淺談鋁合金生產(chǎn)線的設(shè)備改造

李國林

(河南神火集團(tuán), 河南 永城 476600)

淺談鋁合金生產(chǎn)線的設(shè)備改造

李國林

(河南神火集團(tuán), 河南 永城 476600)

介紹了A356.2鋁合金生產(chǎn)線的設(shè)備組成、工藝及存在的問題，通過改造混合爐、在線除氣設(shè)備、研發(fā)自動(dòng)加硅裝置及增添制氮機(jī)等，達(dá)到了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，單位產(chǎn)品能耗下降，職工勞動(dòng)量降低，產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量提高，經(jīng)濟(jì)效益提升的目的。

鋁合金生產(chǎn)線； 設(shè)備改造; 經(jīng)濟(jì)效益

0 前言

近年來電解鋁行業(yè)較為困難，據(jù)《2013—2015年中國有色金屬行業(yè)投資分析及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，2012年電解鋁產(chǎn)能為1 988萬t，且利用率70%左右。2014年仍將集中釋放一部分產(chǎn)能，主要針對(duì)地處煤炭資源豐富、電價(jià)低廉的西北地區(qū)的企業(yè)，這無疑會(huì)降低生產(chǎn)成本。因而各大鋁企或主動(dòng)從內(nèi)部挖潛，或抓住每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)改造以降低產(chǎn)品成本，或調(diào)整結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品檔次，如某鋁廠將鋁錠生產(chǎn)線改造成A356.2鋁合金生產(chǎn)線。本文從設(shè)備改造的角度，圍繞如何節(jié)支降耗、減員增效以及如何提高產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造效益展開論述。

1 鋁合金生產(chǎn)線的組成及工藝

1.1 組成

鋁合金生產(chǎn)線的主要組成為：

(1)混合爐由1臺(tái)高位熔煉爐配2臺(tái)低位靜置爐組成，容量25 t，功率600 kW和400 kW；

(2)電磁攪拌器，功率400 kW；

(3)在線除氣裝置，通過液鋁量12 t/h；

(4)水平連續(xù)鑄錠機(jī)，產(chǎn)能12 t/h；

(5)制氮機(jī)，產(chǎn)氮?dú)饬? m3/h。

A356.2屬鋁- 硅系合金，具有很好的鑄造性能、焊接性能和耐腐蝕性能、較好的氣密性、流動(dòng)性和抗熱裂性能以及容易熔煉和鑄造等優(yōu)點(diǎn)。其生產(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，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)很高，要求成分均勻一致、結(jié)晶組織細(xì)密、外觀表面光滑、無夾渣、無霉斑、低倍組織(針孔度)達(dá)到二級(jí)以上，即針孔度必須達(dá)到JB/T 7946．3—1999《鑄造鋁合金針孔》標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)或更優(yōu)。

1.2 工藝

鋁合金生產(chǎn)線的工藝流程如圖1所示。

圖1 鋁合金生產(chǎn)線工藝流程

2 混合爐保溫改造

電解槽原鋁溫度高達(dá)950 ℃左右，目前行業(yè)內(nèi)普遍無法利用。利用電解槽原鋁生產(chǎn)A356.2合金的主要原料為液鋁，外加硅、鎂、鈦等輔助材料，熔化(或熔解)該部分材料消耗一定熱量后，最終爐內(nèi)溫度控制在700 ℃即可，這給利用高溫液鋁熱量創(chuàng)造了條件。生產(chǎn)過程中需要混合爐保溫到位，生產(chǎn)環(huán)節(jié)組織順暢。

某鋁廠生產(chǎn)A00鋁錠的混合爐為自制30 t電阻反射爐，其存在以下問題：澆注料砌筑的熔池、爐墻，缺少保溫材料，且壁薄，散熱嚴(yán)重；爐頂采用吊磚結(jié)構(gòu)，縫隙大，散熱嚴(yán)重；四周安裝8個(gè)爐門，尺寸(1 000×700 mm)較大，散熱嚴(yán)重。

結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)能、成品率和成分均勻的要求，首先解決25 t混合爐的保溫問題。具體改造內(nèi)容如下：

(1)砌筑熔池時(shí)，四周及底部自鋼殼起依次增加鋪設(shè)100 mm厚的耐火保溫料，50 mm厚的干式防滲料。

(2)爐墻自鋼殼起增加鋪設(shè)100 mm厚的耐火保溫料。

(3)爐頂采用高強(qiáng)度澆注料整體砌筑(取代吊頂磚)，四周為烘爐膨脹預(yù)留10 mm的縫隙，其它不再有任何孔隙。

(4)僅在爐子一側(cè)安裝3個(gè)小爐門(800×600 mm)，減少了爐體的主要散熱點(diǎn)。

(5)烘爐結(jié)束投入使用時(shí)，熔池部位鋼殼外側(cè)覆蓋一層50 mm厚的耐火巖棉，爐頂覆蓋一層80 mm的石英砂，實(shí)踐證明也可采用篩過的鋁灰代替。

經(jīng)過上述改造投用后的混合爐不僅安全可靠，而且密封較嚴(yán)，保溫效果極好。利用高溫液鋁熱量熔化(或熔解)固態(tài)的硅(1.8 t/爐)、鎂、鈦等材料，基本做到了混合爐微供電或零供電，與行業(yè)產(chǎn)品用電消耗100 kW·h/t相比，噸鋁直接創(chuàng)效60元，年產(chǎn)能按4萬t計(jì)算，可創(chuàng)效240萬元，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯增強(qiáng)。

3 自動(dòng)加硅裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)

以25 t混合爐為例，生產(chǎn)A356.2合金產(chǎn)品需加入約1.8 t/爐的工業(yè)硅。傳統(tǒng)的用鐵锨向爐內(nèi)加硅，是最原始，最費(fèi)力，效率最低的方式。制作其它工具或設(shè)備面臨以下問題：(1)爐門及爐體結(jié)構(gòu)無法滿足叉車作業(yè)的要求；(2)爐內(nèi)溫度高，普通材料伸入爐內(nèi)，容易變形或損壞；(3)頂部環(huán)保集氣裝置尺寸較大，使行車所吊物料距離爐門較遠(yuǎn)，造成加硅較為困難。

新型自動(dòng)加硅裝置如圖2，主要由大傾角物料通道、中轉(zhuǎn)物料小車(含專用氣缸)和小傾角物料通道組成。行車所吊物料首先落入大傾角物料通道，然后通過物料小車中轉(zhuǎn)，在小傾角物料通道內(nèi)完成爐內(nèi)加料。該裝置采用一種特殊的專用氣缸驅(qū)動(dòng)，在氣缸前端安裝中轉(zhuǎn)物料小車，小車前端檔板起推動(dòng)物料的作用；小車上部是物料通道，在檔板前推物料時(shí)接收并盛裝下落的物料，小車后退時(shí)，在大傾角物料通道底端鋼板的作用下，物料落入小傾角物料通道，再由氣缸檔板推動(dòng)入爐，即實(shí)現(xiàn)循環(huán)連續(xù)加料作業(yè)。

圖2 自動(dòng)加硅裝置

自動(dòng)加硅裝置優(yōu)點(diǎn)：

(1)加硅方式由人力升級(jí)為自動(dòng)化。

(2)實(shí)現(xiàn)了循環(huán)連續(xù)加料作業(yè)。

(3)工人擺脫了繁重的體力勞動(dòng)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)企業(yè)滿意度提高。

(4)人員配置減少了4人，年減少人工費(fèi)12萬元以上，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

(5)單爐加硅時(shí)間縮短了30 min，提高了工作效率，每天可至少增加生產(chǎn)一爐產(chǎn)品，即創(chuàng)造利潤1.25萬元，年創(chuàng)效300余萬元，效益顯著。

4 改造在線除氣設(shè)備

鋁合金熔體有一定的吸氣性，其中氫占吸附氣體的90%左右。以吸附、溶解和化合狀態(tài)存在的氣體，對(duì)鋁合金的性能和鑄錠質(zhì)量有不良影響。某廠鋁合金生產(chǎn)線的在線除氣精煉設(shè)備為鋼殼外壁，頂部安裝3個(gè)石墨轉(zhuǎn)子，內(nèi)襯是陶瓷材料，具有不粘鋁的特點(diǎn)。根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理，惰性氣體與鋁合金液體的接觸時(shí)間越長越好、接觸面積越大越好，即氣泡盡可能小，以達(dá)到最大的接觸面積。該設(shè)備在使用過程中存在以下問題：

(1)轉(zhuǎn)子透氣轉(zhuǎn)頭尺寸φ10 cm偏小，不能將氣體充分打碎，除氣效果一般；

(2)石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)柄部分，抗液鋁侵蝕能力差，最多運(yùn)行10天；

(3)內(nèi)襯為陶瓷材料，外形為1 000×800×800 mm，壁厚100 mm，制作成本較高，約2萬元，內(nèi)壁損壞時(shí)會(huì)增加生產(chǎn)成本。

(4)生產(chǎn)過程中，頂部需要行車多次起吊，操作不方便，且容易損壞。

分別對(duì)其進(jìn)行了如下改造：

(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頭部分尺寸增加到φ15 cm，透氣槽改為12個(gè)φ5 mm均布的小孔，氮?dú)鈿馀莺苋菀状蛩?，提高了吸氫能力，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

(2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)柄部分表面增加了5 mm厚的氧化鍍層，抗液鋁侵蝕能力加強(qiáng)，可運(yùn)行30天左右，全年可減少使用轉(zhuǎn)子70余套，創(chuàng)效10余萬元。

(3)頂部改為液壓自動(dòng)升降結(jié)構(gòu)，操作方便。

(4)陶瓷內(nèi)襯外形尺寸減小到700×600×550 mm，壁厚減到50 mm，與鐵殼之間的剩余空間用普通耐火材料填充塞實(shí)，成本不足1萬元，年節(jié)約創(chuàng)效2萬余元。

5 增添制氮機(jī)

鑄錠時(shí)的在線充氮?dú)饩珶?在線除氣)，是靠氮?dú)膺_(dá)到吸附氫的目的。生產(chǎn)過程中需要大量99.999%的高純氮?dú)猓可a(chǎn)25 t產(chǎn)品，約需要普通灌裝氮?dú)?0瓶。高純氮?dú)馐袌?chǎng)價(jià)格約40元/瓶，如果月生產(chǎn)A356.2合金3 500 t，僅氮?dú)赓M(fèi)用就高達(dá)5.6萬元，全年近70萬元。

分析后決定購置安裝一臺(tái)制氮機(jī)，僅增加投資10萬元左右。整臺(tái)設(shè)備功率約10 kW，月消耗用電5 000 kW·h左右，累計(jì)全年電耗費(fèi)用不足4萬元，全年備件消耗5萬元以下，只要生產(chǎn)正常進(jìn)行，年可節(jié)約創(chuàng)效近60萬元。

6 結(jié)束語

本文根據(jù)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)要求，本著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的，對(duì)A356.2合金生產(chǎn)線進(jìn)行了設(shè)備改造，為企業(yè)增加效益收入500萬元/a，體現(xiàn)了設(shè)備改造在企業(yè)管理中的關(guān)鍵地位以及在提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力方面的重要作用。

[1] 李鳳軼. 鋁合金生產(chǎn)設(shè)備及使用維護(hù)技術(shù)[M]. 北京： 冶金工業(yè)出版社，2013.

Discussion on Equipment Modification of Aluminum Alloy Production Line

LI Guo-lin

This paper introduces the equipment, process and existing problems of A356.2 aluminum alloy production line. And the goals of equipment steadily running, unit energy consumption decreasing, labor intensity reducing, production and quality improving, and economic benefits increasing are achieved by rebuilding the mixing furnace, online air-removing equipment, developing silicon automatic filling device and adding nitrogen machine, and so on.

aluminum production line; equipment modification; economic efficiency

2013-10-24

李國林(1980—)，男，河南周口人，大學(xué)本科，機(jī)械工程師、鋁電解技師，主要從事電解鋁生產(chǎn)技術(shù)研究和機(jī)電設(shè)備管理。

TF821

B

1008-5122(2014)03-0021-03