铝及铝合金熔铸发展的趋势

铝及铝合金熔铸发展的趋势

魏万隆吴进国

(青海桥头铝电股份有限公司青海省西宁市810100)

摘要:铝及铝合金熔铸是铝合金加工生产的头道工序，熔铸装机和配置水平的适用性、合理性、先进性对于铝合金材料的生产非常重要。熔铸设备管理、操作人员技能决定了设备性能发挥的水平，并且影响铸锭质量及产品的最终质量和企业效益。文章探讨了铝及铝合金熔铸发展的趋势。

关键词:熔铸；铝合金；发展趋势

引言

随着铝加工的发展，铝材的应用更加广泛，特别是航空航天、轨道交通、乘用车辆、军工材料及民用产品的开发，为铝材开拓了十分广阔的市场，同时，也对铝材的质量提出了更高的要求。熔铸是铝材加工的头道工序，目的是为轧制、锻造、挤压生产提供优质锭坯。锭坯的冶金质量先天不足，常使后道工序难于补救，同时，铸锭的质量缺陷也会影响到铸锭和加工产品的成品率。因此，要发挥铝材的潜力，首先应解决好铝熔铸的生产与质量控制，以先进和科学的工艺技术和最低的成本获得高性能、高质量铝合金材料，并使之满足后部工序及最终产品的需要。

1.铝加工业发展背景

从全球层面看，近年来，年均铝需求增长3～5%，而可以看到的是：中国则是以年均15～25%的速度在增长，这表明在中国铝工业进入到了一个新的发展时期。经济发展的新时期对节能、环保、安全，高效提出了新要求，铝在新经济时期愈来愈发挥着重要作用。

（1）铝的冶炼（电解）过程是极大的赋能过程，其所耗电能是钢的5倍，远高于其它大宗材料，从这个角度说，它更适合于水电丰富的国度或区域，以储自然之能。

（2）铝是一种可再生利用的资源，且其回收再生之用能极低，大约是原始用能的5%，再生节能效果明显。

（3）主要体现在交通运输及建筑结构上，灵活性、轻量化、节能性、高速度这些是现代交通对应用材料的现实要求，铝正是这些综合性选择的最佳材料之一。

（4）铝的表面亲合性，加工的相对简易，以及比刚度、比强度的优势（以及对能量的吸附能力）使人们对铝的安全性及它的时尚特性赋以更多的内涵。不仅如此，铝及其合金在提高国防装备性能、精确度、快速反应能力及远程作战等方面都起到不可替代的作用。

2.铝及铝合金熔铸发展的趋势

2.1节能降耗

节能降耗、降低CO2排放已经成为这个时代永恒的话题，在此方面西方发达国家在很多年前已经非常重视，而中国对于铝加工熔铸专业严格算起来是从近几年才开始提上日程，而时下“低碳经济”和“碳关税”等提法更凸显了能源和环保的紧迫性。对于铝熔铸的节能来说，最大的措施是改进产业布局，如果铝合金铸锭全部由电解铝厂采用短流流程生产，则节能效果显著。但针对铝熔铸的各个工序过程来说，熔铝炉的主要节能应该从有效利用烟气余热、改善燃烧技术（包括采用烧嘴形式、空气消耗系数比例调节、改进炉型等）和改进熔炼操作工艺方面入手，采取强有力的措施达到节能效果，尽量采用低CO2排放的环保型热媒介。笔者根据铝熔铸工序特点对其未来发展有以下设想:

（1）对铝熔铸生产中需要外加热媒介的设备进行热平衡分析，对熔炼过程进行热模拟分析，优化设备配置及结构；采用蓄热燃烧技术、富氧燃烧技术等。

（2）熔炼过程中尽可能降低烧损，科学合理配料减少生产工艺的人为因素能耗。

（3）铝熔铸各工序之间的衔接环节尽可能减少能量的损耗，例如对转注溜槽进行科学预热和采取适当的保温措施等。

（4）采取科学的铸造成型方式，如尽可能采用合理的铸造温度、铸造过程中的智能配水等先进技术的采用等；开发先进的铸造方式如真空铸造、电磁铸造等。

（5）对车间内的物料、能源介质进行科学的管理等。

2.2工艺工序

众所周知，要想大跨度的节能降耗，提高生产率，降低产品成本，最有效的途径就是在工艺工序上下功夫。另外熔铸冶金质量的提高更多依靠生产工艺的规范性与科学性，而生产工艺的提升决定于熔铸装备水平先进程度与配置的合理性。为满足国内市场对产品质量不断提高的需求，缩短与先进铝加工企业的产品质量差距，加快应用熔铸新技术是历史发展的要求。逐一研究整个工序的工艺合理搭配，优化工艺路线，研究工艺设备选型，达到节能减排、两化融合，为企业创造更大的利润。

（1）针对铝熔铸生产工艺流程中的冶炼时间分配情况，进行系统研究，尽量缩短整个工序时间。

（2）专门针对原料电解铝液，进行深入的研究，工艺布置使其更加合理，解决实际工程中的问题。对于电解铝液的特点，进行针对性论述的炉外净化的可能性，炉外净化至少有两大优点:①利于电解铝液入炉的纯净度（主要针对Na和碱金属）；②有利于车间的生产组织安排，为机械化、自动化、连续化生产提供可能性。

（3）推进保温炉炉内精炼工艺，如炉底透气砖技术。研究有效缩短保温炉到铸造位的间距方式方法。

（4）拓展宣传连铸连轧工艺，细化工艺配置。

（5）研究坯锭和带卷的成型特点，开发智能配水方面的研究。对于需要均热处理成品，能够保证在最合适、温降较小的情况下有无可能热送或直连可行性。

2.3循环经济

铝最大的优点是其回收性强与可多次反复循环利用，不但对性能无影响，而且复化重熔时的氧化损失只有2%-3%，啤酒罐的循环利用很能说明问题，从罐的生产、装罐、销售、消费、废罐回收到再生利用的每次循环只有60d左右。在近几年内，北美从报废汽车回收的铝已超过废旧啤酒罐的回收量。汽车用铝量的增加，一方面使汽车与新能源汽车自身重量大幅度下降，另一方面提高了燃油效率，减少了温室气体排放，汽车工业主要应用的是再生铝合金。对工业进行的全面调查与评估显示，铝的循环利用优点异常突出，每生产1t原铝，发电、输电损失与燃料运输所需的总能耗约45000kWh，排放二氧化碳约12t，而生产It再生铝的能耗仅约2800kWh，排放的二氧化碳只有约600kg，即可节电约95%，温室气体排放下降95%左右。生产原铝消耗的能或者说储藏于原铝中的能在一次循环中即得到回收，仅有微量损失。

由于废杂铝来源复杂，经常包含许多杂质。其中非金属杂质如油漆、油脂、灰尘等几乎在所有废杂铝中均可见到，这些废杂铝如果直接拿去回收再生，不仅金属回收率低、金属品质低而且恶化废铝再生的工作环境。因此为了提高再生铝的品质和再生铝企业的经济效益，改善再生铝的工作环境，在废杂铝处理前需要进行必要的预处理。常用的预处理包括分拣、解体、去污、除铁、重选电选除杂、捆扎压实、预热除湿等工作。对于铝加工企业产生大量的废料，综合成品率约75%，怎样有效地利用形状、成分复杂的大量废料，对其细致有计划地分类管理，包括选择性熔化、回炉以及根据现场限制条件外卖等，最好是对铝熔铸甚至铝加工引入计算机系统管理，同时提高对铝循环利用的重视程度。

结束语

我国铝加工业目前正面临新一场深刻的变革，且将进入一个空前的剧烈分化、调整、重组和大发展的时期。企业的优胜劣汰将会大大加速，大型化、集团化、规模化、现代化和国际化已成为当今铝加工的重要标志，产业和产品的不断调整，企业体制和机制将不断创新，管理将向科学化、信息化、高效化方向发展，以资本多元化的集约式组合，这都是铝加工企业发展的趋势。

参考文献:

[1]刘静安.浅议铝合金材料及加工工业与技术发展的动向[J].铝加工，2012（2）:1.

[2]李明国内铝合金熔铸技术[J].黑龙江科技信2009（3）:3.

[3]刘静安铝加工技术发展与挑战[J].中国金属导报，2013（2）:16.