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2020年以来国外铝加工业新技术
2021-10-15 07:28:32   来源:中国有色金属报    点击:

作者:王祝堂
 
  ●先进的铝钎焊炉与带卷退火炉
 
  美国塞科/沃里克(Seco/Warwick)公司是全球有名的金属加热和热处理设备生产以及热处理工艺研究企业,改革开放以来,我国引进的首台扁锭预加热炉就是该公司的产品。近些年来,该公司又推出两项有标志性的产品:控制气氛的铝钎焊炉(CAB,Aluminum Brazing unde Controled Atomsphere)和沃特克斯铝带卷退火炉(Vortex furnace)。
 
  降低产品生产成本是生产者追求的永恒目标,现在有越来越多的生产者希望自己的生产线能钎焊热交换器,可以精准控制工艺参数与产品质量,赛科/沃里克公司精准CAB(Active Only CAB)钎焊就是这样的一种设备,可钎焊各种各样的热交热器,比如,散热器、水箱、加热器、冷凝器、油冷器、中间冷却器,且可安装于现有的生产线上。现在,该种钎焊炉与工艺已在汽车电池冷却器焊接领域获得成功应用,推动了电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)的高速发展。
 
  赛科/沃里克公司的硬合金(热处理强化合金)型材退火和时效炉在航空工业获得了广泛应用,2019年,他的一个长期用户就采购了6台铝合金型材时效和退火炉。公司的另一种旗舰产品是沃特克斯(Vortex)带卷退火炉,它有冷却室,可控制卷材的冷却温度与速度;还生产两种有特色的退火炉,分为单卷的和多区的。多区炉内每一区的温度都可以精准调控。二三十年来,赛科/沃里克公司在气氛控制钎焊领域做了许多富有开拓性的工作,对汽车与航空工业的发展作出了贡献。
 
  另外,赛科/沃里克公司在研发制造汽车与航空工业用的铝合金立式落底淬火炉(VertiQuench furnace Drop Bottom furnace)方面也很出色,这种处理炉可为铝合金工件或材料进行固溶处理-淬火和人工时效处理,可精准控制各项工艺参数,可完全满足航空航天标准AMS和汽车标准CQⅠ-9。
 
  AMS标准要求工件淬火转移时间不得超过5秒,赛科/沃里克立式淬火炉完全能做到这一点,能确保工件在小于5秒的时间内完全浸于水中或聚合物液中,聚合物液槽位于炉底。同时,能确保Al﹣Mg合金的安全,因为有一套可靠的防爆系统,该系统已在试验室与生产条件下经过多年试用。
 
  ●洛根轧制铝业公司投产世界最大铝合金扁锭均匀化/加热炉
 
  洛根铝业公司(Logan Aluminium Inc.)位于美国肯塔基州拉塞尔维尔市(Russellville,Kentucky),是全球第二大平轧铝产品厂,仅次于中国忠旺天津铝业有限公司,主导产品为易拉罐罐身与罐盖薄带卷,2019年投产了一台奥托·琼克尔(Otto Junker)公司的扁锭加热/均匀化处理炉,是世界上最大的此类炉。每炉可装32块约32吨每块重的锭,总质量大于1000吨。炉温和加热/冷却速度可以完全自控,炉的进料端有装料吊车,而出料端有辊道与现有轧机的辊道相连。由于加热与冷却速度快,而且是全自动控制,所以温度精准,周期短,热效率高,燃料消耗低,在全世界的推进式加热炉中耗能是最低的。此种炉虽是为铝合金锭的预加热设计的,但是也适用于不锈钢锭轧制前的预加热。
 
  ●全球“最绿”的赫尔铝啤酒罐
 
  当前,各国政府与工矿企业面临最大的挑战之一就是降低碳排放,在此方面目前欧洲做得较好。2019年欧盟生产的铝材与铝制品含有大于50%的回收铝,铝回收产业的回收网点已遍布欧洲各地,大约有220家再生铝企业。报废汽车中的铝与拆迁建筑物中的铝回收率为90%~95%,废旧饮料铝罐回收率为74%,算上包装用铝的估计平均回收率为60%。我国在社会废旧铝回收领域是全球做得最好的,例如,按个数计算,废旧铝易拉罐的回收率大于99%,是全世界最高的,但在混杂废铝与污染较重废铝的分类、分选、再生处理技术方面与发达国家相比,还有一些差距,现在正在改进,可能到2025年能全面达到世界先进水平。
 
  2020年,德国赫尔能源(Hell Energy)公司与海德鲁铝业公司(Hydro)签订了向前者供应“全球最绿啤酒罐(the greenest beverage can in the world)”合同,规定海德鲁铝业公司供应的罐料废旧铝罐含量应≥75%。赫尔能源集团是一家能源材料与包装材料生产企业,他的首家铝易拉罐制造厂于2017年在匈牙利投产,所有工艺废料全部返回,用于生产罐料带材。匈牙利的制罐厂名为“顶级包装厂(Quality Pack)”,每天可生产250mL铝罐450万只,若每年工作日按255天计算,则生产的啤酒全铝罐达11.475亿只/年。海德鲁铝业公司在德国诺伊斯(Neuss)轧制厂生产罐料(can stock)卷。该厂是海德鲁铝业公司与印度诺贝丽斯(Novelis)铝业公司的合资企业,各占50%股份,是全世界第二大平轧铝产品厂,主导产品为罐料与铝箔毛料,不生产热处理可强化的2系及7系合金板带材;每年生产的罐料和铝箔毛料带卷约80万吨,在这方面是全世界最大的单一厂。赫尔能源公司向诺伊斯轧制厂采购名为“Circal 75R铝”的带卷冲制铝罐。
 
  ●西马克与海德鲁涉足锂电池回收
 
  为了降低汽车的碳排放,电动汽车及混合动力汽车的产销量以较大的复合增长率在逐年上升,再过十几年,投放市场的电动汽车就进入报废期。如何回收车中的铝与锂离子电池内的铝,值得关注,可能会产生一些新兴产业,比如,废电池拆解、有用材料回收与废弃物处理等行业。典型电动汽车(EV)电池包(pack)含有约25%Al,总铝量(75kg~100kg)/包。挪威海德鲁铝业公司与海德鲁沃尔特公司(Hydro Volt AS)正在建一个电池回收厂,位于挪威腓特烈斯特(Fredrikstad)。
 
  腓特烈斯特回收的“黑色物质”(Ni、Mn、Cu等混合液体)和废铝分别发给北沃尔特(Northvolt)公司的工厂和海德鲁铝业公司的有关工厂进一步的处理,拆解下来的其他有用物质卖给相关企业。实际上,腓特烈斯特回收厂是一座中试厂(recycling pilot),实现高度自动化,可对废电池进行破碎和分类,废电池处理能力8000吨/年,还有扩建的余地。该厂的废电池处理可以容纳整个斯堪的纳维亚半岛的全部报废电池。该中试厂的建设对海德鲁铝业公司实现电池铝的循环利用起到很好的促进作用,公司目标是锂离子电池组用的铝含有50%再生铝。
 
  北沃尔特公司是欧洲一家优质电池系统供应商,正致力于欧洲降低碳排放工作,生产最环保的锂离子电池与高效回收报废电池系统的有用材料与物质,与ABB、BMW(宝马汽车公司)、斯堪尼亚(Scania)汽车公司、西门子公司(Siemens)、瓦坦福尔汽车公司(Vattenfall)、维斯塔斯汽车公司(Vestas)和大众汽车集团(Volkswagen  Group)都有着密切的合作关系。
 
  西马克集团(SMS group)是世界最负盛誉的冶金设备设计与制造者,近期也决定进入报废电动汽车锂离子电池系统。西马克集团之所以及时涉足这一新兴产业是因为有利可图。2020年8月,西马克集团与尼奥金属公司确定成立一个各占50%股份的合资公司,名为普里姆比乌斯公司(Primobius GmbH),回收报废电池系统内的各种有价材料。他们的设想是将在欧洲建立报废电池回收网,回收铝及其他有价物质,再返回有关企业,如此循环以减少碳排放,早日达到碳中和。
 
  尼奥金属公司(Neometals)位于奥地利帕斯(Perth),是一家生产电池与汽车的公司,对废旧电池的拆解与回收做了几年的研发。拆解废旧汽车锂离子电池时应做好安全保护工作,因为电池有爆炸危险性。
 
  ●可对任何形状冲压件进行缺陷检测的仪器
 
  工业上用铝合金板材冲压的零件不计其数,它们的表面不可避免地会形成各式各样大大小小的缺陷,有的是板材带来的,有的是在冲压过程中形成的,形状简单的如全铝易拉罐罐身呈圆桶状,内外表面缺陷都好检查,可是形杂的冲压件生产过程在2018年以前是无法对其各个表面一一进行检测的,这个问题一直在困扰着铝冲压界。2019年,伊斯拉·帕西特克(Isra Parsyter)技术公司研制成功一种名为“冲压技师(Blunking Master)”的检测系统,这是一台智能化的自动化质量控制仪。
 
  “冲压技师”系统可以通过表面检测立马识别工件形状和表面任何缺陷(划痕、擦伤、轧痕、刻痕等)。它借助两侧照明,即过渡现场识别轮廓形状,反射现场检测缺陷,在模内就能检测缺陷。如果事先并不知道工件形状,该系统也能识别每一个待检表面的形状,且具有高度的灵活性,可以通过软件预配置,具有很强的自适应能力,能可靠地检测与分类所有缺陷,然后根据数据要求拣选,供下一道深加工工序参考。
 
  在用板带下料后即对坯料进行表面检测,可以提高产量,降低生产成本,避免不必要的产品质量下降问题,提高用户满意度。“冲压技术”自动检测系统的安装也相当简便,可快速获得投资回报,可以实时显示检测结果,用户可以直接评估工艺质量,提高产量。另外,对缺陷进行检测和分类,有机会从源头消除缺陷产生根源。制造商从而可事先改进工艺,生产优质产品。
 
  “冲压技师”智能检测仪特别适合检测自由曲面的质量,是汽车零部件质量把关的高手。除了万能的“冲压技师”检测系统外,伊斯拉·帕西特克技术公司还为铝材、钢材产业链提供了成百上千套表面质量检验系统,从生产工艺的第一步起就能对材料质量进行严格的管控把关,它的“表面技师仪(Surface Master)”能在各个生产阶段进行智能自动化光学表面检测。
 
  ●亟待改进的废旧全铝罐回收利用链
 
  全铝易拉罐是用3104合金(罐身)、5052合金(罐盖)和5182合金(拉环)制造的,2020年制造易拉罐用的铝合金已超过400万吨,其中用得最多的依次是美国、欧洲、中国和日本。中国2020年3104合金产量近72万吨。诺贝丽斯铝业公司(Novelis)是全世界最大的3104合金箔(≤0.25 mm)罐身带材生产者,几乎占全球总产量的45%,也是效益最好的,更是废旧罐(UBC)用量最大的,在2021年生产的3104合金带材中,再生UBC的含量近90%,着实令人惊叹。除中国外,世界上其他国家与地区2020年3104合金的平均废旧罐含量已达60%。
 
  中国虽是全球废旧罐回收率最高者,按个数计算已大于99%,但是由于没有系统化和规范化的回收渠道和体系,废料混杂,污染较大,再利用难度加大,加之经营分散,工艺落后,生产效率不高,烧损大,大部分废料都降级使用,用于铸造附加值不高的铸件与通用压铸件。2014年11月诺贝丽斯铝业公司宣称,至2017年末所生产的罐身带材(can body stock)将采用高端再生EvercanTM(埃弗罐身)合金制造,使所生产标准啤酒罐再生铝含量达70%,而其罐身带材再生铝含量达90%。自此以后,EvercanTM合金在美国和欧洲制罐业得到较为广泛的应用,用它深拉冲制罐身不仅有重大的“双碳”环保意义,而且可获得较大的经济效益。诺贝丽斯铝业公司不但在全球率先研制成埃弗罐铝合金,又于2015年推出埃弗罐盖铝合金Evercanend。2015年3月,诺贝丽斯铝业公司称,新近研发的埃弗再生铝合金EvereycleTM是一种再生铝含量很高的合金,用于制造食品易拉罐,已得到一些制罐企业的认可,它由90%旧废料(从社会上回收的废旧罐)与10%新废料(罐料轧制厂与制罐厂工艺废料)熔炼而成,没有用重熔用铝锭与原铝。诺贝丽斯铝业公司2020年生产再生铝含量80%的咖啡包装铝管,是用深拉法制造的,再生铝含量这么高,在世界上可是头一次。诺贝丽斯铝业公司是一家印度公司,但75%的平轧铝产品生产能力在美国,是世界第二大铝板带企业和第一大罐料和ABS带材生产者。
 
  回收废铝还与铝材用户密不可分,必须把用铝大户也发动起来,诺贝丽斯铝业公司在这方面也做得不错。2019年,该公司与瑞典沃尔沃汽车公司(Volvo Cars)达成共建汽车废铝材闭路循环协议,后者把制造汽车零部件中产生的废铝精心分类存放,返回给诺贝丽斯铝业公司设在德国的诺伊斯(Nues)轧制厂,再轧成ABS供汽车用,形成一个严密的闭路循环系统。该公司在生产ABS时用了尽量多的废铝,沃尔沃汽车公司用这种ABS制造汽车部件CO2排放量下降了78%。2010年财年诺贝丽斯铝业公司生产的汽车铝材,废铝用量只占33%,而2019财年则上升到61%。
 
  中国自重庆长江电工厂1986年9月第一条铝罐制造生产线投产以来,制罐产业已有35年,生产能力已近90亿只/年,可是至今还没有一条真正工业意义上的废旧铝罐回收处理与再生成3104合金并轧制成带卷冲制罐身的生产线,这是铝工业亟待补上的一块短板,笔者希望2025年中国生产的制罐铝合金带材含有约30%的再生铝(废罐),2030年这一数字能达到90%以上,最好是能全面赶上或超过诺贝丽斯铝业公司的水平。为此,可否在山东、河南、广西、重庆、长江三角洲大的铝轧制厂内建设回收再生中心,这是关系到早日实现“双碳”目标的项目之一。
 
  ●优质高产的铝炉渣处理技术
 
  英国阿尔特罗梅克斯公司(Ultromex)研发的名为阿尔特罗梅克斯铝渣处理技术(Ultromex dross processing technology)已在中东的一些铝企业获得应用,效果良好。采用回转炉熔炼与阿尔特罗梅克斯技术处理铝渣的主要优点:可以提高熔炼炉的容量、效率与增加产量;降低熔炼成本,由于渣量下降,可以降低能耗;减少熔剂用量,由于熔体更加干净,含的杂质及污染物减少,可以少用造渣剂,不需要添加那么多熔剂;采用此技术处理炉渣,不但回收的铝多了,而且生产效率高,能耗下降,温室气体排放减少。
 
 
 
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