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全球铝板带产业看华夏大地

发布日期:2021-12-15
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改革开放以来,中国铝板带产业取得了举世瞩目的成就,装机水平之高、生产能力之大举世无双,关键核心技术创新能力也与日俱进。2020年,中国有2家相关企业的产量超过1000kt/a,这是铝产业前所未有的突破;与此同时,中国双辊式连续铸轧带坯产量超过8000kt/a,铸锭热轧板带产量超过42000kt/a,冷轧铝带产量不低于30000kt/a。

中国特大型铝板带轧制企业

明泰铝业

河南明泰铝业股份有限公司(以下简称明泰铝业)是中国第六家具备100kt/a高精铝箔和1000kt/a铝板带生产能力的单一企业,其余五家单一平轧铝产品生产能力超过1000kt/a的轧制厂是天津忠旺铝业有限公司、忠旺(营口)高精铝业有限公司、山东魏桥铝电有限公司、南山轻合金有限公司和中铝瑞闽铝板带有限公司。此外,大庆豫港龙泉铝业有限公司铝合金加工材项目1200kt/a子项目正在规划建设中,预计于2023年陆续投产。

自建立以来,明泰铝业秉承“明睿创新,泰昌恒运”的理念,发扬“自力更生、艰苦奋斗、顽强拼搏、创先争优”的精神,不断发展壮大,现已成长为国家特大型企业,先后赢得“中国有色金属50强”“中国民营企业制造业500强”“河南省百强企业”等殊荣,获评“中华人民共和国AA类企业”和“河南省质量信用AA级工业企业”,并取得ISO 9001质量管理体系认证、TS16949汽车用铝产品认证、CCS船用产品认证,其技术研发中心也被认定为“河南省企业技术中心”和“河南省铝板带箔工程技术研究中心”。

明泰铝业铝板带产量连年创新高,2019年和2020年分别生产铝板带856kt和980kt,2021年1月,平轧铝产品产量为95.2kt,同比增长28%,销量为101.5kt,同比增长217%,预计2021年的产量可超过1100kt。

辉煌成就来之不易。1997年,马廷义以1台国产的4辊不可逆式1500mm冷轧机起步,于2000年10月开始讨论自主建设2000mm“1+4”式热连轧线。当时,设计部门认为这个想法异想天开,并好意劝说马廷义不要搞,以免浪费钱财和时间。但是,马廷义“不信这一套”,根据苏联援建中国时留下的2000mm铝板带热轧机的安装图纸,他找东家做一件、找西家做一件,备齐了机械结构零部件,加上天津自动化研究所提供的成套电气和控制设备,经过不到2年的时间,马廷义的“1+4”式热连轧线终于在2003年1月正式投产,并生产出了合格的热轧铝合金带卷。从此,中国铝加工业有了第一条热连轧线,这条自行设计、制造、调试与投产的热连轧线不仅开创了中国铝加工业的新篇章,也奠定了明泰铝业在中国铝轧制行业的地位和影响力,马廷义的名字永远铭刻在了中国铝轧制行业的纪念碑上。这条“1+4”式热轧线目前已经安全、稳定地运转了18年,根据笔者预计,它为中国国民经济的发展提供了约7000kt的供冷轧用带卷和约40kt的热轧厚板。2003年2月,笔者到河南省郑州市巩义市调查再生铝,借机会访问了明泰铝业,并在《中国有色金属报》头版头条发表了一篇关于“1+4”式热连轧线的短篇报道,从此,全世界都得知中国有了自己的铝板带热连轧线这一消息。

为了满足不断增长的交通用铝市场需求,明泰铝业于2015年新建了高精度交通用铝板带“1+1”热轧生产线,粗轧机宽3300mm,精轧机宽2800mm;并于2016年年底从德国西马克公司配套引进了2800mm CVC-6超宽幅冷轧机生产线,目前该冷轧机在国内仅有4台。截至2020年,明泰铝业拥有半连续铸造生产线8条、连续铸轧生产线13条、“1+4”式热连轧生产线1条、高精度交通用铝板带“1+1”式热轧生产线1条、冷轧机9台、箔轧机17台。装备不断优化升级,为公司研发生产汽车车身薄板、易拉罐罐料、船用板带材等高档铝材产品提供了保障,有效促进了产品结构调整,推动企业向产业高端迈进。其中,“1+1”式生产线是中色科技股份有限公司提供的。

除继续深耕于铝板带箔市场之外,明泰铝业近年来还陆续从德国西马克公司引进了大型铝挤压机,开始涉足于大截面工业铝型材生产,并于2015年与中国中车合资成立“年产300辆地铁车厢项目”,成功实现了向综合性铝加工企业的转型。明泰铝业向铝应用领域延伸,由单纯铝材生产商成长为综合解决方案供应商。

截至2020年,明泰铝业有职工5000余人,专业技术人员约500人,其中高级工程师24人、工程师100人。

2019年6月22日,公司决定将铸轧分厂6#铸轧线升级改造,由原来680×1650mm铸轧机改为国内最宽的1200×2450mm铸轧机,并历经两个多月,于8月28日成功生产第一卷铸轧坯料。明泰铝业又创造了一个全国第一。

明泰铝业现有产品涵盖1系至8系全系列、多品种、多规格铝合金产品,广泛应用于国防军工和人民生活各领域,并出口至世界40多个国家和地区。近年来,公司先后被评为“河南省优秀民营企业”“中国铝板带材十强企业”“中国铝箔材十强企业”“全国有色金属行业先进集体”,明泰铝业泰鸿牌商标被河南省工商行政管理局认定为“河南省著名商标”,泰鸿牌铝板带被授予河南省名牌产品称号。

明泰铝业55MN拉伸机采用了多项专利和关键技术,由中色科技股份有限公司自主开发研制,是铝合金厚板生产技术和装备的重大突破。作为该公司第一台大吨位拉伸机,该设备单体质量超过7000t,总重超过2000t,可生产宽3100mm、长15000mm、厚200mm的各种铝合金厚板,产品主要用作航空板、车厢板、汽车板、重点国防项目用等铝合金材料。

公司注重科技创新,于2008年成立“河南省企业技术中心”“河南省铝板带箔工程技术研究中心”;2014年,与轧制技术及连轧自动化国家重点实验室共同设立了院士专家工作站;并长期与国家高效轧制工程中心、中南大学等业内权威机构和大学建立了友好合作关系;2018年,明泰科技被认定为“河南省高新技术企业”;2019年,明泰科技被认定为“郑州市智能制造示范企业”和“郑州市科技创新龙头企业”,郑州明泰被认定为“郑州市交通用铝合金工程技术研究中心”。公司先后获得“武器装备质量管理体系认证证书”,中国船级社、挪威船级社、英国船级社、法国船级社和美国船级社认证。截至2019年底,累计获得授权专利105项,其中发明专利20项,实用新型专利85项。

11月4日,明泰铝业对外披露,公司为了开发高附加值业务,出资1000万元于河南省郑州市设立全资子公司河南明晟新材料科技有限公司,主要从事铝板带箔,合金板,军工、航空航天、汽车用铝,超硬3C材料,印刷用PS版技术的研发设计及生产销售等。

根据明泰铝业2021年4月1日发布的年报,其在建的韩国光阳铝业项目,新增100kt/a产能,预计于2021年下半年试生产;在建的明晟新材料500kt/a项目新增产能200kt/a-300kt/a,分期建设,预计于2021年6月份第一期试生产。明泰科技铝箔产能180kt/a,目前正在逐步放量。同时,公司还建成投产年处理200kt/a废铝一期工程、扩建后处理废铝达300kt/a的废铝综合利用项目,新建360kt/a再生铝合金扁锭、120kt/a铝灰渣项目。公司采用国际先进技术,实现了生产环节产生的边角料、铝渣、铝屑等资源的无害化、高值化、生态化循环利用。

明泰铝业700kt/a高性能平轧铝产品项目于2021年7月18日在巩义市产业集聚区举行了开工仪式,由子公司河南义瑞新材料科技有限公司负责建设与经营。年产70万吨高性能铝板带箔项目是明泰公司继“1+1热轧项目”“电子材料产业园项目”之后实施的又一精品亮点工程。项目总投资50亿元,计划高标准建设“1+4”式热轧生产线、立体智能仓库以及自动化冷轧、箔轧生产线,打造数字智能一体化的高科技智能化工厂,并开辟军工、航天、交通、新能源、新材料等新领域,实现产品升级换代。此项目可于2023年12月投产,届时明泰铝业铝及铝合金板带在巩义产业集聚区的生产能力可达2000kt/a,成为人间最大的“天字第一号”铝及铝合金单一平轧铝产品厂。

天津忠旺

天津忠旺铝业有限公司(以下简称天津忠旺)一期1号中厚板车间于2013年2月开始建设,并于当年投产,平轧铝产品生产能力达1800kt/a。天津忠旺在平轧铝产品领域创造了一项世界之最,即拥有世界上一次性建成的最大的单一平轧铝产品厂,该厂生产能力达1800kt/a,比德国阿卢诺夫铝业公司1150kt/a的大56.5%;且设备最先进,所有装备都是从当今最高档的设计制造公司引进,如轧机成套从西马克集团引进,板锭铸造系由瓦格斯塔夫公司提供,热处理设备由奥地利埃布纳成套供应,而自动化控制系统来自ABB公司和西门子公司,世界上目前还没有一个公司的几乎全部装备都能达到如此高的水平;与此同时,天津忠旺还拥有世界上最大、最先进的热轧线。其于2013年11月开工建设的硬合金生产线被列为天津市2013年度20项重大工业项目之一,占地面积14×104m2,吊装实物量16kt,项目名为天津忠旺铝业有限公司特大高精铝及铝合金加工材项目。2015年3月,热轧线全部安装完毕;4月,4500mm粗轧机电气设备全面调试工作开始,先后进行了安全系统、介质系统、控制系统及主电机系统等空负荷调试工作;5月19日,粗轧机2台7000kt主电机启动,经过近2小时的连续运转,各项监测指标均显示正常,顺利实现了主电机空载运行。其主电机功率共14000kW,是世界最大的铝厚板粗轧机,比美国奥科宁克铝业公司的5588mm粗轧机的传动功率大8032kW;比德国阿卢诺夫轧制厂2号热轧线2500mm粗轧机的传动功率大4000kW。4500mm粗轧机是由西马克公司设计制造的,装有厚度自动控制系统、断面凸度自控系统、温度自动控制系统、热轧过程自动控制系统,它们全部以数字显示。计算机程序控制为生产高品质宽厚板提供了充分的技术保证。

2016年4月,天津忠旺熔铸厂铸出2670mm宽的硬合金大扁锭;7月,轧出4300mm的厚板;2016年8月1日,轧出7055合金厚板,它铸造难度大,内应力大,热裂倾向大且易发生冷裂,轧制变形也比2024型合金困难得多,是除某些Al-Li合金以外生产难度最大的一种合金。不过,它的抗拉强度达600N/mm2,断裂韧性与损伤容限也比较高,是近代航空航天器的主要结构材料之一。2015年8月15日,天津忠旺4辊可逆式4500mm热粗轧机有负荷试车成功;2016年6月29日,通过双方工作人员的不懈努力,4500mm热粗轧机经15分钟、32道次成功轧出中国乃至亚洲最宽的4300mm硬合金厚板。目前,世界铝工业都将超厚、超宽硬合金厚板的生产作为反映一个国家铝加工发展状况和科学技术水平的重要标志。天津忠旺成功批量生产宽而厚的板材,标志着中国各个工业部门,特别是航空航天工业急需的高端铝合金板材的生产能力又迈上了一个新台阶。

天津忠旺于2017年1月13日顺利通过了由美国性能审查协会、国际航空工业认证机构组织的特种工艺热处理、无损探伤和中心实验室的首次认证审核,并获得PRI认证机构颁发的国家航空航天和国防合同方授信项目认证证书。国家航空航天和国防合同方授信项目由美国航空航天和国防军工工业巨头与美国国防部、美国汽车工程师学会等机构发起和发展,专门对航空航天工业的特殊产品和工艺进行认证,是国际航空工业的权威认证。获得国家航空航天和国防合同方授信项目的认证已经成为航空航天制造业的强制性要求,空中客车公司、波音公司均是其成员。同时,波音公司、空中客车公司、赛峰公司等都将是否通过其认证作为选择供应商的首要条件之一。可见,通过国家航空航天和国防合同方授信项目认证对明泰铝业的长远发展有着重要意义,为其进一步拓展民航市场,走向更为广阔的国际民航市场获得了权威通行证,对中国铝加工企业进一步开拓国际市场也具有相当大的战略意义。

天津忠旺除了有2条从西马克公司引进的“1(4500)+4(3350)”硬合金生产线外,还有1条2400mm“1+5”式西马克公司的软合金生产线。1号硬合金生产线于2016年1月投产,2号硬合金生产线于2017年8月投产;软合金生产线于2018年7月投产,生产能力为700kt/a,以生产罐身料、罐盖料为主,罐盖料带涂层线也是从德国西马克公司引进的,于2014年初签订合同,并于2016年晚些时候投产,其涂层烘干炉经过最优化设计,不但能耗低,而且排放物能满足当前最严格的环保法规条例要求。生产线由下列主要设备构成:2台开卷机、2台横剪机、1台头尾缝合机、进料侧活套、清洗机、1台化学涂覆机、2台精涂机、浮动退火炉、出料侧活套、检验台、上蜡机、涂油机、切边机、飞剪、2台卷取机。

天津忠旺的每条硬合金生产线都有3台辊底式处理炉。硬合金板的时效/退火炉及T77时效炉也是艾伯纳工业炉(太仓)有限公司提供的。时效/退火炉有7台,其中14m的4台,26m的3台,主要技术参数为炉温设定偏差±1℃、炉气温度偏差±2℃、板材温度均匀性±1.5℃。39mT77时效炉是这类炉中的天骄,可对7055合金进行三级时效,为航空航天工业提供综合性能最佳的T7751铝厚板,现在全世界这种商业化生产炉也不超过3台,在中国是首台,它的主要技术参数为炉温设定偏差±1℃、炉气温度偏差±2℃、板材温度均匀性±1.5℃、单板的为±1℃,可处理板材尺寸厚4mm-250mm、宽1000mm-4300mm、长2000mm-39000mm,单板最大质量25t。电导率检测仪与水浸式超声波探伤线都是从CMS公司引进的,前者可测板材尺寸厚4mm-250mm、宽1200mm-3500mm,后者可探板材尺寸厚6mm-160mm(AAA级)、6mm-250mm(AA级、A级)、宽1200mm-4250mm、长4mm~39000mm。

另外,板材抛光覆膜生产线从瑞士德米斯公司引进,单片抛光,表面粗糙度Ra=0.8μm-0.2μm,抛光后立即覆膜,可供抛光板尺寸厚3mm-250mm、宽1000mm-2600mm、长2000mm-12000mm;轧辊磨床从意大利波米尼公司引进,为全自动CNC工作辊磨床,可磨轧辊最大直径2000mm、1500mm、700mm,共4台,其中3台磨工作辊、1台磨支撑辊;厚板存放库由德国沃尔利特公司设计,为平面式、全自动化;铸锭焊接机1台,由宝山钢铁公司研究院设计制造,爆合后锭的尺寸厚390mm-750mm、宽1240mm-2700mm、长2200mm-8000mm;厚板自动包装线一条,从皮斯美尔公司引进,为全自动,板垛尺寸高30mm-590mm、宽1000mm-2800mm、长2000mm-24000mm;另外,还有1台从美国科内克斯公司引进的表面品质检测仪。

热轧带卷温度往往大于320℃,有时甚至高达350℃,必须将其冷却到50℃以下方可进行冷轧。因此,大型平轧铝产品厂如天津忠旺、魏桥铝电有限公司、南山轻合金有限公司等都设有容量甚大的热轧带卷冷却高架库,它们的自动化程度、冷却能力、存贮容量等均居世界之巅。天津忠旺有3座、南山轻合金有限公司有2座,魏桥铝电有限公司有1座。

天津忠旺拥有3座高架库,都是从德国福莱特公司引进的,主库长504m,可储1500卷,共有5层和150条通道;拥有2座辅库,一座长275m、高31m,可存约1200卷,另一座长300m、高33m,共10层,用于存放冷轧好的成品带卷,总存储量约为2100卷。

天津忠旺100MN预拉伸机于2015年12月一次试车成功,它集中了当前拉伸机的一切先进技术。铝合金厚板在热轧、剪切、退火、淬火的过程中,因温度、压下、辊形变化和工艺冷却控制不当所产生的纵向弯曲、横向弯曲、边缘波浪和内应力造成的不良板形可通过矫直消除。根据设备配置可将矫直分为辊式矫直、压平矫直和钳式拉伸矫直。因矫直是在时效处理或机械加工之前的步骤,故又称预矫直,当前用得最多与最有效的工艺是拉伸矫直法。

当板材波浪和残应力太大时,用辊式矫直机无法矫平,只能拉伸矫直。拉伸时对板材两端给予一定的拉力,使板片产生一定的塑性变形,消除或减小板片中的残余应力,使板片平整拉伸变形量为2%左右,最大4%,太小不易消除残余应力,太大会产生滑移线,且可引发新的内应力,过大时还可能拉断。拉伸拉力P近似计算公式为:P=Rp0.2xBxH,式中Rp0.2为与拉伸力相对应的屈服强度,N/mm2;B为板材宽度,mm;H为板材厚度,mm。拉伸机技术参数BXH≤22500mm2时,除冷作硬化板外,都可以进行拉伸矫直。为防止拉断,拉伸前板材不允许有裂边、裂纹、边部毛刺等缺陷。

热轧的厚板都要经过锯切,厚板车间有板坯锯2台,成品精密锯2台。成品精密锯从奥地利斯开宁公司引进,可锯切厚4mm-260mm、宽1000mm-4300mm、长2000mm-22000mm的厚板,板的长度偏差±1mm、宽偏差±0.5mm、对角线偏差±1mm,板的最大质量30t,锯屑吸收率99%。

天津忠旺的板坯精密锯从法国塞马斯公司引进,可锯切板坯的尺寸厚4mm-260mm、宽1000mm-4300mm、长2000mm-22000mm,板坯长度偏差±1mm、宽度偏差±0.75mm、对角线偏差±1.5mm,板坯最大质量30t。另有2台板材预拉伸机从德国西马克集团梅尔公司引进,1台100MN、另1台40MN。

热处理可强化合金厚板多用于航空航天器与兵器工业,而非热处理可强化合金则主要用于船舶、化工容器等制造。火箭发射液氢、液氧燃料箱是用铝合金厚板焊接的。航空器的板钣件、进舱门可用厚板铣成,原来舱门是由50个零件通过机械连接制成的,改用厚板铣削后,不但结构强度上升,且净质量还下降了,一举两得。

T7及T7状态都是美国铝业公司(2017年11月1日起改称奥科宁克铝业公司)研发的,后者是一种新的热处理工艺。T7表示固溶处理与过时效的状态,因此它的强度比T6(固溶处理后人工时效到最大强度的状态)强度的低。按抗拉强度,T6状态材料的最高,T73的最低,但T76、T74、T73材料的抗应力腐蚀性能与抗晶间腐蚀性能则依次递增,断裂韧性也比T6材料的高一些。T77是一种美国铝业公司有专利的热处理,它是变形铝合金热处理工艺中一颗璀璨的明珠。这种名为回归时效处理,即RRT处理,也可以称为RRA处理,是R.M.Cina(西纳)首先提出的,但美国铝业公司技术中心付诸工业化生产。它适用于Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu系合金,现在多用于7075、7050、7055等合金。

天津忠旺从艾伯纳工业炉有限公司引进的39m长的T77时效炉于2016年投产,可处理板材尺寸宽1000-4300mm、厚4-250mm、长39m,单板最大质量25t,设定炉温精度±1℃,炉气温度精度±2℃,板材温度均匀性±1.5℃,单板温度精度±1℃。这是到2018年为止中国引进的唯一的处理线,也可能是全球除美国以外仅有的一条处理线,中国南山集团也要引进这类生产线。此外,回归处理升温速度越快越好。

T77板材与挤压材主要用于制造飞机,中国支线客机ARJ21用7150-T77、7055-T77511、7150-T77511铝合金制造的零部件都是从美国铝业公司采购的。在ARJ21飞机中,铝合金零部件质量占飞机净质量的70%,而在用的铝合金中,T77状态的用得多,估计可达20%。

在大飞机C919制造中也用了一些T77材料,如机翼上蒙皮为7055-T7751、中机身龙骨梁缘条为7150-T77511、机头前压力框加强件为7150-T77511合金制造。只要有艾伯纳公司或其他公司由计算机控制全流程各项工艺参数的辊底式T77处理炉,加上精心操作都可以生产符合标准的航空航天材料。

南山轻合金

南山集团铝板块下设山东南山铝材公司,主管挤压铝材方面的事务,设南山轻合金有限公司(以下简称南山轻合金),负责平轧铝产品方面的各种业务,南山轻合金于2006年通过了ISO9001国际质量管理体系认证及ISO14001环境管理认证,并获得山东省高新技术企业荣誉称号,于2010年通过了GB/12800 2001职业健康安全管理体系认证。

山东南山铝业股份有限公司(以下简称南山铝业)是全球唯一的在45km2区域内拥有热电-氧化铝-原铝-铝加工-深加工于一体的完整铝产业链的企业,2017年的生产能力为热电191×104kW、氧化铝1700kt/a、铝型材170kt/a、原铝816kt/a、热轧产品600kt/a、冷轧板带600kt/a、轨道交通新型合金产品220kt/a、锻件14kt/a、箔材70kt/a,是2020年中国和世界实际平轧铝产品超过1000kt的第二家企业。

2013年,南山铝业获得美国BE航空航天公司认证;2015年,与北汽集团、南车集团、波音公司签订了战略合作协议,并通过了AS 9100C航空体系认证。其航空产业园已为BE航空座椅生产配套产品,并得到波音、空客、中商飞、庞巴迪等主流飞机制造商的认可和支持,南山航材园已成功试制了一批又一批合格产品。

2018年3月10日,南山铝业与法国飞卓宇航集团签署了合作协议,在山东省烟台市龙口市成立了南山飞卓宇航工业有限公司,生产航空零部件,合资公司位于南山航空材料产业园,依靠南山铝业在航空材料方面强大的研发生产能力和飞卓宇航在航空材料深加工方面雄厚的管理和技术经验,以最周到的服务、最高效的性价比、最稳定可靠的产品质量,为世界主流飞机厂提供适宜、准确的产品解决方案,真正实现资源共享、优势互补、互惠共赢。

南山轻合金成立于2001年,熔铸厂扁锭产能约为860kt/a,单块锭生产能力可达34t。2350mm“1+4”式热连轧线从日本石川岛播磨重工业公司引进,是一条软合金热轧生产线,可生产1XXX系、3XXX系、5XXX系及8XXX系(不含Al-Li合金)合金热轧厚板及热轧卷。热轧板厚10mm-150mm、宽950mm-2100mm,长度按客户要求,热轧带卷厚2mm-10mm、宽950mm-2100mm,带卷内径610mm、外径1000mm-2800mm。

南山轻合金公司“1(4100mm)+5(3000mm)”式西马克热连轧线于2015年5月开始试运转。粗轧机可以生产3800mm宽的厚板,精轧机列可以生产最大宽度2800mm、厚1.8mm-16mm的带材,产品供包装、汽车、航空航天工业用。按原设计,这条生产线为“1(5600mm)+1+5”式的,但目前特宽厚板市场有限,5600mm粗轧机暂未建,以后择机建设。

目前,最大民机用的机翼壁板用铝合金厚板的最大长度为36m、最大宽度为3600mm、最大厚度为150mm,因此,辊底式固溶处理炉生产线的长度不会超过180m,炉膛宽度不会超过4m。生产线的生产率为2t/h-20t/h,处理宽2800mm、长3100mm板时的生产率为7.8t/h,匡算生产能力可按8t/h计算。中国尚未全部掌握HICONR炉的生产制造,这是一块亟待补齐的短板。

辊底固溶处理线不适宜处理厚度小于2mm的板材,此时可用立式活底炉,上部为固溶炉,下部为淬火水槽,不但可处理板材,还可处理铸件、锻件、成形薄板件及其他工件。不过,它的最大装料量一般不超过12t净料,板材在炉内一张张地吊挂着,板片间有相当大的间距,以便强对流热气流动,快速均匀加热。淬火井内的水强制流动,循环速度大于0.2m/s,能很快地去除板片表面上的气泡,加速冷却,同时使冷却更均匀,降低变形。

南山轻合金平轧铝产品生产能力约为1200kt/a,其中软合金的约为800kt/a,硬合金的约为400kt/a。该公司是中国与亚洲最大的ABS生产者,产能可达约400kt/a。

南山轻合金的产品认证工作做得既快又好,从建厂伊始就注意到了此项工作,从建厂开始到获得波音飞机公司供应商资质,先后历时6年。

2011年,在龙口市规划建设南山航空材料产业园,2017年已建成投产的有:“1(4100mm)+5(3000mm)”式热连轧线一条, 主导产品为高端厚板与冷轧用带卷;航空航天高精挤压材项目,生产能力为80kt/a;14kt/a的航空航天模锻项目,其中有4台从德国引进的锻压机,500MN、125MN、60MN、25MN的各1台。其“1+5”式热轧线是中国当前唯一正常运转的。

2014年10月,厚板生产线验收,交付生产。从2015年2月开始波音公司供应商认证工作,投入较大的人力与财力,按照有关规范与条例编写形成铸锭与板材认证测试计划,并得到了波音公司的审查与同意。

经过近一年半的艰苦努力,南山轻合金终于在2016年6月顺利通过波音公司2024、7050合金扁锭认证,这在中国是首次。波音公司工作组从2016年10月开始考核南山轻合金7050- T7451合金厚板的生产实际与各项文件,历时7个月,于2017年5月通过认证,从此,南山铝业成为这种板材的波音公司供应商。

2015年1月13日,南山铝业与波音公司签订航空材料通用协议,将推动南山铝业通过航空材料产品的波音适航认证。2018年,南山铝业在通过航空航天产业通用的NADCAP特种工艺(热处理、无损探伤、实验室建设)认证的基础上,顺利通过了波音公司的特种工艺认证。冷轧车间有一条从康甫公司引进的切边纵剪线,已于2014年投产,可以提供精密剪切,切边品质非常好,机组机架特别是剪切单元采用了增强型的机械设计,可以经受高速加工,并剪切较厚一些的薄带,切边参数由计算机自动控制,在切边的同时还可以将带材一分为二。生产线的液压系统、电气电子设备系统与其他辅助设备均为引进。

魏桥铝电新材料

山东魏桥铝电有限公司(以下简称魏桥铝电)堪称国际铝企业中的超级航母,其原铝、氧化铝与炭素制品产量在全球单一企业中最大,但加工材产量却并没有位列前茅,有1条2400mm“1+4”式西马克公司的热连轧线。

公司铸造车间扁锭生产能力达800kt/a,扁锭厚620mm、宽2200mm,锯切头、尾后,最大长度为8650mm。锭经铣面后装入艾伯纳工业炉公司的推进式加热炉内加热,每台炉可装25块重32t的扁锭,装料量达800t,是世界最大的推进式加热炉。该炉采用Hicon加热技术,可确保温差小于等于6℃;同时,采用TREAT perfect(精确处理)数学模型,可计算锭内的温度分布状况,保证炉内温度达到很高的精确度与均匀度,使锭的加热品质既高又稳定,生产设备也能够得到最充分的利用。

立轧机可使轧制板带宽度保持在一定的范围内,减少裂边,提高成材率。公司立粗轧机的轧制力为8MN,由两台各700kW的电机驱动。4辊热粗轧机的辊面宽度为2400mm,最大开口度为650mm,可轧制1XXX系-8XXX系的所有变形铝合金,由2台各5000kW的电机带动,锭坯轧到45mm厚的坯料经轻型剪切掉头部后将被送入精轧机列。剪切机用于切掉热轧板带的端头,均为液压式的,重型剪的剪切力为1.2万kN,轻型剪的剪切力为4500kN,可切板带的最大宽度达2150mm。热精轧机列为CVC-6 plus,共4台,能将粗轧后的带材轧至10.0mm-1.8mm厚的带材,最后卷成最大直径为2.8m、重达30t的带卷。精轧机的最大轧制力为40MN,每台精轧机由1台5000kW的电机驱动,是中国最大的热精轧机之一。F4(第4台热精轧机)的最大轧制速度为600m/min,是中国热精轧机列轧制速度最高的之一。热精轧机列轧机的CVC技术与液压弯辊工艺相结合,可精确地调整辊型与辊缝大小,从而轧得板形良好、厚度精准的带材。在精轧机后设置有圆盘剪,可剪除带材的裂边,剪切叶片间隙从垂直方向和水平方向均可调节,从而确保剪切后的带材具有光滑而无毛刺的边。热轧带卷通过车间内的自动运输系统运至高架仓库,并被冷却至45°C后进行冷轧。在热精轧机列后还设置有离线检验站,可切取一段带材进行表面品质等检验。

魏桥铝电的高架仓库从西马克公司引进,自动化带卷运输系统是由西马克公司所属的洛吉斯迪系统公司设计制造的,包括将带卷从热轧机尾部运到高架仓库的运输系统,和从高架仓库运到冷轧机与冷轧机之间的运输系统,高架仓库内有3辆贮存和检索车辆。2套自动化运输装置将带卷从高架仓库运到其他区域,在车间内的运行由激光导航系统指挥,能使产品以一定的速度准时地运到指定地点。高架仓库内有强大的风冷系统,可将外径为2800mm、重达30t的热轧带卷在规定时间内从335℃左右的温度冷却到可冷轧的45℃以下。这个高架仓库是世界最大的高架仓库之一,长290m,可贮存1400个带卷,总重42000t。运输单元是在西马克公司洛吉斯迪克物流系统公司的指导监督下,按其提供的图纸由国内制造与配套的。

魏桥铝电新材料有限公司位于山东省邹平市经济技术开发区,是魏桥铝电的子公司,平轧铝产品生产能力达760kt/a,二期正在规划中,可在今后适当的时候建设,建成后平轧铝产品生产能力可达2000kt/a。

公司2400mm“1+4”式热连轧线的生产能力达760kt/a。冷轧厂有3机架2300mm CVC6 plus冷轧线1条,2300mm CVC6 plus不可逆式单机架冷轧机2台,冷轧总生产能力达533kt/a,于2014年12月投产,如果发挥得好,产量可达650kt/a。2300mm 3机架冷连轧线由西马克公司提供,其最大轧制速度为1700m/min,生产能力达350kt/a,主导产品为罐料、PS及CTP版基板、幕墙板等。此外,航空材料事业部有一台2350mm CVCR-6 plus铝带冷轧机,由西马克公司设计制造,而电器设备及自动化控制系统则来自ABB公司,一切自动化控制系统、仪器仪表、现场传感器、电机控制电缆等均由ABB公司提供。这台高技术冷轧机具有一系列独特的优点,其所有ABB电极变速系统均为进口,主电机由芬兰制造,达6500kW,电压达3150V,还装有ABB ACS 6000中压驱动变速系统,大部分其他零部件的传动电极都是ABB公司提供的,所有中低压电极传动系统均采用ABB公司的传统直接力矩控制技术。最大特点是首次在此机上应用了放电技术,从而能在工作辊上制出特殊的纹路,使工作辊具有所要求的表面粗糙度。在生产ABS 带材时,换上这种辊,并将轧制力降至小于等于2000kN,使轧制率小于10%,轧出的带材表面将非常适合应用于冲制车身钣金件。用这种轧机生产的ABS将在中国汽车铝合金板带领域独领风骚,带领中国ABS工业冲向国际市场。南山ABS项目分期建设,一期100kt/a,二期200kt/a,三期300kt/a,最终600kt/a,使企业成为全球最大的ABS单体企业。

营口忠旺

忠旺(营口)铝业有限公司(以下简称营口忠旺)是辽宁忠旺集团有限公司的全资子公司,于2009年5月8日在香港联合交易所主板上市。营口忠旺位于辽宁省营口市沿海产业基地二期,拟投资近千亿元建设“年产86万t高精铝及加工材项目”“年产60万t高强度、大面积铝合金挤压材项目”“120万t板带箔及配套原料项目”,占地约20km2。

营口忠旺“120万t板带箔及其配套原料项目”总建筑面积约200万m2,板带箔产量120万t/a,高精铝板锭原料产量100万t/a。主要装备为1条生产能力达1200kt/a的“1+1+4”式2400mm热连轧线和10台生产能力达1000kt/a的2300mm单机架冷轧机。

中铝瑞闽

中铝瑞闽铝板带有限公司(以下简称中铝瑞闽)是中国铝业集团有限公司控股的一家专业从事高精铝板带研发与生产的现代化混合所有制企业。目前,中铝瑞闽在福建省福州市马尾区的厂区高精铝板带生产能力达到年产25万吨,其主导产品主要包括金属包装用铝、3C电子电器用铝、高端印刷用铝、交通用铝等。其中,金属包装的罐盖料产量和3C电子电器的智能手机外壳产量均全国领先。此外,中铝瑞闽正在福州新区闽台(福州)蓝色经济产业园的新厂区建设中铝东南沿海铝精深加工基地项目,重点发展交通轻量化、汽车板和高端电子用铝等,项目建成后企业整体规模将达到80万吨。

中铝瑞闽的主要装备处于国际先进水平,主体设备从欧美一流设备制造厂家引进,其中,马尾厂区“1+3”式2400mm热连轧机组由奥钢联设计,配备有来自美国热电公司先进的凸度仪和来自康耐视公司先进的表面检测系统,4台冷轧机中有2台6辊CVC冷轧机,由德国西马克公司和瑞士ABB公司联合制造。蓝园项目一期工程的设备主要由郑州冷轧厂和瑞闽公司一期的现有设备搬迁组成,二期工程的主要设备是引进的具有国际先进水平的2400mm气垫式连续热处理线和汽车板连续表面处理线各1条。

该基地占地2000亩,计划总投资100亿元,重点产品为交通运输装备轻量化、环保包装、电子器材和中高端印刷用铝材。

项目分期、分阶段实施,其中一期占地12万m2,投资60亿元,包括交通运输装备轻量化铝材、ABS、高端电子设备铝材、建筑铝模板等。项目将采用国际一流生产工艺建设,实行信息化与工业化融合,走智能化和新型工业化道路,能够实现清洁化和环保化生产。计划总生产能力达800kt/a。一期项目分4个阶段。第一阶段已部分投产,占地4万m2,投资约15亿元,主要生产包装铝材,生产能力达290kt/a,从2018年3月起陆续投产,2019年计划产量超过160kt/a。第二阶段为ABS带材,生产能力达100kt/a,占地2.6万m2,投资约10亿元,于2019年6月30日实现了首卷下线。第三阶段项目为“1+3”式2400mm热连轧线,总投资15亿元,占地9000m2,能生产400kt/a热轧带卷,计划于2019年9月开工建设,并于2021年投产。一期第四阶段项目正在规划中,将依托中铝东南沿海铝精深加工基地建设的龙头作用,打造铝精深加工产业园项目,与中铝项目形成紧密的上下游产业配套支持。

内蒙古锦联铝材

内蒙古锦联铝材3000Kt/a铝板带箔项目是由杭州锦江集团与内蒙古霍林河煤业集团共同投资兴建,以煤电铝为基础,铝材料深加工为核心的新材料项目,被涵盖进了自治区“十二五”重点产业集群建设规划。项目计划总投资1000亿元以上,规划建设国内最先进的替代进口高档铝材料产品的铝深加工企业。具体项目包括3000Kt/a铝板带箔生产线、568万千瓦自备电厂、2000kt铝精深加工项目以及碳素厂、水务公司、专用铁路、海运码头等。

预计整个项目全部建成需要5年-8年,为进一步缩短建设工期,企业在加快一期工程建设进度的同时,还积极为后续项目的动工做好了准备。

中国大型铝板带轧制企业

在当前中国铝加工业态势下,笔者把板带生产能力大于等于1000kt/a的企业列为特大型企业,生产能力大于等于250kt/a且小于等于990kt/a的企业列为大型企业,因为“1+1”式热粗-精轧生产线的生产能力大都大于等于250kt/a。截至2021年8月,中国大型铝板带企业共有46家(见表1)。


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中国中型铝板带轧制企业

中型铝板带轧制企业是指生产能力大于等于100kt/a且小于250kt/a的单独企业。据笔者统计,截至2021年8月,上述企业共有42家(见表2)。


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中国小型铝板带轧制企业

小型铝板带轧制企业是指生产能力<100kt/a的企业。由于其数量众多,笔者仅统计了生产能力较强且比较典型的企业(表4)。


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中国镜面铝板带企业

铝及铝合金表面经轧光或抛光后具有很强的反光性能,且由于其抗腐蚀性优异,这种反光性能可以长期保持。物体对光的反射率决定于光的波长,波越长,反射率越高。例如,λ=2500×10-10m的光的反射率为87%,λ=5000×10-10m的光的反射率为90%,而λ=20000×10-10m的光的反射率高达97%。铝板对光的反射率不但与其表面状态有关,还与其材料成分和组织有关。要想生产具有强反光性能的铝板,铝及合金必须具有很高的纯度,材料的晶粒、第二相的尺寸和分布均匀性也应该得到控制。因此,镜面板的生产难度比普通板的生产难度大得多,是一种高附加值材料。

镜面铝材是通过轧制工艺生产的铝板制品,即使加上阳极氧化生成的氧化膜、镀层等,其表面依然可以保持高光洁度和高反射率,可达到堪比镜子的效果,并保持很高的耐刮伤性、耐腐蚀性和良好的强度及成形性能。目前,常用的镜面铝一般为1XXX、3XXX、8XXX,能应用于普通装饰等领域,但难以满足高性能反光材料的要求。因此,作为反光材料的镜面铝需要朝着更高的反射率(全反射率>90%)、高导热性、高耐刮伤和抗蚀性以及中等强度的方向发展,即向镁含量较低的5XXX系合金发展。镜面铝材能够作为反光材料用于制作车灯等领域。

为满足更高性能的反光材料的需要,中铝河南洛阳铝加工有限公司与中铝材料应用研究院有限公司通力合作,通过市场导向、实验室研究、工业试制等,实现了镜面铝产品的闭环研发,研发出了高纯度的5XXX系中强度镜面铝,能够满足LED照明和太阳能行业的高要求。5XXX系中强度镜面铝板一般通过轧制工艺生产,反射率需要达到90%甚至95%,这对材料的纯度和表面状态要求极高。目前,它们生产的5XXX系镜面铝板已经开始向太阳能、高功率LED照明等应用领域拓展市场,并逐步替代进口产品。

轧制镜面板可用大辊径2辊轧机生产。可用可逆式单机架轧机,也可用双机架连轧机列。道次变形率宜小。

截至2021年,中国建成的特种铝板带(镜面板、氟碳板等)项目约10家(表5)。


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中国铝合金ABS产业

ABS(Auto Body Sheet,汽车车身薄板)生产线是由气垫热处理炉、纯拉伸矫直机、预时效炉、表面处理等组成的一条自动且连续的处理线,有20多道工序,单层排列全长600多米,双层排列达到310m以上。中国首条ABS生产线是由诺贝丽斯(中国)铝产品有限公司建设的,位于江苏省常州市国家高新技术开发区。该生产线占地4320km2,投资1亿美元,生产能力达120kt/a,带卷来自韩国,于2014年10月21日投产,并于2015年向国内及国际市场供应产品。2018年5月22日,诺贝丽斯铝业公司对外宣称,将投资1.8亿美元,新建一条连续气垫炉ABS退火生产线(CASH),产能达100kt/a。2021年,中国有ABS生产线10条(表6)。

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ABS最常用的合金是2016,是一种德国合金,于2003年在美国铝业协会公司注册。其成分(质量%):Si0.30-0.7,Fe0.15,Cu3.5-4.5,Mn0.10-0.50,Mg0.30-0.8,Ti0.05-0.15,Ag0.30-0.7,Zr0.10-0.25,其它杂质单个0.05,合计0.15,其余Al。

板、带厚度0.8mm-1.2mm,宽度1000mm-2300mm,长度或卷材按用户需求。T4P状态材料的力学性能:抗拉强度Rm≥200MPa,屈服强度Rp0.2=140MPa,伸长率δ≥25%,拉伸应变硬化指数≥0.26,塑性应变比γ0≥0.60。烘烤后的力学性能:抗拉强度Rm≥220MPa,屈服强度Rp0.2≥200MPa,伸长率δ≥18%。

中国航空航天铝合金厚板产业

中国铝合金厚板生产始于1956年7月1日的东北轻合金有限责任公司(当时名为哈尔滨铝加工厂,代号101厂)102车间(板带车间)。该车间有1台从苏联引进的2000mm 4辊可逆式热轧机,可生产1700mm宽的厚板。若想生产优质的航空航天铝合金,必须具备当代的辊底式固溶处理炉、预拉伸机和超声探伤仪。2021年,中国拥有这3种装备的铝轧制企业共有7家(表7)。飞机机翼的部分构件是使用2XXX系及7XXX系铝合金厚板制备而成的,所需板材的长度最长约为38m,宽度最宽约为4100mm。因此,热轧机轧辊的宽度最宽达到4300mm,辊底式固溶处理的炉膛长度最长达到40m,则可以满足航空工业对铝合金厚板的需求。


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中国铝板带铸锭热轧产业

笔者所指的铝板带热轧是指“1+1”式热粗-精轧工艺与单机架热轧工艺。在中国2021年生产的供冷轧用的21000kt带坯卷中,除约5600kt双辊式连续铸轧带坯卷外,其余的约15400kt带坯卷都是热轧的。这些热轧带卷的热轧工艺有3种:单机架热轧机轧制,“1+1”式热粗-精轧机列轧制,“1+2”式、“1+3”式、“1+4”式、“1+5”式热连轧制,哈滋雷特生产线可归为“1+3”式的,也可单独划分为1种工艺。

热粗-精轧生产线

2021年,中国有“1+1”式热粗-精轧生产线11条(表8)。


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“1+3”式热连轧线

2021年,中国投产的“1+3”式铝板带热连轧线共有7条(表9)。

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“1+4”式热连轧线

在中国的铝板带热连轧线中,“1+4”式是最多的,2021年,共有19条(表10)。在这些铝板带热连轧线中,从西马克公司引进的最多。


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“1+5”式热连轧线

截至2021年,中国建成的“1+5”式铝板带热连轧线共有3条(表11)。


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中国铝带冷轧产业

新中国现代化铝带冷轧同样始于1956年7月1日的东北轻合金有限责任公司(当时名哈尔滨铝加工厂,代号101厂)102车间(板带车间),该车间有2台从苏联引进的1700mm 4辊可逆式冷轧机,总生产能力为20kt/a,所产带卷都经过精整,销往市场的产品都是板材。自改革开放以来,中国铝带冷轧产业取得了长足进展,2021年,中国铝带冷轧生产能力(含铝箔带坯卷)约为30000kt/a,有单机架约310台,双机架生产线11条,3机架生产线4条,5机架二手连轧线1条。

双机架冷连轧线

中国的铝带双机架冷连轧始于西南铝业(集团)有限责任公司。该公司于2006年4月23日正式动工建设中国铝加工史上首条双机架铝带冷连轧线。经过3年多的建设与调试,于2009年5月一次性带料试车成功,并轧出中国首卷铝冷连轧大卷,可实现以罐身料、罐盖料、PS版基、铝箔带坯等为代表的高精铝带的大批量生产,项目建设取得了实质性成果。2021年,中国有双机架冷连轧线11条(表12)。

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3机架冷连轧线

2021年,中国有3机架冷连轧线4条(表13),都是从德国西马克公司引进的。还有一条从美国引进的二手5机架铝带冷连轧线。

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新中国引进的部分

典型高精单机架铝带冷轧机

新中国引进的单机架铝带冷轧机始于1956年东北轻合金有限责任公司的投产,该公司有4辊可逆式1700mm冷轧机2台。在改革开放以前,70%以上的销售产品为可热处理强化的铝合金板材。一直到1982年,中国引进的铝带冷轧机还只有这2台。1983年,中国从意大利米诺公司引进铝带4辊可逆式冷轧机2台,900mm的1台,1400mm的1台。之后,中国从意大利、德国、英国、奥地利、日本、美国等国引进的单机架铝带冷轧机呈逐年上升趋势。至2021年,据笔者的不完全统计超过60台,其中部分典型高精单机架铝带冷轧机如表14所列。CVC-6轧机的生产能力可按100kt/a匡算。(本系列完)

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来源:中国有色金属报

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