2020年世界鋁加工業進展概覽(下)

王祝堂，莫兆洋

(1.中國有色金屬加工工業協會，北京100814；2.杭州制氧機集團股份有限公司，浙江杭州，310014)

(接10期)

2 國 外

相對中國，國外鋁加工新增產能很少，分類列出如下。其亮點主要是美國JW鋁業公司新建的2000 mm連鑄連軋線和海德魯北美公司的高度自動化擠壓線，故給與了詳細介紹。

2.1 平軋產品

2.1.1 美國JW鋁業公司新建的2000 mm連鑄連軋線[5]

美國JW鋁業公司的2000 mm哈茲雷特連鑄連軋生產線于2020年7月24日陸續投產，該生產線是美國近20年建的首條鋁帶連鑄連軋生產線，是完全按工業4.0理念設計建設的，自動化程度之高前所未有。JW鋁業公司位于美國南卡羅來納州 (South Carolina)的吉斯克里縣(Goose Creek)，1979年投產，原名吉姆·沃爾特金屬公司(Jim Walter Metals)，僅有10名工作人員，生產建筑與結構鑄造鋁卷，是一個家族企業，以后發展很快，不久更名為JW鋁業公司(JW Aluminum)。2019年，公司有員工500多名，有3個廠，位于：吉斯克里縣，魯塞爾維爾(Russellville AR)，和賓夕法尼亞州威廉斯波特市(Williamsport，PA)。前者主要生產3XXX系鋁合金板帶，供建筑與結構工業用；魯塞爾維爾廠則生產1XXX系取暖、通風及空調熱傳輸(HVAC)箔及7XXX系通用板帶材；威廉斯波特則生產1XXX、3XXX系鋁合金及5XXX系鋁合金航空工業的薄板帶，可薄到0.012 mm。JW鋁業公司所在地是美國制造業中心，為了滿足市場對鋁合金板帶材的需求，經過市場調查，決定進行大規模的擴建：2020年中期，一條新的拉伸矯直生產線TL3在吉斯克里軋制廠投產，這是一條高速縱剪矯直線，可處理2 mm厚、 2130 mm寬的帶材，是北美最寬與最先進的這類生產線之一。

隨后，也就是從1998年4月開始在吉斯克里軋制廠建設一座20,460 m2的廠房與一條2000 mm的哈茲雷特連鑄連軋生產線與一個廢鋁處理中心。總投資2.2億美元，帶卷生產能力800 kt/a。這是美國近20年來建的一條最大與最先進的這類生產線。在這里還得指出，這項工程的建設是在相當困難的條件下進行的，一是氣候惡劣，發生了自1979年以來最壞的天氣，大雨滂沱，且持續時間不短，二是正值COVID-19疫情高發期間；三是工地發生兩次火災，幸好沒有發生于在建的廠房內。通過各方面的通力合作，新建的生產線終于在2020年中期投產，首卷帶材7月下線。

2.1.1.1熔煉工段

新建的熔煉工段有一套先進的廢鋁回收裝備，可處理干凈的廢料，也可以處理污染的廢鋁，再把它們熔煉成可供連續鑄造用的高質量熔體。熔煉爐等是米查寨姆公司(Mechatherm)的，采用先進的設計理念與工業4.0概念設計的，可在高效率與安全條件下運作。共有4臺熔煉爐與2臺保溫爐，4臺140 t的多室熔煉爐采用天然氣燃料。熔煉爐有廢料預熱室，燃燒嘴是蓄熱式的，具有很高的熱效率，氧氣和壓力可自動調節，含有毒性化合物的煙氣送入集塵室(baghouse)。每臺熔煉爐的熔化能力>9072 kg/h，可向傾斜爐提供220 t/d熔體。傾動/鑄造爐向哈茲雷特連續鑄造機提供鋁熔體的能力為45.36 t/h，爐的傾動由液壓系統操控。廢料裝爐由自動導向車(AGVs，automated guided vehicles)進行，亨康公司(Hencon)提供。原來公司擬采用軌道車裝料，經過幾次討論，還是決定用工業4.0 AGVs車，以鋰電池的電力推動裝料車，完全綠色，不排放任何污染物。裝料斗是活動的，事先在裝料場裝滿廢料，然后由裝料車將其裝入爐內，裝料車還可將堆在爐門口的固體料推入熔體內，加速熔化。自采用自動導向裝料車后，再也不用人工裝料了，安全多了，熔體鋁的暴露時間也大大縮短，人工裝料的危險性消除了。最重要的是，必須保證合金熔體化學成分與潔凈度完全符合要求，除氣裝置Alpur? G3是從諾貝麗斯鋁業工程公司(Novelis PAE)引進的，它有3個串聯的轉子，可將熔體的氣體含量降到要求的水平，熔體的通過量為50 t/h。除氣裝置的熔體入口設計很巧妙，可確保熔體流入時不發生湍流。

熔鑄車間最值得稱道的是排放物完全符合當前嚴格的環保法規定和條例，不會排放顆粒料物(PM)、鹽酸(HCl)，二惡英和呋喃(dioxin/furans，D/F)。有兩套恩特科公司(Entecco)的袋式空氣污染控制系統，使排放的氣體中污染物濃度只有環保規定值的1/10，從而可以使用100%的廢料，公司可向用戶提供全綠色的碳足跡最低鋁合金板帶。

2.1.1.2鑄造與軋制

連鑄連軋生產線由1臺哈茲雷特帶材鑄造公司(Hazelett Strip Casting Corporation)的AS 2000型雙帶式連鑄機和意大利米諾公司(MINO SpA)的2000 mm 3機架熱軋機列組成。連鑄機可生產2000 mm寬的帶材約50 t/h，是北美唯一的一臺這么大的連鑄機，生產能力超過20臺雙輥式連續鑄軋機的，同時有優異的成型性，可在幾小時內轉產不同寬度的帶材，極大地增大了公司生產不同產品的靈活性，產品的碳足跡也比其它工藝生產的低。

3機架熱連軋機是米諾公司提供的，可軋寬2000 mm的帶材，最薄厚度2. 5 mm，最大卷重20 t，采用AC電機傳動，自動化控制系統是該公司自動化分公司的產品，冷卻乳液經過嚴格過濾，能確保帶材表面質量；還有1臺自動化的精密軋輥磨床，可以磨熱軋輥，也可以磨冷軋輥(圖6)。2020年7月10日首卷熱軋帶材下線，現在該公司正在討論增加冷軋帶材生產能力有關事宜。JW鋁業公司新項目招收員工50名。

2.1.2 諾貝麗斯公司建新ABS軋制廠

諾貝麗斯鋁業公司(Novelis)是全世界最大的平軋鋁產品企業，總生產能力超過2000 kt/a，原為美國企業，2012年為印度貝拉(Birla)集團的欣達爾科(Hindalco)鋁業公司收購。2019年9月在美國肯塔基州格思里(Guthrie)新建一個汽車車身鋁板帶(ABS，Auto-Body-Sheet)廠，生產能力200 kt/a，總投資300 M美元，已于2020年8月投產。這是新建ABS廠中生產能力最大的，還有一個特點，它不生產熱/冷軋帶卷，所用帶卷由公司的其它企業提供，只進行熱處理、精整等作業，生產線是全自動化的，所產板帶用于制造白車身(body-in-white)零部件、覆蓋件(hoods)、門、后欄板(lift gate)、翼子板(fenders)等。

2.2 擠壓產品

2.2.1 海德魯北美公司的高度自動化擠壓線[6]

2020年10月海德魯北美鋁擠壓公司賓夕法尼亞州克里索納加工廠(Hydro Extrusion North America facility in Cressona，PA)一條新建的擠壓生產線投產，這是全球新建的首條這類高度自動化生產線，專為新能源汽車提供各種各樣的鋁合金擠壓材。克里索納鋁加工廠1942年建成投產，是美國為第二次世界大戰服務建設的，戰后賣給海德魯北美鋁擠壓公司，占地面積148,800 m2，現有正向及反向擠壓機10臺，可擠壓直徑254～530 mm的鑄錠。新建擠壓生產線的核心設備為1臺45 MN的正向擠壓機，可擠壓錠坯直經254 mm，從意大利引進，生產線是高度自動化的、生產效率高、產品質量與人員安全保證措施均居領先水平。公司還有一個高水平的圓錠鑄造車間。

2.2.1.1生產線的建設

隨著新能源汽車時代的降臨，為了適應這種市場日益增長的需求，克里索納擠壓廠組建了一個籌建團隊，在總公司的領導下，對市場和汽車工業對擠壓鋁材的需求狀況，需要什么樣的合金、什么樣的形式、狀態、形狀與數量等等，都作了詳細的調研，于2017年決定建一條尚無先例的高度自動化高品質的汽車型材生產線，經過充分的討論與對比，最后決定：從普雷塞齊擠壓集團(Presezzi Extrusion Group)引進45 MN正向擠壓機1臺，加熱爐等從感應熱班亞德加熱和焊接公司(Inductotherm Banyard Heating & welding Ltd.)及科米塔爾工程公司(Cometal Engineering)采購。在資金落實與設備訂購后，2018年12月項目破土開工，1年以后，2019年11月16日擠壓機開始生產，一切順利進行。

2.2.1.2擠壓線組成及錠坯準備

新擠壓生產線位于一座8930 m2的廠房內，與克里索納廠原有的廠房鄰近，有一個超現代化的控制室，操作者可一目了然地觀察到與掌控全生產線的擠壓過程與動態。這臺45 MN、254 mm的普雷塞齊擠壓機，可以在841.16 MPa (122 000 PSI)的壓下擠壓1600 mm長的綻。與傳統的擠壓機相比，它裝有P. E. ESS節能系統，可節能35%，每一次擠壓的輔助時間(dead time)僅14 s，液壓泵位于隔聲室內，幾乎聽不到噪聲。

海德魯鋁業公司對生產人員的安全極為重視，為了避免首根擠壓材出模時傷及觀察人員，不但設有防護板，而且裝有攝像機，操控人員觀察照像情景就一目了然型材的突模情況。

吊運擠壓模也易出安全事故，為避免事故，裝有空運吊車(不用人員手工裝卸與搬運。

2.2.1.3錠坯準備

有一個雙層裝錠臺，能確保兩種合金的長錠快速裝料，裝好后即可入爐加熱。氣體加熱爐是科伊姆公司(COIM)制造的，它是普雷塞齊擠壓集團的成員；感應加熱爐是感應加熱公司的產品，錠坯淬火系統是科伊姆工程公司設計制造的。科伊姆公司的燃氣加熱爐可進行梯度加熱，錠的頭部與尾部可相差40 ℃，加熱速度6.8 t/h。長錠入爐加熱前經過高壓熱水清洗，干干凈凈。在加熱爐出口處有1臺長錠熱鋸，將錠鋸成可進行擠壓的長度，然后由運錠機將其搬運到感應加熱爐、急冷區或擠壓機在擠壓高強度合金前，錠坯還要在感應加熱公司(Inductotherm)的班亞德(Banyard)零摩擦加熱器內進行第二次加熱，它裝有智能型的LFiIGBT功率變換器。這個加熱器有6個獨立調控的加熱扭，可對錠坯的每一區的溫度進行獨自的調控，加熱時錠懸浮在感應加熱線圈內，如果需要移動，可沿著軌道或在滑板上進行，因而錠坯表面不會受到任何損傷，可生產高端的精密擠壓材，同時擠壓機的輔助(停機)時間很短。

在感應加熱器后與擠壓機之前有一臺科梅泰爾(Cometal)噴水錠坯急冷裝備，可將錠坯冷卻到擠壓溫度，但仍保持著大于94℃的溫度梯度。把錠坯加熱到高溫然后急冷到擠壓溫度，可以改善錠坯的冶金組織、型材的表面品質，特別適于硬合金材料生產。

2.2.1.4材料搬運與時效

45 MN擠壓線的下游(后部)裝備，包括運輸裝卸設備、牽引機、矯直機，時效爐、包裝系統等都是科爾泰爾公司提供的。擠壓的型材可長達54 m，在通過新一代平衡強化冷卻系統(BICS，Balance Intensive Cooling System)時受到極為合理的冷卻，從而時效后的材料具有理想的組織與性能，這套冷卻系統(固溶處理系統)由三部分組成：3.5 m及7.5 m長的空氣-水冷區，7.5 m長的空冷區，可根據技術條件對型材性能要求調節冷卻速度。

ElectriX?雙線高架牽引機(double overhead pullers)將型材從擠壓機上運至飛鋸，鋸成定尺材料，然后自動從出料臺前進到115 t矯直機，矯直后由2臺固定高精度(HP)鋸鋸成定尺長的成品型材。鋸切的型材長度偏差為±0.5 mm。

為了提高生產效率與節省勞動力，安裝了一套全自動化型材堆垛、裝框、搬運、卸框系統，可將型材堆成一層一層的，以便裝爐時效，時效后，又可以將型材按要求運至包裝區，打捆、包裝、入庫，還有一臺180 t的廢料破碎機。共有3臺時效爐，每爐可處理8層材料。

2.2.1.5生產線的自動化

45 MN擠壓生產線是高度自動化的，因而所產擠壓材不但有高的品質與很好的重現性，而且安全生產得到很好的保證，生產成本也有較大下降。還安裝了一臺新式的工藝過程控制器，可在線檢測型材的尺寸。海德魯鋁業公司對生產安全工作極為重視，在全世界的綜合性大型鋁業公司中，其安全工作是做得最好的。在新的45 MN擠壓生產線中，沒有一道工序需要工人動手的，不用擔心會出現人身安全事故，或死死盯著生產線的運轉，但精心操作，處處小心還是很必要的。該生產線是北美最先進的鋁材擠壓線，可為汽車工業提供高端薄壁、大型擠壓鋁型材，將推動汽車產業進一步地向前發展，早日實現“雙碳”達標，在2019年全球排放的CO2中，汽車排放的CO2占27%左右，另據美國能源部的研究，汽車凈質量下降10%，可提高燃油經濟性6%～8%，可見采用高精、高強度鋁合金擠壓材制造汽車骨架與加工汽車結構件顯得多么重要!

2.2.2 巴西梅塔列克斯擬提升擠壓材產能

巴西梅塔列克斯(Metalex)公司擬提升改善其廢鋁處理能力與提升擠壓材產能，投資930萬美元，擴建項目位于巴西東南部的阿拉薩里瓜馬(Arasa - riguama)，分兩期，一期安裝一套側井爐，將產能由目前的75 kt/a提升到90 kt/a；二期新增一條回收線，將廢料利用水平由60%提升至80%。

2.2.3 印度建首家鋁材擠壓廠

印度鋁業公司(Hindalco Industries)2020年12月10日稱，擬投資730億盧比在錫爾瓦薩(silvassa)建一個鋁材擠壓廠，有3臺擠壓機，生產能力34 kt /a鋁型材，據稱這是印度首家這類工廠。

2.2.4 達杰科鋁業公司在佩里縣建新擠壓廠

達杰科鋁業公司(Dajcor Aluminum)總部位于加拿大安大略省(Ontario)，投資19.6 M美元，在美國肯塔基州佩里縣(Perry Connty KY)建一個新鋁材擠壓廠，招收員工200名。這是該公司在美國建的首個企業。

2.3 其 他

2.3.1 海德魯美國擠壓公司建無摩擦多區感應加熱爐

海德魯北美鋁擠壓公司(Hydro Extrusion USA)賓夕法宜亞州克雷索納(Cressona PA)擠壓廠新建一臺班亞德感應加熱公司(Inductotherm Banyard)的零摩擦多區段圓錠感應加熱爐，可加熱直徑254 mm的圓錠坯，2020年3月投產。

2.3.2 日企在美建鍛造鋁合金車輪廠[7]

2019年11月，日本輕金屬北美公司(Nippon Light Metal North America Inc.)和伊藤忠金屬公司(ITOCHU Metals Corporation)合資在美國建鍛造鋁合金車輪廠，名為日本輕金屬喬治亞公司(NLMGA Nippon Light Metal Georgia)，計劃2022年投產，可增加新工作崗位110個。

2.3.3 新型高性能Amaero HOT Al鋁﹣鈧合金

Amaero HOT AI是一種新型高性能鋁﹣鈧合金，是美國阿瑪羅國際公司(Amaero Interational Ltd.)長期研發的結晶。已在世界范圍內獲得獨家專利，鈧與錳是其合金化元素，用于3D打印結構零件。公司稱，可直接時效硬化處理到很高的屈服強度，可在高溫下長期工作，3D打印零件經熱處理可以提高強度與延長使用期限。鈧可以顯著提高合金的抗拉強度與延長其使用期限，可在260℃長期工作。

阿瑪羅公司已在一些國家取得了獨家的專利，此合金將用于有戰略意義的部門，如國防軍工、航空航天、運動器械，可用于制備網球拍、棒球棒、自行車架，等等，是一種可靠的高性能材料。鋁鈧合金Amaero HOT Al之所以擁有這樣優秀性能，是莫納什大學(Monash University)近50年來的研發成就。

3 結 論

2020年全世界遭到了前所未有的新冠疫情災難，鋁工業受到一定的打擊，但中國鋁加工業經受住了疫情的考驗，很快復工復產。中國新投產與新建項目并沒有停止，比全世界其他國家與地區的總和大得多。