论铝板带连铸连轧工艺与节能、减排的关系

1、    论铝板带连铸连轧工艺与节能、减排的关系         目前，国内铝加工业行业在节能环保方面还存在很多问题，尚有相当大的潜力可挖。本文将以铝板带的生产为例，阐述在条件允许的情况下采用节能、减排的短流程工艺，比如铝板带连铸连轧工艺有可能涉及到的一些技术选择问题。铝板带生产工艺路线的选择概而言之，当前的铝板带生产方法大致有两种。一种叫做直冷工艺；另一种叫做连铸工艺。采用直冷工艺可以建立如下一些生产线：单机架单卷取、单机架双卷取；(1+X机架)热粗轧十热连轧生产线(注：有企

2、业先建l+1机架，然后再发展成1+4机架等)。采用连铸工艺则可以建立双辊式铸造生产线和双带式铸造生产线。事实上，铝板带生产共有三种工艺可供开发商选择，即直冷工艺，铸轧工艺和连铸连轧工艺。一、直冷工艺的特点：工艺路线长，工序多，包含大板坯铸造、锯头、铣面、预热或均匀化、热粗轧(到25mm左右)、热连精轧(后接冷轧和精轧)；能耗(含电能和热能)高；料耗高(工艺废品多)；原始投资较高。但是，产品的合金品种和规格齐全，工艺成熟，可生产罐体料、航天航空用中厚板、高档PS板基、高压阳极铝箔坯料等。二、双辊式铸轧工艺的特点：工艺路线特短，只包括铸轧和卷取(板带通常为6mm左右，世界上只有可数的几条生产线可以

3、铸轧到23mm)；能耗低；工艺废品少；产量较低时投资较小。但是，产品的合金品种和规格也因此而受局限，铸轧后的产品为铸造结构，须经冷轧才能达到12mm厚度。三、连铸连轧工艺的特点：工艺路线短，包括连铸、在线热连轧、卷取，无锯头、铣面、预热等工序；热能消耗(包括电和矿物燃料)低。当热轧卷年产量在4万t以上时，其单位能耗比铸轧工艺还要低；工艺废品少。轧至12mm的热轧卷，成品率高达94%96%；产品为热轧带卷，热轧变形量在十倍以上，产品性质优良；合金品种较多，除了航空和航天用中厚板及一级PS板基等产品不能生产外，能生产大多数民用铝板带；且生产成本低，同直冷工艺相比，原始投资亦较省。用该工艺生产罐料和

4、汽车蒙皮料的研究工作已经取得了令人鼓舞的结果，有待于进行商业化推广应用。工艺路线选择应是开发商考虑的首要问题之一。笔者认为，在经过市场需求调研、产品方案设计、资金筹措和投入产出计算的基础上，开发商应尽可能选取有利于节能、减排、有利于可持续发展的先进工艺。铝板带厂址的选择为了达到节能减排的目的，铝板带厂址的选择亦有一定的意义。比较一下铝板带厂址位置的不同设置方案(是否在冶炼厂旁)，可以清楚地看到这一点。一、不在铝电解厂旁设厂：这样的话，在建立铝冶炼厂的同时就要建立重熔用锭铸造车间，需要投资；重熔用锭需要捆扎和堆放，需要占用土地；重熔用锭经过销售流通，多了一次成本；到了板带厂之后需要用矿物燃料将其

5、熔化，每熔化1kg铝需消耗几十升柴油，或者按有关厂家估计，每熔化1t铝约需用500元燃料费；在将重熔用锭熔化为铝液时，要烧损l%2%的铝，约合3040元人民币；重熔过程中还将排放大量的二氧化碳以及其它有害气体，污染大气环境。二、在铝电解厂旁设厂：省去了大部分重熔铝锭的铸造设备及投资；省掉了重熔工序的能耗及料耗；减轻了对大气环境的污染；铝板带产品具有巨大的成本或价格优势；可以更好地形成煤电铝铝板带产业链。将上面情况进行比较，可以清楚看到将铝板带厂建立在铝电解厂旁具有极大的节能减排优势。需要说明的是，在铝电解厂附近仅建立用电解液铸造大板锭或者铸轧坯的铸造线，然后将其运到别处去轧制，亦可视为在铝电解

6、厂旁建立板带生产线。若采用连铸连轧工艺，则整个连铸连轧线都必须建在铝电解厂旁，但其冷轧和精整线仍可放在别的地方。值得重视的一些不良倾向综观世界以及中国的铝板带产业发展可以发现，近年来该产业在工艺和厂址选择方面尚存在许多不良倾向，值得业内及有关方面重视。1、在生产工艺路线选择方面自19世纪80年代铝电解工业问世后不久，人们就开始生产铝板带材。最早采用的商业化生产工艺是铁模铸造，后接“二人转”轧机。到上世纪30年代，出现了较现代化的直冷铸造机和轧机。二次世界大战后，铝板带工业在一些发达国家发展迅速，目前，世界上仍在发挥主要生产作用的热连轧机均为上世纪6070年代投产。双辊式铸造机是采用运动模的连铸

7、机，1896年由托马斯.贝塞麦提出，经克莱伦斯.哈兹列特改进，由约瑟夫.亨特投入商业化运行，后来得到了广泛应用。双带式铸造机则由哈兹列特发明，自上世纪60年代投入商业化运行。应该说，发明连铸工艺的目的是为了缩短工艺流程，提高生产效率，降低原始成本和生产成本。从上文可见，三种工艺各有其适用范围，也各有其市场地位。对于那些自己适用的产品来说，各工艺自有其不容撼动的市场地位。根据近年来对于北美洲(含美国、加拿大和墨西哥)铝板带生产工艺产品市场份额的调研，得知直冷工艺(主要指l+2、1+3和l+4等)仍占据着23的市场份额，另13则由两种连铸工艺对分。但是应该指出，自1983年以后，美国不仅没有再建立

8、与直冷铸造相匹配的热连轧线，甚至还将部分直冷铸造生产线拆除或搬到国外，因为它们的生产能力明显过剩了。反过来看一下双带式铸造生产线，它们基本上是近二十多年建立的。美国最后一条连铸连轧生产线于2005年投产，新的生产线正在积极筹划中。总的发展趋势为：采用节能减排的连铸连轧工艺比例在逐步增加。中国的铝板带工业始于1932年，当时建立的板带厂现名为华瑞铝业，仍在进行生产。1956年，东北轻合金加工厂的建立标志着中国现代铝板带工业的开始，但是后来的发展并不快，直到2002年，中国的铝板带工业才开始快速发展起来。中国经济的快速发展，迫切需求大量的铝板带材，于是大量的双带式连续铸轧生产线和直冷铸造生产线(主

9、要为单机架热轧生产线)应运而生。据不完全统计，中国保有的铸轧线已有327条，到2010年可达到400条，总生产能力将达到320万ta，将占全球该工艺总产能的一半左右。近年来，中国直冷铸造热轧生产线的发展已达到狂热程度。亦据不完全统计，现已建成184条热轧机生产线，扣除其中150台二辊块片热轧机后，可以看到其中有34条属于常规的直冷铸造工艺生产线。其中，仅单机架双卷取热轧就有13条线，几乎等于国外企业(不含中国)拥有量的两倍。在这13条生产线中绝大部分都是近年建造的。目前，中国的热轧生产能力已达到358万ta。现国内还在建更多的直冷铸造常规热轧生产线，到2010年常规热轧生产能力很可能还会再增一

10、倍以上，届时中国将成为世界上最大的热轧生产国。综观国外(以美国为例)铝板带工业的工艺选择，我们可以看到其工艺选择较为多样化，即直冷铸造及热连轧工艺、双辊连续铸轧工艺和双带式连铸连轧工艺各占一定的市场份额。经过长期市场经济的考验，不仅生产厂家在归并和减少，而且多余的常规热轧能力被拆除和外移，现单机架双卷取生产线已所剩无几，且在市场竞争中处于十分不利的位置。相反连铸工艺生产线(主要是双带式铸造工艺)仍具有上升的势头，其主要原因是该工艺不仅可以节能、减排，而且在民用产品生产方面具有很强的市场竞争力。综观国内铝板带工业的工艺选择，我们可以看到：其工艺选择过于单一，至今尚无一条连铸连轧生产线。最近几年建

11、立了过多的单机架双卷取生产线，这是一种不良倾向，应该尽快得到调整。要知道以直冷铸造为特点的单机架双卷取热轧并不是一种节能、减排的优秀工艺，在未来的市场竞争中必将处于劣势，甚至于最终遭到市场的淘汰。2、在铝板带厂址选择方面据有关部门统计，2006年全世界铝板带的用铝量为1803万t。其中，由于有些板带厂的铸造线建在铝电解厂旁边，直接将铝电解液铸成大板锭(计637.77万t)或带坯(计81.2万t)，避免了先铸成重熔用锭，节约了燃料和金属材料。但是，仍有1083万t的电解铝液被铸成了重熔用铝锭。据有关部门统计，近20年来全世界用电解铝液直接生产板带的比例在下降。1986年的比例为57%，1996年

12、为56%，而2006年则下降为42%。这是值得注意的不良倾向。据专家分析，造成这一倾向的原因有二：一是，有些国际性铝业公司关掉了原来与板带厂联建的铝电解厂；二是，新建的一些大型铝电解厂尚未建立与之相匹配的板带厂。我国的大型铝电解厂起步较晚，有些公司已注意到要把铝液铸成板坯。但是，还有很多铝电解厂仍在生产重熔用铝锭。在越来越重视节能、减排和持续发展的今天，国内有关部门应该对此予以特别的注意，并制定相应的政策举措扭转这种倾向。直接将电解铝液连铸连轧成板带材，有利于节能、减排和可持续发展在探讨了铝板带生产工艺和厂址选择的问题后，笔者着意推荐一种特别能节能和减排的短流程工艺，它就是建立在美国哈兹列特连

13、铸工艺基础上的连铸连轧工艺。现将有关要点列举如下。流程短：在铝电解厂旁边建立铝板带生产线。用中间包将电解铝液运到板带厂，并倒入合金炉中，加入少量固体铝锭和合金化元素配制合金，经扒渣、静置、脱气、过滤并添加晶粒细化剂后，进行双带式连铸，通过三机架热连轧到12mm厚后卷取。此工艺生产连续性强，且便于进行在线合金品种切换。产品覆盖面宽：可以生产1000、3000、5000、6000、8000系合金板带，用于建筑、包装、交通运输等多种民用领域。已经取得的研发成果展示，未来该工艺极有可能用于罐体料和轿车蒙皮铝板的生产。产品质量优良：这是一种科技含量高的成熟工艺，采用各种措施保证了板带产品的内在质量、表面

14、质量和板型。节约能源：为了便于说明问题，哈兹列特先生曾对不同工艺和不同厂址的生产线进行过定量分析。设想建立一条年产30万t、2m宽、l2mm厚的铝板带热轧生产线，通过计算，他取得下列热能成本数据如下：(1)、在铝电解厂旁建连铸连轧生产线：每公斤热轧板的成本=37.66元(保温炉合金化)+20.33元(铸造)+90.00元(热连轧)=148元。(2)、用重熔铝锭作原料建连铸连轧生产线，则每公斤热轧卷的热能成本为410元。(3)、在铝电解厂旁建直冷生产线(或用电解铝液铸大板锭)=每公斤热轧板的热能成本=37.66元(保温炉合金化)+10.76元(板坯铸造)+15.26元(板坯锯头和铣面)+81.8

15、7元(预热)+114.36元(热粗轧)+90.00元(热精轧)+50.00元(冷轧)=400元(4)、用重熔铝锭做原料建直冷生产线，则每公斤12mm毫米厚板材的热能成本为662元。将第一种工艺与第四种工艺的热能成本进行比较，可以看到后者的热能成本相当于前者的4.5倍。这是多么大的差距！值得注意是，世界上(包含我国)竟然还有相当多的铝板带厂仍在采用这种高能耗、排污多的工艺。减少排放：建立上述不同的生产线，生产每吨铝板带排出的温室气体(二氧化碳等)分别为：第一种工艺155kg；第二种工艺347kg；第三种工艺416kg；第四种工艺608kg。由此可以看出第四种工艺的温室气体排放量约等于第一种工艺的

16、4倍，可见差距之大。结语我国铝加工行业要想尽快实现节能、减排目标，就必须在技术路线的选择上进行正确决策。因此，发展商在准备投资铝加工行业、上铝板带项目之前，应明确和把握好以下几点。1、铝加工企业采用先进的节能、减排工艺，将享受政府的税收优惠我国的节约能源法指出，“节约资源是我国基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。”、“国家运用税收等政策，鼓励先进节能技术、设备的进口。”2006年底，我国商务部、国家税务总局公布的“中国鼓励引进技术目录”中，第一次包含“铝板带哈兹列特连铸连轧技术”，(注意：这也是目前国家唯一鼓励的铝板带生产工艺。)其编号为053304G。在其技术说明

17、中，第一次明确界定：“能够实现铝的连铸连轧，而不是一般的铸轧”。铝加工企业采用这种国家鼓励引进的技术，将享受政府的税收优惠待遇。2、铝板带连铸连轧是一种技术含量较高的成熟工艺，铝加工企业应将其列为首选中国的电解铝产量，自2002年起跃居世界第一位。2008年，我国电解铝产量将达千万吨以上。我国众多的大型铝电解厂正在考虑将煤电铝产业链进一步延伸成为煤电铝铝材产业链。这些铝电解厂最适合采用这种先进工艺，将电解铝液直接转换成12mm厚的热轧铝板带，真正做到节能、减排，大大有利于可持续发展。哈兹列特连铸连轧技术是一种成熟技术，全世界已有十几条铝板带生产线在运转，经济效益良好。与此同时，它又是一种含有多项专利注册技术的高科技生产工艺，特别适合