1000吨超高强度铝合金项目及其产业化预可行性研究报告

1000吨超高强度铝合金项目及其产业化预可行性研究报告内容摘要：

环水等由公司原有设施及新建的站房提供；生产所需的原辅材料外购。 依据熔铸车间生产计划和拟采用的生产技术和装备水平，参照国内外同类工厂生产的实际情况，经计算确定熔铸车间的综合成品率 为 %。 熔铸车间的年投料量为 7534t，其中返回废料为 2729t，新金属与中间合金用量为 4805t。 新金属用量具体如下： 重熔用铝锭 3200t 重熔用镁锭 140t 锌锭 365t 铝 钛 硼线杆 11t 中间合金锭： Al50Cu 200t Al3Sc 166t 300t Al4Zr 125t Al15Mn 130t A16Ni 208t Al10Sr 55t 合金的熔炼 、铸造工艺 熔炼 是使金属合金化的一种方法，它采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合 金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度、铸造温度和其他特定要求的一种工艺过程。 其最大的特点就是在高温阶段停留时间长。 在熔炼过程中具有氧化、吸气、挥发、吸杂等特性。 主要包括熔化铝及回炉料；熔炼合金；精炼、变质处理。 熔化及熔炼合金 熔炼 炉主要是 起 熔化铝合金锭、中间合金 、调整合金成分 以及配制生产所需中间合金的作用。 在熔炼生产之前，要做好熔炉的准备工作。 新建成的熔炉和经过大修、中修、小修的熔炼炉，在开炉前的准备工作主要包括自然干燥、烘炉、洗炉、和烟道清扫。 熔炼温度控 制在 700750℃。 熔炼基本过程及注意事项如下： A．装炉 熔炼时，装入炉料的顺序和方法不仅关系到熔炼的时间、金属的烧损、热能消耗，还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命。 装料时，先装小块或薄片废料，铝锭和大块料装在中间，最后装中间合金。 熔点低、易氧化的中间合金装在中下层。 所装入的炉料应当在熔池中均匀分布，防止偏重。 小块或薄板料装在熔池下层，这样可减少烧损，同时还可以保护炉体免受大块料的直接冲击而损坏。 熔点高的 中间合金， 装在上层，由于炉内上部温度高容易熔化，也有充分的时间扩散， 使中间合金分布均匀，则有利 于熔体的成分控制。 炉料装平， 保证 各处熔化速度相差不多 ， 防止偏重时造成的局部金属过热。 熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料开始熔化后，金属外层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。 气体在这时候很容易侵入，造成内部金属的进一步氧化。 并且已熔化的液体或液流要向炉底流动，当液滴或液流进入底部汇集起来时，其表面的氧化膜就会混入熔体中。 所以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体的氧化膜，在 炉料软化下塌时，应适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖。 这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。 、加 锌 当炉料熔化一部分后，即可向液体中均匀加入锌锭，以熔池中的熔体刚好能淹没住锌锭和铜板为宜。 熔化过程中应注意防止熔体过热，熔炼时炉膛温度高达 1200℃ ，在这样高的温度下容易产生局部过热。 为此当炉料熔化之后，应适当搅动熔体，以使熔池里各处温度均匀一致，同时也利于加速熔化。 E. 扒渣、搅拌与加 Mg 当炉料在熔池里已充分熔化，并且熔体温度达到熔炼温度时，即可扒除熔体表面漂浮的大量氧化渣。 扒渣前应先向熔体上均匀撒入粉状熔剂，以使渣与金属分离，有利于扒渣，可以少带出金属。 扒渣要求平稳，防止渣卷入熔体内。 扒渣要彻底，因浮渣的存在会增加熔体的含气量，并弄脏金属。 扒渣后便可向熔体内加入镁锭，同时要用 2 号粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损。 防止镁的烧损，并且改变熔体及铸锭表面氧化膜的性质，在加镁后须向熔体内加入少量（ %%）的铍。 铍一般以 AlBeF4 与 2号粉状熔剂按 1： 1 混合加入，加入后应进行充分搅拌。 为防止铍的中毒，在加铍操作时应戴好口罩。 另外，加铍后扒也的渣滓应堆积在专门的堆放场地或作专门处理。 在熔炼过程中，要适时取样做 快速 成分分析。 这是因为在配料计算时，虽然对成分进行了 控制，但是生产中的不可控因素很多，在熔炼过程中可能由于各种原因而发生了合金成分的变化。 比如炉前过秤的不准确、使用的中间合金成分不均匀、烧损超出预计值、熔体偏析跑漏等，都可使熔体的实际化学成分偏离控制范围。 因而在合金化元素都加完后必须从熔体中取样进行炉前快速成分分析。 在取样分析时要注意以下几点： （ 1）试样 具有 代表性。 取样前应充分搅拌，以均匀其成分，由于反射炉熔池表面温度高，炉底温度低，没有对流传热作用，取样前要多次搅拌，每次搅拌时间不得少于 5min。 （ 2）取样部位和操作方法要合理。 由于熔池大而深，尽管 取样前进行多次搅拌，熔池内各部位的成分仍然有一定的偏差，因此，试样应在熔池中部最深部位的二分之一处取出。 取样前应将试样模充分加热干燥，取样时操作方法正确，使试样符合要求，否则试样有气孔、夹渣或不符合要求，都会给快速分析带来一定的误差。 （ 3）取样时温度要适当。 某些密度大的元素，它的溶解扩散速度随着温度的升高而加快。 如果取样前熔体温度较低，虽然经过多次搅拌，其溶解扩散速度仍然很慢，此时取出的试样仍然无代表性，因此取样前应控制熔体温度适当高些。 、冲淡 当快速分析结果和合金成分要求不相符时，就应 调整成分 —— 冲淡或补料。 （ 1）补料。 快速分析结果低于合金化学成分要求时需要补料。 为了使补料准确，应按下列原则进行计算： 1）先算量少者后算量多者； 2）先算杂质后算合金元素； 3）先算低成分的中间合金，后算高成分的中间合金； 4）最后算新金属 一般可按下式近似地计算出所需补加的料量，然后予以核算，算式如下： X=[(ab)Q+(c1+c2+… )a]/(da) 式中 ： X—— 所需补加的料量， kg。 Q—— 熔体总量（即投料量）， kg。 a—— 某成分的要求含量， %； b—— 该成分的分析量， %； c c cx —— 分别为其它金属或中间合金的加入量， kg。 d—— 补料用中间合金中该成分的含量（如果是加纯金属，则 d=100）， %。 （ 2）冲淡 快速分析结果高于化学成分 合金成分标准 上限时就需冲淡。 在冲淡时高 于化学成分标准的合金元素要冲至低于标准要求的该合金元素含量上限。 在冲淡时一般按照下式计算出所需的冲淡量。 X=Q（ ba） /a 式中 b—— 某成分的分析量， %； a—— 该成分的标准上限的要求含量， %； Q—— 熔体总量， kg。 X—— 所需的冲淡量， kg。 合金成分调整时需注意以下几点： （ 1）补料和冲淡 时 都用中间合金 ； （ 2）补料量和冲淡量在保证合金元素要求的前提下应越少越好 ； （ 3）如果在冲淡量较大的情况下，还应补入其它合金元素，使这些合金元素的含量不低于相应的标准或要求。 当熔体经过精炼处理，并扒出表面浮渣后，待温度合适时，即可将金属熔体输注到静置炉， 进行精炼、变质 、除 处理 ， 以便准备铸造。 清炉就是将炉内残存的 结渣彻底清出炉外。 每当金属出炉后，都要进行一次清炉。 当 连续生产 5~15 炉，就要进行大清炉。 大清炉时，应先均匀向炉内撒入一层粉状熔剂，并将炉膛温度升至 800℃以上，然后用三角铲将炉内各处残存的结渣彻底清除。 熔炼过程中用到的工具都要预先涂覆 TiO2 粉末，并预热到 200300oC 防止污染熔体 和带入水气。 在熔炼结束后，就要借助流管将合金液导入静置炉中进行后续处理。 选用与熔炼炉和静置炉落差相适应长度的流管 倒炉，在倒炉前提前放置好流管，利用炉温充分预热流管，并将流槽内残余金属清除干净，防止倒炉是发生凝管事故，污染熔体。 精炼 、 变质合金 熔炼后的合金液中，含有气体、夹杂物和 /或有害元素，将会对合金的性能造成很大的影响。 必须利用精炼剂通过物理的、化学或 物理化学的相互作用来去除。 而且为了得到晶粒细小的铸造组织需要对熔体进行变质处理。 精炼和变质过程在静置炉中完成。 精炼时将一定量的商用精炼剂装入喷射装置的储存罐中，借助该专用装置送气送电，喷枪插入铝液内部 并平移动喷枪，使熔剂均匀送到各个部位，直至定量的熔剂送完为止，大约 10 分钟左右 ,所用气体为 %的高纯氮气，精炼时氮气的压力在能够吹出粉剂的条件下以低为好，一般控制在 ～ ,精炼剂用量为 ～ %。 精炼温度控制在 730~750℃，精炼后静置 20min 即可扒渣，扒渣时尽量避免搅 拌动铝液，以免把渣卷入铝液中，然后用 1号覆盖剂覆盖熔体表面，防止熔体重新氧化 ,静置 20Min 后浇铸成铸锭。 另外为避免熔铸过程中工具对合金成分的污染，须对工具表面涂覆一层 TiO2。 变质采用 AlTiB、 AlRe 和 AlSr 复合变质剂， 用铝箔包好烘干、预热到200300℃，用钟罩压入熔池底部。 精炼和变质 后 进行扒渣， 将炉渣量 1‰～ 2‰的造渣剂均匀地撤地熔体表面，来减少渣中的含铝基。 造渣剂与铝液的反应如下： Na2SiF6 — 2NaF+SiF4 2NaF+Al203— NaAl02+NaAlOF2 4NaF+2Al203— 3NaAl02+NaAlF4 6NaF+Al203— 2AlF3+3Na20 反应物 AlF，与铝、氧发生放热反应，所释放的热量，使粘性熔渣成为松散粉末状的干性渣。 这样，铝熔体与渣中氧化物的湿润性变小，使混在渣中的颗粒状铝滴脱离而出，回到熔体中。 精炼、变质完后静置 30min45min 转入浇铸工序。 工艺 目前世界上为生产铝及铝合金板、带、箔材所使用的冷轧坯料主要有三种：第一种是用半连续铸造 +热轧法生产的热轧卷坯；第二种是用连铸连轧法生产的热轧卷坯；第三种是用 连续铸轧法所生产的铝及铝合金铸轧卷坯。 这三种为冷轧供坯的方式各有其优缺点和适用范围。 半连续铸造一热轧法为冷轧生产铝及铝合金板、带、箔提供坯料仍然是世界上占有主导地位的生产方法。 该法是采用半连续铸造机生产铝及铝合金扁锭，扁锭经锯切、铣面、加热 (均热 )后再通过单机架或多机架热轧机轧制成热轧卷为冷轧供坯。 它具有产品质量高、产能大且产品不受合金种类的限制等优点，缺点是设备投资大，投资回收期长，建设时间长，生产工序多，能耗高。 针对半连续铸造一热轧法的缺点，从二十世纪五十年代起采用双辊式连续铸轧机生产铝及铝合金铸轧卷坯 逐步应用于铝板、带、箔生产中。 采用双辊式铸轧法供坯不仅简化了生产工艺、缩短了生产周期、明显提高了成品率，而且减少了大量的设备投资和能源消耗。 但是双辊式铸轧法生产的合金品种 有限，而且产品的内部质量和表面质量均比半连续铸造一热轧供坯生产的箔材产品质量差。 因此，连续铸轧法只用于生产普通铝箔及一般民用铝板、带材。 为了克服双辊式铸轧法存在的缺点，上世纪八十年代初双履带式连铸机 (Caster 11)和双钢带式连铸机 (Hazelett)开始运用到铝扳、带材生产中。 这类连铸机配1台单机架或多机架热轧机，组成连铸连轧机组 ，采用连续铸造机生产铝及铝合金薄锭坯，薄锭坯再经在线热轧机轧制成热轧卷坯。 这种铸造方法将薄锭坯铸造与热连轧有机的结合起来，具有投资少、产量高、生产成本低等优点。 连铸连轧法与双辊式铸轧法相比大大增加了生产的合金品种和单机架的生产能力，与半连续铸造一热轧法相比，具有工序短、能耗少等特点，但合金品种仍不及半连续铸造一热轧法，而且其铸造工艺和质量仍有待改进。 本项目主要生产厚板、产品规格 较 大，产品质量要求高，连铸连轧法及双辊式铸轧法均无法满足和适应本项目的生产要求，因此本项目采用半连续铸造法生产铝及铝合金扁 锭为热轧供坯。 铝合金液通过铝熔体在线精炼过滤装置，去除铝熔体中的气体和非金属夹杂物，由半连续铸造机生产出毛铸锭。 浇铸温度在 720730 ℃。 由于铸造生产出的合金存在很大的成分偏析在送下一步生产时 需要 做均匀化退火。 毛铸锭在均热炉均匀化退火 后，在锯切机列上锯切头尾，经检查质量合格的铸锭送往压延车间。 熔炼、浇铸车间生产工艺流程图见图 51 中间合金 回炉废料 重熔铝锭 配 料 装炉 熔炼 扒渣、搅拌 加入镁锭 取样分析、调整成分 转炉、静置、保温 精炼、变质 在线处理 铸造 均匀化退火 锯切 检验 合格铸锭 陶瓷板过滤 图 、铸造工艺流程图 合金 熔炼、铸造 的 主要设备选择 为实现本项目的生产规模及生产工艺，保证 生产出高质量铝及铝合金锭，结合本工程生产的产品用途，扁锭生产线拟选择一系列现代化的铝熔铸生产设备 ， 详见表。 熔炼 保温设备 目前国内外铝及铝合金熔铝炉、保温炉主要有电阻炉和燃气或燃油炉两类。 电阻炉的优点是采用洁净的电能，工作环境好，但由于电阻炉受多种因素的制约，如： (1)炉膛高度有限：电阻炉的加热元件布置在炉膛顶部，提高炉膛高度将 会使熔化能力迅速降低； (2)容量小：由于炉膛宽度增加会使加热元件向下弯曲并增加其消耗量，而炉膛长度增加将使熔液的成份和温度不均匀，因此电阻炉的容量一般都比 较小： (3)生产率比较低：电阻炉加热元件单位面积上的功率范围为 4249kw/m2，所以电阻炉的总功率受到限制，其熔化能力也受到限制； (4)电阻带消。