48万吨轧制用铝合金扁锭熔铸生产线的工艺设计(续)

刘少宇

(山东南山轻合金有限公司，山东龙口265706)

3.2 主要设备的组合与配置设计方案

3.2.1 48万吨铝合金扁锭熔铸项目主厂房为重钢结构形式，主厂房长330米，宽98米，分别为原料锯切跨、熔炼跨与铸造跨，各为30米宽，在熔炼跨与铸造跨之间设有宽8米的工艺附跨，厂房屋面安装自然通风器，以加强厂房内空气对流，主厂房面积为32340平方米。

3.2.2 48万吨铝合金扁锭项目共有3条年设计产能各为16万吨扁锭熔铸生产线，现以一条铝合金扁锭生产线为例加以说明。

3.2.2.1 原料跨主要功能是存放和储备各种生产所需的大宗原材物料，例如:重熔铝锭、中间合金锭、金属添加剂、金属镁锭等，还有从轧制厂返回的各种工艺废料，以及各种工艺作业车辆停放等，该跨需要占用较大的厂房空间方能满足生产需要。

3.2.2.2 熔炼跨安放有容量为90吨的圆型熔炼炉，两台熔炼炉的左侧、中间和右侧各布置有炉盖支架与隔热屏。两台熔炼炉下方为隧道式设计，安装有一台炉底移动小车式电磁搅拌器，两台炉共用一台电磁搅拌器以节省投资，电磁搅拌器主要功能是在熔炼过程的后期启动，通过炉料温度的对流而加快熔化，在炉料合金化过程中会加快金属元素的熔化速度并使之均匀分布，无接触搅拌不仅降低工人的劳动强度，还可明显降低金属的烧损。两台熔炼炉共用一台轨道式起盖机，可将重达90吨的圆型炉盖移开以方便加入固体料。在熔炼炉的后方地下有3个圆型料斗坑，加料斗自重19吨，一次可装入27.5吨固体料，加料时由起重量为50t/10t的双梁吊车将料斗吊至熔炼炉，用附钩打开料斗仓底盖，固体料滑入熔炼炉内，电解铝液抬包倾翻装置可将电解原铝液很方便的灌入熔炼炉中。

3.2.2.3 两台容量为100吨的倾动式矩型保温炉位于铸造跨厂房内，熔炼炉与保温炉之间由转炉流槽连接，中间的工艺附跨厂房地坪下方安装熔炼炉与保温炉的地下烟管及烟道，地上6米标高为风机平台，安放有排烟风机和助燃空气风机，及各种公辅介质管路及阀组等，风机平台下方吊放安装了电缆桥架，风机平台的左下侧是熔炼/保温炉的电气控制室。

两台保温炉的炉侧端各安装有HD－2000精炼系统，可有效地对炉内熔体进行精炼处理。

两台保温炉铝液流出口为不对称配置，其主要目的是为在线处理设备布置留有相对宽裕的空间，两台保温炉出口流槽由“Y”型口连接，铝合金熔体通过“Y”型流槽转接口先进入SNIF在线除气设备，然后再进入CFF陶瓷过滤箱内，经过一级过滤后的熔体，再进入MCF陶瓷过滤管，经过了两级除气精炼与两级过滤后的铝合金熔体，通过扁锭铸造机上方的“T”型分配流槽进入铸造结晶器内铸造成为各种规格的轧制用铝合金扁锭。

3.2.2.4 扁锭铸造机的液压单元、MCC单元、UPS与远程诊断系统及铸井蒸汽排放风机均放置在厂房外侧的附房中。沿铸造跨厂房内侧放置冷却水控制阀架，可实现对铸造冷却水的精确控制。熔/保炉的地下烟管被引出厂房外，烟气进入冷却塔经喷淋降温后通过布袋式除尘器，经处理后的烟气通过引风机进入烟囱达标排放。

以上所阐述的铝合金扁锭熔铸线工艺配置为典型的2+2+1+1模式，即由两台熔炼炉、两台保温炉、一套在线处理装置和一台扁锭铸造机组合而成，这种组合布局的最大优点是工艺布局结构紧凑，占地面积小，设备利用率高，扁锭产量大，单线可实现年产各种规格铝合金扁锭16万吨以上，完全可以达到设计要求。

4 轧制用铝合金扁锭熔铸生产线辅助工艺设备的选配

在主要工艺设备确定后，合理选定各种必须的辅助工艺设备也是十分重要的，笔者的观点是:凡国内能够生产且可以满足使用要求的尽量选择国产设备，目的是尽量降低投资;凡国内能够生产但其性能与可靠性不够稳定或不把握的以引进解决，目的是确保其使用的可靠性与安全性。

4.1 按上述原则，引进为大型熔炼/保温炉配套使用的扒渣机设备，该扒渣机为自行移动式，扒渣臂长度分别为10米与7米，以满足熔炼/保温炉的扒渣及清炉作业。

4.2 压渣机，该设备的用途是将炽热的炉渣扒入渣箱内，再送入压渣机，用压头将热渣中的铝液压出并使之形成渣壳，以减少铝金属的烧损及烟气污染。

4.3 桥式双梁吊车若干台，起重量50t/10t，主铺钩结构主要考虑了加料斗炉内加料(19吨+27.5吨= 46.5吨)和扁锭的吊运(扁锭专用吊具重量+最大扁锭重量=45吨左右)作业及其它生产辅助作业。

4.4 扁锭吊具分为立吊和平吊两种，德国卡尔斯达公司设计制造，符合欧盟安全标准，可靠性与安全性极高，可操作使用20万次无大修，立吊具为液压夹紧式，具有夹紧保压设计，四吊点设计操作平稳，可左右旋转各180°，主要功能是将铸造完毕的铝合金扁锭从铸井中吊出并水平放置到扁锭待检区;平吊具为双钳口四夹点设计，电动夹紧，采用蜗轮蜗杆锁紧，可左右水平旋转各180°，其最大特点，一是安全可靠，二是夹点对扁锭表面损伤浅，主要用于铝合金扁锭的水平吊运等。

4.5 电动轨道式过跨平车:该设备主要用于将铝合金扁锭从铸造跨厂房转送至原料锯切跨厂房，实现对扁锭的头尾锯切，该电动平车最大载重为100吨，采用滑触线供电，运行平稳。

4.6 直读光谱仪:该仪器为德国OBLF公司设计制造的G750型直读光谱仪，性能稳定、精确，主要用于铝合金扁锭熔铸生产过程中的炉前合金成分快速分析检测及成品扁锭的化学成分分析，是熔铸生产中不可缺的重要检测设备。

4.7 测氢仪:该仪器为加拿大ABB－Bomen公司生产Alscan在线测氢仪，主要用于铝合金扁锭铸造过程中熔体气体含量在线检测。

4.8 测渣仪:该仪器为加拿大ABB－Bomen公司生产的Limca－CM型，主要用于铝合金扁锭铸造过程中熔体渣含量的在线检测。

5 轧制用铝合金扁锭熔铸生产线公辅配套设施

公辅设施主要包括维持正常生产所需的风、水、电、气等配套介质及动力系统，它与主要工艺设备、辅助工艺设备一样是实现生产正常运行不可缺的重要组成部分。

5.1 浊循环水系统

扁锭铸造过程是一个热交换、能量传递平衡的过程，铝合金熔体由液态变为固态，其间要释放大量的热量，这部分热量需要由铸造冷却水对扁锭进行冷却并将热量带走。

浊循环水系统是一个独立的封闭系统，它主要由冷水池、热水池、冷却塔、冷水泵、热水泵、管网及其电气控制系统构成。

冷水池的有效容量应确保不小于90分钟的冷却水供应，目的是尽量减少扁锭铸造过程中水温的变化不大于3℃，满足工艺要求，冷水泵与铸井均需单独配置，采用变频技术，以实现恒压变量供水，浊循环水系统最大供水能力为1200m3/h。

5.2 净循环水系统

净循环水系统由水池、冷却塔、净循环水泵及其管路构成，净循环水主要是为熔炼炉提供水冷环、电磁搅拌器等各种设备的降温需要。

5.3 高位水塔

高位水塔，容量50m3，高度30m，水的净压力不小于0.3MPa，它的功能是为扁锭铸造机提供紧急用水，以避免在紧急状态下能够向每台铸机提供不少于5分钟，流量不低于20m3的稳定供水，避免结晶器因过热损坏而发生事故。

5.4 压缩空气系统

压缩空气系统由螺杆式空压机、冷冻干燥机、电气控制部分及相应的管网构成，其功能是向用气设备提供稳定压力的压缩空气，确保设备的安全稳定运行。

5.5 高低压供配电系统

该系统是整个工厂的心脏，主要由变压器、高压配电、低压配电等部分组成，负责为所有设备提供运行动力及各种照明等。

5.6 天然气调压站

熔炼/保温炉所使用的燃料是天然气，热值8400大卡/Nm3，供气压力0.1～0.3MPa，最大供气能力7000Nm3/h。

5.7 工艺气体站

该系统安装有2套各为50Nm3/h的制氮机组，氮气纯度99.9995%，氮气储罐容积10m3，主要提供保温炉HD－2000精炼所需的惰性气体。

低温氩气储罐，容积15m3，2台，工作温度 －196℃，氩气汽化器100m3/h，氩气纯度99.9995%，主要为SNIF在线处理设备提供精炼用工艺气体。

氯气系统由液氯瓶(容量1000L)、氯气储罐(容积2m3)、氯气管线等组成。经气化后的氯气主要提供HD－2000精炼系统和SNIF在线处理精炼所需的活性气体。

6 结束语

①山东南山轻合金公司东海熔铸项目已建成投产，轧制用铝合金扁锭产能达到48万吨，加上此前已有的32万吨扁锭产能，轧制用铝合金扁锭年产能达到80万吨，不仅可以满足冷轧二期投产后的扁锭需求，也为打造南山高端铝产业链做出了不可缺的贡献;

②48万吨轧制用铝合金扁锭熔铸线总体工艺技术已达到当今世界最先进水平，单块铝合金扁锭重量达38吨，是世界上最重的铝合金扁锭之一。高品质的铝合金扁锭不仅为制罐、双零铝箔的轧制生产提供了优质坯料，也为后续航空航天及特殊用途高档铝合金板带材的开发奠定了坚实的基础;

③通过优化工艺设计，采用大型圆型熔炼炉、倾动式保温炉、熔体电磁搅拌、HD－2000炉内精炼、炉外在线熔体连续处理工艺并进行有机整合，特别是将HD－2000+SNIF+CFF+MCF技术集成，更是把铝合金熔体的净化清洁提升到一个全新的高度，从而为生产出大规格、高品质的轧制用铝合金扁锭及铝合金板、带、箔材奠定了坚实的基础。

笔者认为:正像自然界中没有完全相同的两片冰花，世界上也不可能有无差异的同类工厂，不同的需求有不同的考量，适合自己的即是最好的。笔者有幸能在中国铝工业快速发展的过程中有机会成为一个建设者和参与者而倍感荣幸，此文权当为阶段性工作总结，并求教于行业同仁。