過4m。生產線的生產率為2t/h-20t/h,處理寬2800mm、長3100mm板時的生產率為7.8t/h,匡算生產能力可按8t/h計算。中國尚未全部掌握HICONR爐的生產制造,這是一塊亟待補齊的短板。
輥底固溶處理線不適宜處理厚度小于2mm的板材,此時可用立式活底爐,上部為固溶爐,下部為淬火水槽,不但可處理板材,還可處理鑄件、鍛件、成形薄板件及其他工件。不過,它的大裝料量一般不超過12t凈料,板材在爐內一張張地吊掛著,板片間有相當大的間距,以便強對流熱氣流動,快速均勻加熱。淬火井內的水強制流動,循環速度大于0.2m/s,能很快地去除板片表面上的氣泡,加速冷卻,同時使冷卻更均勻,降低變形。
南山輕合金平軋鋁產品生產能力約為1200kt/a,其中軟合金的約為800kt/a,硬合金的約為400kt/a。該公司是中國與亞洲大的ABS生產者,產能可達約400kt/a。
南山輕合金的產品認證工作做得既快又好,從建廠伊始就注意到了此項工作,從建廠開始到獲得波音飛機公司供應商資質,先后歷時6年。
2011年,在龍口市規劃建設南山航空材料產業園,2017年已建成投產的有:“1(4100mm)+5(3000mm)”式熱連軋線一條, 主導產品為厚板與冷軋用帶卷;航空航天高精擠壓材項目,生產能力為80kt/a;14kt/a的航空航天模鍛項目,其中有4臺從德國引進的鍛壓機,500MN、125MN、60MN、25MN的各1臺。其“1+5”式熱軋線是中國當前正常運轉的。
2014年10月,厚板生產線驗收,交付生產。從2015年2月開始波音公司供應商認證工作,投入較大的人力與財力,按照有關規范與條例編寫形成鑄錠與板材認證測試計劃,并得到了波音公司的審查與同意。
經過近一年半的艱苦努力,南山輕合金終于在2016年6月順利通過波音公司2024、7050合金扁錠認證,這在中國是。波音公司工作組從2016年10月開始考核南山輕合金7050- T7451合金厚板的生產實際與各項文件,歷時7個月,于2017年5月通過認證,從此,南山鋁業成為這種板材的波音公司供應商。
2015年1月13日,南山鋁業與波音公司簽訂航空材料通用協議,將推動南山鋁業通過航空材料產品的波音適航認證。2018年,南山鋁業在通過航空航天產業通用的NADCAP特種工藝(熱處理、無損探傷、實驗室建設)認證的基礎上,順利通過了波音公司的特種工藝認證。冷軋車間有一條從康甫公司引進的切邊縱剪線,已于2014年投產,可以提供精密剪切,切邊品質非常好,機組機架特別是剪切單元采用了增強型的機械設計,可以經受高速加工,并剪切較厚一些的薄帶,切邊參數由計算機自動控制,在切邊的同時還可以將帶材一分為二。生產線的液壓系統、電氣電子設備系統與其他輔助設備均為引進。
魏橋鋁電新材料
山東魏橋鋁電有限公司(以下簡稱魏橋鋁電)堪稱國際鋁企業中的超級航母,其原鋁、氧化鋁與炭素制品產量在全球單一企業中大,但加工材產量卻并沒有位列,有1條2400mm“1+4”式西馬克公司的熱連軋線。
公司鑄造車間扁錠生產能力達800kt/a,扁錠厚620mm、寬2200mm,鋸切頭、尾后,大長度為8650mm。錠經銑面后裝入艾伯納工業爐公司的推進式加熱爐內加熱,每臺爐可裝25塊重32t的扁錠,裝料量達800t,是大的推進式加熱爐。該爐采用Hicon加熱技術,可確保溫差小于等于6℃;同時,采用TREAT perfect(處理)數學模型,可計算錠內的溫度分布狀況,保證爐內溫度達到很高的度與均勻度,使錠的加熱品質既高又穩定,生產設備也能夠得到充分的利用。
立軋機可使軋制板帶寬度保持在的范圍內,減少裂邊,提高成材率。公司立粗軋機的軋制力為8MN,由兩臺各700kW的電機驅動。4輥熱粗軋機的輥面寬度為2400mm,大開口度為650mm,可軋制1XXX系-8XXX系的所有變形鋁合金,由2臺各5000kW的電機帶動,錠坯軋到45mm厚的坯料經輕型剪切掉頭部后將被送入精軋機列。剪切機用于切掉熱軋板帶的端頭,均為液壓式的,重型剪的剪切力為1.2萬kN,輕型剪的剪切力為4500kN,可切板帶的大寬度達2150mm。熱精軋機列為CVC-6 plus,共4臺,能將粗軋后的帶材軋至10.0mm-1.8mm厚的帶材,后卷成大直徑為2.8m、重達30t的帶卷。精軋機的大軋制力為40MN,每臺精軋機由1臺5000kW的電機驅動,是中國大的熱精軋機之一。F4(第4臺熱精軋機)的大軋制速度為600m/min,是中國熱精軋機列軋制速度高的之一。熱精軋機列軋機的CVC技術與液壓彎輥工藝相結合,可地調整輥型與輥縫大小,從而軋得板形良好、厚度的帶材。在精軋機后設置有圓盤剪,可剪除帶材的裂邊,剪切葉片間隙從垂直方向和水平方向均可調節,從而確保剪切后的帶材具有光滑而無毛刺的邊。熱軋帶卷通過車間內的自動運輸系統運至高架倉庫,并被冷卻至45°C后進行冷軋。在熱精軋機列后還設置有離線檢驗站,可切取一段帶材進行表面品質等檢驗。
魏橋鋁電的高架倉庫從西馬克公司引進,自動化帶卷運輸系統是由西馬克公司所屬的洛吉斯迪系統公司設計制造的,包括將帶卷從熱軋機尾部運到高架倉庫的運輸系統,和從高架倉庫運到冷軋機與冷軋機之間的運輸系統,高架倉庫內有3輛貯存和檢索車輛。2套自動化運輸裝置將帶卷從高架倉庫運到其他區域,在車間內的運行由激光導航系統指揮,能使產品以的速度準時地運到指定地點。高架倉庫內有強大的風冷系統,可將外徑為2800mm、重達30t的熱軋帶卷在規定時間內從335℃左右的溫度冷卻到可冷軋的45℃以下。這個高架倉庫是大的高架倉庫之一,長290m,可貯存1400個帶卷,總重42000t。運輸單元是在西馬克公司洛吉斯迪克物流系統公司的指導監督下,按其提供的圖紙由國內制造與配套的。
魏橋鋁電新材料有限公司位于山東省鄒平市經濟技術開發區,是魏橋鋁電的子公司,平軋鋁產品生產能力達760kt/a,二期正在規劃中,可在今后適當的時候建設,建成后平軋鋁產品生產能力可達2000kt/a。
公司2400mm“1+4”式熱連軋線的生產能力達760kt/a。冷軋廠有3機架2300mm CVC6 plus冷軋線1條,2300mm CVC6 plus不可逆式單機架冷軋機2臺,冷軋總生產能力達533kt/a,于2014年12月投產,如果發揮得好,產量可達650kt/a。2300mm 3機架冷連軋線由西馬克公司提供,其大軋制速度為1700m/min,生產能力達350kt/a,主導產品為罐料、PS及CTP版基板、幕墻板等。此外,航空材料事業部有一臺2350mm CVCR-6 plus鋁帶冷軋機,由西馬克公司設計制造,而電器設備及自動化控制系統則來自ABB公司,自動化控制系統、儀器儀表、現場傳感器、電機控制電纜等均由ABB公司提供。這臺高技術冷軋機具有一系列的優點,其所有ABB電極變速系統均為進口,主電機由芬蘭制造,達6500kW,電壓達3150V,還裝有ABB ACS 6000中壓驅動變速系統,大部分其他零部件的傳動電極都是ABB公司提供的,所有中低壓電極傳動系統均采用ABB公司的傳統直接力矩控制技術。最大特點是在此機上應用了放電技術,從而能在工作輥上制出特殊的紋路,使工作輥具有所要求的表面粗糙度。在生產ABS 帶材時,換上這種輥,并將軋制力降至小于等于2000kN,使軋制率小于10%,軋出的帶材表面將非常適合應用于沖制車身鈑金件。用這種軋機生產的ABS將在中國汽車鋁合金板帶領域獨領風騷,帶領中國ABS工業沖向國際市場。南山ABS項目分期建設,一期100kt/a,二期200kt/a,三期300kt/a,最終600kt/a,使企業成為全球大的ABS單體企業。
營口忠旺
忠旺(營口)鋁業有限公司(以下簡稱營口忠旺)是遼寧忠旺集團有限公司的全資子公司,于2009年5月8日在香港聯合交易所主板上市。營口忠旺位于遼寧省營口市沿海產業基地二期,擬投資近千億元建設“年產86萬t高精鋁及加工材項目”“年產60萬t高強度、大面積鋁合金擠壓材項目”“120萬t板帶箔及配套原料項目”,占地約20km2。
營口忠旺“120萬t板帶箔及其配套原料項目”總建筑面積約200萬m2,板帶箔產量120萬t/a,高精鋁板錠原料產量100萬t/a。主要裝備為1條生產能力達1200kt/a的“1+1+4”式2400mm熱連軋線和10臺生產能力達1000kt/a的2300mm單機架冷軋機。
中鋁瑞閩
中鋁瑞閩鋁板帶有限公司(以下簡稱中鋁瑞閩)是中國鋁業集團有限公司控股的一家從事高精鋁板帶研發與生產的現代化混合所有制企業。目前,中鋁瑞閩在福建省福州市馬尾區的廠區高精鋁板帶生產能力達到年產25萬噸,其主導產品主要包括金屬包裝用鋁、3C電子電器用鋁、印刷用鋁、交通用鋁等。其中,金屬包裝的罐蓋料產量和3C電子電器的智能手機外殼產量均全國。此外,中鋁瑞閩正在福州新區閩臺(福州)藍色經濟產業園的新廠區建設中鋁東南沿海鋁精深加工基地項目,重點發展交通輕量化、汽車板和電子用鋁等,項目建成后企業整體規模將達到80萬噸。
中鋁瑞閩的主要裝備處于國際水平,主體設備從歐美設備制造廠家引進,其中,馬尾廠區“1+3”式2400mm熱連軋機組由奧鋼聯設計,配備有來自美國熱電公司的凸度儀和來自康耐視公司的表面檢測系統,4臺冷軋機中有2臺6輥CVC冷軋機,由德國西馬克公司和瑞士ABB公司聯合制造。藍園項目一期工程的設備主要由鄭州冷軋廠和瑞閩公司一期的現有設備搬遷組成,二期工程的主要設備是引進的具有國際水平的2400mm氣墊式連續熱處理線和汽車板連續表面處理線各1條。
該基地占地2000畝,計劃總投資100億元,重點產品為交通運輸裝備輕量化、環保包裝、電子器材和中印刷用鋁材。
項目分期、分階段實施,其中一期占地12萬m2,投資60億元,包括交通運輸裝備輕量化鋁材、ABS、電子設備鋁材、建筑鋁模板等。項目將采用國際生產工藝建設,實行信息化與工業化融合,走智能化和新型工業化道路,能夠實現清潔化和環?;a。計劃總生產能力達800kt/a。一期項目分4個階段。階段已部分投產,占地4萬m2,投資約15億元,主要生產包裝鋁材,生產能力達290kt/a,從2018年3月起陸續投產,2019年計劃產量超過160kt/a。第二階段為ABS帶材,生產能力達100kt/a,占地2.6萬m2,投資約10億元,于2019年6月30日實現了首卷下線。第三階段項目為“1+3”式2400mm熱連軋線,總投資15億元,占地9000m2,能生產400kt/a熱軋帶卷,計劃于2019年9月開工建設,并于2021年投產。一期第四階段項目正在規劃中,將依托中鋁東南沿海鋁精深加工基地建設的作用,打造鋁精深加工產業園項目,與中鋁項目形成緊密的上下游產業配套支持。
內蒙古錦聯鋁材
內蒙古錦聯鋁材3000Kt/a鋁板帶箔項目是由杭州錦江集團與內蒙古霍林河煤業集團共同投資興建,以煤電鋁為基礎,鋁材料深加工為核心的新材料項目,被涵蓋進了自治區“十二五”重點產業集群建設規劃。項目計劃總投資1000億元以上,規劃建設國內的替代進口鋁材料產品的鋁深加工企業。具體項目包括3000Kt/a鋁板帶箔生產線、568萬千瓦自備電廠、2000kt鋁精深加工項目以及碳素廠、水務公司、鐵路、海運碼頭等。
預計整個項目全部建成需要5年-8年,為進一步縮短建設工期,企業在加快一期工程建設進度的同時,還積極為后續項目的動工做好了準備。
中國大型鋁板帶軋制企業
在當前中國鋁加工業態勢下,筆者把板帶生產能力大于等于1000kt/a的企業列為特大型企業,生產能力大于等于250kt/a且小于等于990kt/a的企業列為大型企業,因為“1+1”式熱粗-精軋生產線的生產能力大都大于等于250kt/a。截至2021年8月,中國大型鋁板帶企業共有46家(見表1)。
中國中型鋁板帶軋制企業
中型鋁板帶軋制企業是指生產能力大于等于100kt/a且小于250kt/a的單獨企業。據筆者統計,截至2021年8月,上述企業共有42家(見表2)。
中國小型鋁板帶軋制企業
小型鋁板帶軋制企業是指生產能力<100kt/a的企業。由于其數量眾多,筆者僅統計了生產能力較強且比較典型的企業(表4)。
中國鏡面鋁板帶企業
鋁及鋁合金表面經軋光或拋光后具有很強的反光性能,且由于其抗腐蝕性,這種反光性能可以長期保持。物體對光的反射率決定于光的波長,波越長,反射率越高。例如,λ=2500×10-10m的光的反射率為87%,λ=5000×10-10m的光的反射率為90%,而λ=20000×10-10m的光的反射率高達97%。鋁板對光的反射率不但與其表面狀態有關,還與其材料成分和組織有關。要想生產具有強反光性能的鋁板,鋁及合金具有很高的純度,材料的晶粒、第二相的尺寸和分布均勻性也應該得到控制。因此,鏡面板的生產難度比普通板的生產難度大得多,是一種高附加值材料。
鏡面鋁材是通過軋制工藝生產的鋁板制品,即使加上陽極氧化生成的氧化膜、鍍層等,其表面依然可以保持高光潔度和高反射率,可達到堪比鏡子的效果,并保持很高的耐刮傷性、耐腐蝕性和良好的強度及成形性能。目前,常用的鏡面鋁一般為1XXX、3XXX、8XXX,能應用于普通裝飾等領域,但難以滿足反光材料的要求。因此,作為反光材料的鏡面鋁需要朝著更高的反射率(全反射率>90%)、高導熱性、高耐刮傷和抗蝕性以及中等強度的方向發展,即向鎂含量較低的5XXX系合金發展。鏡面鋁材能夠作為反光材料用于制作車燈等領域。
為滿足更的反光材料的需要,中鋁河南洛陽鋁加工有限公司與中鋁材料應用研究院有限公司通力合作,通過市場導向、實驗室研究、工業試制等,實現了鏡面鋁產品的閉環研發,研發出了高純度的5XXX系中強度鏡面鋁,能夠滿足LED照明和太陽能行業的高要求。5XXX系中強度鏡面鋁板一般通過軋制工藝生產,反射率需要達到90%甚至95%,這對材料的純度和表面狀態要求。目前,它們生產的5XXX系鏡面鋁板已經開始向太陽能、高功率LED照明等應用領域拓展市場,并逐步替代進口產品。
軋制鏡面板可用大輥徑2輥軋機生產??捎每赡媸絾螜C架軋機,也可用雙機架連軋機列。道次變形率宜小。
截至2021年,中國建成的特種鋁板帶(鏡面板、氟碳板等)項目約10家(表5)。
中國鋁合金ABS產業
ABS(Auto Body Sheet,汽車車身薄板)生產線是由氣墊熱處理爐、純拉伸矯直機、預時效爐、表面處理等組成的一條自動且連續的處理線,有20多道工序,單層排列全長600多米,雙層排列達到310m以上。中國首條ABS生產線是由諾貝麗斯(中國)鋁產品有限公司建設的,位于江蘇省常州市國家高新技術開發區。該生產線占地4320km2,投資1億美元,生產能力達120kt/a,帶卷來自韓國,于2014年10月21日投產,并于2015年向國內及國際市場供應產品。2018年5月22日,諾貝麗斯鋁業公司對外宣稱,將投資1.8億美元,新建一條連續氣墊爐ABS退火生產線(CASH),產能達100kt/a。2021年,中國有ABS生產線10條(表6)。
ABS常用的合金是2016,是一種德國合金,于2003年在美國鋁業協會公司注冊。其成分(質量%):Si0.30-0.7,Fe0.15,Cu3.5-4.5,Mn0.10-0.50,Mg0.30-0.8,Ti0.05-0.15,Ag0.30-0.7,Zr0.10-0.25,其它雜質單個0.05,合計0.15,其余Al。
板、帶厚度0.8mm-1.2mm,寬度1000mm-2300mm,長度或卷材按用戶需求。T4P狀態材料的力學性能:抗拉強度Rm≥200MPa,屈服強度Rp0.2=140MPa,伸長率δ≥25%,拉伸應變硬化指數≥0.26,塑性應變比γ0≥0.60。烘烤后的力學性能:抗拉強度Rm≥220MPa,屈服強度Rp0.2≥200MPa,伸長率δ≥18%。
中國航空航天鋁合金厚板產業
中國鋁合金厚板生產始于1956年7月1日的東北輕合金有限責任公司(當時名為哈爾濱鋁加工廠,代號101廠)102車間(板帶車間)。該車間有1臺從蘇聯引進的2000mm 4輥可逆式熱軋機,可生產1700mm寬的厚板。若想生產的航空航天鋁合金,具備當代的輥底式固溶處理爐、預拉伸機和超聲探傷儀。2021年,中國擁有這3種裝備的鋁軋制企業共有7家(表7)。飛機機翼的部分構件是使用2XXX系及7XXX系鋁合金厚板制備而成的,所需板材的長度長約為38m,寬度寬約為4100mm。因此,熱軋機軋輥的寬度寬達到4300mm,輥底式固溶處理的爐膛長度長達到40m,則可以滿足航空工業對鋁合金厚板的需求。
中國鋁板帶鑄錠熱軋產業
筆者所指的鋁板帶熱軋是指“1+1”式熱粗-精軋工藝與單機架熱軋工藝。在中國2021年生產的供冷軋用的21000kt帶坯卷中,除約5600kt雙輥式連續鑄軋帶坯卷外,其余的約15400kt帶坯卷都是熱軋的。這些熱軋帶卷的熱軋工藝有3種:單機架熱軋機軋制,“1+1”式熱粗-精軋機列軋制,“1+2”式、“1+3”式、“1+4”式、“1+5”式熱連軋制,哈滋雷特生產線可歸為“1+3”式的,也可單獨劃分為1種工藝。
熱粗-精軋生產線
2021年,中國有“1+1”式熱粗-精軋生產線11條(表8)。
“1+3”式熱連軋線
2021年,中國投產的“1+3”式鋁板帶熱連軋線共有7條(表9)。
“1+4”式熱連軋線
在中國的鋁板帶熱連軋線中,“1+4”式是多的,2021年,共有19條(表10)。在這些鋁板帶熱連軋線中,從西馬克公司引進的多。
“1+5”式熱連軋線
截至2021年,中國建成的“1+5”式鋁板帶熱連軋線共有3條(表11)。
中國鋁帶冷軋產業
新中國現代化鋁帶冷軋同樣始于1956年7月1日的東北輕合金有限責任公司(當時名哈爾濱鋁加工廠,代號101廠)102車間(板帶車間),該車間有2臺從蘇聯引進的1700mm 4輥可逆式冷軋機,總生產能力為20kt/a,所產帶卷都經過精整,銷往市場的產品都是板材。自改革開放以來,中國鋁帶冷軋產業取得了長足進展,2021年,中國鋁帶冷軋生產能力(含鋁箔帶坯卷)約為30000kt/a,有單機架約310臺,雙機架生產線11條,3機架生產線4條,5機架二手連軋線1條。
雙機架冷連軋線
中國的鋁帶雙機架冷連軋始于西南鋁業(集團)有限責任公司。該公司于2006年4月23日正式動工建設中國鋁加工史上首條雙機架鋁帶冷連軋線。經過3年多的建設與調試,于2009年5月一次性帶料試車成功,并軋出中國首卷鋁冷連軋大卷,可實現以罐身料、罐蓋料、PS版基、鋁箔帶坯等為代表的高精鋁帶的大批量生產,項目建設取得了實質性成果。2021年,中國有雙機架冷連軋線11條(表12)。
3機架冷連軋線
2021年,中國有3機架冷連軋線4條(表13),都是從德國西馬克公司引進的。還有一條從美國引進的二手5機架鋁帶冷連軋線。
新中國引進的部分
典型高精單機架鋁帶冷軋機
新中國引進的單機架鋁帶冷軋機始于1956年東北輕合金有限責任公司的投產,該公司有4輥可逆式1700mm冷軋機2臺。在改革開放以前,70%以上的銷售產品為可熱處理強化的鋁合金板材。一直到1982年,中國引進的鋁帶冷軋機還只有這2臺。1983年,中國從意大利米諾公司引進鋁帶4輥可逆式冷軋機2臺,900mm的1臺,1400mm的1臺。之后,中國從意大利、德國、英國、奧地利、日本、美國等國引進的單機架鋁帶冷軋機呈逐年上升趨勢。至2021年,據筆者的不統計超過60臺,其中部分典型高精單機架鋁帶冷軋機如表14所列。CVC-6軋機的生產能力可按100kt/a匡算。(作者:王祝堂)