（冶金工程专业论文）高精度铝及铝合金板带材工程设计与研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 高精度铝及铝合金板带材工程设计与研究 专业 冶金工程 硕士生 张策 指导教师 赵西成教授 杨绍利教授级高工 摘要 铝及铝合金板 带材是国民经济各部门中重要的金属材料 随着国民经济的发展 和市场消费结构的变化 新的消费领域对铝及铝合金板带材的品种和质量都提出了越 来越高的要求 因此 高精度铝及铝合金板带材就成为市场急需发展的铝材品种之一 我国在铝及铝合金板带材生产中 除应该淘汰的落后生产方式外 大部分采用铸 轧供坯方式 使市场紧缺板带材的合金品种和产品质量受到制约 因此 设计研究热 轧供坯方式的现代化铝板带材生产方案 对调整铝板带材的产品结构 满足市场对高 精度板带材的需要有着重要作用 根据国内外铝板带材加工技术的发展趋势 及市场消费结构对产品品种和质量的 需求 确定热轧采用带有两台卷取机的可逆热轧机形式 冷轧采用冷粗轧一冷精轧的 形式 其技术路线为 铸锭预处理一热轧一冷粗轧一冷精轧一精整 设计规模1 0 万t 并留有发展余地 本项目以采用单机架双卷取热轧设备和工艺 生产高精度铝及铝合金板带材为前 提 确定的方案具有设备布局紧凑 工艺流程短 产品质量好 经济效益高的特点 关键词 铝及铝合金 高精度 板带利 工岂设计 热轧 d e s i g n a n dr e s e a r c ho ne n g i n e e r i n g o f h i g h p r e c i s i o n a l u m i n u ma n da l u m i n u m a l l o y p l a t e s h e e ta n ds t r i p s p e c i a l t y m e t a l l u r g i c a le n g i n e e r i n g n a m e z h a n gc e i n s t r u c t o r z h a o x i c h e n g y a n g s h a o l i a b s t r a c t a l u m i n u ma n da l u m i n u ma l l o yp l a t e s h e e ta n ds t r i pa r ef u n d a m e n t a lm a t e r i a li n a l m o s t e v e r yi n d u s t r i a l s e c t o r so fac o u n t r y se c o n o m y w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e c o u n t r y se c o n o m ya n d t h er e s h u f f l i n go fm a r k e tc o n s u m i n gp r o d u c t s s t r u c t u r e t h en e w c o n s u m i n ga p p l i c a t i o n sh a v eb r o u g h ta l le v e r i n c r e a s i n gd e m a n d o i lm o r ea n dm o r eh i i g h q u a l i t yp r o d u c t s t h e r e f o r e t h ed e v e l o p m e n t o fp r e c i s i o na l u m i n u ma n da l u m i n u ma l l o y l a t e s h e e ta n ds t r i p h a sb e c o m ea p r i o r i t yi no r d e r t om e e tt h em a r k e t r e q u i r e m e n t p r e s e n t l yi nt h i sc o u n t r y t h eb r e a k d o w nm e t h o d s i na l u m i n u mp l a t e s h e e ta n ds t r i p p r o c e s s i n g e x c e p t t h o s eb a c k w a r dm e t h o d st h a ta r ef a d i n go u t i sd o m i n a t e d b ya l u m i n u m s t r i p r o l l c a s t i n gm e t h o d b u tt h e m a n u f a c t u r eo fh i g hq u a l i t ya n da l l o y e dp r o d u c t si s r e s t r a i n e db yt h i sk i n do fp r o c e s s t os o l v et h i sp r o b l e m t h e r e f o r e t h ed e s i g na n dr e s e a r c h o fm o d e ma d v a n c e dh o tb r e a k d o w n r o l l i n gp r o c e s sp l a y sai m p o r t a n tr o l ef o rr e s t r u c t u r i n g a l u m i n u ma n da l u m i n u ma l l o yp l a t e s h e e ta n ds t r i pa n da n s w e r i n gt h em a r k e t sn e e d sf o r h j g hp r e c i s i o na l u m i n u m a n da l u m i n u ma l l o y p l a t e s h e e ta n ds t r i p w i t hr e f e r e n c et ot h ed e v e l o p i n gt r e n di np r o c e s s i n gt e c h n o l o g yd o m e s t i ca n da b r o a d a n db ys t u d y i n gt h em a r k e td e m a n df o rp r o d u c tv a r i e t ya n dq u a l i t y i nt h i sa p p l i c a t i o n t h e a u t h o rp r o p o s e sas i n g l es t a n dh o tb r e a k d o w nr o l l i n gm i l lw i t hd o u b l ec o i l e r s a f t e rt h eh o t r o l l i n g t h em a t e r i a li s t ob ef u r t h e rr e d u c e db yc o l dr o u g h i n ga n dc o l df i n i s h i n gm i l l s i h e 西安建筑科技大学硕士学位论文 p r o c e s sr o u t ei s a l u m i n u ms l a bp r e p a r a t i o n h o tr o l l i n g c o l db r e a k d o w nr o l l i n ga n d c o l d f i n i s h i n gr o l l i n g a n d f i n a l p r o c e s s i n g t h et o t a lc a p a c i t yp r o p o s e df o r t h i s p r o j e c t i s 1 0 0 0 0 0t a s o m ep r o v i s i o n a ls p a c ei sp l a n n e da l s of o rf u t u r ed e v e l o p m e n t t h ep r o j e c tb ya p p l y i n gs i n g l es t a n dh o t r o l l i n gm i l l a st h ek e ye q u i p m e n ti sa n i n t e g r a t ep r o d u c t i o nl i n ea i m i n ga tp r o d u c i n gh i 曲p r e c i s i o na l u m i n u ma n da l u m i n u ma l l o y p l a t e s h e e ta n ds t r i p a n df e a t u r i n gt h es h o r t e s tp r o c e s sr o u t e t h ec o m p a c tw o r ks h o p l a y o u t a s s u r e d c o n t r o lo v e r p r o d u c tq u a l i t y a n dh i g he c o n o m i c a le f f i c i e n c y k e y w o r d s a l u m i n u ma n da l u m i n u m a l l o y h i g hp r e c i s i o n p l a t e s h e e ta n ds t r i p t e c h n o l o g yd e s i g n h o tr o l l i n g 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果 与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢 申请学位论文与资料若有不实之处 本人承担一切相关责任 论文作者签名 缎毳 关于论文使用授权的说明 日期 冽 名 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布 论文的全部或部分内容 可以采用影印 缩印或者其它复制手段保存论文 保密的论文在论文解密后应遵守此规定 张军跏张锄眦喇t 注 请将此页附在论文茸页 西安建筑科技大学硕士学位论文 l 概述 1 1 铝板带材的发展历史 铝以它在地壳中分布广 含量丰富 比强度高 导热导电性能好 抗腐蚀 性能高 色泽美观 塑性好 易于加工成型等特点 在生产应用方面得到迅速 发展 铝产量已占有色金属总产量的近5 0 仅次于钢铁 为世界第二大金属 纵观世界铝工业的发展历史 可以得出一条明显的结论 经济越发达 人均铝 的消费量就越多 目前 铝消费量的多少已成为衡量一个国家工业发展和人民 生活水平高低的标志之一 原铝配上相应的元素可制成各种铝合金 铝及其合金用压力加工和热处理 相结合的方法生产的铝板带材 占铝加工材的6 0 左右 是铝加工材中的主要 产品 由于其具有一系列优良的物理 化学性能和综合使用性能 其应用范围 已经渗透到所有工业部门和人们的日常生活用品中 成为国民经济 国防建设 等领域的重要金属材料 我国的铝加工工业是从铝板材轧制开始的 1 9 1 9 年在上海成立一家作坊 式的铝制品厂 用进口铝轧制小张铝板 用于制造小型铝器皿 1 9 3 2 年 加 拿大铝业公司 t l c a n 和瑞士铝业公司 a 1 u s s u i s e 合资在上海杨浦区建设的 华铝钢精厂投产 生产铝板带箔材 生产能力达到3 5 k t a 从此 中国有了 当时东半球最大的达到当时国际水平的铝轧制厂 尽管所用的主要设备是一家 瑞士工厂淘汰的二手设备 但一直到1 9 5 5 年 它都是中国最大的铝板带箔材 轧制厂 1 9 5 6 年 我国第一个大型铝加工厂一一东北 x 工厂的投产使中国铝板 带材生产跨入世界先进行列 其2 0 0 0 m m 四辊可逆式热轧机的通过能力达3 万 t a 两台1 7 0 0 m m 四辊可逆式冷轧机的设计生产能力为2 万t a 其所产铝板 带材的7 0 供给国防工业使用 是亚洲最大的综合性铝加工厂 在 一五 计 划期间和 二五 计划前期 全国各地还建设了约l7 个板带材生产厂家 全 为小型二辊轧机 总设计生产能力为1 2 万t a 到1 9 6 0 年我国铝板带材的 设计生产能力已达到4 万t a 所产铝板带材能满足当时国民经济各部门的需 要 在2 0 世纪6 0 年代及7 0 年代前期 我圈建成了西南 工厂 板带材生 产系统采用我国白行设计和制造的2 8 0 0 m m 叫辊可逆式热轧机与冷轧机 可生 产宽2 5 0 0 m m 的特大板材 在这期间各地义相继建设了约2 0 个铝板带材厂 截 西安建筑科技大学硕士学位论文 止1 9 7 5 年 我国铝板带材的设计生产能力达到l o 万t a 但是实际产量仅为 5 万t a 至此 与工业发达国家相比 我国铝板带材生产系统的工艺装备已 明显落后约3 0 年 东北 工厂和西南 工厂的轧机实际上与美国2 0 世纪 4 0 年代中后期水平相当 而其它中小型厂的轧机则仅相当于2 0 世纪3 0 年代 水平 改革开放以来 特别是进入2 0 世纪8 0 年代后期 迎来了铝板带材快速发 展期 一方面国家对东北 工厂和西南 工厂的板带材系统作了全面的技 术改造 另一方面从国外引进了约3 0 台先进和较先进的轧机 此外 国内 些单位在消化吸收先进轧机技术的基础上 设计与制造了一些较先进的轧机 目前 我国有自制的辊面宽度大于1 2 0 0 m m 的铝板 带材冷轧机3 6 台 生产能 力5 2 万t a 还有一些小型的四辊冷轧机 生产能力约l 万t a 此外还有 7 0 万t a 的二辊轧机 即 二人转 轧机 现代化冷轧机己占总生产能力的 6 6 我国目前有一条2 0 0 0 m m 四辊可逆式热轧生产线 一条 i 1 式四辊2 8 0 0 m m 热轧生产线 l3 条二辊带卷热轧生产线 它们的生产能力约7 1 万t a 并正 在建设3 条单视架双卷取热轧生产线和3 条 1 4 式2 0 0 0 m m 热连轧生产线 这将对提升我国铝板带材生产技术会起到积极作用 1 2 市场分析及预测 1 2 1 世界铝板带材生产概况 据 世界金属统计 2 0 0 3 年全球铝加工材产量约为1 8 0 0 万t 与1 9 9 0 年相比年均增长速度达到2 5 美国是世界上铝材产量最大的国家 约占世 界产量的4 0 左右 2 0 0 3 年铝板 带材产量5 1 0 万t 左右 占当年铝加工材产 量的6 6 日本 德国 意大利 法国 英国也都是铝材的主要生产国 近十 年来 世界铝板带材占铝材总产量的5 5 6 0 由此估算 目前世界铝板带 材产量约为 0 0 万t 2 0 0 万t 铝材人均消费量从一个侧面反映了一个国家的经济发达程度 世界铝材年 均消费量为3 3 k g 人 其中铝板 带材消费量为1 8 k g 人 美国为世界上人 均铝材消费量最高的国家 铝材年均消费量为2 6 3 k g 人 其中铝板 带材消 费量为16 8 k g 人 1 2 2 我国铝板带材生产概况 据中国有色会属工业统计资料显示 l 9 9 0 年 2 0 0 3 年我国铝加工材产量 自 了人i 度的提高 年均增跃率高达 8 2 0 0 3 午 l 能力达到4 5 0 多力e 西安建筑科技大学硕士学位论文 铝板带材配套生产能力2 0 0 多万t 随着国民经济发展和人民生活水平提高 对铝板带材的需求不断增长 而国内产品不能满足用户的需要 对产品质量要 求高的铝板带材还需进口解决 2 0 0 1 年和2 0 0 3 年铝板带材进口量均达2 5 万t 和3 l 万t 约占全国铝材净进口量的8 0 以上 从我国进口统计看 高精铝板 带材是进口的主要产品 约占铝材进口量的7 5 左右 在进口的铝板带材中 厚度在0 2 m m 0 3 2 5 m m 的约占9 0 目前市场急需的高精铝板带材基本含盖 在此厚度范围内 如 制罐料 铝箔坯料 p s 版基材等 我国人均铝板带材消费量不及世界水平的1 2 是发达国家的1 1 0 l 2 0 具有相当大的市场空间 1 2 3 市场预测 铝材是国民经济发展重要的原材料之一 目前 包装 建筑 交通运输是 铝材消费的三大主要领域 铝板带箔是铝材的主要品种 我国铝材消费结构与 世界其他国家相比有较大差异 压延材比例低 挤压材比例高 但从近几年市 场对铝材的需求情况分析 预计今后我国铝材消费的发展将以铝板带箔材的需 求增长为中心 逐步趋向于世界铝材的消费结构 经综合分析 到2 0 0 5 年我 国铝材消费量将达到3 0 0 万t 其中铝板 带材1 3 0 万t 占铝材消费量的4 3 3 2 0 1 0 年铝材消费量将达到3 7 0 万t 其中铝板带材1 6 5 万t 占铝材消费量的 4 4 6 在铝板 带材消费需求中 高精度铝板带材是市场急需发展的品种 高精 度板带材从质量指标上主要体现在铸锭的内部组织 板带材的厚度公差和平直 度等 国内与国外相比有较大的差距 如铸锭的含气量 国外为0 0 5 m l 1 0 0 9 h l 0 1 m l 1 0 0 9 a 1 国内为0 1 4m l 1 0 0 9 a l 0 2 4 m 1 1 0 0 9 a l 冷轧 厚板公差 国外为 0 0 0 2 m m 0 0 0 5 m m 国内为 0 0 3 m m 冷轧板平直度 国外为 3 i 国内为 8 0 i 1 0 0 i 我国传统铝板带消费领域是日用精铝制品 和机械制造等行业 随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高 铝材消 费结构有了较大的变化 包装等行业的强劲需求极大地带动了我国板带材消费 的快速增长 其消费重点已从日用精铝制品和机械等传统消费领域转入了新兴 消费领域 新的消费对产品质量的要求比传统产业有了很大的提高 国内产品 的质量及供应能力已不能满足市场要求 对品种 质量要求较高的用户不得不 纷纷转向国际市场进口商精度板带材 导致我国铝板带材进口以惊人的速度增 加 以2 0 0 1 年 2 0 0 2 年和2 0 0 3 年为例 铝板带材进口量高达2 5 万t 2 8 万 t 和3 1 力t 占铝材进口总量的6 5 与19 9 0 年相比 年平均增氏速度达3 9 2 0 0 3 年国内市场消耗高精铝板带约4 2 儿t 到2 0 0 5 年需求将达到6 0 力 3 西安建筑科技大学硕士学位论文 t 2 0 1 0 年8 4 万t 高精铝板带材的消费领域主要包括 制罐料 p s 版基 铝箔坯料 铝复合带 幕墙板 集装箱板及特殊规格和性能要求的铝合金板等 按2 0 0 2 年进口2 8 万t 推测 目前国内供应上述高精铝板带的能力应在1 5 万 t 左右 如果再加上一些加工厂的新增能力 高精铝板带材国内供应能力为3 6 万t 因此 到2 0 0 5 年和2 0 1 0 年 国内市场高精铝板带将分别短缺2 5 万t 和4 9 万t 考虑1 5 的不平衡系数 则高精铝板带产能缺口将分别为3 0 万t 和5 5 万t 1 3 国内外生产技术的现状与发展趋势 1 3 1 国内外热轧技术和设备的现状与发展趋势 热轧是在金属再结晶温度以上的轧制过程 充分利用金属的高温特性 改 善金属及其合金的加工工艺性能 同时明显降低了能耗 特别采用了大铸锭生 产 提高了生产效率 1 3 i 1 国外热轧技术和设备的现状与发展趋势 传统的半连续铸造一热轧方式的生产工艺在铝板带箔材生产中占有极为 重要的地位 当今世界上高效的热轧生产线大部分为l 台或2 台可逆式热轧机 与3 机架 6 机架热连轧机组成的 热轧速度7 0 0m m i n 4 8 0 m m i n 锭重最 大可达3 0 t 最大卷径2 4 0 0 m m 目前世界发达国家主要铝加工企业如加拿大铝业公司 美国铝业公司 法 国普基铝业公司 德国v a w 公司 日本神户制钢 古河铝等均为大型的联合企 业集团或跨国公司 它们拥有完备的铝板 带 箔材加工体系和庞大的生产能 力 一般由多家专业化生产厂组成 采用规模化 专业化的生产方式 这些工 厂的工艺装备具有大型 高速 连续 控制自动化 专业化和精密化的特点 绝大部分采用热轧开坯的生产工艺 即半连续铸造一热轧 可生产所有铝合 金牌号的板带箔材产品 适应所有铝板带箔材消费领域 其产品在表面及内在 质量 深冲性能等方面 在国际铝板带箔材市场上占有较强优势 这些企业代 表着国际铝板带箔材加工行业的一种发展趋势 它能有效地提高生率 成品率 降低生产成本 保证产品质量的稳定 从而获得良好的经济效益 现代的热轧技术和设备主要表现在 a 采用大断面铸锭 大压下量轧制 b 采用热粗轧 多机架热精轧的热连轧工艺 c 采用x 射线测厚的a g c 厚度计算机自动控制系统 温度检测和计算机自 动控制系统 西安建筑科技大学硕士学位论文 d 采用c v c 辊 d s r 辊或t p 辊等辊形调整机构配合弯辊 分段冷却进行 凸度调节 采用轧制过程控制程序化 形成整条热轧生产线的厚度 凸度 温 度闭环控制 e 在适当发展热粗轧 热精轧 1 1 的同时 发展1 3 1 4 1 5 等热连 轧生产线 从而大大提高生产效率和产品质量 1 3 1 2 国内热轧技术和设备的现状与发展趋势 与国外相比 国内企业在技术和设备方面还有很大差距 主要表现在 a 热轧卷坯卷重小 卷重大于4 t 的大型四重可逆热轧生产线 只有东北 工厂和西南xx 工厂各l 条 分别于2 0 世纪5 0 年代和6 0 年代末生产 并在2 0 世纪8 0 年代经过技术改造 b 热轧卷质量不够稳定 尺寸精度差 其主要原因有是熔铸过程中的铝 熔体净化处理及除气 除渣不彻底 以及大部分热轧机没有凸度 厚度控制系 统和温度控制系统 c 轧机的装机整体水平不高 如东北某厂的2 0 0 0 m m 热轧机改造为单机架 单卷取热轧机和西南某厂的2 8 0 0 m m 轧机改造成热粗轧 热精轧后 其装机水平 达到了当时较先进的水平 其余国内几家铝加工企业的热轧机为二辊单卷取热 轧机 铸锭厚度小 卷重较小 装机水平相对较低 产量也较低 另外几家公 司的二辊单卷取热轧机和四辊双卷取热轧机 装机水平较前者虽有所提高 但 卷重小 产能相对偏低 从总体上来看 与国外先进厂家的装备相比 我国热轧的技术水平和设备 的装备水平仍较低 主要是缺乏当今国际先进的控制手段 技术进步较为缓慢 我国在近2 0 年间一直未能建设一条能提供优质热轧卷坯的热轧生产线 然而 改变我国热轧生产线生产能力和工艺技术相对滞后的现状己成为当今铝 板带材产品结构调整的一个目标 目前几家公司正在筹建我国第一条1 4 热连 轧生产线 项目完成后 可将我国热轧卷坯的质量提高到一个新的水平 改善 或缓解我国热轧卷供给不足的现状 但是我国的热轧卷所占比例仍低于国外发 达国家 1 3 2 国内外冷轧技术与装备的现状与发展趋势 冷轧与热轧相比可获得厚度较薄的板带材产品 冷轧产品具有尺寸精度 高 板面质量与板形好 组织均匀的特点 由于冷轧会产生加工硬化 金属的 强度和变形抗力增加 伴随着金属的塑性降低 对横断面上的不均变形较为 敏感 轧制控制的技术难度随之增大 1 3 2 1 国外冷4 l 技术 j 装备的现状与发展趋势 西安建筑科技大学硕士学位论文 国际上在工艺技术和设备上发展的特点主要有 a 冷轧机向宽幅 高速 高精度 大卷重的方向发展 b 冷连轧被应用 可大幅度提高生产效率 c 自动化程度及控制水平越来越高 从而实现了厚度自动控制 平直度 自动控制 轧制过程最优化控制系统 先进的诊断系统和卷材自动储运系统 d 主传动系统的数字化控制和变频调速的控制技术 使轧锘 速度精度大 为提高 加减速时的张力控制得到改善 以提高铝板带的厚度精度 e 工艺润滑技术大为提高 目前国内外高档轧制油普遍采用高性能的窄 馏分 低芳烃的轧制油 针对冷轧轧制速度高 退火后表面无油斑的要求 其 所使用的轧制油要求具有粘度低 稳定性 流动性和导热性好 馏程窄等特点 为减少轧制中火灾的发生 要求轧制油的闪点尽可能高 f 重视轧辊的研磨技术 高精度铝板带材的轧制对轧辊尺寸精度及表面 质量的要求较为严格 为保证磨削精度和生产效率 目前轧辊磨床普遍采用 c n c 数控磨床 可磨削各种复杂的辊型曲线 并能自动计算和生成所需的辊型 曲线 由于国外技术先进的国家极为重视高效高精轧制技术的开发 重视工艺技 术和装备的更新换代 得到了高质量的铝板带材产品 高效的劳动生产率以及 高比例的市场占有率 同时为了适应科技进步和经济 社会的不断发展以及人 们生活水平的提高 适时对产品结构进行调整 很多传统和低挡的产品将被淘 汰 由不断涌现的 新型的 高档的 高科技产品所代替 1 3 2 2 国内冷轧技术与装备的现状与发展趋势 我国铝加工生产已有几十年的历史 近二十年来在生产规模和技术上得到 了长足的发展 铝加工工业水平得到了很大的提高 先后整机引进2 0 余台现 代化冷轧机 大大缩短了冷轧产品与国际先进水平的差距 但与工业发达国家 相比 我国铝加工业整体水平还存在着较大的差距 目前 我国拥有各类冷轧机数百台 其中绝大部分是 二人转 轧机 2 0 世纪6 0 年代投产的大型冷轧机大多为四辊可逆式轧机 轧速较低 没有板形 控制 近二十年来有近2 0 家加工厂引进了2 0 余台冷轧机 同期引进还有配套 的精整设备 其中不少厂家的设各达到当时一流的国际先进水平 如福建 x 公司引进的德国西马克的1 8 5 0 m m 六辊c v c 高速冷轧机 还有西南 x 公司引 进的德国1 8 5 0 m m 四辊c v c 高速冷轧机 渤海 公司引进的英国原戴维公司 2 3 0 0 m m 高速冷轧机等 这些冷轧机的是高轧速可达1 5 0 0 m m in 左右 装机水 半 生产效率和产品质量都有很大的提高 此外 近2 0 年间的时间 我圈机 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 械设计制造部门在不断消化引进技术的同时 不断开发出装机水平较高的 控 制手段较为齐全的 不同规格的国产全液压四辊冷轧机2 0 余台 虽然我国现已拥有一批具备现代化装机水平的冷轧机机群 但由于长期以 来我国的热轧工艺和装备水平的落后 大部分生产厂家只能采用连铸轧供坯的 方式生产铝板 带 箔材 造成冷轧产品的质量一直不够稳定 加之一般连铸 轧供坯能力都比较小 使高水平的冷轧机开工不足 形成产能得不到正常发挥 产品品种和规格不全 1 4 国内铝板带材生产存在的主要问题 1 4 1 企业数量多 规模不经济 据不完全统计 我国有铝板带生产厂近3 0 0 家 配套产能1 0 3 万t 平均 每个厂生产规模仅3 5 0 0 t 左右 全国的生产能力不及美国铝业公司产能的一 半 企业规模小 资金有限 劳动生产率较低 不能形成规模经济 在市场经 济条件下抗风险能力弱 1 4 2 设备相对落后 产品竞争能力差 我国铝板带箔厂有4 9 家是经过现代化改造或新建企业 约占总数量的1 5 实际产能约5 5 万t 约占全国总能力的5 3 虽然有几台冷轧设备达到和 接近世界先进水平 但由于热轧装备水平差距较大 导致总体装备水平与国际 先进水平相比还有相当大的差距 特别是高精铝板带材 产品质量无法与国外 产品竞争 有一些高质量要求的产品 如铝罐料 高质量p s 版等 用我国现 有设备生产还存在一定的问题 1 4 3 铝锭重熔量大 资源浪费严重 从世界范围看 国外直接利用电解铝配料铸造大扁锭 铸轧卷技术已经非 常成熟普遍 虽然我们在型材棒坯和铝线杆等方面部分厂家采用了电解铝液直 接浇铸 但在铝板带材企业很少应用 个别厂家刚刚开始在生产铸轧卷时试用 由于大扁锭至今仍未能普遍推广 所以直接利用电解铝液的总量非常有限 资 源浪费相当惊人 以每年铝锭重熔1 5 0 万t 计算 至少使铝加工行业损失利税 6 亿元以上 1 4 4 铝板带供坯质量较差 改革开放以来 我国铝板 带冷轧机有了较大的提高 但近二十多年来我 国未建设卷重较小 3 t 以下 大部分未配置厚度自动控制系统 普遍没有生 产高精铝板带所必须的凸度自动控制系统 更没有热连轧机组普遍采用的温度 自动控制系统 装备水平最高的西南 j 厂热粗轧加热精轧 电缺少凸度和 西安建筑科技大学硕士学位论文 温度自动控制系统 供坯质量羞 再好的冷轧机也生产不出高质量的冷轧产品 1 4 5 产品结构不合理 低档多高档少 我国新建铝板带生产线绝大部分采用了铸轧供坯 尽管节省投资 但与实 际需求结构不相符 国外连铸轧供坯的比重不足2 0 美国和日本是两个铝板 带箔材生产大国 其产量占全世界总产量的5 0 以上 他们主要是采用热轧供 坯 我国的需求结构和世界的消费结构也基本相同 但从目前国内板带生产装 备看 铸轧供坯能力达5 8 万t 占可用于现代化冷轧机供坯统计能力9 5 万t 的6 0 同档次 同品种的产品竞争激烈 综上所述 根据国际上铝加工工业的发展趋势和国内生产现状 国家在 十 五 规划中提出要重点提高铝板t 带材的热轧供坯能力和质量 淘汰落后的生 产工艺 提高铝加工行业的整体水平 以应对加入w t o 后国际市场的挑战 因 此 研究设计一条年产1 0 万t 高精铝板带材生产线 对于调整我国铝板带材 的产品结构 满足于高精铝板带材日益增长的市场需要 提高铝板带材生产技 术及装备水平 都将起到积极作用 1 5 设计规模及技术路线 本项目设计规模为1 0 万t 铝及铝合金板带材 其中板材2 2 万t 带材 7 8 万t 本项目采用的技术路线是 铸锭预处理一热轧一冷粗轧一冷精轧一精整 方案中采用了单机架双卷取的设备和工艺 具有设备布局紧凑 工艺流程短 产品性能好的特点 1 5 1 采用带有两台卷取机的可逆热轧机形式 这种形式使热轧的最后几 道次在两台卷取机间可逆轧制 实现双卷取带张力轧制 这种方式轧制的产品 质量好 产品厚度可达3 m m 4 m m 也可使机列在有限的长度下增大卷材重量 1 5 2 运用高精度的控制手段 如测厚仪 凸度仪等 使产品的控制精度 达到 卷材的纵向厚度公差 2 卷材的横向厚度公差 1 平均凸度公差 1 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 设计原则及方案选择 2 1 设计原则 该工程遵循以下设计原则 2 1 1 坚持政策 技术 经济相结合的原则 总体方案既要符合国家的产 业政策 又要在技术水平上先进 适用 经济上合理 2 1 2 坚持近期与远期相结合的原则 按照市场消费的渐进规律 设计方 案要既考虑近期的投入产出效益 又要考虑远期发展的余地 2 1 3 坚持方案优化的原则 要根据技术的现状和发展趋势 结合经济 环境等因素进行多方案比较 从中选则最优方案 2 1 4 坚持国内技术为主 国外为辅的原则 为了节省投资 主要技术设 备立足国内解决 关键技术部件从国外引进 2 1 5 坚持企业与社会分工协作的原则 工程仅考虑主要的生产系统和公 用辅助系统 其他设施如机修 运输 生活等考虑由社会化协作解决 2 1 6 坚持可持续发展的原则 设计方案要考虑节能环保一清洁生产技 术 最大限度的节能降耗 大幅度减轻对环境的污染 2 2 方案选择 2 2 1 热轧方案 现代化的热轧供坯的生产方式 半连续铸造一带式热轧法 在生产有深冲 性能要求的制罐料 空调箔 以及生产金属内部组织 表面质量 平直度等要 求高的产品时 如p s 版 幕墙板 铝箔坯料等 其工艺技术成熟 生产过程 稳定 且生产能力大 产品的市场竞争力强 热轧供坯法根据热轧机的机架数 布置及卷取方式大致可分为以下几种工 艺 2 2 1 1 单机架二辊或四辊热轧机 单卷取 该生产方式常见于国内前些年投产的热轧生产线 其装机水平不高 轧速 一般约在1 5 m s 3 m s 左右 最大卷重4 t 以下 生产规模不大 约在数千吨 至万吨之间 产品尺寸精度不高 热轧卷的出口厚度大 板凸度也很难控制 但投资较少 目前这些生产线中多数正在或正准备进行双卷取改造 以加大卷重 提高 产品质吊 同时增加产品品种 扩大生产规模 这螋机型多为12 0 0 m m l5 0 0 m m 热轧机 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 小于1 2 0 0 m m 机型的热轧机在我国仍有一定数量 而在工业发达的国家这 些机型几乎绝迹 但在发展中国家还普遍存在 特别在我国 这些小型的热轧 机在近期内仍将存在 2 2 1 2 单机架二辊或四辊热轧机 双卷取 单机架双卷取 单机架双卷取热轧方式是由1 台既当粗轧又当精轧的所谓 万能型 热轧 机组成 该生产方式常见于国内近期建设的工厂 机型多以四辊轧机为主 该 生产方式的特点是 轧速最高可达3m s 4 m s 最大卷重可超过l o t 卷坯 最小出口厚度可薄到3 5 m m 6 m m 生产规模适中 一般在5 万t a 1 2 万t a 之间 可适应于各类合金品种的生产 产品质量较高 精度及平直度都较好 可作为高档铝板带箔材的生产坯料 其生产控制及装机水平要求较高 但生产 制罐料不够稳定 与铸轧生产相比 该生产线的投资较大 但与热连轧比要低的多 目前 这种热轧机型在世界上约有1 1 台 其中新制造的7 台 分布在亚洲 欧洲 美洲等发达或发展中国家和地区 机型大多数为2 0 0 0 m m 以上的轧机 其中美 国1 台 中国台湾1 台 单机架双卷取热轧开坯是一种成熟的生产工艺 己为世界各国认可和采 用 从生产规模 建设投资 产品的适应性的方面来看 比较适合于发展中国 家 也比较适合于我国的国情 是本项目选用的方案 2 2 1 3 热粗轧 多机架连轧 该生产线热轧是由1 机架或2 机架热粗轧机之后 配置3 机架 6 机架热 精轧机 代表了当今世界铝板带加工技术与装备的最高水平 其主要特征是高 速度 大卷重 专业化 连续化 生产控制手段齐全 产品质量优异 适应于 各类合金品种的生产 生产规模通常达到3 0 万t a 5 0 万t a 一次性建设 投资相当大 其产量只有达到其经济规模时 才具备价格的竞争能力 目前全 世界共有1 8 条热连轧生产线 均建在发达国家 其中美国8 条 日本4 条 我国正在筹建3 条 4 条 2 2 1 4 热粗轧 热精轧方式 该工艺介于单机架双卷取和热粗轧 多机架连轧之间 初步解决了单机架 双卷取热轧机一机两用的问题 生产规模一般在1 5 万t a 2 0 万t a 之间 投资电较大 全世界有5 家采用此生产工艺 我国西南xx 公司有1 条 综合上述分析 为了适应产品竞争日趋激烈的市场 适应用户对产品质量 愈来愈高的要求 同时根据建设条件以及所拟定的生产规模及产品方案 本项 f j 拟选用2 4 0 0 r a m 堆机架双卷取热轧供坯的生产l 艺 根据需要配置相应型号 1 1 1 西安建筑科技大学硕士学位论文 和数量的冷轧机 精整机列 热处理设备以及其他辅助设备 设计中考虑了今 后发展热连轧的需要 2 2 2 冷轧方案 本项目铝板 带冷轧的工艺方案采用国内外铝板带生产企业成熟的并经过 实践验证先进的生产工艺 采用大卷重 高速度 大压下量轧制的生产方式 冷轧机上配有自动厚度 控制系统和先进的板形控制系统 可提高铝板带材产品的质量和轧制速度 降 低废品率 本项目主要工艺特点是将冷轧轧制工艺进行了合理设置 在每条冷轧生产 线上分别配置了两台冷轧机 将国内其他厂家采用的一台冷轧机将坯料轧制至 成品 改成冷粗轧一冷精轧 这样不仅可使产品质量大为提高 还可合理选择 设备 充分发挥设备的装机水平 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 生产系统 生产系统的主导产品是以p s 版基 防盗瓶盖带材 铝箔坯料 装饰板带 幕墙板 空调箔等为代表的市场需求量大的 附加值高的高质量 高精度铝板 带箔产品 本系统设计规模为年产高精度铝板带箔1 0 0 0 0 0 t 年需铸锭外购解决 年 需铸锭量1 2 7 3 0 3 t 铸锭最大重量2 5 0 0 0 k g 综合成品率7 8 5 本系统采用国内外成熟 可靠的生产工艺 即热轧供坯一压延法生产铝板 带箔的生产工艺 主要工艺过程有 热轧 冷轧 精整以及热处理等等 本系统生产设备主要有2 4 0 0 m m 单机架双卷取热轧机1 台 2 0 5 0 m m 冷粗轧 机l 台 2 0 0 0 m m 冷精轧机1 台 1 4 5 0 m m 冷粗轧机1 台 1 4 0 0 m m 冷精轧机1 台 并配以相应的精整 热处理等设备 主要设备采用国内制造与关键件引进相结 合的方式 使设备的装备水平达到国内先进水平或接近世界先进水平 在热轧部分工艺配置及设备选型上考虑为今后由单机架双卷取发展成 1 4 热连轧留有余地 生产厂房采用纵横跨联合的多跨厂房形式 总长2 8 5 m 宽2 2 8 m 部分厂 房考虑了发展余地 在热轧部分厂房内留有发展到1 4 热连轧时的铸锭加热炉的位置 在冷轧 部分厂房内留有发展1 台2 0 5 0 m m 冷轧机的场地 在精整部分厂房内留有部分 精整和热处理设备的场地 3 1 产品方案和金属平衡 3 1 1 产品方案 生产规模为年产高精度铝板带1 0 0 0 0 0 t 其中铝带箔材7 8 0 0 0 t 铝板材 2 2 0 0 0 t 其产品是以p s 版基 铝箔坯料 防盗瓶盖带材 装饰板带 幕墙板 空调箔等为代表的 市场需求量大的 附加值高的高质量高精度产品作为主导 产品 各产品品种 规格范围及产量详见产品方案表3 一l 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 3 i 铝带材5 x 8 x x 系0 2 2 0 x 5 0 1 8 0 07 8 0 0 0 1 1p s 版基 h 0 1 0 5 0h 1 8 1 2 铝箔坯料1 2 3 5h 1 4 i 3 铝箔坯料 1 2 3 5 1 4 防盗瓶盖带 14 材 8 0 1 ih 1 4 1 5 装饰带材3 0 0 3h 2 4 1 6 电缆箔 1 7 空调箔 1 0 5 00 1 0 5 01 1 2 4 0 2 7 1 0 3 0i 0 0 0 0y s t 4 2 1 2 0 0 0 0 3 5x1 5 5 0 3 5 0 0 0g b t 8 5 4 4 1 9 9 7 0 3 5 1 2 2 05 0 0 0 g b t 8 5 4 4 1 9 9 7 0 2 3 x 2 5 0 6 5 0 0 0 y s t 9 1 1 9 9 5 0 2 1 2 6 01 0 0 0 0y s t 4 3 2 2 0 0 0 01 5x 5 0 0 3 5 0 0 0y s t 4 3 0 2 0 0 0 0 1 0 5 x 7 9 5 2 8 0 0 0 y s t 9 6 1 9 9 6 1 x 3 5 xx 8 xxx 0 3 3 0 x8 0 01 8 0 0 2 铝板材 系 h 0 2 i 合金板材3 0 0 3h 2 4 2 2 幕墙板3 0 0 3h 2 4 1 0 0 0 4 0 0 0 0 8 1 5 0 0 x2 4 4 2 2 0 0 0 1 2 0 0 0g b t 3 8 8 0 一1 9 9 7 0 2 5 1 2 2 0 2 4 4 y s t 4 2 9 卜2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 合计 1 0 0 0 0 0 3 1 2 金属平衡 本车问的产品为高精度铝板带箔材 产品质量高 成品率高 车i n 的综合 成品率约为7 85 车削年需铸锭量为12 7 3 0 3 t 西安建筑科技大学硕士学位论文 本设计生产所需的铸锭规格为 铸锭厚度 4 0 0 m m 5 1 0 m m 将来发展到7 0 0 m m 铸锭宽度 8 5 0 m m 1 8 5 0 m m 将来发展到2 l o o m m 铸锭长度 4 0 0 0 m m 5 5 0 0 m m 将来发展到7 2 0 0 m m 最大铸锭重量 2 5 0 0 0 k g 将来发展到2 8 6 0 0 k g 车间年产废料量2 7 3 0 3 t 全部返回提供铸锭的熔铸车间回炉重熔使用 3 2 生产工艺 3 2 1 生产工艺方案特点 本设计铝板带箔材产品的生产 采用国内外铝板带生产企业成熟的 并经 过实践验证的先进生产工艺 即采用大卷重 高速度 大压下量轧制的生产方 式 热轧采用单机架双卷取 并配有厚度控制系统和凸度控制 冷轧机配有厚 度自动控制系统和先进的板形自动控制系统 精整设备中采用有拉矫 可获得 较高质量的板带材产品 3 2 2 生产工艺过程 本设计采用外购的1 3 x 5 x 8 x 系的铝及铝合金 铸锭 铸锭铣面在本车间进行 本车间铝板带材生产的主要工艺过程如下 a 铣面 来自熔铸车间的铸锭 以预定的铣削量5 15 m m 面进行铣面 b 铸锭加 均 热 经铣面的铸锭根据不同的合金品种在推锭式铸锭加 均 热炉中加热 或均 热 铸锭加热到4 2 0 5 2 0 再保温1 h 2 h 然后出炉 均热时的温度在 6 0 0 保温1 0 小时左右 冷却至出炉温度后出炉 c 热轧 加热好的铸锭 锭温在4 2 0 5 2 0 送到2 4 0 0 m m 热轧机 进行多道次 大压下量的可逆轧制 在热轧过程中根据情况切头切尾 最后n 个道次进行带 张力的带卷式可逆轧制 轧至成品厚度的热轧卷 热轧卷经卸卷小车取下 由 运卷装置将热轧卷运到热轧卷存放处空冷降温 热轧卷材外径约2 5 0 0 m m 卷 材宽度9 0 0 m m 2 1o o m m 厚度为3 5 m m l o m m 最大卷重2 5 0 0 0 k g 轧机最大 轧制速度2 4 0 m m i n d 切边 降至室温的热轧卷 在眶卷机绸 进行开卷 切边 同州可卷成所需内符 西安建筑科技大学硕士学位论文 的卷材 切边速度l o o m m i n e 冷轧 经过切边的热轧卷 分别在2 0 5 0 m m 冷粗轧机或1 4 5 0 m m 冷粗轧机上经过单 向 多道次 批量的轧制 板材产品轧至成品厚度 带材和箔材产品轧至0 6 m m 0 7 m m 厚度时 需分别在2 0 0 0 m m 冷精轧机或 1 4 0 0 m m 冷精轧机上 进行1 道次 2 道次的精轧至成品厚度 需要中间退火的产品 退火后冷却到室温再进行冷轧 轧至成品厚度 2 0 5 0 m m 冷粗轧机和2 0 0 0 m m 冷精轧机的成品卷材最大外径约2 5 0 0 m m 卷材 宽度9 0 0 m 1 9 0 0 m m 厚度为o 1 5