鋁及鋁合金軋制設備分析與研究

（棟梁鋁業有限公司，浙江 湖州 313000）

1 鋁及鋁合金軋制的特點

我國是鋁及鋁合金的生產大國，軋制是主要的生產工藝，該工藝具體是指軋輥與軋件在相互作用的過程中，受到摩擦力的牽引，軋件被拉入到旋轉的軋輥間，受到壓縮產生塑性變形[1-3]。在鋁及鋁合金生產中，較為常用的軋制工藝有以下幾種：鑄扎、冷軋、熱軋。下面分別對這幾種軋制工藝的特點進行分析。

1.1 鋁及鋁合金鑄扎工藝

鑄扎是一種連續鑄造、連續軋制的過程，該工藝的特點體現在如下幾個方面：其一，整個軋制過程不需要對鋁錠進行鋸切、銑面及加熱，從而使得工藝流程大幅度縮短；其二，與熱軋相比，鑄扎工藝的能耗較低，可以節能30-50%左右；其三，幾何損失以及工藝廢品均比較少，由此使得軋制成品率獲得進一步提升；其四，軋制設備比較的結構比較簡單，占地面積小，前期投資少，適用性較強[4]。

1.2 鋁及鋁合金冷軋工藝

冷軋工藝具體是指在結晶溫度以下的軋制過程，該工藝的特點如下：其一，由冷軋軋制出來的鋁及鋁合金產品的結構組織與性能都相對較為均勻，由此使產品具備了良好的機械性能和再加工性能；其二，冷軋生產出來的鋁及鋁合金產品的尺寸精度較高，并且表面質量和板形也都非常好；其三，通過對加工率的有效控制，并配合熱處理工藝，能夠獲得各種狀態的產品；其四，冷軋可以生產出比鑄扎和熱軋更薄的鋁及鋁合金產品。

1.3 鋁及鋁合金熱軋工藝

熱軋工藝具體是指在結晶溫度以上的軋制過程，其工藝特點主要體現在如下幾個方面：其一，與冷軋工藝相比，熱軋的能耗更低一些；其二，可以進一步改善加工工藝性能，在對鋁及鋁合金進行熱軋的過程中，可使組織發生變化，即由低塑性鑄態向高塑性鑄態轉變，隨著粗大的晶粒全部破碎，使得產品的缺陷隨之消除；其三，能夠對體積較大的鑄錠進行加工，有助于生產率的進一步提升[5-7]。

2 鋁及鋁合金軋制設備的現狀分析

2.1 鑄扎設備

隨著技術水平的不斷提升，加之科研人員的不懈努力，使得我國的鋁帶坯鑄扎工藝及設備獲得了長足進步，國產鋁材鑄扎機的性能獲得了全面提升，較具代表性的產品為超薄快速型鑄扎機，該設備可對1、3、5、8四個系的鋁合金進行鑄扎，年產量約為2.8萬t左右。從全球鋁及鋁合金鑄扎工業的總體情況上看，快速、寬、薄、自動化是鑄扎設備的主流發展方向。

2.2 連鑄連軋設備

在雙鋼帶式連鑄機方面，美國Hazelett公司的產品，無論是在工藝，還是設備結構上，都遠遠領先于其他國家，該設備在國外的鋁軋制業中得到了廣泛應有，如北美、歐洲等國家，使用的全部都是該生產線。目前，該公司的雙鋼帶式連鑄機正朝著自動化、智能化的方向發展，通過不斷減薄鋁帶坯的厚度，來達到提升鋁制品整體質量的目的，不僅如此，隨著設備智能化水平的進一步提升，操作過程將會變得更加簡單，生產過程的穩定性也會隨之提升，由此可大幅度降低生產成本。

2.3 冷軋與熱軋設備

（1）冷軋設備。目前，我國的鋁材冷軋生產能力位于世界首位，單機架冷軋機的數量較多，約為550臺左右，相應的生產線在15條以上，中小型的單機架冷軋機基本實現了國產化，只有極少數設備為國外進口，設備國產化的程度已經非常之高。但是寬幅高速冷軋機的數量相對較少，大部分都是從國外進口，因此，加大此類設備的研發力度，使其在較短的時間內實現國產化的目標是今后的主要工作。

（2）熱軋設備。①熔鑄設備。相關調查統計結果顯示，我國鋁錠的年產量約為22000kt，不同容量的熔鑄生產線數量已經達到千條提上，其中絕大部分均為國產設備，只有極少的大型熔煉爐是從國外引進。同時，在線凈化及細化兩大系統也基本實現國產化。但由于我國在液壓技術方面的欠缺，致使很多液壓系統仍以進口為主。②單機架熱軋機。此類設備按照輥面寬度可分為650-1000mm和1000mm以上兩種，根據類型又可以分為單機單卷取和雙卷曲兩種，前者的臺數已經超過200臺，后者也將近100臺，其中只有極少的設備是從國外進口，大部分均為國產化。③熱粗-精軋線。我國在此類生產線上，只有西南鋁與河南鋁為國產，其他的均為進口，國產化程度相對較低。④熱連軋線。此類生產線有三種形式，即（1+3）、（1+4）和（1+5），其中（1+3）式生產線，基本都是從國外引進，只有杭州永杰新材料公司使用的國產線，國產化的程度偏低；（1+4）式生產線已經投產的在10條以上，國產化程度達到60%以上；（1+5）式生產線的數量相對較少，相關設備全部是從國外引進，國產化率幾乎為零。⑤航天級鋁合金熱軋線。截止到目前，我國已經投產的航天級鋁合金厚板熱軋線為7條，出西南鋁的兩條線為國產之外，其余的均為國外進口。

3 鋁及鋁合金軋制設備的發展趨勢及對策

對于鋁及鋁合金軋制設備而言，衡量其是否達到國際先進水平的標準主要是看設備的國產化程度高低，我國的鋁及鋁合金軋制設備得到了長足發展，從最初的全部靠進口，到逐步國產化，現如今，我國已成為鋁及鋁合金的生產大國，相關的軋制設備也長在趕超國際水平。然而，雖然我們在一些方面取得了成功，但不得不承認的是，與發達國家之間尚有一定的差距，不斷縮小這個差距，將是我國在未來努力的主要方向。下面重點對鋁及鋁合金軋制設備的國產化發展趨勢進行，并提出相應的對策。

3.1 發展趨勢

現階段，我國的工業化水平也較之以往大幅度提升，但在實際生產中，能耗較高、污染較大的問題非常突出，而在節能環保的理念下，必須不斷降低工業生產的能耗以及對自然生態環境的污染和破壞，這樣才能實現人與自然的和諧發展。鋁及鋁合金材料具有輕量化、綠色環保等特點，由此使得該材料將在未來一段時期獲得快速發展，而鋁及鋁合金生產中的關鍵因素是軋制設備，在這樣的形勢下，軋制設備必將隨之獲得進一步發展，因此，不斷提高鋁及鋁合金軋制設備的國產化水平是今后的主要任務。具體的發展方向如下：其一，要逐步加快鋁及鋁合金設備的更新換代，對現有的設備進行改良，并將一些性能落后的設備逐步淘汰掉，除某些關鍵的部件之外，爭取全部實現國產化，借此來提高鋁及鋁合金軋制設備的國產化率。其二，在未來的5-10年里，國內的各大設計院、研究機構及鋁業集團，應當加大對鋁及鋁合金軋制設備的研究力度，不斷提升設備的國產化水平，拉近與國際之間的差距，從而使我國逐步成為鋁及鋁合金的制造強國。其三，目前國內的鋁及鋁合金軋制設備的輔助裝備稍顯滯后，因此，在未來一段時期，應當加大該方面的研究力度，除了某些技術含量超高的裝備可通過進口獲取之外，剩余的輔助設備應當在5-10內全部實現國產化，這對于鋁及鋁合金窄軋制設備整體水平的提升具有重要的現實意義。其四，由于鋁及鋁合金軋制設備的液壓及電控兩大系統較之國外發達國家的技術水平尚顯落后，所以，要加強對其的研究，逐步提高設計與制造水平，爭取在短時間內追趕上國際先進水平，并使系統的國產化率提升至60%以上。其五，要進一步強化自主研發核心技術的能力，在對國外先進技術進行引進的同時，應對其進行研究，并在此基礎上通過創新，來提高我國的鋁及鋁合金軋制設備的國產化水平。

3.2 對策建議

為進一步推動我國鋁及鋁合金軋制設備國產化程度的提升，筆者提出以下幾點對策和建議：其一，應當發揮出政府的指導作用，逐步加大宏觀調控力度，對相關的資源進行合理的配置和利用，并在現有的基礎上，不斷加大產業轉型及產品升級力度，對于規模較小、技術設備比較落后且不具備市場潛力的鋁及鋁合金生產制造企業，可以采用合并的方式進行轉型，同時，要逐步消除低水平和重復建設，加快組建與國際化接軌的鋁加工設備集團公司。而國家應當出臺一些扶持政策，以此來促進我國制造工業的發展。其二，建議加快組建與世界級水平相仿的鋁及鋁合金設備技術研發機構，并通過培訓提高技術人才的素質和專業水平，為軋制設備技術水平的提升提供人才保障。其三，應當進一步加大科技投入力度，把各種先進的技術和科研成果應用到鋁及鋁合金軋制設備的研發當中，以此來增強產品的技術含量，全面提升軋制設備的整體性能。筆者建議，可將如下技術應用于軋制設備的開發當中：CAD技術、有限元分析技術、PID控制技術、人工神經網絡等等。

4 結語

綜上所述，我國是鋁及鋁合金制品的生產大國，但在軋制設備方面卻與國外發達國家之間存在一定的差距，為了逐步拉近這一差距，在未來一段時期，應當加大對鋁及鋁合金軋制設備相關方面的研究力度，除了對現有的技術進行不斷改進和完善之外，還應研發一些新的技術，從而使其能夠促進鋁及鋁合金軋制設備的持續發展。