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压铸铝液直供析

作者:DCM编辑 来源:原创 发表时间:2019-05-29
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文:东南大学材料科学与工程学院 吴炳尧
 
再生铝企业正处在提质升级的关键时期。汽车轻量化、5G通讯等用铝主导业对材料性能提出了高强度、高导热等一系列新的要求,如今,可以明显感到压铸业对常规铝合金材料需求已日渐疲软。加之环保政策对熔铝行业粗放式作业提出了更严格的要求,使同质竞争进入了新一轮洗牌。 
 
随着产能过剩导致的同质化竞争日渐激烈,利润空间不断被压缩,再生铝企业纷纷寻求突围之路,进入了一个重要的转型期,也迎来了新一轮的调整扩建潮。业内前几名企业均在扩充产能,如新格、怡球、顺博、隆达、万泰等或原地扩张,或异地新建、升级、更新。新形势下再生铝产业升级发展之路指向何方?对压铸业的工艺构架与技术进步有何影响?这是目前业界关注的一大热点。
 
再生铝产业升级发展之路
高质量铸件需要高品质、高清洁度的铝液,对于再生铝业来说,围绕如何控制冶金质量,提升除气除渣过程中炉内精炼和在线精炼、除渣的工艺水平,目前普遍认为有以下五大方面的工作:
1)原料预处理---材料标准化,选料自动化,减少人工依赖。
2)革新熔炼工艺---采用先进熔炼设备和技术,如将高温铝液从加热室抽出并通过加料井再打入废料室内的EMP电磁泵系统,以提高能源效率与金属回收率。生产过程从半机械化转向半自动化,如废铝自动加料→预热→熔炼→铸锭→包装等。铝渣处理向环保化及资源化再利用方向转化。
3)提升管理水平,挖潜求效益----适应新设备工艺要求,使用高效管理模式,如丰田模式。
4)资金统筹,从产品运营模式向资本运营转变。
5)再生铝汤直供体系,在产业链上寻找利润空间,建立直供基地,优化上下游的重复环节。
 
铝汤直供是热点
上述几方面的工作中,再生铝汤的直供是当前一大热点。我国目前铝合金保有量已接近4亿吨,仅次于美国(约9亿吨)。铝合金的再生循环利用和再生铝熔炼工艺的优化,越来越受到重视。一方面需要从严格废铝分选方面达到物尽其用、循环利用、不降格混用;另一方面需要减少重熔损耗,降低能耗。而再生铝液直供模式与早年电解铝液直接合金化处理一样是节能降耗的不二选项。
 

 
例如成立于1978年、亚洲最大再生铝集团新格,在浙江、包头、长春、日照、漳州、重庆等拥有多家公司,集团每年总产能约为100万吨铝合金,目前正在筹备的铝汤运输项目,年产能将突破30万吨。又如成立于2003年的上海帅翼驰铝合金新材料有限公司,从2012年开展铝液直供业务,在铝液生产质量控制、铝液运输方面积累了丰富的经验,成为行业领先者。立足节约成本和环境保护,普遍看法是,铝汤直供将成为一种趋势,会带来再生铝业和压铸业的双赢。
 
    纵观国外再生铝汤直供现状,欧美等国20多年前已开始尝试再生铝汤的直供,至今技术工艺已很成熟。再生铝厂大多采用分散布局;如美国一家最大的再生铝工厂--美国再生铝及铝材生产商爱励公司(Aleris),主要为汽车压铸件/铸件生产商生产356、319、413、360和380铸造合金,产能约11万吨/年。在美国本土密歇根州Saginaw、阿拉巴马州Steele、印第安纳州Tipton、 Wabash拥有数家再生铝厂,为通用和克莱斯勒等汽车生产商进行配套铝汤供货。欧洲情况类似,同样存在以压铸客户为中心,形成铝汤直供模式。总之,国外铝汤直供技术成熟;运输半径可达到300公里以上,路况好,有些甚至是厂区内专用铁路罐车直送,铝汤保温及安全防护技术先进,值得我们借鉴。但从总体上看,这种直供铝水的模式,要求单一工厂需求量大,且需满足铝汤对规模化的基本要求。
 
直观上看,铝液直供有明显的成本优势,必然吸引不少国内再生铝生产企业的关注。对于压铸企业而言,原料占据了近80%的成本,如何降低原料成本亦非常重要。据报道,铝液直供代替传统铝锭的供货模式可直接节约800元/T的成本,这是依靠传统比价采购不可能实现的效益。
 
有关报道中介绍的具体成本节约明细更是令人眼睛一亮:
1.省去铝锭重熔产生的材料烧损2%,按全年均价15500元计算,价值300元;
2.节约燃料费用,压铸环节按60立方天燃气计算,每吨节省240元,同时省却压铸工厂内熔解炉的运行成本,按每吨100元,小计340元;
3.省去熔炼环节,节约熔解设备固定资产投资和折旧;
4.实现零库存,减少资金占压;
5.废铸件实现串换,可稳定铝汤的质量,提高铸件的合格率;
笔者认为,以上分析结果仍比较粗犷,缺乏数据分析与系统评价的支撑。大家都认为是方向,但如何保障具有明显节能减排效用的新型产业链在实施过程中不掉链子,有待更全面深入的考证,至少目前尚不能作为普适结论,需要压铸企业根据自身条件分析权衡,且不可盲目跟风,仓促上马。
 
压铸铝汤直供之权衡
真正实现铝汤直供,首先要满足一定的基本条件,包括单一牌号每天铝汤需求量需达到一定规模,否则不具备经济性;选址要符合国家规定,例如,国家规定在生态保护区、自然保护区、大中城市及其近郊、居民集中区、疗养地等对环境质量要求高的企业周边1公里内不得新建再生铝企业及生产设备,也不得扩建除环保改造外的再生铝项目;供铝尽量规划距离近,交通便利;要满足国家对“高热物”道路运输条件的要求等。压铸厂更看重如何在线监管直供铝水的质量和稳定性。
 
当前符合这些条件且能达到投资规模和收益率预期的企业并不多。加之铝合金价格的波动可能对稳定合作带来冲击,压铸厂与再生铝企业之间紧密合作、唇齿相依的依赖感会经受很多外在不确定因素的考验;且可能囿于一些地方相关配套政策的限制。因此在决定选择铝液直供模式前,需细思精密布局,扎实稳妥推进。
 
对于压铸企业来说,从熔炼质量的可靠性、配汤、净化、检测、运输、压铸成形,此完整流程中有很多关键点必须把握。因此,在选择再生铝液直供模式之前,建议多考虑以下几方面的问题:
1)对接方式的最佳化
由于压铸业对再生铝的熔炼缺乏了解,再生铝厂对压铸件生产缺乏认知,双方沟通对接信息不对称,可能导致上下游间交易成本加大,质量事故频发。特别是再生铝厂废料来源及成分控制问题,欧美对废料严格分类,如对回收的易拉罐有专用处理线加工重熔,仅再用于制作易拉罐,做到真正原位循环充分利用,使用该材料的厂家很放心。倘若将各种废铝不分拣混用,不仅使高档次废铝料的高性能被淹没,降格使用造成浪费,而且可能因一些不明元素及杂物使看似主要成分合格的铝水性能不合格。再如对废料遗传基因的辨识,废料熔化后均可能留存一定的固态组织特性,如共晶铝硅合金。硅元素熔点在1400°C,一般反射炉中硅与铝完全合金化状态的温度在800-900°C,如果铝废料中有块状初晶硅存在,要改变这种原材料的遗传性,只能在熔炼时采取相应处理手段,而接受直供铝液的压铸厂完成压铸工艺前欲改变铝合金材料组织缺陷几乎不可能。因此必须关注废料熔化后还可能留存多少固态组织特性,在未来固态组织中起什么作用。这可能是目前熔炼与压铸业认知的共同盲区,可能导致很多质量纠纷。这些问题需要从源头抓起。以尽可能达到对接方式的最佳化。
 
2)效益的最大化
任何好的生产方式在具备诸多诱人优点的同时,一定存在一些特有的不利因素。比如:铝液直供必然增加运输成本和运输容器的维护成本(欧美在转运包大型化、真空、保温、辅助升温、实时监控、安全保障等方面不断改进完善),运输半径受限,熔铝企业现场管理的成本增加。过去铝锭管理相对粗放,时效性不强,但铝水直供,压力就来了,客户的压铸机一直运作着,如果没有合格的铝水及时过去,客户就会有大面积停产的风险。作为铝水提供厂家,希望压铸车间建一个保温炉,铝水送过去,倒到保温炉里面,保温后,再分汤给机边炉。但压铸厂认为直供就是我什么时候需要铝水你什么时候送,而且品质要合格。铝水有几个重要指标,一个是温度,若送到了温度不合格怎么办?退回去。二是含气量的要求。经一路颠簸含气量可能上升,超标也要退回去。三是含渣量,发现氧化夹杂不达标,也要退回去。压铸方希望熔铝方提供100%合格的铝水,而且在他需要的时间送得到,炉子里面还没有用到一定程度,送的早要等待,温度会降低,送的晚则停机了,有的压铸厂甚至要求停机时间为零(如丰田)。压铸生产过程也会出现各种异常,影响作业时间,打乱直供的固有节奏。 
 
铝水直供作为一个零库存的生产行业,异常处置不同造成结果大不一样,因此异常处理要有要领书来指导。不光有正常作业要领书,还要有异常作业要领书,哪个过程不合格,应该怎么做,都有应对步骤。例如温度不合格怎么办,含氢不合格怎么办,相应的要领书里有规定,还要对员工做好培训。如果平时不训练、不培训,一旦发生问题无法及时处理就会造成停机,所以要提前进行演练,万一出现异常,处理异常的时间将大大缩短,或者整个过程即使发生了异常也是可控的。总之必须通过细化管理来解决这些问题,要拟定异常发生判断及处理流程,对品质异常要规范快速对应举措。要制定异常处理要领书,实施标准化作业;同时做好变化点管理。
 
笔者认为,在选择铝水直供前,供取双方都要先静下心来问一问自己:你对直供过程中可能出现的问题和意外都做好充分准备了吗?其实,再好的工艺与装备,都得有完善的制度,包括应急方案及精细化管理,才能从忙于天天救火中解脱出来,使直供的效益真正最大化。
 
3)发展的可持续化
    受制于环保和成本压力,已有越来越多的压铸企业正在考虑选择铝液直供。据说在能耗、烧损、人工和维修等方面可以带来800-1200元/吨的直接成本节约。同时,减少了压铸业碳排放量和金属烧损,产生很好的节能降耗、低碳环保的经济和社会效益。 
 
然而,必须清醒地看到如下这些问题可能是可持续化直供发展必须解决的问题:
A.如何建立铝水直供的安全保障体系、品质保障体系、设备保障体系以及现场管理体系,目前还处在探索和远未完善的阶段。
B.如何协调熔炼厂家和压铸企业双方现场成本增加的问题
C.如何处理直供限制供取双方多重选择的问题。
D.如何慎重选择合作伙伴。直供模式使供铝企业与压铸企业间成为利益共同体。合作的诚信十分重要。铝液直供过程中,任何一方违反合作协议,都可能导致另一方的生产中断。需要完善供需双方合作保障协议。对诸如供货价格、违约责任等条款一定要双方都能接受,避免出现“霸王条款”,否则合作不会长久。
E.如何采取更加积极谨慎的工艺手段,提高再生铝的熔炼水平,这是铝液直供赖以生存和可持续发展的基础。直供铝液的模式最直接地对铝合金的质量提出了必须完全符合压铸的技术标准,没有给予再重熔精炼调整的机会。传统的除渣精炼,由于大多选用以氯盐为主的低廉熔剂,将净化铝水的负担转移至压铸厂铝锭重熔时。但如今净化处理的责任完全在熔铝厂肩上,无法逃避,唯有选用优质的熔剂,认真做好除渣精炼的功课。一些知名再生铝熔炼厂处理直供铝液的实践表明,在不改变现有工艺作业的前提下,选用中国铸协于今年3月份授予材料金鼎奖的发明专利产品---含稀土除渣精炼剂,收到了烟尘减少、作业环境改善,铝液烧损、夹杂、气孔减少,机械性能提高的综合效果。经连续数月测算,仅减少铝液烧损一项,就给熔铝企业带来降低总成本20元/吨铝的效益,对生产让压铸厂家放心的直供铝水,起到了助推的作用。
以上分析,畸轻畸重,敬请指正。
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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