黄彩江　朱跃强

摘要:铝是仅次于钢铁的第二大金属,广泛应用于包装、建筑、交通运输、电力、航空、舰船等领域,在国民经济与国防建设中具有极其重要的战略地位。然而,我国铝工业生产中存在很多问题,使得电解铝的质量很难得到保证。笔者就加强设备装备技术,提高电解铝质量提出了自己的看法。

关键词:电解铝;质量管理;铝工业

1 我国电解铝工业质量管理存在的问题

通过对中国电解铝工业质量管理现状的分析,主要存在以下的问题:

1.1 行业集中程度较差

我国的电解铝行业具有生产企业众多、生产规模小、行业集中度低的特点。由于“九五”期间铝市场需求持续增长、电力工业进行结构调整,国内部分地区出现了建设小电解铝厂的热潮。到2004年底,我国电解铝企业为119家,平均产能仅为约6万吨/年。其中,目前年产量超过10万吨的只有23家。而世界其它国家或地区仅有电解铝企业120家左右,平均产能达184万吨,其中不乏规模接近50万吨的超大型企业。

1.2 技术装备水平比较落后

我国铝行业的技术结构呈现两极化:一方面,近年来大型铝生产企业通过技术改造,先进的技术装备得到了较为广泛的应用,生产技术装备水平已经接近国际水平;2003年,我国16OKA以上电解槽的产能超过了539万吨,达到全部产能的65%,经济技术指标均达到或接近了国际先进水平。另一方面,由于“九五”期间众多小型电解铝厂的建成投产,在我国的电解铝产能中,落后的自焙槽电解系列的产能仍占很大比重;在国际上的电解工艺向大型化、自动化、规模化、节能环保方向发展的同时,我国的电解工艺水平仍有部分产能停留在人工化、污染较重的水平上。

1.3 产品结构不合理

我国电解铝产量虽然发展较快,但是高附加值产品的开发和生产发展速度缓慢,部分铝产品仍然依赖进口。目前国外电解铝生产企业除了生产标准重熔铝锭外,主要生产压延轧制用铝板锭、挤压用圆锭、电线电缆用线杆、铸造用铝合金等高附加值产品。而我国电解铝生产企业则仍以生产重熔用铝锭为主,产量占总产量的87%,高精度铝板带、A356铸造用铝合金等产品仍依靠进口,我国铝工业的产品结构函待调整。

1.4 资源的适应性较差

国内氧化铝产量只能满足国内电解铝生产需求的一半强,其余的由进口补充,由于中国对氧化铝日益增长的巨大需求,使得国际氧化铝价格飞速上涨。又由于我们的企业绝大多数缺乏中长期的战略发展规划,没有或者未保持与海外氧化铝供应商的长期合同关系,氧化铝是通过国外现货市场随机采购,价格相对较高,供货不稳定。

1.5 生产成本上升

廉价的人力资源是中国的比较优势,因此在电解铝单项成本的比较中,人工费用中国的电解铝工业占优,可是其余部分如氧化铝、电力、铝用阳极的成本却大大高于西方大企业。据统计,2003年中国的原铝成本远远高于全球五大铝业公司之一的加铝。而现在,我国廉价人力资源的竞争优势正在逐步丧失。

2 加强设备装备技术,提高电解铝的质量

加强设备装备技术,是有效提高电解铝质量的途径之一。我国的大型预焙槽技术已经走上成熟,从物理场的模拟技术、氧化铝超浓相输送技术、烟气干法净化技术、计算机监测和控制技术到配套的大功率供电电源及高性能的多功能天车和碳素技术等都上了一个新台阶,达到或接近世界先进水平。加强设备装备技术,是提高电解铝质量的可靠保证。通过引进先进的设备装备或通过企业内部的技术改造,加强设备装备技术,来提高电解铝的质量。下面举两个小例子进行说明。

2.1 预焙铝电解阳极自焙保护环的应用

为了充分利用有效高度的阳极,延长阳极使用周期,降低成本;同时避免电解质浸入熔化钢爪,使原铝品位下降。开发应用了阳极钢爪自焙碳素保护环。阳极钢爪保护环是由一固定成型用的铝箔环和保护环原料组成。安装时,首先将铝箔在阳极钢爪上围成圆柱状,接头处铆接,把铝箔环放正,然后将配好的碳素原料加入环内,加压抚平,换极时正常吊装到电解槽上,在铝电解过程中逐渐与阳极块烧结为一体,成为满足工艺要求的碳素保护环。预焙铝电解阳极自焙保护环的应用,在延长阳极使用周期,降低成本的条件下,保持了原铝的品位,避免了电解质浸入熔化钢爪,从而避免了原铝的铁含量上升的情况发生。

2.2 电磁搅拌技术在铝合金生产中的应用

在铝混合炉中直接用流态铝与合金元素对掺,生产各类铸造用铝合金,因其工序简便并具有成本优势,故为各电解铝厂普遍采用。搅拌是合金生产工艺的必要工序,搅拌的目的在于使炉内合金成份和温度均匀化,它看来似乎是一种简单的操作,但是在工艺过程中是很重要的工序,因为它直接关系到合金成份是否能获得精确的控制,进而影响合金产品的质量。在铝合金生产中应用电磁搅拌是国内铝熔铸行业的一项新技术,这项技术利用电磁力采取非接触形式,对炉内的合金液进行充分的搅拌,可加快合金元素的扩散速度,使合金液的化学成份趋于一致。彻底消除了搅拌工具的熔蚀,对合金液的二次污染,有利于提高炉热效率和产品质量。

2.2.1 三种搅拌方式的比较

目前,在铝合金生产中采取的搅拌方式主要有人工搅拌、机械搅拌和电磁搅拌。在我国大部分厂家采用人工搅拌方式。几种搅拌方式的特点如下:

人工搅拌。需关闭热源,开启炉门操作,炉热损失大,劳动强度大,需较长时间才能达到成份及温度均匀,且存在搅拌工具熔蚀对合金液的污染问题,合金成份较难控制,质量不稳定。但操作简单,无搅拌制约条件,各项费用较低。

机械搅拌。搅拌效果同人工搅拌类似,但各项费用要高于人工搅拌,只限于人工难以操作的场合使用。

电磁搅拌。采取非接触方式搅拌,不需关闭热源和开启炉门,炉热损失小,不存在搅拌工具、熔蚀对合金液的杂质污染问题,搅拌效果好,搅拌效果优于人工和机械搅拌。但投资大,需对铝混合炉进行配套改造,搅拌器功率因数低。其中,电磁搅拌技术用于铝合金生产,在提高合金产品质量,节省能源降低成本方面成效显著,适合在电解铝厂推广使用,具有较好的经济效益。

2.2.2 电磁搅拌技术的优点

提高热效率、降低能耗,应用电磁搅拌不用关闭热源,开启炉门,炉热损失大为减少,使炉保温状况得到显著改善,提高了炉热效率,缩短了合金熔炼时间,降低了能耗,节约了电能,降低了生产成本。

消除了二次污染,电磁搅拌采用电磁力对炉内合金液进行非接触搅拌,避免了搅拌工具在铝液内熔蚀,对合金液的铁污染。在实际生产中,可降低合金原料的品位,降低产品原料成本。

电磁搅拌对铝合金熔体均匀化有一定的作用。电磁搅拌力作用于铝合金熔体,使铝合金元素的溶解动和加强,提高传热效果,加速各种物质的熔合作用,缩短高熔点合金元素的熔化时间。

电磁搅拌对减少铝合金熔体夹渣有一定的作用。

总之,使用电磁搅拌器对铝熔池内铝熔体进行非接触式搅拌,可以减少人的干扰因素,可以使熔体质量稳定;并且节约能源,降低生产成本。随着我国铝工业界对产品内部质量要求的不断提高,电磁搅拌技术将会得到推广和应用电磁搅拌器也将成本熔化炉和保温的标准配置件。

参考文献

[1]中国有色金属工业总公司内部资料,《全面质量管理》

[2]蒲伦昌主编,邱廷荣主审,《全面质量管理基础教程》,中国经济出版社,1999年5月版