48萬(wàn)噸軋制用鋁合金扁錠熔鑄生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)(續(xù))

劉少宇

(山東南山輕合金有限公司，山東龍口265706)

3.2 主要設(shè)備的組合與配置設(shè)計(jì)方案

3.2.1 48萬(wàn)噸鋁合金扁錠熔鑄項(xiàng)目主廠房為重鋼結(jié)構(gòu)形式，主廠房長(zhǎng)330米，寬98米，分別為原料鋸切跨、熔煉跨與鑄造跨，各為30米寬，在熔煉跨與鑄造跨之間設(shè)有寬8米的工藝附跨，廠房屋面安裝自然通風(fēng)器，以加強(qiáng)廠房?jī)?nèi)空氣對(duì)流，主廠房面積為32340平方米。

3.2.2 48萬(wàn)噸鋁合金扁錠項(xiàng)目共有3條年設(shè)計(jì)產(chǎn)能各為16萬(wàn)噸扁錠熔鑄生產(chǎn)線，現(xiàn)以一條鋁合金扁錠生產(chǎn)線為例加以說(shuō)明。

3.2.2.1 原料跨主要功能是存放和儲(chǔ)備各種生產(chǎn)所需的大宗原材物料，例如:重熔鋁錠、中間合金錠、金屬添加劑、金屬鎂錠等，還有從軋制廠返回的各種工藝廢料，以及各種工藝作業(yè)車輛停放等，該跨需要占用較大的廠房空間方能滿足生產(chǎn)需要。

3.2.2.2 熔煉跨安放有容量為90噸的圓型熔煉爐，兩臺(tái)熔煉爐的左側(cè)、中間和右側(cè)各布置有爐蓋支架與隔熱屏。兩臺(tái)熔煉爐下方為隧道式設(shè)計(jì)，安裝有一臺(tái)爐底移動(dòng)小車式電磁攪拌器，兩臺(tái)爐共用一臺(tái)電磁攪拌器以節(jié)省投資，電磁攪拌器主要功能是在熔煉過(guò)程的后期啟動(dòng)，通過(guò)爐料溫度的對(duì)流而加快熔化，在爐料合金化過(guò)程中會(huì)加快金屬元素的熔化速度并使之均勻分布，無(wú)接觸攪拌不僅降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可明顯降低金屬的燒損。兩臺(tái)熔煉爐共用一臺(tái)軌道式起蓋機(jī)，可將重達(dá)90噸的圓型爐蓋移開以方便加入固體料。在熔煉爐的后方地下有3個(gè)圓型料斗坑，加料斗自重19噸，一次可裝入27.5噸固體料，加料時(shí)由起重量為50t/10t的雙梁吊車將料斗吊至熔煉爐，用附鉤打開料斗倉(cāng)底蓋，固體料滑入熔煉爐內(nèi)，電解鋁液抬包傾翻裝置可將電解原鋁液很方便的灌入熔煉爐中。

3.2.2.3 兩臺(tái)容量為100噸的傾動(dòng)式矩型保溫爐位于鑄造跨廠房?jī)?nèi)，熔煉爐與保溫爐之間由轉(zhuǎn)爐流槽連接，中間的工藝附跨廠房地坪下方安裝熔煉爐與保溫爐的地下煙管及煙道，地上6米標(biāo)高為風(fēng)機(jī)平臺(tái)，安放有排煙風(fēng)機(jī)和助燃空氣風(fēng)機(jī)，及各種公輔介質(zhì)管路及閥組等，風(fēng)機(jī)平臺(tái)下方吊放安裝了電纜橋架，風(fēng)機(jī)平臺(tái)的左下側(cè)是熔煉/保溫爐的電氣控制室。

兩臺(tái)保溫爐的爐側(cè)端各安裝有HD－2000精煉系統(tǒng)，可有效地對(duì)爐內(nèi)熔體進(jìn)行精煉處理。

兩臺(tái)保溫爐鋁液流出口為不對(duì)稱配置，其主要目的是為在線處理設(shè)備布置留有相對(duì)寬裕的空間，兩臺(tái)保溫爐出口流槽由“Y”型口連接，鋁合金熔體通過(guò)“Y”型流槽轉(zhuǎn)接口先進(jìn)入SNIF在線除氣設(shè)備，然后再進(jìn)入CFF陶瓷過(guò)濾箱內(nèi)，經(jīng)過(guò)一級(jí)過(guò)濾后的熔體，再進(jìn)入MCF陶瓷過(guò)濾管，經(jīng)過(guò)了兩級(jí)除氣精煉與兩級(jí)過(guò)濾后的鋁合金熔體，通過(guò)扁錠鑄造機(jī)上方的“T”型分配流槽進(jìn)入鑄造結(jié)晶器內(nèi)鑄造成為各種規(guī)格的軋制用鋁合金扁錠。

3.2.2.4 扁錠鑄造機(jī)的液壓?jiǎn)卧?、MCC單元、UPS與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)及鑄井蒸汽排放風(fēng)機(jī)均放置在廠房外側(cè)的附房中。沿鑄造跨廠房?jī)?nèi)側(cè)放置冷卻水控制閥架，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄造冷卻水的精確控制。熔/保爐的地下煙管被引出廠房外，煙氣進(jìn)入冷卻塔經(jīng)噴淋降溫后通過(guò)布袋式除塵器，經(jīng)處理后的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪達(dá)標(biāo)排放。

以上所闡述的鋁合金扁錠熔鑄線工藝配置為典型的2+2+1+1模式，即由兩臺(tái)熔煉爐、兩臺(tái)保溫爐、一套在線處理裝置和一臺(tái)扁錠鑄造機(jī)組合而成，這種組合布局的最大優(yōu)點(diǎn)是工藝布局結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，設(shè)備利用率高，扁錠產(chǎn)量大，單線可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)各種規(guī)格鋁合金扁錠16萬(wàn)噸以上，完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 軋制用鋁合金扁錠熔鑄生產(chǎn)線輔助工藝設(shè)備的選配

在主要工藝設(shè)備確定后，合理選定各種必須的輔助工藝設(shè)備也是十分重要的，筆者的觀點(diǎn)是:凡國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)且可以滿足使用要求的盡量選擇國(guó)產(chǎn)設(shè)備，目的是盡量降低投資;凡國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)但其性能與可靠性不夠穩(wěn)定或不把握的以引進(jìn)解決，目的是確保其使用的可靠性與安全性。

4.1 按上述原則，引進(jìn)為大型熔煉/保溫爐配套使用的扒渣機(jī)設(shè)備，該扒渣機(jī)為自行移動(dòng)式，扒渣臂長(zhǎng)度分別為10米與7米，以滿足熔煉/保溫爐的扒渣及清爐作業(yè)。

4.2 壓渣機(jī)，該設(shè)備的用途是將熾熱的爐渣扒入渣箱內(nèi)，再送入壓渣機(jī)，用壓頭將熱渣中的鋁液壓出并使之形成渣殼，以減少鋁金屬的燒損及煙氣污染。

4.3 橋式雙梁吊車若干臺(tái)，起重量50t/10t，主鋪鉤結(jié)構(gòu)主要考慮了加料斗爐內(nèi)加料(19噸+27.5噸= 46.5噸)和扁錠的吊運(yùn)(扁錠專用吊具重量+最大扁錠重量=45噸左右)作業(yè)及其它生產(chǎn)輔助作業(yè)。

4.4 扁錠吊具分為立吊和平吊兩種，德國(guó)卡爾斯達(dá)公司設(shè)計(jì)制造，符合歐盟安全標(biāo)準(zhǔn)，可靠性與安全性極高，可操作使用20萬(wàn)次無(wú)大修，立吊具為液壓夾緊式，具有夾緊保壓設(shè)計(jì)，四吊點(diǎn)設(shè)計(jì)操作平穩(wěn)，可左右旋轉(zhuǎn)各180°，主要功能是將鑄造完畢的鋁合金扁錠從鑄井中吊出并水平放置到扁錠待檢區(qū);平吊具為雙鉗口四夾點(diǎn)設(shè)計(jì)，電動(dòng)夾緊，采用蝸輪蝸桿鎖緊，可左右水平旋轉(zhuǎn)各180°，其最大特點(diǎn)，一是安全可靠，二是夾點(diǎn)對(duì)扁錠表面損傷淺，主要用于鋁合金扁錠的水平吊運(yùn)等。

4.5 電動(dòng)軌道式過(guò)跨平車:該設(shè)備主要用于將鋁合金扁錠從鑄造跨廠房轉(zhuǎn)送至原料鋸切跨廠房，實(shí)現(xiàn)對(duì)扁錠的頭尾鋸切，該電動(dòng)平車最大載重為100噸，采用滑觸線供電，運(yùn)行平穩(wěn)。

4.6 直讀光譜儀:該儀器為德國(guó)OBLF公司設(shè)計(jì)制造的G750型直讀光譜儀，性能穩(wěn)定、精確，主要用于鋁合金扁錠熔鑄生產(chǎn)過(guò)程中的爐前合金成分快速分析檢測(cè)及成品扁錠的化學(xué)成分分析，是熔鑄生產(chǎn)中不可缺的重要檢測(cè)設(shè)備。

4.7 測(cè)氫儀:該儀器為加拿大ABB－Bomen公司生產(chǎn)Alscan在線測(cè)氫儀，主要用于鋁合金扁錠鑄造過(guò)程中熔體氣體含量在線檢測(cè)。

4.8 測(cè)渣儀:該儀器為加拿大ABB－Bomen公司生產(chǎn)的Limca－CM型，主要用于鋁合金扁錠鑄造過(guò)程中熔體渣含量的在線檢測(cè)。

5 軋制用鋁合金扁錠熔鑄生產(chǎn)線公輔配套設(shè)施

公輔設(shè)施主要包括維持正常生產(chǎn)所需的風(fēng)、水、電、氣等配套介質(zhì)及動(dòng)力系統(tǒng)，它與主要工藝設(shè)備、輔助工藝設(shè)備一樣是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)正常運(yùn)行不可缺的重要組成部分。

5.1 濁循環(huán)水系統(tǒng)

扁錠鑄造過(guò)程是一個(gè)熱交換、能量傳遞平衡的過(guò)程，鋁合金熔體由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，其間要釋放大量的熱量，這部分熱量需要由鑄造冷卻水對(duì)扁錠進(jìn)行冷卻并將熱量帶走。

濁循環(huán)水系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的封閉系統(tǒng)，它主要由冷水池、熱水池、冷卻塔、冷水泵、熱水泵、管網(wǎng)及其電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。

冷水池的有效容量應(yīng)確保不小于90分鐘的冷卻水供應(yīng)，目的是盡量減少扁錠鑄造過(guò)程中水溫的變化不大于3℃，滿足工藝要求，冷水泵與鑄井均需單獨(dú)配置，采用變頻技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水，濁循環(huán)水系統(tǒng)最大供水能力為1200m3/h。

5.2 凈循環(huán)水系統(tǒng)

凈循環(huán)水系統(tǒng)由水池、冷卻塔、凈循環(huán)水泵及其管路構(gòu)成，凈循環(huán)水主要是為熔煉爐提供水冷環(huán)、電磁攪拌器等各種設(shè)備的降溫需要。

5.3 高位水塔

高位水塔，容量50m3，高度30m，水的凈壓力不小于0.3MPa，它的功能是為扁錠鑄造機(jī)提供緊急用水，以避免在緊急狀態(tài)下能夠向每臺(tái)鑄機(jī)提供不少于5分鐘，流量不低于20m3的穩(wěn)定供水，避免結(jié)晶器因過(guò)熱損壞而發(fā)生事故。

5.4 壓縮空氣系統(tǒng)

壓縮空氣系統(tǒng)由螺桿式空壓機(jī)、冷凍干燥機(jī)、電氣控制部分及相應(yīng)的管網(wǎng)構(gòu)成，其功能是向用氣設(shè)備提供穩(wěn)定壓力的壓縮空氣，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5.5 高低壓供配電系統(tǒng)

該系統(tǒng)是整個(gè)工廠的心臟，主要由變壓器、高壓配電、低壓配電等部分組成，負(fù)責(zé)為所有設(shè)備提供運(yùn)行動(dòng)力及各種照明等。

5.6 天然氣調(diào)壓站

熔煉/保溫爐所使用的燃料是天然氣，熱值8400大卡/Nm3，供氣壓力0.1～0.3MPa，最大供氣能力7000Nm3/h。

5.7 工藝氣體站

該系統(tǒng)安裝有2套各為50Nm3/h的制氮機(jī)組，氮?dú)饧兌?9.9995%，氮?dú)鈨?chǔ)罐容積10m3，主要提供保溫爐HD－2000精煉所需的惰性氣體。

低溫氬氣儲(chǔ)罐，容積15m3，2臺(tái)，工作溫度 －196℃，氬氣汽化器100m3/h，氬氣純度99.9995%，主要為SNIF在線處理設(shè)備提供精煉用工藝氣體。

氯氣系統(tǒng)由液氯瓶(容量1000L)、氯氣儲(chǔ)罐(容積2m3)、氯氣管線等組成。經(jīng)氣化后的氯氣主要提供HD－2000精煉系統(tǒng)和SNIF在線處理精煉所需的活性氣體。

6 結(jié)束語(yǔ)

①山東南山輕合金公司東海熔鑄項(xiàng)目已建成投產(chǎn)，軋制用鋁合金扁錠產(chǎn)能達(dá)到48萬(wàn)噸，加上此前已有的32萬(wàn)噸扁錠產(chǎn)能，軋制用鋁合金扁錠年產(chǎn)能達(dá)到80萬(wàn)噸，不僅可以滿足冷軋二期投產(chǎn)后的扁錠需求，也為打造南山高端鋁產(chǎn)業(yè)鏈做出了不可缺的貢獻(xiàn);

②48萬(wàn)噸軋制用鋁合金扁錠熔鑄線總體工藝技術(shù)已達(dá)到當(dāng)今世界最先進(jìn)水平，單塊鋁合金扁錠重量達(dá)38噸，是世界上最重的鋁合金扁錠之一。高品質(zhì)的鋁合金扁錠不僅為制罐、雙零鋁箔的軋制生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)坯料，也為后續(xù)航空航天及特殊用途高檔鋁合金板帶材的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);

③通過(guò)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，采用大型圓型熔煉爐、傾動(dòng)式保溫爐、熔體電磁攪拌、HD－2000爐內(nèi)精煉、爐外在線熔體連續(xù)處理工藝并進(jìn)行有機(jī)整合，特別是將HD－2000+SNIF+CFF+MCF技術(shù)集成，更是把鋁合金熔體的凈化清潔提升到一個(gè)全新的高度，從而為生產(chǎn)出大規(guī)格、高品質(zhì)的軋制用鋁合金扁錠及鋁合金板、帶、箔材奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

筆者認(rèn)為:正像自然界中沒(méi)有完全相同的兩片冰花，世界上也不可能有無(wú)差異的同類工廠，不同的需求有不同的考量，適合自己的即是最好的。筆者有幸能在中國(guó)鋁工業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中有機(jī)會(huì)成為一個(gè)建設(shè)者和參與者而倍感榮幸，此文權(quán)當(dāng)為階段性工作總結(jié)，并求教于行業(yè)同仁。