美國金屬服務中心鋁圓錠水平連續線投產生產能力達世界領先

    日前,位于美國弗吉尼亞州喬治王子城的金屬服務中心(Service Center Metals)的鋁合金圓錠水平連續鑄造生產線投產,這是該中心第二臺類鑄造機,它的圓錠水平連續線(HDC)的生產能力為4.536萬噸/年,而第一條生產線的鑄造能力為3.402萬噸/年,總產能7.938萬噸/年,成為目前總產量世界上最大的HDC鋁合金擠壓用圓錠鑄造者.兩條生產線并列位于鑄造車間內,鋁熔體流出的流槽相距約2m,然后逐漸加大間距,流向各自鑄造機,兩臺鑄造機的間距約20m.

    兩條水平連鑄線的總生產能力近8萬噸/年,除滿足中心本身的需求外,還有一部分銷往北美市場.第一條鑄造生產線2003年投產,可鑄圓錠最大直徑356mm,其有2臺擠壓機,第1臺228.6mm,2003年8月投產;第二臺可擠壓356mm的錠,2006年3月投產.2006年,美國軟合金擠壓材產量約47.6萬噸/年(主要為6063合金及6061合金,其中金屬服務中心的產量占18%).228.6mm的擠壓機(指可擠壓錠最大直徑)的產品質量為0.7436kg/m——55.74kg/m,356mm擠壓機的產品質量為2.23kg/m——89.23kg/m.

    現在的水平連鑄法已將該法的優越性發揮到了相當高的水平,這多歸功于緊湊式重熔車間理念(Compact Remelt Plant concept,CRP Concept)的形成與發展,它是奧地利西馬克集團(SMS)所屬赫特威希中心(Hertwich)提出的,并加以發展與完善.CRP理念于上世紀80年代形成,首先是為了解決擠壓廠的問題,用于熔化新(工藝廢料)、舊(從市場上收購的)廢料,經熔化與處理后鑄造擠壓用的錠.經10年的發展與完善,當下CRP已形成一條集備料-裝料-熔化-熔體處理-雙層堆集長錠-超聲探傷-連續均勻處理-控制冷卻-長錠包裝與發運產業鏈,這是全球首條該類無頭短流程長錠熔煉鑄造生產線.

    金屬服務中心的CRP無頭短流程圓錠熔煉鑄造線除實現了全流程的自動化外,另一大優點是原料中使用了更多的舊廢料,廢料經過精準的預處理,能確保成分萬無一失.

    截至2016年,赫特威希長圓錠熔煉鑄造生產線全球約有30條,但金屬服務中心的這兩條線的生產能力卻是最大者,占地面積25260.72m2,長錠總生產能力7.938萬噸/年,除自用60%外,還有40%的優質長錠外銷.

    金屬服務中心2號水平連鑄線的建設速度快、工程質量高,這得益于赫特威希中心與金屬服務中心的通力合作,由于金屬服務中心的一些工程師和工人從設計開始就參與項目的建設,對開工后的順利投產起了很大作用,投產后16個月一直運轉正常,沒有發生破壞性停車事故.該生產線操作工人25名.2條生產線熔煉爐都用的是再生式燒嘴與現代化的控制技術,因此有很高的熱效率.2號線的原料預熱室由箱形改為立式桶狀,原料從頂部裝入,熾熱爐氣從下往上上升,原材料表面的有機化合物被焚化,形成一些可熱解的氣體,流入主燃燒室燃燒,預熱爐下部被加熱到一定溫度的原爐料進入爐的熔化室.熔化室內有鋁熔體泵,可使鋁循環流動,加速熔化,減少氧化損失.

    爐內鋁熔體經每30min一次的發射光譜成分分析合格后,從爐內流出,進入旋轉除氣爐(室),將熔體中的氫含量降至0.19cc/100g以下,經泡沫陶瓷過濾板除去雜質后流入水平連鑄機,2號線的鑄錠直徑356mm,是當下世界上的最大者,突破了水平鑄造的禁區,而且可同時鑄造直徑不同的兩種錠.

    水平連鑄機的鑄造模可連續鑄造7天,在此期間的鑄造速度始終如一,冷卻水的冷卻強度恒定不變,因此幾千米長的錠只有一個頭和一個尾,7天中錠的冶金組織不變,性能如一.而在正式鑄造中,每鑄約7.3m長或14.5m長便停鑄,就會產生作為廢料的頭尾,而且錠的頭、中、尾部的冷卻速度不一,冶金組織和性能也略有差別,從這些方面來看,水平連鑄法的優點是無可比擬的.2號水平連鑄線每鑄次可鑄18根——20根錠.

    金屬服務中心在生產水平連鑄錠時,由同步鋸將錠鋸成一定尺寸、可供擠壓用的長錠(log)或短錠(billet),短錠在擠壓前加熱后即可直接裝入擠壓筒,而長錠在加熱后還必須經過熱剪,方可裝入擠壓筒.在此,需注意的是,中國鋁擠壓界自上世紀80年代初中期在廣東興起鋁擠壓熱潮以來,一直將"log"與"billet"譯為"棒",這是不妥的,至少不規范,"棒"的英文為"rod"與"bar",是指經過擠壓或軋制等壓力加工的半成品.

    鑄造好的長錠都經過100%的超聲探傷.現在金屬服務中心向北美擠壓市場銷售的擠壓圓錠的商品名稱為"Laser Log",其合金為6061、6063、6082、6005a、6105等,直徑203mm——356mm,每種錠的直徑可相差25.4mm,錠的最大長度7874mm.該中心鑄造的"Laser Log"錠表面相當光滑,手感平滑.

    Laser Log錠的表面品質與VPC錠相比還略好一些,表面層厚度與VDC錠相當,晶粒細小,小于150μm,經過均勻化處理后,顯微組織中的β相有95%以上轉變為D-AlFeSi相,錠的各項性能得到全面改善,可以生產出性能穩定的優質擠壓材.