材料成型新技术论文_材料成型新技术论文

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姓名:鲁天阳

学号：040204186

班级：材料044

07-12-20 圆铝杆连铸连轧设备与工艺浅析

连铸连轧在 圆铝杆生产上 的成功应用始 于意大利 Continuus公司 1948年建立的世界第一条圆铝杆连铸连轧生产线，之后，美 国的 Southwire公 司和法国的Clecim公司也先后研制成功了具有 自己特色的圆铝杆 连铸连轧生产线，我国也于 20世纪 70年代初诞生了 自己设计 制造的第一条 圆铝杆连铸连 轧生产线。尽 管这些生产线在设备结构、装机水平 和生产工艺方面存在一定 的差别，但其工艺 流程基本相 同，即熔化后的铝液(也可 以直接采用 电解 铝液)经过精炼、除气、过滤，通过 中间包(浇包)注入连铸机进行连续铸造，连铸坯经预处理后进人连轧机组轧制成圆铝杆，然后在冷却管中进行在线冷却，最后进入卷取机成卷。自第一条 Properzi生产线 投产 以来，经过近 60年的发展，圆铝杆连铸连轧技术 日臻 完善，目前世界各国的圆铝杆生产几乎全部采用连铸连轧工艺。我 国先后 已有几十条圆铝杆连铸连轧生产线投人生产，占铝杆产能的 90％以上，对发展我国电线 电缆生产起着举足轻重的作用。几种典型的圆铝杆连铸连轧生产线

目前 世界上技术 比较 先进、产品质 量 比较好、用户比较 多 的 圆铝 杆 连铸 连 轧 生 产线 主要 有 ：美 国Southwire公司的 SCR生产线、意大利 Continuus公司的Properzi生产线 和法 国 Clecim公 司的 SECOR生产线。我 国铝杆连铸连轧设备主要供应 厂商有东方 电工和陕西压延设 备厂等。这 些生产线的设 备组成基本相同，都是 由熔 化保温炉、除气 过滤装 置、轮带式铸 造机、多机架连轧机和卷取机等组成，但在连铸机、连轧机和卷取机 的设备结构、装机水平 和 自动化程度，以及生产工艺等方面存在较大差异。

1．1 SCR生产线

SCR生产线„是美 国 Southwire公 司于 20世纪 50 年代开发的连铸连轧生产线，其主要特点为： ① 连铸机为五轮式，由 1个铸造轮、1个张紧轮，1个压紧轮，2个导向轮及 1根环形钢带组成。铸轮上 装有铜 制的梯形 凹环，铸轮 与钢带包 络部分 形成模腔。铝液注入模腔，结晶成为梯形断面铸坯。铸轮 与 钢带同步运行，铸坯从铸轮上方分离 出来 ；② 轧机为摩根公 司的二辊无扭转悬臂式轧机，轧 辊呈平、立 交替布置。粗 轧机单 独传动，精轧机成组 传动；粗轧机轧辊 为单槽，精轧机轧辊 为双槽或 三槽(可提高轧辊使用寿命)。轧辊采用辊环结构，互换性强，且只需更换辊环，快捷方便。近年来，为进一步提高轧辊寿命，改善产 品质量，精轧机也改成了单独传动 ；③ 粗轧采用大轧制率轧制，有利于晶粒细化及提高产品质量；④ 各机架的冷却系统和润滑系统分设，可保证铸 坯基本上是均匀变形，内在组织优 良，圆铝杆的性能 稳定，而且有利于延长轧辊的使用寿命，减少生产成本。⑤ 铸坯在线感应加热、线杆在线淬火，生产效率高，产品质量好； ⑥ 2台卷取机交替使用，可实现密排卷取。卸卷由气动和液压装置辅助完成，工人劳动强度低。美国 Southwire公 司在连铸连轧设备 的设计制造和圆铝杆生产 领域有着十年的经验，同时拥有6201／6101合金圆铝杆(即“T4”铝杆)生产工艺技术专利，所生产的圆铝杆在普通拉丝机上 即可生产 出符合美国铝业协会规定的“q'81”铝线，也就是说无需特殊的拉丝机或其它昂贵的加工设备。Southwire公司既是设备制造商，同时也 是铝杆 生产商，在 电工圆铝杆6201／6101合金圆铝杆及线缆生产方面有着丰富的经验，已经在 自己的工厂生产出超过 300万吨的连铸连轧圆铝杆。该公 司提供 的 SCR圆铝杆连铸连轧生产线遍布 31个国家，系统可靠性高，产品质量好。

1．2 Properzi生产线

Properzi圆铝杆连铸连轧生产线

是意大利 Continuus公司于 20世纪 40年代末开发的，其主要特点如下 ：

① 水平浇注，大中间包接收流槽输出的铝液 ；大中间包下面设有小中间包，铝液通过小中间包流入铸轮凹槽 内，浇注位置位 于铸造轮 的正 上方 ；从大 中间包到小中间包的铝液流量由浮子装置控制 ；当紧急停车时，大中间包内的铝液能快速倾倒进其它储槽 内；

② 二轮式铸造机，由 1个导向轮、1个铸造轮和条环形钢带 组成，结 构简单、紧 凑，更换 钢带快 捷方便 ； ③ 铸坯为五边形(近似梯形断面)。铸坯从铸轮引出后需偏转一定角度(5。～8。)，以避开钢带、进入轧机，易导致高温铸坯受拉表面产生裂纹，影响产品质量，使铸坯断面受到 限制。近年来，为 了克服这一缺点，Properzi铸造机已向多轮化方 向发展 ；

④ 生产线配置有 5辊矫直机、铸坯铣 面机、感应加热及淬火装置等，可以生产多种合金圆铝杆 ；

⑤ 组合式连轧机，把二辊轧机加工变形量大与三辊 Y型轧机加工变形均匀的特点有机地结合在一起所生产的圆铝杆产品性能好，尺寸精度高。但 Y型轧机轧辊更换、维修等 比较麻烦，需设专用轧辊磨床，并需要备用机架 ；

⑥ 两台卷取机(交替使用)前后配置，后面一 台高于前面一台，可实现密排卷取。

1．3 SECOR生产线

SECOR生产线

由法 国的 Clecim公 司与澳 大利亚的 MIM公司共同开发。铸机型式与 Southwire公司的 SCR类似，不同的是该铸机可按合金性质调节张紧轮位置，以改变钢带包覆长度，因此可生产的合金品种较多。轧机是悬臂式平立辊轧机，单独传动，无 孔型轧制(只是在最后成 品机架上有孔型)。该孔型系统具有轧制道次少、轧辊使用寿命长、操作维修方便等特点。另外，无孔型轧制还有如下优点 ：

① 因轧辊不需开槽，省去了开槽机床、工具、样板等 ；

② 辊缝检测容易，调整方便，导卫装置简单，轧件无耳子和褶边，因此可提高生产率 ；

③ 由于压下量大(第 1道大于45％)，可使晶粒化，产品质量好。目前，SECOR生产线还不太多，在我国还是空白。

1．4 国产生产线

我 国能提供 圆铝杆连铸连轧生产线 的厂家很多设备也不尽 相 同。铸造 机有 两轮式、四轮 式和 五式，浇注方式有水平浇注、45。浇注和垂直浇注 ；轧机也有多种 ：平立辊轧机、45。轧机和 Y型轧机。以东方电工的设 备 性 能最 优，用 户 也最 多，所 生 产 的 LGZ1500／Y型圆铝杆连铸 连轧生产线在 我国很 多厂 家到应用。近年来，随着市场对铝合金 圆杆需求量的加，东方电工成功地开发 出了生产铝镁硅系铝合金杆的连铸 连轧生产线，其主要特点如下 ：

① 结晶轮为“H”型，四面冷却，可保证铸坯 结致密、均匀 ；

② 铸坯感应加热，具有 自动加热及控制功能 ；

③ 连轧机采用独特的二辊和三辊相结合的轧方式，具有主动喂料和堆杆停车功能 ；

④ 采用离心甩头式绕杆方式。

国产圆铝杆连铸 连轧生产线业 已成熟，产 品质可达到 国标要求，但与国际先进水平相 比仍存在较差距，主要表现 在夹渣、含气、性能不够稳定等方 面国产生产线生产规模较小，且不能在线一次绕制密卷。另外，铝合金圆杆生产对生产线 的控制精度要求很高，国产设备仍需改进和完善。国外先进连铸连轧生产线的优势

2．1 单机产能大。产品品种规格多

国外先进 的圆铝杆连铸连轧生产线都 已形 成列，单机最小产能为 2．5 t／h，最大可达 12 t／h。产品仅覆盖导电用铝及铝合金圆杆，而且还包括机械用合金铝杆 ；圆铝杆规格范 围 Φ9.5mm－Φ15mm，生产线的产能均小于 4h，产品比较单一，主要生产普通电工圆铝杆，虽然来 已开发出导电用铝合金 圆杆，但还缺乏生产实践考验。

2．2 浇铸 系统 比较合理

采用水平式铸嘴(鸭嘴)浇铸，而不是象国内某设备那样采用 45。浇注或垂直浇注，液流 比较稳定、没有涡流，避免了熔体中的大颗粒非金属夹渣物及表氧化皮随熔体流入结晶轮 中，减少了圆铝杆的非金夹渣。

2．3 设有废料剪

开始生产或出现故障时，废料剪将铸坯切断成长1 m左右的废料段，剪下的废料 由输送装置运 至废料箱 ；与此同时，铸机仍处于工作状态，避免了在 出现问题时操作工手忙脚乱。而国产生产线大多未配置废料剪，工人劳动强度大，易出现安全事故。

2．4 铸造水、轧制乳液和淬火水流量 自动控制

铸造 水、轧 制乳液和淬 火水均采用 分区单独 控制，每个区均配有 电磁流量计和流量控制 阀，各 区的水或乳液流量 由 PLC控制。在系统计算机 中存 储有生产各种 圆铝杆 时各 区冷却水(或乳液)的流量配置方案(操作工可 以修改)，生产时根据产品类型 自动调用。生产合金圆铝杆时，通过控制各区轧制乳液和冷却水的流量，可实现在线热处理而国产生产线绝大多数没有该功能，只能生产普通 电工 圆铝杆。

2．5 设有连续探伤装置

成品剪切机前配置有涡流探伤仪，可在线连续检测杆材 的缺 陷，自动记 录缺 陷的大小、种类及 数量据此，可 以确认产 品的质量 以及 整个系统 的生产 情况，可以实现对炉 内净化、在线净化 及过滤效果 的最终监控。而国产生产线缺少在线探伤检测系统，无法连续检测最终产品质量。

2．6 可以实现一次绕制密排卷

2台卷取机交替工作，可将圆铝杆绕制成密排卷便于包装和运输 ；可 以根据杆材 的性 能、规格及卷重要求一次成卷。而国产生产线采用甩头式卷取机，绕制的松散卷需进行二次绕卷方可满足 出 口商 品的外观及运输要求。

2．7 生产 系统密闭

轧机是全封闭的，整个轧制过程全部在机罩内完成，有效地避免 了冷却 水、乳化液飞溅对生产环境 的影响，同时对整个生产系统的烟气 收集与排放也有科学合理的处理方案。

2．8 采用交流变频电机 主要传 动系统 均采用交流 变频 电机，功率 因数高，对环境的适应性较强，有效地降低了设备维护和运行费用。

2．9 设备加工装配精度高、性能可靠

由于 国外设备的加工、装配精度高，性能稳定可靠，因此设备故障少，生产能力可以得到充分发挥，生产成本低。

2．10 先进的计算机监控系统

采用先进的计算机 监控系统对生产线进行实 时监控。可显示当前工艺参数及有关 信息，并能对超 出规定的工艺参数作 出快速反应 ；具有报警功 能，可提供重要工艺参数变化趋 势曲线，统计工 艺监控数据还能进行条形码标签打 印，自动化实验 室筛 选，提供工艺处方等。另外，增加 的传感器可以及时反映工 艺参数的变化。我国圆铝杆连铸连轧生产现状与发展趋势

3．1 生产 现 状

虽然我 国圆铝杆连铸连轧生产起步不算晚，目前应用也很广，但在 20世纪 90年代前，我 国圆铝杆生产线很少有本质上的改进。随着 国民经济 的迅速发展电力行业对电工圆铝杆的质量要求越来越高，对高强度铝合金杆 的需求量越来越 大。为满足 电线 电缆行

业的需求，国产电工圆铝杆连铸连轧生产线进行了如下一些改进 ：

① 采用倾动式保温炉，熔体可 以平稳进入铸 造轮，减少了夹杂，提高 了铸坯质量，对 于生产高质量铝合金圆铝杆尤为重要；

② 连铸机由二轮式改为四轮或五轮式，铸坯离开浇铸轮时不会发生扭转，保证进入轧机时平直、不偏斜。浇铸轮采用 四面冷却，喷嘴 的流量可 以调节，冷却水成扇状，铸坯冷却比较均匀 ；

③ 采用 了新型的轧机布置，前 2道为二辊式平立辊结构，后面各道仍采用“Y”型结构。这样，可保证前2道有较大的压下量，因此可以适 当加大铸坯截面，增加总轧制变形率，提高产品性能；

④ 加大了轧机的主电机功率，可轧制大截面铸坯及铝合金杆 ；

⑤ 在炉 内精炼 的基础上，增加 了在线除气 和过滤，使铝熔体得 到了深度净化，从而提高 了电工 圆杆质量；

⑥ 在质量检测和管理方面作 了大量工作，如增了自动控制装置、对工艺过程进行监控、采用计算管理等。

尽管采取了上述改进措施，在设备配置方面仍在一些 问题，最突 出的是不能在线绕 制密排卷，对品的包装 和运输带来很大麻烦。目前，我 国圆铝杆连铸连轧生产行业存在的主问题如下 ：

① 生产线多，单机产能低。目前全 国拥有 90条圆铝杆连铸连轧生产线，总生产能力约 90万 t，a，条生产线平均产能仅 1万 t／a；

② 装机水平低，产品质量差。除少数 由国外引外，绝大多数生产线均为 国产设备。

③ 产品单一。目前，国内连铸连轧生产线多生纯铝杆，合金杆 的生产才刚刚起步。而在国外，合铝杆的生产已有悠久的历史，且合金铝杆 的品种范 很广。

6101和 6201合 金有着许 多优点：抗拉强度 比1050合金高 1倍，疲劳强度高 50％；在电导率相同时其强度是铜线 的 1．5倍，而重量仅是铜线 的 1／2，架空线的跨度可显著加大 ；硬 度高，在安装 时导线 受损的可能性较小 ；没有钢芯，导线 的连接也简单 的多；短路电流对合金性能的影响 比对纯铝的影响小得多，对短路电流的稳定性仅次于铜。6101和 6201合金 以其优良的特性在 国外 得到 广泛 的应 用，在 欧洲尤其 是法国，绝大部分输 电线路都采用 这两种合金 ；日本采用铝合金的输电线路在 50％以上 ；美国和加拿大也有很大比例的铝合金输电线路；即使东南亚发展中国家如印度、印度尼西亚、菲律宾等，也都采用铝合 金输 电线路 ；然而由于种种原因，我国用量一直很少。

3．2 发展趋势

3．2．1 需求旺盛

在电力事业飞速发展的今天，以钢芯铝绞线为代表的架空导线势必会有较大的需求量。据预测，近几年每年可望新增圆铝杆连铸连轧生产线 10条左右。

3．2．2 规模化生产

圆铝杆属 于初级加工产 品，附加值低，只有达到一定 的规模，才能体现 出经济效益。因此，只有产能大、设备利用率高的连铸连轧生产线才能在将来 的竞

争中立于不败之地。

3．2．3 产品质量要求越来越高

以500 kV输电线路用架空导线为例，不仅要求铝单线的抗拉强度达到规定值，而且要求抗拉强度的波动范围小(一般须控制在20 MPa以内)，即要求铝杆性能均一。

3．2．4 铝合金圆杆 的市场 占有率将增大

随着架 空输 电导线、光 纤复 合架 空线、CATV电缆、船用电缆、控制电缆等大量采用铝合金线，铝合金圆杆的需求量将大大增加，预计将会达到国外使用铝合金杆的水平。利用先进 的连铸 连轧技术，开发各种铝合金圆杆是众望所归的发展趋势，同时也可使圆铝杆连铸连轧生产线的潜能获得充分发挥。

3．2．5 引进国外先进设备

提升装备水平和产品质量先进、成熟、可靠的装备是实现生产工艺的必要保证，只有拥有一流的设备、一流的生产技术和一流的人才才能生产出一流的产 品。当前，在 国产设备与进口设备还有较大差距 的情况下，引进国外先进设备和技术无疑是必要的。

3．2．6 利用电解铝液直接生产圆铝杆

用电解铝液直接生产 圆铝杆，可以大大减少产 品能耗，降低烧损。但电解铝液一般含气、含渣量较高应采用先进有效的精炼工艺(如稀土优化综合处理等)排杂除气，以保证圆铝杆 的质量。3．2．7 圆铝杆 出口量将增加

目前，我 国已有部分 圆铝杆 出口，但数量 十分有限。我国铝资源 十分丰 富，电解铝产 量也十分可观应抓住有利时机，充分利用我国 自然资源 和人力资源的优势，加强圆铝杆 的出口。

3．2．8 改造或淘汰旧设备，提升装备水平 我国圆铝杆生产设备的总体水平较低，尤其是世纪 90年代之前投产的生产线，装备水平差，产品质量低，已经不能适应 圆铝杆市场 的要求，对其进行术改造势在必行。