中国铝板带冷轧工业发展

通常, 除热轧厚板外, 所有的平轧铝产品 (板、带、箔) 都要经过冷轧。笔者认为现在铝冷轧制时, 轧的都是带材, 除极个别的之外, 再也没有一张一张地冷轧板材了;目前, 中型 (辊面宽度B≥1 300 mm) 冷轧机与大型 (辊面宽度B>1 800 mm) 冷轧机都是非可逆式的, 同时卷的质量m≥5 t, 只有小型轧机 (辊面宽度B≤1 200 mm) 、同时卷的质量m≤5 t时才进行可逆式轧制;在现有的技术水平条件下, 冷轧带材的速度很难超过2 400 m/min, 带卷质量也不会超过32 t;冷轧带材的宽度不会超过2 500 mm, 也会有个别例外的;由于冷轧带材速度的提高与带卷质量的提高, 今后不会建超过4机架的连轧线了;建4机架的连轧线也仅是个别的。这些仅是笔者的一己之见, 供参见。

中国的铝带轧制始于1931年上海华铝钢精厂的投产, 有小于800 mm的二辊铝带、箔冷轧机40台;1956年东北轻合金加工厂建成, 有两台1 700mm四辊可逆式冷轧机, 从苏联引进, 相当于20世纪40年代后期的国际水平。20世纪70年代初第一重型机器集团为西南铝加工厂制造的可逆式四辊冷轧机投产, 但仍相当于50年代中期的国际水平。

中国自1980年以来, 在改革开放的大潮中, 为了华北铝加工厂二期项目的建设, 从日本神户钢铁公司引进1台Φ420/1 100 mm×1 600 mm不可逆式冷轧机与1台铝箔粗轧机 (Φ260/700 mm×1 600mm) 及1台中、精轧机, 1982年12月25日投产, 具有20世纪70年代后期国际水平, 自此以后, 中国开始引进大量冷轧设备, 特别从2010年开始先进铝带冷轧装备引进不断增多, 不但对东北轻合金有限责任公司与西南铝业 (集团) 有限责任公司进行了大规模的现代化技术改扩建, 而且建成了一批世界级的全新轧制厂, 如天津忠旺铝板带有限公司、魏桥铝电有限公司、南山集团、瑞闽铝板带有限公司、亚洲铝板带有限公司 (2014年停产) 、南南铝加工有限公司、平安铝板带有限公司、中孚实业股份有限公司、民泰铝业有限公司等30多家以热轧带坯为主的或完全用热轧带坯的企业。

中国从日本神户钢铁公司引进的首台四辊不可逆式冷轧机的技术参数如下:

最大轧制速度/ (m·min-1) 750

直流主电机功率/k W2×800

开卷机直流电机功率/kW2×265

卷取机直流电机功率/kW3×265

压下装置恒辊缝液压压上式

测厚仪X射线

来料厚度/mmmax 7.0

出料厚度/mmmin 0.2

带宽/mmmax 1 370

带卷外径/mmmax 1 700

带卷质量/kgmax 7 200

2017年中国已有约580家生产板、带的企业, 生产能力约16 400 kt/a, 产量约9 800 kt/a, 设备利用率59.76%, 处于产能较为严重的过剩状态, 如果产能利用率不低于60%, 行业不会亏损, 若产能利用率不低于85%, 就会取得很好的经济效益。冷轧用的带坯有热轧的、双辊式铸轧的、哈兹雷特法连铸连轧的。

按生产能力大小, 中国铝带板生产企业的结构:产能n≥200 kt/a的大型企业约23家 (占4.0%) ;产能n≥50 kt/a～<199 kt/a的中型企业约80家 (占13.8%) ;产能n<50 kt/a的小型企业约477家 (占82.2%) 。

可以按工作辊也可以按支撑辊辊面宽度将冷轧机分为大、中、小型, 支撑辊辊面宽度比工作辊的窄3%～4.5%。辊面宽度B≥1 800 mm的可称为大型轧机, 辊面宽度B≥1 200 mm～<1 800 mm的为中型轧机, 辊面宽度B<1 200 mm的划为小型轧机, 这是按工作辊辊面宽度划分的。

到2017年底, 中国约有大小单机架铝带冷轧机1 350台, 冷连轧线18条, 连轧线的生产能力4 240kt/a;单机架冷轧机的总生产能力12 160 kt/a, 平均生产能力9 kt/a。当前, 生产能力最大的是单机架冷轧机的最大产能为135 kt/a (罐料) 。但这个数字的实际意义不大, 因为与产品结构的关系很大。

中国可设计-制造铝带冷轧机的企业:第一重型机器制造集团、第二重型机器制造集团、上海天重重型机器有限公司、上海捷如机器制造有限公司 (2016年破产) 、中日涿神有色金属业加工专用设备有限公司、洛阳中色科技股份有限公司、陕西压延设备有限公司正扬机械设备有限公司、镇江宏业科技有限公司、诚达设备制造有限公司、昆明重型机器有限公司等, 他们提供的轧制设备在中国铝加工业中发挥了很大作用。

在匡算生产能力时, 大型轧机每台65 kt/a, 中型轧机每台25 kt/a, 小型的每台1.35 kt/a, 它们的总生产能力分别是7 150 kt/a、8 000 kt/a、1 228 kt/a。小型轧机占产能的比例很小, 这是好现象。

到2017年底, 中国有铝带冷连轧生产线18条, 其中双机架的10条, 三机架的3条, 5机架的一条 (2014年停产) 。在这些冷连轧线中, 有9条是引进的, 其他的都是中国自行设计制造的 (表1) 。

西南铝业 (集团) 有限责任公司2 000 mm双机架冷连轧线是中国首条铝带冷连轧项目, 是该公司在中国“十一五”期间在成功建设中国首条引进的高技术热连轧生产线的基础上, 实施的又一具有里程碑意义的标志性工程。

这条铝带冷连轧线2009年5月一次成功带料试车。生产线的主导产品:罐身料 (can stoch) 、罐盖带材、CTP及PS基材、铝箔毛料等。

在西南铝业 (集团) 有限责任公司, 把这个新建的技术改造项目称为 (1+2) 冷轧板带公司, “1”代表有一台四辊不可逆式冷轧机, “2”代表1条双机架冷连轧生产线。单机架φ450/1 250 mm×2 000 mm不可逆式冷轧机从奥地利联合钢铁公司 (VAI) 引进, 2 000 mm双机架连轧线引进自德国西马克集团 (SMS Group) , 它们的技术参数见表2。

中国引进现代化的大、中型四辊带材冷轧机是从20世纪50年代中期开始的, 1956年现在的东北轻合金有限责任公司从苏联引进2台1 700 mm四辊可逆式冷轧机, 生产能力10 kt/a, 1988年中国第一重型机械集团公司与意大利米诺公司 (MINO) 合作对2台φ500/1 250 mm×1 700 mm轧机作了升级改造, 生产能力翻了一番, 其技术参数如下:

型式四辊可逆

工作辊尺寸/mmφ500/470×1 700

支撑辊尺寸/mmφ1 250/1 050×1 700

可轧合金所有变形铝合金

来料厚度/mm 10

产品最薄厚度/mm 0.3

带材宽度/mm 1 060～1 630

带卷最大质量/t 5

压下方式液压AGG

传动方式工作辊传动

弯辊方式正、负

最大轧制力/k N 13 000

轧制力矩/ (k N·m) 215

开卷机张力/k N 5.8～58

卷取机张力/k N 11～70

中国自1956年至2017年共从苏联、日本、美国、英国、奥地利、意大利、德国等7国共引进四辊、六辊铝带冷轧机54台, 其中最多的也是最先进的是德国西马克集团的 (含德马克的) , 其次是意大利米诺公司的。中国引进的单机架铝带冷轧机的简况见表3。

中国拥有世界上最多的CVC-6 plus六辊铝带冷轧机, 共27台, 占全球总台数45台的60%, 在CVC-6冷轧机中, 天津忠旺铝业有限公司的最多。根据设计, 2号冷轧机 (CRM2) 轧制带材的最大宽度2 650mm, 最薄厚度0.2 mm, 专业轧制2×××系铝合金;3号 (CRM3) 冷轧机轧制带材的最大宽度2 150 mm, 最薄厚度0.2 mm, 用于轧制5×××系、6×××系、7×××系铝合金。这2台轧机都装有自动化操作的和自动化控制系统Alu , 由于采取了一系列控制措施:工作辊和中间辊弯曲, 多区冷却, 边部喷热油系统等, 它们配合得很好, 因而可轧出高品质带材, 同时有高的产量与环保质量。

在铝合金板带中, CTP与PS版基板、铝箔带坯、罐料、ABS (Automotive-Body-Sheet) 汽车车身薄板四种大宗产品, 约占全球平轧铝产品 (FRPs) 总量的65%, 对它们的品质要求也相当高, 批量生产技术难度较大。在这四类产品中, 前三类中国都能生产, 不但能满足本国需求, 而且还有少量出口。当然, 总体上与美国、德国、日本的产品相比, 在品质方面还有一些差距。

在这四类产品中, 生产技术难度最大的是ABS, 不但产量低, 而且品质不令人满意, 与汽车产销大国不相应, 在2017年中国消费的45 kt ABS中, 中国生产的不到15 kt, 其他的是进口的, 同时这约15 kt产品也是外商在华独资企业生产的, 他们用的带坯是从日本与韩国运来的。

生产ABS上的技术难度主要在下游, 即在气垫热处理与其后续的纯拉伸矫直、预时效、表面处理等, 20余道工序形成一连续的生产线, 单层排列全长可超过600 m, 双层排列也在300 m以上。中国首条ABS生产线———诺贝丽斯 (中国) 铝制品有限公司位于江苏省常州市国家高新技术开发区, 占地4 320km2, 投资1亿美元, 生产能力120 kt/a, 2014年10月21日投产。该公司只生产下游产品, 坯料带卷从韩国运来, 2018年建二期, 是诺贝丽斯铝业公司的独资企业, 2015年已向国内外市场批量供应ABS。诺贝丽斯公司2018年5月对外宣称:将投资1.8亿美元扩大常州厂的ABS的生产能力100 kt/a, 2020年投产, 从而成为世界三大ABS生产厂之一。

ABS生产线可分为三段:进带段 (图1) 、气垫炉-纯拉伸与拉弯矫-清洗预处理段 (图2) 、出带段 (图3) , 活套可以是立式的, 也可以是卧式的, 或是立-卧联合式的。中国建成的ABS项目见表4, 还有爱励国际 (镇江) 铝业有限公司等准备建设。按照规划, 南山集团的ABS项目分三期建设, 现在建成的是第一期, 全部建成后, 生产能力将达600 kt/a, 成为全世界最大的ABS生产基地。

中国既是全世界最大的汽车产销大国又是铝材产销大国, 但却不是汽车用铝大国, 2017年汽车的平均用铝量只有约125kg/辆, 比欧、美、日的平均用铝量158kg/辆低21%。同时, 据笔者了解, 中外汽车铸造铝合金的平均用量大致相等, 差别大是由于铝材 (板材、挤压材、锻件) 用量低造成的, 国外已批量生产众多的全铝乘人车, 而中国除有个别全铝公共汽车外, 其他的乘人车与皮卡车很少是全铝的或几乎没有。所谓全铝车, 是指在当前的技术条件下, 凡是可用铝合金制造的都用上了铝合金。

中国汽车用铝少, 一是在汽车设计方面与零部件制造、组装技术方面还不如发达国家的, 还有相当大的提高空间;二是铝加工业在宣传铝的优势与汽车制造业共同发展铝在汽车中的应用还有待加强;三是有关部门在汽车燃油效率法规上还不够强硬, 如果逐年降低汽车的用油量, 则对汽车质量的减轻与用铝量的上升自然会有所帮助。

2016年日本汽车工业平轧铝产品用量约165kt, 2017年的超过170 kt, 而中国的汽车用的国产铝板带只不过35 kt, 可是中国汽车产、销量又分别比日本的大得多。

2017年中国10大铝板、带生产企业的轧机概况及生产能力见表5, 其中有些是企业自称的, 如天津忠旺铝业有限公司, 其他的是笔者匡算的。总产能为热轧厚板与冷轧带坯卷之和。

冷轧用的带坯, 中国有三种:铸锭热轧的, 双辊式连续铸轧的, 哈兹雷特法连续铸造热轧的, 这是中国铝带冷轧产业的一大特点, 别的国家大多数只用铸锭热轧带坯, 只有为数不多的国家用其中两种, 如美国、法国、巴西、印度等主要用铸锭热轧带坯, 但也用了少量的铸轧带坯, 西班牙与巴林用了少量哈兹雷特法-热轧带坯。

在中国2017年生产的10 300 kt平轧产品中, 除去约200 kt厚板外, 在其余10 100 kt板带材中约有52%是用铸锭热轧带坯冷轧的, 48%是用双辊铸轧带坯冷轧的, 这是中国铝板、带冷轧产业的又一特点, 即铸轧带坯用得特别多。

用铸轧法生产冷轧带坯是一种节能减排的短流程工艺, 凡是用此种带坯冷轧的产品能满足用户的要求, 都宜用此类带坯生产。

中国铝带轧制生产能力是世界最大的, 装备是全球最先进的, 可用3种带坯 (铸锭热轧、双辊式连续铸轧, 哈兹雷特法连续铸造热轧) 冷轧带材, 建成了如天津忠旺板带公司那样的世界最大的铝板带单一轧制厂, 而且它的装备都是世界顶级的, 从9个国家 (德国、瑞士、法国、美国、加拿大、奥地利、瑞典、意大利、芬兰等) 引进。

尽管中国铝轧制业在改革开放期间取得了举世瞩目的重大成就, 但总体上与工业发达国家相比还有一定差距, 特别是研发创新与冷轧设备设计、制备领域的差距则更大一些, ABS生产仍是较大的短板, 铝-锂合金板材生产仍未过关, 等等。