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當前鋁合金熔鑄麵臨的挑戰及發展趨勢

2020-09-10

SMM訊:2020年6月11日,由SMM主辦的《第十五屆中國國際鋁加工峰會》於山東煙台召開。會上,中色科技股份有限公司高級工程師何向問就當前鋁合金熔鑄麵臨的問題和挑戰進行了解析,他表示:“熔鑄行業內部需求不斷增強,而外部環境卻形勢嚴峻,鋁熔鑄行業要長遠可持續的發展遭遇瓶頸,必須明確方向並找到一個新的突破口。”


當前鋁合金熔鑄麵臨的挑戰及發展趨勢



  鋁加工行業原料及其下遊方向


  鋁熔鑄階段主要為鋁加工產品提供坯料,常見的有圓錠、扁錠、鑄軋帶材等。


  鋁熔鑄的典型工藝流程


  由上麵的產業鏈可以看出,鋁加工行業是一個工藝流程明顯,生產產品複雜多變的行業。而鋁合金熔鑄作為鋁加工行業的站,至關重要。鋁合金熔鑄典型的工藝流程如下。



  熔鑄行業發展遭遇瓶頸


  內部需求:大宗產品生產效率需要提高;高端定製產品質量要保持穩定;金屬損耗量需要盡量減小;勞動定員要盡量減少;生產的安全性、可靠性需要提高;工人的工作環境要求越來越高;實現快速的數據收集與反饋;高效的優化資源配置等。


  外部環境:產品加工費持續走低;國內外需求量逐漸減少;環保要求越來越嚴格,“三廢” 的產出要求盡量減少;節能要求不斷提高;國外技術裝備引進變數變大;國內可替代技術裝備尚未成熟;智能化技術的應用剛剛起步;車間設備係統集成度較低。


  熔鑄行業內部需求不斷增強,而外部環境卻形勢嚴峻,鋁熔鑄行業要長遠可持續的發展遭遇瓶頸,必須明確方向並找到一個新的突破口。


  當前鋁合金熔鑄麵臨的問題和挑戰


  當前鋁合金熔鑄麵臨的常見問題:1、國內鋁合金性能不能滿足產品需求,國外同類型材料卻滿足。2、國內鋁合金性能不能滿足產品需求,國外同類型材料卻滿足。3、燒損嚴重,廢料燒損能達到10%,能耗巨大,天然氣耗量能達到200m3/t.4、某產品用電解鋁液產品質量不穩定,用重熔錠就沒問題。5、鑄造硬合金鑄錠表麵質量差,車皮銑麵量大,成品率低。6、鑄造硬合金鑄錠表麵質量差,車皮銑麵量大,成品率低。7、車間招工困難,人員素質參差不齊,人員成本上升。8、車間爐子煙氣無組織排放,氮氧化物不達標,環評過不了。9、產品質量不穩定,有時能做好有時做不好。


  當前鋁合金熔鑄麵臨的挑戰:將上述問題歸納總結一下,自下而上依次就是對新的材料、新的工藝、新的裝備和新的管理方式的需求。


  信息化、係統化和智能化/關鍵引進設備的國產化/新工藝新技術的引進和開發/新材料的開發


  國內應如何應對當前挑戰


  麵對當前挑戰,國內應采用多種方式應對。


多種應對方式


  產學研一體化:加強溝通、攻克難題、製定標準;


  新工藝新裝備:引進新裝備技術、消化吸收尋求替代品、自主研發國產化。


  可持續性:環保節能、安全可靠、循環經濟;


  自動化智能化:質量效率、安全可靠、少人無人、優化資源配置。


  鋁合金熔鑄發展趨勢


  1、與高校或科研院所聯合開發新材料、新技術、新裝備。


  新材料如高強高韌的硬合金、添加稀土的鋁合金,鋁鋰合金,陶瓷基複合材料等。


  新技術如電磁鑄造技術、電磁淨化技術、超聲鑄造技術、超聲淨化技術、半固態製備技術等。


  新裝備主要包括新的除氣淨化裝備、新的裝備元件、新的信息化係統等。


  (1)電磁過濾裝置:工作原理,應用電磁技術將鋁熔體和鋁熔體中的氧化鋁進行分離,從而達到在線淨化鋁熔體的目的。因鋁熔體導電,而氧化鋁不導電,在電磁場的作用下,鋁熔體有偏向一方的趨勢,排擠氧化鋁偏向另一方,使氧化鋁偏聚而被推向吸附的陶瓷管,從而實現鋁熔體的淨化。


  (2)電磁攪拌鑄造技術:電磁攪拌鑄造技術采用不同於傳統鑄造技術的思路,這種技術主要是通過增加外場,改善鑄造過程中鑄錠的內部組織和表麵質量,從而提高鑄錠的性能。優點:1、能夠顯著改善高合金鑄錠成分均勻性,晶粒尺寸顯著細化。2、鑄錠中心等軸晶率增加明顯、中間裂紋基本消除,偏析大大減少,表麵質量得到提升。3、由於前兩個特點使鑄錠力學性能大大提升,後續產品的加工性能大大改善,材料利用率提高,生產成本顯著減低。


  2、大力發展短流程工藝。


  短流程鑄造技術是相對於需要熱軋開坯的工藝技術路線而言的,由於其將熔煉鑄造和後麵的軋製緊密的結合起來,而做成了接近鋁加工廠的最終產品,因此這些技術很適合大規模生產單一產品。


  優點: 綜合能耗低、占地麵積小、生產單位成本低、人員占用少。


  一般有兩輥鑄軋技術、哈茲列特技術、Micromill技術、Nexcast技術、四輥高速鑄軋技術等。


  3、引進國際先進工藝裝備。


  (1)除堿裝置(2)爐側旋轉除氣裝置(3)扁錠的可調節能變形的鑄造技術(Adjustable Flexible Mold)(4)圓錠的低壓鑄造技術(Low Pressure Casting)


  4、關鍵熔鑄裝備的國產化。


  熔鋁爐、保溫爐、均熱爐、鋸切機、電磁攪拌裝置、渣處理設備、除塵設備的國產化已經取得較大成功,目前常見產品的生產均可以替代引進。鑄造機和鋁熔體在線處理係統在噸位較大時仍以引進居多,但國內設備廠家也已在大部分項目中有較好的表現,相信實現國產關鍵設備的全麵替代之日也不會太遠。


  5、廢鋁的預處理和再生利用。


  廢鋁原料的預處理工序包括破碎、篩分、磁選、渦電流選、浮選、X光分選、激光分選、色選等。必要時進行脫漆處理、剪切、壓塊等進入熔爐前處理。此後和常規熔鑄工序一樣。


  6、熔鑄車間的信息化、智能化。


  自動化、連續化:使用自動化程度高的設備。使用設備組合替代較為複雜的人工操作。使用智能單元或生產線實現生產的連續性。


  信息交換、簡單決策:使用MES、ERP等管理係統管理設備、能源和產品。使用互聯網技術將各種管理係統、管理軟件、管理平台與設備可采集的信息相連接,將設備和設備,設備和有權限的人員之間的信息及時的互聯互通。使用帶有各種智能傳感器的各種元器件充實數據庫。


  人機交互、自主決策:使用AR、VR和MR技術實現事故模擬、培訓等訓練。使用數字孿生技術實現鋁加工廠的全生命周期模擬。使用遠程遙控技術和智能機器人實現危險操作。


  鋁加工的智能化應遵循的一些原則:


  規模不宜小,很多智能化的設備和係統都需要有較大的投入,規模如果太小,沒有通過規模效應將其成本攤薄,那麽一次的投資可能比主體設備還貴,性價比將會非常不好。


  產品種類和工藝不宜過於複雜,如果生產產品的種類特別多,工藝又很複雜,那麽生產中就有很多種組合方式。這會導致智能化設計過程中產生很多冗餘設計,僅僅是為了保證可能性,最終使成本和產出不成比例。


  適度原則,智能化生產的最終目的是車間無人化生產,決策隻由少數人參與。但是智能化的要求是永無止境的,尤其是在安全方麵。所以各個企業可以根據自身生產中的痛點,將好鋼用在刀刃上,把有限的錢花在最能體現智能化價值的地方。


  結束語


  高校、科研院所、生產企業和設備製造商應共同推進產學研的一體化,研發新材料,新工藝,新技術,新裝備,同時引進並盡快消化吸收國外的先進技術裝備,使熔鑄行業持續創新保有生命力。 同時由於熔鑄行業本身的特點,需重點關注安全環保節能等影響可持續發展的因素,乘著政策的東風,加快推進熔鑄車間的信息化和智能化,以期突破瓶頸,使熔鑄行業獲得跨越式的發展。

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