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国外铝下游产业近期投产的高新项目

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2021年09月14日 08:53:00
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本文介绍了发达国家在铝工业下游领域的一些高新技术,有装备、节能减排、合金、工艺方面,希望对开启新征程的中国铝加工工业有所裨益,对感兴趣的读者有参考价值。

  新近国外铝下游产业投产的5种新工艺、新装备、新合金等都在生产中获得实际应用,效果良好,达到了预期的设计目标,值得在我国有关企业推广应用。下文分别予以介绍。

  高度灵活与产量大的铝合金感应熔炼炉

  美国新泽西州兰科卡斯县的感应加热公司(Inductotherm Corp.)新近研发出一种熔炼铝合金及其他金属材料的多用途感应熔炼炉。因为航空航天工业在生产零配件时具有品种批量小的特点,所以该设备特别适合航空航天工业熔炼各样的铝合金。

  该公司既生产无芯的保温炉又生产沟槽保温炉,各有其之处。无芯保温炉有大的合金灵活性,投资不大,安装费用低;沟槽保温炉产量大、能耗低,可获得较好的经济效益。现在公司可提供集熔炼、保温和浇注于一体的混合炉(hybrid furnace),采用惰气保护,极为灵活,生产完一种铝合金后,可很快转为生产另一种铝合金。

  此种无芯感应炉有的加热能力,可当熔炼炉,也可以当保温炉,熔炼工艺由Melt-Manager PlusTM(熔炼操作器+TM)控制系统掌控,可保证电源频率处于佳范围内。这种无芯感应炉在倒空熔炼好的铝合金熔体后,可立刻装入下一炉的炉料,启动熔化。

  这种无芯感应炉装于混合炉上壳底部,上壳设计得很坚固,具有相当高的强度与刚度,还很耐热,在寿命期内能地运转。炉盖可升起又可回转,可以方便地装入块料,盖内的耐火材料有良好的保温绝热性能,以确保散失的热能处于低。耐火材料中埋设了热电偶,可以连续测温,保证熔体温度。

  此种混合炉已形成系列,容量范围为10/40t,如果需要,还可以提供更大的。炉的上方设有烟尘收集系统,车间内气氛符合环保法规条例要求。扒渣门设计得很巧妙,便于出渣。炉的倾动由PLC系统控制。

  尼玛克公司新建压铸厂烟气过滤系统

  随着绿色环保理念的日益提升,铝合金熔炼铸造车间内的环境符合环保法规条例要求,而且零件压铸车间每台压铸机排放的烟气都符合要求,因此采取必要的空气污染控制措施。压铸机排放的废气由油烟和气溶胶物质组成,而且由于压铸机使用时间过长和老化,排放的烟气越来越多,烟雾污染日益严重。把这些污染物分离出来,以保护工作人员和环境友好。因此,现代化铸造厂或车间设计的排风技术应运而生,形成了一个化分支,为节能减排提供了可观的潜力。现对尼玛克公司斯洛伐克日亚尔赫龙河畔的压铸厂于早些时候新投产的克马(KMA)公司的烟气收集和过滤系统作一简介。

  尼玛克公司是一家为全球多达50多个汽车制造公司(厂)提供铝合金压铸零部件的企业,新建的斯洛伐克日亚尔铸造公司对环保极为重视,是全球铝合金环保压铸厂的“灯塔”。

  在铸造厂,烟气排放一直是熔炉、保温炉之后第二大能源消耗。能耗导致高生产成本和较高的CO2排放。不过,采用克玛公司的烟气收集与过滤系统可以做到高达80%的能源效率,同时大大改善了车间的CO2平衡,有助于环境保护。

  在传统的烟气净化流程中,从车间顶部抽集,输送到车间外的处理系统,为了达到车间内部空气清新,符合环保法规要求,车间内的空气更换(10-15次)/h。大家知道,排气量越大,风扇和过滤系统的能耗就越高。在寒冷的冬季,对新鲜空气加热更是一道高能耗的工艺。输送到室外的烟气用等量的室外低温新鲜空气替代,如此一来,导致运营成本的上升和CO2排放量的增加。

  日亚尔的尼玛克工厂的烟气收集与过滤系统名为“Ultravent”(厄尔特拉文特),安于压铸机上方,能准时抽气,中央换气仅需(3-4次)/h,能耗比传统技术节约80%,而且车间内的空气更加清新。现在已有多家铸造厂采用了Ultravent系统,均取得了预期的良好效果。

  在日亚尔铸造厂,每台压铸机都配有克马(KMA)抽气与过滤系统,抽气罩和连接的过滤系统都位于压铸机上方的支架平台上。这种过滤系统避免了在车间内布置长管道,不但新建厂可采用这种烟气抽集与过滤方案,老车间升级改造也可以采用。

  Ultravent系统由烟气收集罩和分离烟气的静电过滤单元组成,带有油烟的废气由收集罩直接抽走,因而大大减少了飘逸四散的废气量;另外,这种单独的过滤系统与铸造机是同时运行的,生产成本得到进一步降低。目前投入运行的克马处理系统的过滤能力为20000m3/h,排气量为5000m3/h静电过滤单元的能耗仅相当于100W灯泡的能耗。

  经Ultravent系统处理后的洁净空气被循环回车间,避免了空气外排时可能产生的热量损失,同时还改善了车间的碳平衡:由于加热能耗下降,相应地减少了CO2排放,每台压铸机碳足迹下降(30-40)t/a。过滤系统集成了自动清洗器能大限度地减少维护工作量和保养停机时间。

  在现代化压铸机和铸造单元中,外围技术全部被集成到一个协调系统中。排气过滤系统和铸造机之间的连接已智能化。在斯洛伐克尼玛铸造厂的Ultravent系统通过与接口的同步,使过滤系统的通风功率与压铸机喷涂周期相适应。若喷涂暂停,过滤系统的变频器可将风扇输出功率节流至75%,以降低电耗,从而实现了单台铸造机的有效节能。此外,在工业4.0时代,铸造机和过滤系统都达到智能化控制,在能源效率、和环保方面都达到了高要求。

  冷轧铝合金带材表面缺陷清理

  当前,铝应用市场竞争异常激烈,客户要求提供材料表面更加洁净、更加均匀的铝合金板带材,以改善进一步加工,诸如在表面处理、点焊或黏接等时的性能和降低工模具磨损。冷轧铝合金板带材表面总是存在着种种缺陷和影响外观的不足之处,如细小裂纹、皱痕、中间金属化合物粒子、金属氧化物、润滑剂痕迹等等。这些污染物往往形成薄薄的一层,与铝紧紧地贴在一起,对材料外观极为不利,必需对其进行清理。清理效果随铝合金带材的终用途而定,有的稍加清理即可,有的则清除,一扫而光。有些表面污染物可通过化学蚀洗去除。

  在清除铝合金带材表面污染物和缺陷领域,英国西米德兰市(West Midland)的克斯·赫尔·沃斯公司(KCS Herr Voss)是全球的者。该公司从事带材表面清理工艺研发与自动化清理生产线的研究及制造已有30多年,近期推出的罐体带材(can stock)清理线已在实际生产中获得应用。其运转效果良好,受到用户一致好评。

  3D打印trimal-05 AM铝合金

  2020年初,位于德国埃森市(Essen)的特里梅特铝业公司(Trimet Aluminium SE)成功研制的trimal - 05 AM铝合金已获得专利,是一种选择激光熔化(selective laser melting,SLM)增材制造(Additive Manufacturing,AM)用的强度铝合金,已在生产中获得实际应用,打印出了多种结构零件。

  Trimal-05 AM铝合金是一种强度铝合金,是专为3D打印研发的,打印的工件不需要后续热处理,可直接装机。该合金技术对扩大3D打印铝合金的应用有着积极的推动作用。3D打印的trimal-05 AM合金无疑将在交通运输装备中获得广泛应用。

  Trimal-05 AM铝合金的制备,首先需要熔炼铸造出圆锭,然后再熔化后高压喷粉,后选择激光熔化3D打印工件。

  用trimal-05 AM-T6合金打印的结构件的各项性能可与常规工艺铸造的铸件的性能试比高,因而,此合金非常适合于打印制造原型件。3D打印工艺无疑将获得越来越广泛的应用。

  全球大铝合金压铸机在特斯拉公司投产

  今年年初,全球大的汽车铝合金结构件压铸机(diecasting machine)在特斯拉公司(Tesla Inc.)加利福尼亚州弗里蒙特(Fremont,California)县的工厂投产。

  这台巨无霸压铸挤压机于生产铝合金汽车结构件,名为OL 6100 CS Giga Press,是意大利艾德拉(Idra)公司设计制造的,长20m、高5m、质量约400t。首先,这台大压铸机用于压铸Tesla Model Y电动车后部的2个大铝合金构件,即将用于压铸Tesla's Model 3后车身底部组件(rear underbody assembly),过去由70个零件组件,改用OL 6100 CS压铸机生产后,集成为一个大的组件,不但质量减轻了,而且结构强度上升了,生产成本下降了,取得了可观的经济效益。有了OL 6100 CS压铸机,特斯拉公司在设计制造Tesla Model Y型车时更加得心应手,例如可将车架(frame)、后底盘(rear chassis)和碰撞轨(crash rail)集成为一个构件,大大缩短了制造时间、降低了生产成本和工具制成费用、减少了装备数量。

  为了支持这台60000 kN Giga Press挤压压铸机的顺利生产,公司还增建了一些辅助装备,如:1台850℃熔铝炉、1台750℃~850℃保温静置炉、1台切边修整机(mechanical trimming press)、1台检查孔隙率(porosity)的X射线检测仪、1台钻孔-攻丝机(drilling and tapping machines)、1台激光扫描座标测量仪(laser scanning coordinate measuring machine)、紧固件固定机(fastener insertion machinery)、废铝收集就地循环利用处理线。特斯拉公司向艾德拉公司订购了2台Giga挤压压铸机,1台在美国,另一台将安于中国上海特斯拉汽车制造公司,2022年投产。

  在上文中向读者简略地介绍了发达国家在铝工业下游领域的一些高新技术,有装备方面的,有节能减排的,有合金方面的,还有工艺方面的,希望对开启新征程的中国铝加工工业有所裨益,对感兴趣的读者有参考价值。特斯拉汽车公司在建2条大的汽车结构件压铸生产线,一条在美国加利福尼亚汽车制造厂,已投产,另一条将建在中国上海特斯拉汽车厂,2022年投产,不但生产线本身有参考价值,而且就地循环利用铝合金废料工艺更值得借鉴。3D打印铝合金零部件是一项高新技术,宜扬帆奋起,特别宜加强对3D打印轻合金的研发,在此领域还有较大差距。(王祝堂)

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