数说全球铝合金板材预拉伸机
2014年07月07日 10:23 11304次浏览 来源: 中国有色金属报 分类: 铝资讯 作者: 王祝堂
铝合金板材(厚度>3mm)在热轧、剪切、退火、淬火过程中,因温度、压下辊形变化、工艺冷却控制不当,总会产生或大或小的纵向弯曲、横向弯曲、边部波浪和内应力,为了消除缺陷与使内应力降低到尽可能低的水平,必须在退火之前或时效前进行矫直。根据设备配置情况及应用范围有三种矫直方式:辊式矫直、压平矫直和钳式拉伸矫直。前两种不但设备较简单,工艺技术也不高,是一种相当古老的工艺,但是现在仍广为应用,在此不再赘述。后一种是20世纪40年代中期以来,在工业发达国家发展起来的,中国1956年开始引进此设备与技术。当前,铝合金板拉伸矫直装备水平与技术高低已经成为衡量一个国家铝加工业是否强大的主要标志之一,能否为航空航天工业提高所需的关键铝材的重要标志。
铝合金板材在淬火过程中,由于板材表面层和中心层存在相当大的温度差,从而产生很大的内部残余应力,表层为压应力,中心部为拉应力,如果在机械加工之前预先把这种残余应力消除85%以上,那么在以后用数控加工中心制造零部件时,板材就不会发生不允许的变形,以致无法继续加工而成为废品。因此,必须在机械加工之前,对淬火板材进行预拉伸矫直,以消除残余应力,一般拉伸永久变形率小于35%,太小达不到消除波浪和残余应力的效果;太大可能产生滑移线,还可能出现新的内应力分布不均。因为是在零部件机械加工之前进行的拉伸,也就是说这种拉伸是为顺利进行机械加工提供材料,故称之为预拉伸,所生产的板材称为预拉伸厚板(prestretched aluminium alloy plate)。
2013年,全世界有中国、美国、德国、俄罗斯、法国、日本等13个国家可以生产铝合金预拉伸板,总生产能力约500kt/a。美国和中国的拉伸机数居前,中国最多,共有12台;美国第二,有11台。到2016年,中国可能有24台,大大超过美国,届时,中国将成为世界的预拉伸机王国。
国外共有30台预拉伸机 最大的132MN
截至2013年,国外共有30台铝合金厚板预拉伸机,在2025年以前不会新建预拉伸项目,拥有拉伸机情况见表1。
达文波特轧制厂是当前全球最大的铝合金厚板生产企业,在中国天津忠旺铝业有限公司与银河铝业特种铝合金预拉伸项目(见2014年5月22日《中国有色金属报》第5版)未建成前将一直保持着这种龙头老大的地位。它有5台预拉伸机,有1台拉伸变形率可达12%,这也是独一无二的。
凯撒铝业公司特雷特伍德轧制厂与肯联铝业有限公司雷文斯伍德轧制厂各有1台124MN(136ustf)的拉伸机,其基本技术见表2。
德国科布伦茨轧制厂属爱励铝业国际,有3台拉伸机,32MN、38MN、80MN的各1台,可拉伸厚板的最大截面尺寸为220mm×1600mm,最大长度24.4mm;最值得一提的是,对于超出拉伸机能力的厚板,该厂有1台300MN的压平机,可通过压缩减小板材中的残余应力。
奥地利有色金属公司(AMAG)拉舍芬(Ranshofen)铝加工公司有2台拉伸机,都是西马克集团梅尔(Meer)公司设计制造的:1台131.5MN的,可拉厚板最大宽度1520mm,2000年投产;另1台的拉力是90MN,可拉板的最大宽度150mm,2006年投产。
肯联铝业公司法国苏瓦尔轧制厂有2台拉伸机,一台61MN的,1980年投产;另一台是50MN的,2001年投产,可拉厚板规格为(6~250)mm×(700~3200)mm×(4000~15000)mm。前者可拉36m长的,这是A380型客机制造机翼所需的最长厚板。
南非共和国休内特铝业公司有1台拉伸力(25MN)并不大的拉伸机,可拉伸薄到0.9mm的薄板,这也是有其特色的,这台拉伸机可拉伸板材的规格为:
意大利富西纳铝业公司是美国铝业公司的子公司,有1台12MN的,MDH公司提供,是全球小拉伸机之一;另一台30MN的,是由意大利达涅利公司设计制造的。
俄罗斯卡缅斯克-乌拉尔斯基铝加工材有1台10MN的预拉伸机,乌拉尔重型机器制造厂制造,可拉板材的尺寸如下:
日本福井轧制厂,原属古河铝业公司,从2014年4月份起隶属日本联合铝业公司,有1台日本三井公司生产的56MN的厚板预拉伸机,是日本拉力最大者。
中国共有12台预拉伸机 最大的120MN
截止到2013年,中国拥有拉伸机的铝合金厚板生产企业8家,共有拉伸机12台,最大的为120MN,与其他国家最大拉伸机的拉力大体相当,可以满足当代航空工业所需最大预拉伸板的需求。目前在建与拟建的预拉伸板项目如果在2018年全部建成的话,中国将拥有预拉伸机50台,占世界总数的62.5%,所生产的预拉伸板足可以满足全世界那时的需求。
中国铝合金板预拉伸板生产始于1956年11月6日,当日,哈尔滨铝加工厂(现在的东北轻合金有限责任公司)建成投产,该厂是在前苏联的帮助下建设的,一切装备都从前苏联引进,板带车间有2条硬合金板材精整生产线,生产线上各有1台6MN板材拉伸矫直机,由于这种拉伸机是苏联设计、制造的,技术不成熟,生产中故障不断,在使用不到1年后便拆除作废钢处理了。
改革开放后,1984年东北轻合金有限责任公司从美国加拿大铝业公司(Alcan)奥斯威戈轧制厂(Oswego works)购买了1台45MN的停用厚板预拉伸机,开中国可生产预拉伸铝厚板之先河,可拉伸厚板的最大尺寸为:厚度60mm,宽度1760mm,长度2000~8000mm。
直到西南铝业(集团)有限责任公司的国产60MN预拉伸机于2005年投产前,中国一直仅有此45MN的拉伸机。2005年,东北轻合金有限责任公司投资近30亿元建设了一个3950mm厚板专业生产项目,热轧线已于2011年7月投产,有1台85MN的厚板预拉伸机,可于2015年投产,可拉伸板材最大尺寸为:长24m,厚250mm,宽3700mm,是从意大利达涅利公司引进的。
西南铝加工厂于1970年7月建成投产,现名中铝西南铝业(集团)有限责任公司,有2800mm(1+1)式热粗-精轧生产线1条;2000mm(1+4)式热连轧生产线1条;4300mm厚板专业生产线1条,2011年全面建成投产。1970年投产的那台60MN拉伸机是中国第一重型机器集团公司设计制造的,投产后一直闲着,直到2005年才重新启用。与4300mm热轧机项目配套的有1台120MN的预拉伸机,由洛阳中信重工制造,中国重型机械研究院总成,是亚洲最大者(全世界共有4台120MN级的拉伸机)。可拉板最大尺寸为:厚度250mm,宽度4150mm,长度36m。
爱励铝业(镇江)有限公司是爱励国际的全资子公司,2012年12月21日,第一块热轧厚板下线,2013年末全面投产,有2台拉伸机,60MN及120MN的各1台,前者已投产,后者可能于2015年投产,都是从德国西马克集团梅尔公司(Meer)引进的。
南南铝加工有限公司厚板项目热轧线于2013年8月13日顺利轧出首块热轧厚板。该公司热轧车间共有5跨,长660m,宽196.8m,占地面积12×104m2,是中国最大的铝板带热轧车间,有1条4100mm与3100mm(1+1)式热粗-精轧线。有2台拉伸机,1台100MN的,1台30MN的,位于拉伸跨内,都是从西马克集团梅尔公司引进的。100MN拉伸机可拉伸板最大尺寸为:厚度260mm,宽度3800mm,长度38000mm。
银海铝业有限公司位于广西壮族自治区柳州市,有1(3300mm)+4(2850mm)热连轧线1条,2013年12月全线投产,可生产1XXX系、3XXX系、5XXX系、6XXX系、部分8XXX系合金宽500~3100mm、厚0.2~150mm的板、带材。有1台35MN的拉伸机。所有主体设备都是中冶东方自主集成,工艺设备、自动化控制系统全部实现国产化,是目前国内最宽幅铝板带(1+4)式热连轧生产线。拉伸机可处理厚板尺寸为:厚度8~80mm,宽度1000~3100mm,长度2000~15000mm。
河南万基控股集团有限公司1000kt/a热轧板带(其中中厚板100kt/a)、700kt/a高精冷轧板、带已分期建成投产,厚板车间有2台引进的预拉伸机。
大连汇程铝业有限公司位于大连市金州,平轧产品总生产能力200kt/a,厚板系统有1台从意大利达涅利公司引进的60MN预拉伸机。
齐星铝板带有限公司位于山东省邹平市,有24000mm(1+1)式热粗-精轧生产线,1台45MN预拉伸机,2013年12投产。
在建预拉伸机项目5个 拉伸机12台
2014年,中国在建的预拉伸机的厚板项目有5个,共有拉伸机12台,它们的概况如下:
南山200kt/a厚板项目。一期有1条1(5600mm)+1(4100mm)+5(3000mm)式热连轧生产线,生产能力可超过1000kt/a,是参照美国铝业公司达文波特轧制厂的模式建设的,一期厚板生产能力80kt/a,估计应有3台拉伸机,35MN的1台,80MN的1台,120MN的1台。达文波特轧制厂有5台厚板预拉伸机。
天津忠旺铝业有限公司3000kt/a铝平轧产品项目。一期800kt/a,2015年末建成,二期2018年全部建成,达到目标生产能力。一期有2条(1+5)式软合金生产线;1条(1+1+3)式硬合金生产线,按厚板生产能力200kt/a匡算,至少需要6台预拉伸机,25MN、40MN、60MN、80MN、100MN、120MN的各1台,其中,60MN及120MN是典型的,必不可少的,用于拉伸2XXX系、5XXX系、6XXX系、7XXX系、部分8XXX系合金板材。60MN及120MN拉伸机可拉伸2XXX系、5XXX系、6XXX系、7XXX系合金板。项目技术参数见表3。
义煤集团河南同人铝业有限公司位于三门峡市,有2600mm(1+4)式热连轧线1条,1(4500mm)+1(3300mm)热粗-精轧线1条。后者正在建设,可于2015年末或2016年上半年投产,主要用于生产硬合金板材,其中厚板生产能力50kt/a,应有2台拉伸机,先建设1台120MN的,从国外引进,其基本技术参数见表4。
顺虎铝业有限公司位于浙江省永康经济开发区,2012年,从韩国引进1条7075合金厚板生产线,生产能力10kt/a,现正在扩建,将生产能力扩大到50kt/a,可能有1台40MN级的拉伸机。
万航铝业有限公司15kt/a铝厚板项目。该公司位于江苏省吴江市同里镇,即将竣工,是一个专业铝厚板项目,同时生产通用工程与机械用铝合金厚板,产品主要为5052、5083、6061-T6合金,有1台35MN拉伸机。
中国已投产(截至2013年底)及在建的铝厚板拉伸机见表5。
拟建预拉伸板项目至少10个拉伸机估计超过35台
综合国内媒体报道,截止到2014年6月,中国拟建的有预拉伸机的项目至少在10个以上,估计拉伸机总数超过35台。当然这些项目不会都如期建成,但是如有一半如期建成投产,也是实在令人匪夷所思的,主要项目如下,其中有一些已经开始建设或奠基。
山东创新集团计划投资200亿元在内蒙古霍林郭勒市建一个生产能力800kt/a的硬合金板带项目,分两期建设,一期2015年12月建成。
陕西大唐澄城煤电铝一体化项目,铝板带生产能力200kt/a,由大唐陕西发电有限公司控股,澄城县金元铝业有限公司和陕西三秦能源群生发电有限公司参股。
锦联铝材有限公司霍林郭勒项目,为煤-电-铝-铝材一体化项目,分期建设,氧化铝项目在尼日利亚。
宁夏佳盛远达铝镁铝材料有限公司铝平轧产品项目位于中宁县,生产能力500kt/a,总投资117亿元。
内蒙古鸿鑫中厚板项目位于霍林郭勒市,生产能力150kt/a。
世捷铝业有限公司位于吉林省辽源市,平轧铝产品生产能力200kt/a,其中,厚板及蒙皮板生产能力80kt/a,北京维宝世捷投资公司投资。
陕西榆林市千亿元铝、镁产业基地,计划2020年以前陆续建成,其中铝平轧产品生产能力500kt/a。
山西信发综合循环项目位于孝义市装备制造园区,是一个集煤-电-铝-铝材-化工产品于一体的基地,2016年底全部投产,届时产值可超过1000亿元。
据《中国有色金属报》2014年5月22日第5版报道,银河铝业有限公司将建特种铝合金板预拉伸项目,年产量可达60万吨……
2013年,中国有8个企业可生产预拉伸板,有12台拉伸机,占全世界总台数的28.6%,到2015年,中国可有13家企业生产预拉伸板,拥有24台拉伸机,占世界总台数的46.2%,2020年,中国可生产预拉伸板的企业可能会增至20家或更多一些,拉伸机台数可达50台,分别占世界总台数的56%及62.5%。
其次,一个生产能力600kt/a的预拉伸板项目实在是太大了,大的有点吓人,所生产的预拉伸厚板足可以满足全世界的市场需求了。
建设多大规模,什么时候建设等都是投资者的事儿,不过下列几点,还是宜考虑一下。
1. 一个这么大的项目必须进行充分的全球市场调查,到国内外相关企业走走。
2. 4m~6m宽的特大板会占5%左右,同时它们是供造船工业用的,产品运输与建厂地点不可不考虑。
3. 在厚板生产企业中并不是所有的厚板都必须经过预拉伸,大约有40%可通过辊矫与施压消除残余应力与整平,一个预拉伸厚板产能600kt/a的企业,应按厚板总产能900kt/a来配套装备与其他设施。
4. 为降低投资风险,不宜一次性建成,可否分期分批?
5. 600kt/a预拉伸板的企业按保守匡算,需要结构合理的:拉伸机15~20台,辊矫机5台,固溶处理生产线12~15条,超声波探伤线5条,时效退火炉50台。
6. 生产900kt/a厚板,需要生产约1300kt/a扁锭。
7. 需要很强的技术力量,高素质的工人与管理人员,宜及早储备人才。
笔者是一个从事铝加工产品生产60多年的技术人员,总觉得建设这样一个史无前例的超级项目风险很大,不宜贸然上马,前期调研与论证工作非常重要,但愿这是杞人忧天。详细数据见http://paper.cnmn.com.cn/Content.aspx?id=102832&q=3543&v=6
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