論鋁板帶連鑄連軋工藝與節(jié)能、減排的關(guān)系

1、    論鋁板帶連鑄連軋工藝與節(jié)能、減排的關(guān)系         目前，國內(nèi)鋁加工業(yè)行業(yè)在節(jié)能環(huán)保方面還存在很多問題，尚有相當大的潛力可挖。本文將以鋁板帶的生產(chǎn)為例，闡述在條件允許的情況下采用節(jié)能、減排的短流程工藝，比如鋁板帶連鑄連軋工藝有可能涉及到的一些技術(shù)選擇問題。鋁板帶生產(chǎn)工藝路線的選擇概而言之，當前的鋁板帶生產(chǎn)方法大致有兩種。一種叫做直冷工藝；另一種叫做連鑄工藝。采用直冷工藝可以建立如下一些生產(chǎn)線：單機架單卷取、單機架雙卷??；(1+X機架)熱粗軋十熱連軋生產(chǎn)線(注：有企

2、業(yè)先建l+1機架，然后再發(fā)展成1+4機架等)。采用連鑄工藝則可以建立雙輥式鑄造生產(chǎn)線和雙帶式鑄造生產(chǎn)線。事實上，鋁板帶生產(chǎn)共有三種工藝可供開發(fā)商選擇，即直冷工藝，鑄軋工藝和連鑄連軋工藝。一、直冷工藝的特點：工藝路線長，工序多，包含大板坯鑄造、鋸頭、銑面、預熱或均勻化、熱粗軋(到25mm左右)、熱連精軋(后接冷軋和精軋)；能耗(含電能和熱能)高；料耗高(工藝廢品多)；原始投資較高。但是，產(chǎn)品的合金品種和規(guī)格齊全，工藝成熟，可生產(chǎn)罐體料、航天航空用中厚板、高檔PS板基、高壓陽極鋁箔坯料等。二、雙輥式鑄軋工藝的特點：工藝路線特短，只包括鑄軋和卷取(板帶通常為6mm左右，世界上只有可數(shù)的幾條生產(chǎn)線可以

3、鑄軋到23mm)；能耗低；工藝廢品少；產(chǎn)量較低時投資較小。但是，產(chǎn)品的合金品種和規(guī)格也因此而受局限，鑄軋后的產(chǎn)品為鑄造結(jié)構(gòu)，須經(jīng)冷軋才能達到12mm厚度。三、連鑄連軋工藝的特點：工藝路線短，包括連鑄、在線熱連軋、卷取，無鋸頭、銑面、預熱等工序；熱能消耗(包括電和礦物燃料)低。當熱軋卷年產(chǎn)量在4萬t以上時，其單位能耗比鑄軋工藝還要低；工藝廢品少。軋至12mm的熱軋卷，成品率高達94%96%；產(chǎn)品為熱軋帶卷，熱軋變形量在十倍以上，產(chǎn)品性質(zhì)優(yōu)良；合金品種較多，除了航空和航天用中厚板及一級PS板基等產(chǎn)品不能生產(chǎn)外，能生產(chǎn)大多數(shù)民用鋁板帶；且生產(chǎn)成本低，同直冷工藝相比，原始投資亦較省。用該工藝生產(chǎn)罐料和

4、汽車蒙皮料的研究工作已經(jīng)取得了令人鼓舞的結(jié)果，有待于進行商業(yè)化推廣應用。工藝路線選擇應是開發(fā)商考慮的首要問題之一。筆者認為，在經(jīng)過市場需求調(diào)研、產(chǎn)品方案設(shè)計、資金籌措和投入產(chǎn)出計算的基礎(chǔ)上，開發(fā)商應盡可能選取有利于節(jié)能、減排、有利于可持續(xù)發(fā)展的先進工藝。鋁板帶廠址的選擇為了達到節(jié)能減排的目的，鋁板帶廠址的選擇亦有一定的意義。比較一下鋁板帶廠址位置的不同設(shè)置方案(是否在冶煉廠旁)，可以清楚地看到這一點。一、不在鋁電解廠旁設(shè)廠：這樣的話，在建立鋁冶煉廠的同時就要建立重熔用錠鑄造車間，需要投資；重熔用錠需要捆扎和堆放，需要占用土地；重熔用錠經(jīng)過銷售流通，多了一次成本；到了板帶廠之后需要用礦物燃料將其

5、熔化，每熔化1kg鋁需消耗幾十升柴油，或者按有關(guān)廠家估計，每熔化1t鋁約需用500元燃料費；在將重熔用錠熔化為鋁液時，要燒損l%2%的鋁，約合3040元人民幣；重熔過程中還將排放大量的二氧化碳以及其它有害氣體，污染大氣環(huán)境。二、在鋁電解廠旁設(shè)廠：省去了大部分重熔鋁錠的鑄造設(shè)備及投資；省掉了重熔工序的能耗及料耗；減輕了對大氣環(huán)境的污染；鋁板帶產(chǎn)品具有巨大的成本或價格優(yōu)勢；可以更好地形成煤電鋁鋁板帶產(chǎn)業(yè)鏈。將上面情況進行比較，可以清楚看到將鋁板帶廠建立在鋁電解廠旁具有極大的節(jié)能減排優(yōu)勢。需要說明的是，在鋁電解廠附近僅建立用電解液鑄造大板錠或者鑄軋坯的鑄造線，然后將其運到別處去軋制，亦可視為在鋁電解

6、廠旁建立板帶生產(chǎn)線。若采用連鑄連軋工藝，則整個連鑄連軋線都必須建在鋁電解廠旁，但其冷軋和精整線仍可放在別的地方。值得重視的一些不良傾向綜觀世界以及中國的鋁板帶產(chǎn)業(yè)發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，近年來該產(chǎn)業(yè)在工藝和廠址選擇方面尚存在許多不良傾向，值得業(yè)內(nèi)及有關(guān)方面重視。1、在生產(chǎn)工藝路線選擇方面自19世紀80年代鋁電解工業(yè)問世后不久，人們就開始生產(chǎn)鋁板帶材。最早采用的商業(yè)化生產(chǎn)工藝是鐵模鑄造，后接“二人轉(zhuǎn)”軋機。到上世紀30年代，出現(xiàn)了較現(xiàn)代化的直冷鑄造機和軋機。二次世界大戰(zhàn)后，鋁板帶工業(yè)在一些發(fā)達國家發(fā)展迅速，目前，世界上仍在發(fā)揮主要生產(chǎn)作用的熱連軋機均為上世紀6070年代投產(chǎn)。雙輥式鑄造機是采用運動模的連鑄

7、機，1896年由托馬斯.貝塞麥提出，經(jīng)克萊倫斯.哈茲列特改進，由約瑟夫.亨特投入商業(yè)化運行，后來得到了廣泛應用。雙帶式鑄造機則由哈茲列特發(fā)明，自上世紀60年代投入商業(yè)化運行。應該說，發(fā)明連鑄工藝的目的是為了縮短工藝流程，提高生產(chǎn)效率，降低原始成本和生產(chǎn)成本。從上文可見，三種工藝各有其適用范圍，也各有其市場地位。對于那些自己適用的產(chǎn)品來說，各工藝自有其不容撼動的市場地位。根據(jù)近年來對于北美洲(含美國、加拿大和墨西哥)鋁板帶生產(chǎn)工藝產(chǎn)品市場份額的調(diào)研，得知直冷工藝(主要指l+2、1+3和l+4等)仍占據(jù)著23的市場份額，另13則由兩種連鑄工藝對分。但是應該指出，自1983年以后，美國不僅沒有再建立

8、與直冷鑄造相匹配的熱連軋線，甚至還將部分直冷鑄造生產(chǎn)線拆除或搬到國外，因為它們的生產(chǎn)能力明顯過剩了。反過來看一下雙帶式鑄造生產(chǎn)線，它們基本上是近二十多年建立的。美國最后一條連鑄連軋生產(chǎn)線于2005年投產(chǎn)，新的生產(chǎn)線正在積極籌劃中。總的發(fā)展趨勢為：采用節(jié)能減排的連鑄連軋工藝比例在逐步增加。中國的鋁板帶工業(yè)始于1932年，當時建立的板帶廠現(xiàn)名為華瑞鋁業(yè)，仍在進行生產(chǎn)。1956年，東北輕合金加工廠的建立標志著中國現(xiàn)代鋁板帶工業(yè)的開始，但是后來的發(fā)展并不快，直到2002年，中國的鋁板帶工業(yè)才開始快速發(fā)展起來。中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，迫切需求大量的鋁板帶材，于是大量的雙帶式連續(xù)鑄軋生產(chǎn)線和直冷鑄造生產(chǎn)線(主

9、要為單機架熱軋生產(chǎn)線)應運而生。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國保有的鑄軋線已有327條，到2010年可達到400條，總生產(chǎn)能力將達到320萬ta，將占全球該工藝總產(chǎn)能的一半左右。近年來，中國直冷鑄造熱軋生產(chǎn)線的發(fā)展已達到狂熱程度。亦據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)已建成184條熱軋機生產(chǎn)線，扣除其中150臺二輥塊片熱軋機后，可以看到其中有34條屬于常規(guī)的直冷鑄造工藝生產(chǎn)線。其中，僅單機架雙卷取熱軋就有13條線，幾乎等于國外企業(yè)(不含中國)擁有量的兩倍。在這13條生產(chǎn)線中絕大部分都是近年建造的。目前，中國的熱軋生產(chǎn)能力已達到358萬ta。現(xiàn)國內(nèi)還在建更多的直冷鑄造常規(guī)熱軋生產(chǎn)線，到2010年常規(guī)熱軋生產(chǎn)能力很可能還會再增一

10、倍以上，屆時中國將成為世界上最大的熱軋生產(chǎn)國。綜觀國外(以美國為例)鋁板帶工業(yè)的工藝選擇，我們可以看到其工藝選擇較為多樣化，即直冷鑄造及熱連軋工藝、雙輥連續(xù)鑄軋工藝和雙帶式連鑄連軋工藝各占一定的市場份額。經(jīng)過長期市場經(jīng)濟的考驗，不僅生產(chǎn)廠家在歸并和減少，而且多余的常規(guī)熱軋能力被拆除和外移，現(xiàn)單機架雙卷取生產(chǎn)線已所剩無幾，且在市場競爭中處于十分不利的位置。相反連鑄工藝生產(chǎn)線(主要是雙帶式鑄造工藝)仍具有上升的勢頭，其主要原因是該工藝不僅可以節(jié)能、減排，而且在民用產(chǎn)品生產(chǎn)方面具有很強的市場競爭力。綜觀國內(nèi)鋁板帶工業(yè)的工藝選擇，我們可以看到：其工藝選擇過于單一，至今尚無一條連鑄連軋生產(chǎn)線。最近幾年建

11、立了過多的單機架雙卷取生產(chǎn)線，這是一種不良傾向，應該盡快得到調(diào)整。要知道以直冷鑄造為特點的單機架雙卷取熱軋并不是一種節(jié)能、減排的優(yōu)秀工藝，在未來的市場競爭中必將處于劣勢，甚至于最終遭到市場的淘汰。2、在鋁板帶廠址選擇方面據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，2006年全世界鋁板帶的用鋁量為1803萬t。其中，由于有些板帶廠的鑄造線建在鋁電解廠旁邊，直接將鋁電解液鑄成大板錠(計637.77萬t)或帶坯(計81.2萬t)，避免了先鑄成重熔用錠，節(jié)約了燃料和金屬材料。但是，仍有1083萬t的電解鋁液被鑄成了重熔用鋁錠。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，近20年來全世界用電解鋁液直接生產(chǎn)板帶的比例在下降。1986年的比例為57%，1996年

12、為56%，而2006年則下降為42%。這是值得注意的不良傾向。據(jù)專家分析，造成這一傾向的原因有二：一是，有些國際性鋁業(yè)公司關(guān)掉了原來與板帶廠聯(lián)建的鋁電解廠；二是，新建的一些大型鋁電解廠尚未建立與之相匹配的板帶廠。我國的大型鋁電解廠起步較晚，有些公司已注意到要把鋁液鑄成板坯。但是，還有很多鋁電解廠仍在生產(chǎn)重熔用鋁錠。在越來越重視節(jié)能、減排和持續(xù)發(fā)展的今天，國內(nèi)有關(guān)部門應該對此予以特別的注意，并制定相應的政策舉措扭轉(zhuǎn)這種傾向。直接將電解鋁液連鑄連軋成板帶材，有利于節(jié)能、減排和可持續(xù)發(fā)展在探討了鋁板帶生產(chǎn)工藝和廠址選擇的問題后，筆者著意推薦一種特別能節(jié)能和減排的短流程工藝，它就是建立在美國哈茲列特連

13、鑄工藝基礎(chǔ)上的連鑄連軋工藝。現(xiàn)將有關(guān)要點列舉如下。流程短：在鋁電解廠旁邊建立鋁板帶生產(chǎn)線。用中間包將電解鋁液運到板帶廠，并倒入合金爐中，加入少量固體鋁錠和合金化元素配制合金，經(jīng)扒渣、靜置、脫氣、過濾并添加晶粒細化劑后，進行雙帶式連鑄，通過三機架熱連軋到12mm厚后卷取。此工藝生產(chǎn)連續(xù)性強，且便于進行在線合金品種切換。產(chǎn)品覆蓋面寬：可以生產(chǎn)1000、3000、5000、6000、8000系合金板帶，用于建筑、包裝、交通運輸?shù)榷喾N民用領(lǐng)域。已經(jīng)取得的研發(fā)成果展示，未來該工藝極有可能用于罐體料和轎車蒙皮鋁板的生產(chǎn)。產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良：這是一種科技含量高的成熟工藝，采用各種措施保證了板帶產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量、表面

14、質(zhì)量和板型。節(jié)約能源：為了便于說明問題，哈茲列特先生曾對不同工藝和不同廠址的生產(chǎn)線進行過定量分析。設(shè)想建立一條年產(chǎn)30萬t、2m寬、l2mm厚的鋁板帶熱軋生產(chǎn)線，通過計算，他取得下列熱能成本數(shù)據(jù)如下：(1)、在鋁電解廠旁建連鑄連軋生產(chǎn)線：每公斤熱軋板的成本=37.66元(保溫爐合金化)+20.33元(鑄造)+90.00元(熱連軋)=148元。(2)、用重熔鋁錠作原料建連鑄連軋生產(chǎn)線，則每公斤熱軋卷的熱能成本為410元。(3)、在鋁電解廠旁建直冷生產(chǎn)線(或用電解鋁液鑄大板錠)=每公斤熱軋板的熱能成本=37.66元(保溫爐合金化)+10.76元(板坯鑄造)+15.26元(板坯鋸頭和銑面)+81.8

15、7元(預熱)+114.36元(熱粗軋)+90.00元(熱精軋)+50.00元(冷軋)=400元(4)、用重熔鋁錠做原料建直冷生產(chǎn)線，則每公斤12mm毫米厚板材的熱能成本為662元。將第一種工藝與第四種工藝的熱能成本進行比較，可以看到后者的熱能成本相當于前者的4.5倍。這是多么大的差距！值得注意是，世界上(包含我國)竟然還有相當多的鋁板帶廠仍在采用這種高能耗、排污多的工藝。減少排放：建立上述不同的生產(chǎn)線，生產(chǎn)每噸鋁板帶排出的溫室氣體(二氧化碳等)分別為：第一種工藝155kg；第二種工藝347kg；第三種工藝416kg；第四種工藝608kg。由此可以看出第四種工藝的溫室氣體排放量約等于第一種工藝的

16、4倍，可見差距之大。結(jié)語我國鋁加工行業(yè)要想盡快實現(xiàn)節(jié)能、減排目標，就必須在技術(shù)路線的選擇上進行正確決策。因此，發(fā)展商在準備投資鋁加工行業(yè)、上鋁板帶項目之前，應明確和把握好以下幾點。1、鋁加工企業(yè)采用先進的節(jié)能、減排工藝，將享受政府的稅收優(yōu)惠我國的節(jié)約能源法指出，“節(jié)約資源是我國基本國策。國家實施節(jié)約與開發(fā)并舉、把節(jié)約放在首位的能源發(fā)展戰(zhàn)略?！薄ⅰ皣疫\用稅收等政策，鼓勵先進節(jié)能技術(shù)、設(shè)備的進口?！?006年底，我國商務部、國家稅務總局公布的“中國鼓勵引進技術(shù)目錄”中，第一次包含“鋁板帶哈茲列特連鑄連軋技術(shù)”，(注意：這也是目前國家唯一鼓勵的鋁板帶生產(chǎn)工藝。)其編號為053304G。在其技術(shù)說明

17、中，第一次明確界定：“能夠?qū)崿F(xiàn)鋁的連鑄連軋，而不是一般的鑄軋”。鋁加工企業(yè)采用這種國家鼓勵引進的技術(shù)，將享受政府的稅收優(yōu)惠待遇。2、鋁板帶連鑄連軋是一種技術(shù)含量較高的成熟工藝，鋁加工企業(yè)應將其列為首選中國的電解鋁產(chǎn)量，自2002年起躍居世界第一位。2008年，我國電解鋁產(chǎn)量將達千萬噸以上。我國眾多的大型鋁電解廠正在考慮將煤電鋁產(chǎn)業(yè)鏈進一步延伸成為煤電鋁鋁材產(chǎn)業(yè)鏈。這些鋁電解廠最適合采用這種先進工藝，將電解鋁液直接轉(zhuǎn)換成12mm厚的熱軋鋁板帶，真正做到節(jié)能、減排，大大有利于可持續(xù)發(fā)展。哈茲列特連鑄連軋技術(shù)是一種成熟技術(shù)，全世界已有十幾條鋁板帶生產(chǎn)線在運轉(zhuǎn)，經(jīng)濟效益良好。與此同時，它又是一種含有多項專利注冊技術(shù)的高科技生產(chǎn)工藝，特別適合