李國(guó)林

（河南神火集團(tuán)，河南 永城 476600）

當(dāng)前，電解鋁行業(yè)過?，F(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。2013年全國(guó)電解鋁產(chǎn)量約2500 萬t，較2012年增加600 萬t；產(chǎn)能利用率80%左右。路透社分析師預(yù)計(jì)2014年鋁市供應(yīng)仍將過剩56.84 萬t. 鋁現(xiàn)貨平均價(jià)為1840美元/t，比2013年還低，2013年為1844.95 美元/t.如此嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩情況，以及充分甚至混亂的競(jìng)爭(zhēng)，讓電解鋁的價(jià)格與生產(chǎn)成本出現(xiàn)了倒掛現(xiàn)象。面臨這種形勢(shì)，各大鋁企都在為增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，從企業(yè)內(nèi)部挖潛，或加強(qiáng)管理、節(jié)支降耗；或技術(shù)改造，降低成本，或調(diào)整結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品檔次。本文正是基于這一目的，圍繞某電解鋁廠普通鋁錠生產(chǎn)線升級(jí)為A356.2 鋁合金錠生產(chǎn)線，進(jìn)行研究、分析，組織技術(shù)改造，取得了圓滿成功，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品規(guī)模性生產(chǎn)，較普通鋁錠相比噸鋁增加利潤(rùn)500 元，年創(chuàng)效200 萬元。

1 原有普通鋁錠生產(chǎn)線

原有普鋁生產(chǎn)線有40 t 電阻反射式混合爐、16 t水平連續(xù)鑄造機(jī)和一些輔助設(shè)施組成，液鋁注入混合爐通過人工攪拌除渣后，經(jīng)液鋁溜槽、分配器轉(zhuǎn)入鑄造機(jī)鑄模，實(shí)現(xiàn)連續(xù)鑄錠[1]。具體示意見圖1.

圖1 鋁錠生產(chǎn)線

2 鋁合金生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)線組成

2.1 生產(chǎn)工藝

A356.2 屬鋁一硅系合金。其鑄造性能、焊接性能和耐腐蝕性能很好；具有較好的氣密性、流動(dòng)性和抗熱裂性能；容易熔煉和鑄造。工藝流程如圖2，生產(chǎn)工藝并不復(fù)雜，但作為飛機(jī)配件、汽車和摩托車輪轂等產(chǎn)品的原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)很高[2]。

圖2 工藝流程

2.2 生產(chǎn)線組成

由工藝技術(shù)要求確定配套生產(chǎn)線的主要組成為：高位熔煉爐和低位靜止?fàn)t，電磁攪拌器或永磁攪拌器；在線除氣；過濾箱；水平連續(xù)鑄錠機(jī)（結(jié)構(gòu)組成見圖1）；制氮機(jī)；相應(yīng)土建基礎(chǔ)。

要求高位熔煉爐、低位靜止?fàn)t和水平連續(xù)鑄錠機(jī)三者之間，依次有一定的落差；混合爐與鑄造機(jī)之間有合適的水平距離。

3 技改思路

對(duì)普通鋁錠生產(chǎn)線實(shí)地測(cè)量，混合爐與鑄造機(jī)的高度落差為85 cm，水平距離為6 m.為實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的目的，本著既改造成功，又減少投資的原則，制定改造方案。將原40 t 混合爐定位為高位熔煉爐，主要用于金屬硅和次品鋁錠的熔化，并充入高純氮?dú)獯龠M(jìn)成分均勻；生產(chǎn)線兩側(cè)布置兩臺(tái)15 t 低位靜止?fàn)t，同時(shí)在低位爐爐底增加永磁攪拌器，與上述2 中介紹的生產(chǎn)工藝相比，將攪拌工序安排在液鋁轉(zhuǎn)爐后，在低位爐進(jìn)行；溜槽增加溜槽式在線精煉和過濾箱，來進(jìn)一步除氣和除渣，提高金屬熔體質(zhì)量；再根據(jù)合金錠定型尺寸的要求，對(duì)水平鑄造機(jī)的鑄模、翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和碼垛機(jī)械手等作相應(yīng)改造。具體技改設(shè)計(jì)思路示意圖見圖3.

圖3 合金鋁錠生產(chǎn)線技改圖

3.1 高位熔煉爐爐體改造

原混合爐熔池容積15.5 m3，盛裝液鋁噸位40 t.結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)綜合情況及投產(chǎn)后生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行的需要，低位靜止?fàn)t定位熔池容積6 m3，盛裝液鋁15 t.同時(shí)從高位熔煉爐與鑄造機(jī)的高度落差85 cm的角度考慮，落差偏小，不能很好的滿足低位靜止?fàn)t、在線精煉和過濾箱的安裝，需增加落差20 cm，因而對(duì)高位熔煉爐熔池改造。

40 t 高位熔煉爐長(zhǎng)期使用后，由于各種積渣造成熔池容積明顯變小，在改造前期的一段時(shí)間內(nèi)，有意識(shí)的不清整或少清整，待只能盛裝液鋁20 t 左右時(shí)停爐整修熔池，針對(duì)堅(jiān)硬的爐內(nèi)積渣，利用切割、修補(bǔ)、整形等手段，確保熔池底部升高20 cm，使整個(gè)熔池尺寸約為3 m×8 m×0.5 m，爐眼安裝高度一并升高20 cm，使原來85 cm 的落差增加到105 cm.即充分利用長(zhǎng)期積存的各種鹽類雜物、氧化物等來增加熔池邊部和底部的厚度，縮小熔池容積，從而增加整條生產(chǎn)線的高度落差。此方案不存在任何安全隱患，可以試驗(yàn)進(jìn)行，后經(jīng)實(shí)踐證明也比較成功地滿足了使用要求，但日常清理爐膛操作需多加注意，避免對(duì)熔池的破壞。

與通常鋁合金生產(chǎn)線相比，由于該高位爐爐體底部沒有安裝攪拌器，熔解大量金屬硅時(shí)，需通高純氮?dú)?0 min～30 min，壓力一般高于2.5 MPa，目的是充分溶解并均勻金屬硅的成分。

3.2 低位靜止圓爐設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)空間實(shí)際，低位靜止?fàn)t采用圓爐，投資成本約15 萬元/臺(tái)，熔池高度h 為0.65 m，熔池半徑r 為1.7 m，即可滿足盛裝15 t 的液鋁。安裝時(shí)布置在生產(chǎn)線兩側(cè)的合適位置，具體位置定位依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間和滿足后序設(shè)備在線精煉、過濾箱的安裝。

圓爐液鋁入口與高位熔煉爐爐眼落差控制在10 cm，與水平鑄造機(jī)之間剩余落差：

即為在線精煉和過濾箱安裝留下約30 cm 的高度落差，滿足生產(chǎn)工藝要求。

A356.2 合金生產(chǎn)針孔度的控制最為困難，是產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，而針孔度是因?yàn)楹兴衷斐傻?。所以結(jié)合筆者經(jīng)驗(yàn)，低位靜止圓爐底部采取懸空結(jié)構(gòu)，尤其是在地下水較淺的地區(qū)，避免爐子水泥基礎(chǔ)浸泡在水里，造成爐體底部長(zhǎng)期含水量偏大，為生產(chǎn)組織帶來無法整改的困難。同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，也便于安裝永磁攪拌器，來充分保證爐內(nèi)各元素成分的均勻性。

3.3 在線精煉注意要點(diǎn)

A356.2 鋁合金熔體有較強(qiáng)的吸氣性，氫是鋁合金熔體中最易溶解的氣體，其氣體的溶解能力順序?yàn)镠2、CmHn、CO2、O2、CO、N2.在溶解的氣體中，氫占90%左右。

鋁與爐氣中的水蒸氣的反應(yīng)為：

鋁液與爐氣中的油污及有機(jī)物氣體的反應(yīng)為：

在含有水蒸氣的爐氣中，即使其含量甚微，也足以使鋁合金中的氫含量增加。水蒸氣很易與鋁反應(yīng)，這不僅使鋁氧化造渣，更重要的是使鋁液中的氫以吸附、溶解和化合狀態(tài)存在于鋁合金熔體中，對(duì)鋁合金的性能和鑄錠質(zhì)量有不良影響，是使鑄錠產(chǎn)生氣孔、疏松及板帶材起泡和分層的主要原因，甚至使材料發(fā)生氫脆[3]。要使在線精煉除氫達(dá)到理想的效果，結(jié)構(gòu)配置需注意：（1）采用雙轉(zhuǎn)子液壓自動(dòng)升降結(jié)構(gòu)；（2）石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頭部分尺寸大于φ15 cm，透氣孔數(shù)量不低于12 個(gè)，小孔孔徑不小于φ5 mm；（3）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)柄部分表面增加5 mm 厚的氧化鍍層，以提高抗液鋁侵蝕能力加強(qiáng)。

3.4 實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾的過濾箱

以30 t 混合爐為例，一爐產(chǎn)品鑄錠完成需要3 h，一般過濾板的過濾鋁量為15 t 或1.5 h 左右，因而生產(chǎn)過程面臨以下問題：（1）每爐產(chǎn)品生產(chǎn)過半時(shí)需停機(jī)更換過濾板；（2）更換不及時(shí)，過濾效果不好影響產(chǎn)品質(zhì)量；（3）兩爐產(chǎn)品不能連接生產(chǎn)，需停機(jī)更換過濾板；（4）生產(chǎn)線起停增加產(chǎn)品次品量和工人勞動(dòng)量。

因而設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾液鋁的過濾箱，如圖4 所示。該裝置包括箱體1，移動(dòng)擋板2、3，溜槽4 等。箱體選用耐火材料燒制成，一般厚度δ 為50 mm，兩端敞開的槽形結(jié)構(gòu)，由外壁5（含底板）、凸臺(tái)6、隔板7 和擋板9 組成，是整體燒制的。凸臺(tái)6 是生產(chǎn)時(shí)安裝過濾板的，隔板7 是分開M 和N 兩個(gè)半部（或者稱為是兩個(gè)通道）的。

移動(dòng)擋板2、3 的材料可以是石墨，也可以是陶瓷，主要作用是：使用通道M 時(shí)，擋板2 安裝，阻止液鋁從通道N 通過；使用通道N 時(shí)，擋板3 安裝，阻止液鋁從通道M 通過。

為保證過濾箱前后液鋁壓力，進(jìn)出口落差要達(dá)到20 cm 以上。同時(shí)根據(jù)合金熔體內(nèi)在質(zhì)量及每爐過濾時(shí)間的要求，過濾板目數(shù)以23 目較為適宜，過濾板尺寸以不小于508 mm×508 mm 較為理想。避免發(fā)生過濾板不合適起不到過濾作用，或因目數(shù)、面積偏小阻礙液鋁通過，員工操作困難，發(fā)生人為破壞過濾板的現(xiàn)象。

圖4 過濾箱

過濾箱的過濾過程：鑄錠前，在過濾箱M 和N兩半部分均安裝就位過濾板。液鋁經(jīng)爐子溜槽11流到過濾箱時(shí)，若開始從N 通過，則需提起移動(dòng)擋板2，安裝移動(dòng)擋板3，沿著圖4 中實(shí)線所示，液鋁通過溜槽、過濾板、盛鋁箱體、箱體出口和后部溜槽進(jìn)入生產(chǎn)線鑄模，完成鑄錠；當(dāng)過濾板過濾能力不足時(shí)，需提起移動(dòng)擋板3，安裝移動(dòng)擋板2，沿著圖4中虛線所示（M 方向），液鋁通過溜槽、過濾板、盛鋁箱體、箱體出口和后部溜槽進(jìn)入生產(chǎn)線鑄模，完成鑄錠。

連續(xù)過濾過濾箱的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便；（2）實(shí)現(xiàn)24 h 甚至更長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)過濾液鋁；（3）生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)24 h 甚至更長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)生產(chǎn)，減少次品，提高產(chǎn)量；（4）降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.5 鑄造機(jī)改造

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，A356.2 鋁合金錠為單塊15 kg，與普通鋁錠相比長(zhǎng)度減少約8 cm，寬度減少約2 cm，厚度減少約3 cm?；谏鲜鲎儎?dòng)，需對(duì)水平連續(xù)鑄造機(jī)相關(guān)部件進(jìn)行局部改造。

鑄模長(zhǎng)度尺寸主要是耳朵（與鏈條連接的部位）兩側(cè)分別增加4 cm，便于在鑄造機(jī)上安裝；寬度方向上口尺寸不變，主要是保證模具相互之間的銜接，底口尺寸稍微縮小。

鑄造機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將壓緊氣缸的軸徑均加長(zhǎng)4 cm，保證鋁合金錠夾緊和翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的完成。

碼垛機(jī)械手的改造目的與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相同，夾緊時(shí)將兩側(cè)夾板的最小距離縮小4 cm，同時(shí)考慮到包帶的節(jié)約，可將碼垛程序重復(fù)一次循環(huán)，整捆鋁錠的層數(shù)由10 層變?yōu)?1 層。

4 改造線與新建線對(duì)比

改造生產(chǎn)線正式投產(chǎn)后，各機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好，產(chǎn)品產(chǎn)能較為穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量完全達(dá)標(biāo)。筆者又與新建一條生產(chǎn)線進(jìn)行了多方面的對(duì)比，如表1.

表1 改造線與新建線對(duì)比

從表1 對(duì)比可以明顯看出，二者均能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，且年產(chǎn)能相同高達(dá)4 萬t/a；與新建生產(chǎn)線投資340 萬元相比，原普鋁生產(chǎn)線有效利用了原有混合爐、水平鑄造機(jī)，改造投資僅需80 萬元，屬于少有的低投入高回報(bào)項(xiàng)目成果，具備明顯的優(yōu)點(diǎn)。

5 投資回收期

改造后生產(chǎn)線順利投產(chǎn)，月產(chǎn)合金3500 t，噸鋁創(chuàng)效500 元，投資回報(bào)期為：

（80×10000）/（3500×500）×12≈5.5月

即大約通過5.5 個(gè)月（半年）的時(shí)間，即可收回改造投資，在整個(gè)行業(yè)里都是比較少見，非常理想。

6 結(jié)束語

本著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的，將原普通鋁錠生產(chǎn)線升級(jí)改造為A356.2 合金生產(chǎn)線，在僅僅投80 萬元的情況下，調(diào)整了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)增加效益收入200 萬元/a，體現(xiàn)了技術(shù)改造在企業(yè)管理中的關(guān)鍵地位，以及在提高產(chǎn)品附加值等方面的重要作用。在企業(yè)減少設(shè)備投資和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面是比較成功的典范，是工程技術(shù)人員智慧的結(jié)晶，有著較強(qiáng)的推廣和借鑒意義。

[1]李清主.大型預(yù)焙槽煉鋁生產(chǎn)工藝與操作實(shí)踐[M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社.

[2]邱孟書.低壓鑄造使用技術(shù)[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]谷文明，杜科選.A356.2 鑄造鋁合金鑄錠內(nèi)針孔缺陷的控制[J］.輕合金加工技術(shù)，2005（4）：26-30.