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      2020年以來國外鋁加工業新技術
      時間:2021-11-05 16:15    來源:    點擊:

       

      ●先進的鋁釬焊爐與帶卷退火爐

      美國塞科/沃里克(Seco/Warwick)公司是全球有名的金屬加熱和熱處理設備生產以及熱處理工藝研究企業,改革開放以來,我國引進的首臺扁錠預加熱爐就是該公司的產品。近些年來,該公司又推出兩項有標志性的產品:控制氣氛的鋁釬焊爐(CAB,Aluminum Brazing unde Controled Atomsphere)和沃特克斯鋁帶卷退火爐(Vortex furnace)。

      降低產品生產成本是生產者追求的永恒目標,現在有越來越多的生產者希望自己的生產線能釬焊熱交換器,可以精準控制工藝參數與產品質量,賽科/沃里克公司精準CAB(Active Only CAB)釬焊就是這樣的一種設備,可釬焊各種各樣的熱交熱器,比如,散熱器、水箱、加熱器、冷凝器、油冷器、中間冷卻器,且可安裝于現有的生產線上?,F在,該種釬焊爐與工藝已在汽車電池冷卻器焊接領域獲得成功應用,推動了電動汽車(EV)和混合動力電動汽車(HEV)的高速發展。

      賽科/沃里克公司的硬合金(熱處理強化合金)型材退火和時效爐在航空工業獲得了廣泛應用,2019年,他的一個長期用戶就采購了6臺鋁合金型材時效和退火爐。公司的另一種旗艦產品是沃特克斯(Vortex)帶卷退火爐,它有冷卻室,可控制卷材的冷卻溫度與速度;還生產兩種有特色的退火爐,分為單卷的和多區的。多區爐內每一區的溫度都可以精準調控。二三十年來,賽科/沃里克公司在氣氛控制釬焊領域做了許多富有開拓性的工作,對汽車與航空工業的發展作出了貢獻。

      另外,賽科/沃里克公司在研發制造汽車與航空工業用的鋁合金立式落底淬火爐(VertiQuench furnace Drop Bottom furnace)方面也很出色,這種處理爐可為鋁合金工件或材料進行固溶處理-淬火和人工時效處理,可精準控制各項工藝參數,可完全滿足航空航天標準AMS和汽車標準CQⅠ-9。

      AMS標準要求工件淬火轉移時間不得超過5秒,賽科/沃里克立式淬火爐完全能做到這一點,能確保工件在小于5秒的時間內完全浸于水中或聚合物液中,聚合物液槽位于爐底。同時,能確保Al﹣Mg合金的安全,因為有一套可靠的防爆系統,該系統已在試驗室與生產條件下經過多年試用。

      ●洛根軋制鋁業公司投產世界最大鋁合金扁錠均勻化/加熱爐

      洛根鋁業公司(Logan Aluminium Inc.)位于美國肯塔基州拉塞爾維爾市(Russellville,Kentucky),是全球第二大平軋鋁產品廠,僅次于中國忠旺天津鋁業有限公司,主導產品為易拉罐罐身與罐蓋薄帶卷,2019年投產了一臺奧托·瓊克爾(Otto Junker)公司的扁錠加熱/均勻化處理爐,是世界上最大的此類爐。每爐可裝32塊約32噸每塊重的錠,總質量大于1000噸。爐溫和加熱/冷卻速度可以完全自控,爐的進料端有裝料吊車,而出料端有輥道與現有軋機的輥道相連。由于加熱與冷卻速度快,而且是全自動控制,所以溫度精準,周期短,熱效率高,燃料消耗低,在全世界的推進式加熱爐中耗能是最低的。此種爐雖是為鋁合金錠的預加熱設計的,但是也適用于不銹鋼錠軋制前的預加熱。

      ●全球“最綠”的赫爾鋁啤酒罐

      當前,各國政府與工礦企業面臨最大的挑戰之一就是降低碳排放,在此方面目前歐洲做得較好。2019年歐盟生產的鋁材與鋁制品含有大于50%的回收鋁,鋁回收產業的回收網點已遍布歐洲各地,大約有220家再生鋁企業。報廢汽車中的鋁與拆遷建筑物中的鋁回收率為90%~95%,廢舊飲料鋁罐回收率為74%,算上包裝用鋁的估計平均回收率為60%。我國在社會廢舊鋁回收領域是全球做得最好的,例如,按個數計算,廢舊鋁易拉罐的回收率大于99%,是全世界最高的,但在混雜廢鋁與污染較重廢鋁的分類、分選、再生處理技術方面與發達國家相比,還有一些差距,現在正在改進,可能到2025年能全面達到世界先進水平。

      2020年,德國赫爾能源(Hell Energy)公司與海德魯鋁業公司(Hydro)簽訂了向前者供應“全球最綠啤酒罐(the greenest beverage can in the world)”合同,規定海德魯鋁業公司供應的罐料廢舊鋁罐含量應≥75%。赫爾能源集團是一家能源材料與包裝材料生產企業,他的首家鋁易拉罐制造廠于2017年在匈牙利投產,所有工藝廢料全部返回,用于生產罐料帶材。匈牙利的制罐廠名為“頂級包裝廠(Quality Pack)”,每天可生產250mL鋁罐450萬只,若每年工作日按255天計算,則生產的啤酒全鋁罐達11.475億只/年。海德魯鋁業公司在德國諾伊斯(Neuss)軋制廠生產罐料(can stock)卷。該廠是海德魯鋁業公司與印度諾貝麗斯(Novelis)鋁業公司的合資企業,各占50%股份,是全世界第二大平軋鋁產品廠,主導產品為罐料與鋁箔毛料,不生產熱處理可強化的2系及7系合金板帶材;每年生產的罐料和鋁箔毛料帶卷約80萬噸,在這方面是全世界最大的單一廠。赫爾能源公司向諾伊斯軋制廠采購名為“Circal 75R鋁”的帶卷沖制鋁罐。

      ●西馬克與海德魯涉足鋰電池回收

      為了降低汽車的碳排放,電動汽車及混合動力汽車的產銷量以較大的復合增長率在逐年上升,再過十幾年,投放市場的電動汽車就進入報廢期。如何回收車中的鋁與鋰離子電池內的鋁,值得關注,可能會產生一些新興產業,比如,廢電池拆解、有用材料回收與廢棄物處理等行業。典型電動汽車(EV)電池包(pack)含有約25%Al,總鋁量(75kg~100kg)/包。挪威海德魯鋁業公司與海德魯沃爾特公司(Hydro Volt AS)正在建一個電池回收廠,位于挪威腓特烈斯特(Fredrikstad)。

      腓特烈斯特回收的“黑色物質”(Ni、Mn、Cu等混合液體)和廢鋁分別發給北沃爾特(Northvolt)公司的工廠和海德魯鋁業公司的有關工廠進一步的處理,拆解下來的其他有用物質賣給相關企業。實際上,腓特烈斯特回收廠是一座中試廠(recycling pilot),實現高度自動化,可對廢電池進行破碎和分類,廢電池處理能力8000噸/年,還有擴建的余地。該廠的廢電池處理可以容納整個斯堪的納維亞半島的全部報廢電池。該中試廠的建設對海德魯鋁業公司實現電池鋁的循環利用起到很好的促進作用,公司目標是鋰離子電池組用的鋁含有50%再生鋁。

      北沃爾特公司是歐洲一家優質電池系統供應商,正致力于歐洲降低碳排放工作,生產最環保的鋰離子電池與高效回收報廢電池系統的有用材料與物質,與ABB、BMW(寶馬汽車公司)、斯堪尼亞(Scania)汽車公司、西門子公司(Siemens)、瓦坦福爾汽車公司(Vattenfall)、維斯塔斯汽車公司(Vestas)和大眾汽車集團(Volkswagen Group)都有著密切的合作關系。

      西馬克集團(SMS group)是世界最負盛譽的冶金設備設計與制造者,近期也決定進入報廢電動汽車鋰離子電池系統。西馬克集團之所以及時涉足這一新興產業是因為有利可圖。2020年8月,西馬克集團與尼奧金屬公司確定成立一個各占50%股份的合資公司,名為普里姆比烏斯公司(Primobius GmbH),回收報廢電池系統內的各種有價材料。他們的設想是將在歐洲建立報廢電池回收網,回收鋁及其他有價物質,再返回有關企業,如此循環以減少碳排放,早日達到碳中和。

      尼奧金屬公司(Neometals)位于奧地利帕斯(Perth),是一家生產電池與汽車的公司,對廢舊電池的拆解與回收做了幾年的研發。拆解廢舊汽車鋰離子電池時應做好安全保護工作,因為電池有爆炸危險性。

      ●可對任何形狀沖壓件進行缺陷檢測的儀器

      工業上用鋁合金板材沖壓的零件不計其數,它們的表面不可避免地會形成各式各樣大大小小的缺陷,有的是板材帶來的,有的是在沖壓過程中形成的,形狀簡單的如全鋁易拉罐罐身呈圓桶狀,內外表面缺陷都好檢查,可是形雜的沖壓件生產過程在2018年以前是無法對其各個表面一一進行檢測的,這個問題一直在困擾著鋁沖壓界。2019年,伊斯拉·帕西特克(Isra Parsyter)技術公司研制成功一種名為“沖壓技師(Blunking Master)”的檢測系統,這是一臺智能化的自動化質量控制儀。

      “沖壓技師”系統可以通過表面檢測立馬識別工件形狀和表面任何缺陷(劃痕、擦傷、軋痕、刻痕等)。它借助兩側照明,即過渡現場識別輪廓形狀,反射現場檢測缺陷,在模內就能檢測缺陷。如果事先并不知道工件形狀,該系統也能識別每一個待檢表面的形狀,且具有高度的靈活性,可以通過軟件預配置,具有很強的自適應能力,能可靠地檢測與分類所有缺陷,然后根據數據要求揀選,供下一道深加工工序參考。

      在用板帶下料后即對坯料進行表面檢測,可以提高產量,降低生產成本,避免不必要的產品質量下降問題,提高用戶滿意度。“沖壓技術”自動檢測系統的安裝也相當簡便,可快速獲得投資回報,可以實時顯示檢測結果,用戶可以直接評估工藝質量,提高產量。另外,對缺陷進行檢測和分類,有機會從源頭消除缺陷產生根源。制造商從而可事先改進工藝,生產優質產品。

      “沖壓技師”智能檢測儀特別適合檢測自由曲面的質量,是汽車零部件質量把關的高手。除了萬能的“沖壓技師”檢測系統外,伊斯拉·帕西特克技術公司還為鋁材、鋼材產業鏈提供了成百上千套表面質量檢驗系統,從生產工藝的第一步起就能對材料質量進行嚴格的管控把關,它的“表面技師儀(Surface Master)”能在各個生產階段進行智能自動化光學表面檢測。

      ●亟待改進的廢舊全鋁罐回收利用鏈

      全鋁易拉罐是用3104合金(罐身)、5052合金(罐蓋)和5182合金(拉環)制造的,2020年制造易拉罐用的鋁合金已超過400萬噸,其中用得最多的依次是美國、歐洲、中國和日本。中國2020年3104合金產量近72萬噸。諾貝麗斯鋁業公司(Novelis)是全世界最大的3104合金箔(≤0.25 mm)罐身帶材生產者,幾乎占全球總產量的45%,也是效益最好的,更是廢舊罐(UBC)用量最大的,在2021年生產的3104合金帶材中,再生UBC的含量近90%,著實令人驚嘆。除中國外,世界上其他國家與地區2020年3104合金的平均廢舊罐含量已達60%。

      中國雖是全球廢舊罐回收率最高者,按個數計算已大于99%,但是由于沒有系統化和規范化的回收渠道和體系,廢料混雜,污染較大,再利用難度加大,加之經營分散,工藝落后,生產效率不高,燒損大,大部分廢料都降級使用,用于鑄造附加值不高的鑄件與通用壓鑄件。2014年11月諾貝麗斯鋁業公司宣稱,至2017年末所生產的罐身帶材(can body stock)將采用高端再生EvercanTM(埃弗罐身)合金制造,使所生產標準啤酒罐再生鋁含量達70%,而其罐身帶材再生鋁含量達90%。自此以后,EvercanTM合金在美國和歐洲制罐業得到較為廣泛的應用,用它深拉沖制罐身不僅有重大的“雙碳”環保意義,而且可獲得較大的經濟效益。諾貝麗斯鋁業公司不但在全球率先研制成埃弗罐鋁合金,又于2015年推出埃弗罐蓋鋁合金Evercanend。2015年3月,諾貝麗斯鋁業公司稱,新近研發的埃弗再生鋁合金EvereycleTM是一種再生鋁含量很高的合金,用于制造食品易拉罐,已得到一些制罐企業的認可,它由90%舊廢料(從社會上回收的廢舊罐)與10%新廢料(罐料軋制廠與制罐廠工藝廢料)熔煉而成,沒有用重熔用鋁錠與原鋁。諾貝麗斯鋁業公司2020年生產再生鋁含量80%的咖啡包裝鋁管,是用深拉法制造的,再生鋁含量這么高,在世界上可是頭一次。諾貝麗斯鋁業公司是一家印度公司,但75%的平軋鋁產品生產能力在美國,是世界第二大鋁板帶企業和第一大罐料和ABS帶材生產者。

      回收廢鋁還與鋁材用戶密不可分,必須把用鋁大戶也發動起來,諾貝麗斯鋁業公司在這方面也做得不錯。2019年,該公司與瑞典沃爾沃汽車公司(Volvo Cars)達成共建汽車廢鋁材閉路循環協議,后者把制造汽車零部件中產生的廢鋁精心分類存放,返回給諾貝麗斯鋁業公司設在德國的諾伊斯(Nues)軋制廠,再軋成ABS供汽車用,形成一個嚴密的閉路循環系統。該公司在生產ABS時用了盡量多的廢鋁,沃爾沃汽車公司用這種ABS制造汽車部件CO2排放量下降了78%。2010年財年諾貝麗斯鋁業公司生產的汽車鋁材,廢鋁用量只占33%,而2019財年則上升到61%。

      中國自重慶長江電工廠1986年9月第一條鋁罐制造生產線投產以來,制罐產業已有35年,生產能力已近90億只/年,可是至今還沒有一條真正工業意義上的廢舊鋁罐回收處理與再生成3104合金并軋制成帶卷沖制罐身的生產線,這是鋁工業亟待補上的一塊短板,筆者希望2025年中國生產的制罐鋁合金帶材含有約30%的再生鋁(廢罐),2030年這一數字能達到90%以上,最好是能全面趕上或超過諾貝麗斯鋁業公司的水平。為此,可否在山東、河南、廣西、重慶、長江三角洲大的鋁軋制廠內建設回收再生中心,這是關系到早日實現“雙碳”目標的項目之一。

      ●優質高產的鋁爐渣處理技術

      英國阿爾特羅梅克斯公司(Ultromex)研發的名為阿爾特羅梅克斯鋁渣處理技術(Ultromex dross processing technology)已在中東的一些鋁企業獲得應用,效果良好。采用回轉爐熔煉與阿爾特羅梅克斯技術處理鋁渣的主要優點:可以提高熔煉爐的容量、效率與增加產量;降低熔煉成本,由于渣量下降,可以降低能耗;減少熔劑用量,由于熔體更加干凈,含的雜質及污染物減少,可以少用造渣劑,不需要添加那么多熔劑;采用此技術處理爐渣,不但回收的鋁多了,而且生產效率高,能耗下降,溫室氣體排放減少。

      (王祝堂)

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