2019年,全球鋁擠壓材總產量約3700萬噸,中國約2050萬噸,北美約250萬噸,日本近81萬噸,德國約62萬噸。它們都是用通過熱擠壓法生產的產品,在熱擠壓之前把錠坯加熱到320℃~520℃。合金不同錠坯的允許最高加熱溫度也不同,例如,1系合金為400℃~470℃;2系合金為320℃~460℃;6系合金為480℃~520℃,是允許擠壓溫度最高的合金,6061、6063合金的最高允許溫度可至520℃,不過也不常用這么高的溫度,一般在500℃左右,這兩種合金也是最常用的合金,其產量占世界總產量的75%;2系及7系合金擠壓材的產量不到總產量的8%,多為航空航天、軍工及其他受力結構材料。
擠壓材生產過程中,需要加熱耗能的工序有:熔煉、擠壓前的錠坯加熱、擠壓筒與模具等的加熱,離線固溶處理與時效處理的加熱與保溫。所用的熱源可是電熱(電阻或感應加熱),也可是燃氣加熱,近10年來,德國拉多爾夫澤爾市擠壓技術公司(extrutec GmbH in Radolfzell)在快速燃氣加熱系統(tǒng)方面取得了很大成就,例如,在近期的創(chuàng)新中最顯赫的是埃蘇加熱系統(tǒng)(ESU, Eco Shower Unit),這是一套與長錠燃氣加熱爐連成一條線的節(jié)能水熱式裝置,2019年已在德國與中東得到推廣,有較大的節(jié)能效果,獲得好評。
經濟噴淋加熱技術
擠壓技術公司的埃蘇加熱系統(tǒng)有較大的節(jié)能效果,有以水預熱的長錠運輸機,與燃氣爐位于一線上,聯(lián)成了整體。鋁及鋁合金有很高的熱導率(0℃ ~100℃時為238 W/m﹒K), 可以在短時間內吸收大量的熱,升高溫度,但是爐氣的能量密度(energy density)低,不能在短時間內使鋁錠的溫度有較大上升,如果通過熱交換器作用,這個設想就有可能實現。擠壓技術公司的S·比爾(Stefan Beer)工程師本著這條思路發(fā)明了埃蘇加熱系統(tǒng),因此,該系統(tǒng)又可譯為經濟噴淋加熱器。這種鋁長錠的加熱方式是:首先用360℃的燃氣爐氣火加熱熱交換器內的水,水溫可以上升到90℃,在錠坯通過噴淋室時,將90℃的水噴灑到緩慢前進的錠上。長錠通過噴淋加熱室的時間為4min~5min,被加熱到90℃的錠坯長度為所需擠壓短錠長的3倍,水是循環(huán)的。從熱交換器內出來的煙氣的溫度為120℃~130℃,而不是燃氣爐平常排放煙氣的250℃~300℃。采用埃蘇加熱系統(tǒng)可節(jié)能約15%,這不是一個小數,對于一個擠壓材年產量幾十萬噸的企業(yè)來說,不容忽視。
長錠經噴淋水加熱到90℃后,隨即進入常規(guī)的燃氣加熱室或感應加熱爐,加熱到擠壓溫度后被剪切成規(guī)定的長度后送入擠壓筒。噴淋到長錠上的被弄臟的水流入過濾器,濾清后循環(huán)使用,同時把錠坯表面洗得干干凈凈。
用熱水加熱鋁擠壓錠不但節(jié)能,同時排放的溫室氣體CO2也有所減少,因為用的燃料——液化氣用量下降了。還有一個優(yōu)點是,加熱爐長度可縮短,因為加熱爐的區(qū)數可減少,一般爐的長度可短1.5米。
實際應用
至2019年底,全世界有4個鋁材擠壓廠使用或即將投產埃蘇長錠加熱系統(tǒng),3個廠在德國:伍托斯希根鋁廠(Aluminium-Werke Wutoschingen,AWW), 正在增建新的擠壓生產線:費爾伯特市(Velbert)的恩布斯洛鋁業(yè)公司(Erbosloh Aluminium GmbH);擠壓技術公司(extrutec GmbH)。另一個廠是阿拉伯聯(lián)合酋長國的一個鋁合金型材擠壓公司,也訂購了一臺。這些公司的實踐表明,建設熱水加熱錠坯裝備的投資可在不到一年的時間內收回,回收期這么短,實屬罕見。
應用表明,此前沿新技術有四個優(yōu)點:一是燃氣爐可制的短一些,是目前市場上最短的爐;二是錠坯清潔系統(tǒng)可將其表面上的一切臟物與粘附的顆粒清除,有利于延長模具壽命;三是現有的一切裝備與手段都可以利用,沒有廢棄;四是各項溫度可以得到精確的控制。另外,德國政府對此項技術的推廣也很重視,聯(lián)邦環(huán)境部對應用此技術的企業(yè)給予一定獎勵。
結語
擠壓用長錠經濟噴淋熱水加熱技術,是一項新的前沿技術,投資不大,可在1年左右收回,是一項節(jié)能減排工程,不但新建擠壓生產線可以應用,也適用于現有生產線的升級改造。我國正在黑龍江和廣東地區(qū)建設大型鋁擠壓材項目,最好能對此技術了解一下,可否引進一條試試,也希望現有的鋁擠壓企業(yè)對此有所了解。