經(jīng)過兩年的建設(shè)，美國(guó)印第安納州巴拉夫頓（Bluffton)市阿萊克辛擠壓圓錠公司(Alexin）于近期建成投產(chǎn)，該公司是北美地區(qū)近十幾年來一家全新的擠壓用鋁圓錠專業(yè)鑄造廠，其特點(diǎn)是：

    建廠地址經(jīng)過慎重考慮，以巴拉夫頓市為中心，在其半徑400千米的范圍內(nèi)集中了北美約40%的擠壓材企業(yè)，2006年擠壓鋁材的產(chǎn)量約545千噸，幾乎占美國(guó)總產(chǎn)量的50%左右；

    原料有保證，產(chǎn)品銷售運(yùn)輸距離短，80%以上的原料為廢舊鋁，原鋁錠的用量還不到20%，是一個(gè)典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)企業(yè)和節(jié)能減排企業(yè)；

   主導(dǎo)產(chǎn)品為直徑178～406毫米的6063合金圓錠，產(chǎn)品專一，生產(chǎn)能力11萬噸／年，規(guī)模合理，可取得高的經(jīng)濟(jì)效益；

    在鋁熔體凈化處理過程中廢除了已沿用八九十年的熔劑處理與氯氣處理，杜絕了有害、有毒氣體的排放。熔煉過程中排放的煙氣得到100%收集與過濾處理，排入大氣的物質(zhì)能滿足當(dāng)前最嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求，是一個(gè)真正的綠色企業(yè)，產(chǎn)品是名副其實(shí)節(jié)能環(huán)保型的，因此其注冊(cè)商品名稱為“節(jié)能環(huán)保領(lǐng)先錠”（LEED ^®擠壓錠，LEED是Leadership in Energy and EnvironmentalDesign的縮寫），設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝流程達(dá)到當(dāng)前在節(jié)能環(huán)保方面的最高水平；

員工總數(shù)51名，人均產(chǎn)量可達(dá)2157噸／年，勞動(dòng)生產(chǎn)率居世界領(lǐng)先水平；

    鋁熔體經(jīng)過嚴(yán)格的凈化處理，鑄錠經(jīng)過完善的均勻化處理，冶金組織細(xì)密均勻，不但有良好的擠壓性能，而且產(chǎn)品有優(yōu)異的力學(xué)性能與其它各種優(yōu)良性能；

    是世界上最現(xiàn)代化的鋁圓錠鑄造企業(yè)之一。

    一、生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品

    （一）生產(chǎn)工藝

    阿萊克辛公司擠壓圓錠的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，與常規(guī)圓錠生產(chǎn)工藝并無特大區(qū)別，只是對(duì)每一道工序都進(jìn)行嚴(yán)格管理與執(zhí)行，最大不同處在于凈化處理時(shí)不用氯氣與熔劑，這在世界上是首次，真正做到了環(huán)保熔煉鑄造與低碳熔煉鑄造。其它是對(duì)采購(gòu)的廢料按合金種類與形態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的分類，以確保合金的成分準(zhǔn)確與波動(dòng)范圍最小。

圖1  LEED ^®擠壓圓錠的生產(chǎn)流程示意圖

    （二）擠壓圓錠

    阿萊克辛公司生產(chǎn)LEED ^®擠壓圓錠的原料主要為廢料，大部分是從擠壓廠與門窗制造廠那里收來的，廢料品質(zhì)可以得到保證，廢料用量超過80%，對(duì)提高成品率起了決定性的作用，其它的原料為原鋁錠與其它金屬、非金屬，約20%，用以調(diào)節(jié)合金成分。產(chǎn)品為擠壓用的6063、6061合金圓錠，但以前者為主，約占產(chǎn)量的90%。錠的直徑有178毫米、203毫米、254毫米、305毫米、356毫米、406毫米等6種，它們是16MN～45MN擠壓機(jī)用的典型鑄坯。鑄錠長(zhǎng)度有兩種：7200毫米的長(zhǎng)錠，可按用戶要求鋸切成定尺的短錠。

二、廢鋁的分類與管理

該公司收購(gòu)的廢舊鋁除建筑用的鋁材邊角料外，還有相當(dāng)數(shù)量的打成包的廢料、松散的廢鋁、壓成餅塊的切屑，以及廢舊鑄件等（圖2～4）。廢料進(jìn)廠后，按其合金，種類與形態(tài)卸到指定的分類貯存區(qū)，共有9個(gè)這樣的區(qū)，占地面積2.8×10⁴平方米，廢料的分類與去除夾雜物如鐵、塑料等非金屬都是在自動(dòng)生產(chǎn)線上進(jìn)行。

圖2  阿萊克辛公司生產(chǎn)的待發(fā)運(yùn)的擠壓長(zhǎng)錠

圖3  將收購(gòu)的松散廢鋁及廢件卸于分類貯料區(qū)

圖4  裝料機(jī)斗內(nèi)的打包廢鋁

    三、熔煉與成分調(diào)整

    （一）熔煉

    公司有7臺(tái)加拿大GNA鋁技術(shù)公司（GNA alutech Inc.）52噸的高效率環(huán)保熔煉爐，矩形傾動(dòng)式。爐料裝入量嚴(yán)格按4（廢料）：1(原鋁錠）的比例，采用RIA公司（Rackwitz Industrieanlagen，拉克威茲工業(yè)公司）自動(dòng)裝料機(jī)裝爐，每斗可裝料12噸，裝料時(shí)間不到90秒，這種快速裝料可使?fàn)t料熔化速度提高7%，可進(jìn)一步提高能量效率。該公司生產(chǎn)的每一環(huán)節(jié)（分揀、分類、熔煉、合金化、鑄造、均勻化、鋸切、打捆與發(fā)貨）都符合高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求，每一項(xiàng)設(shè)計(jì)都貫徹節(jié)能理念。

    爐內(nèi)裝有兩對(duì)雙床11型再生式超低NOx燃燒嘴（Twin Bed ^® Ⅱ ultra－low NOx regenerative burner），由菲費(fèi)北美燃燒公司（Fives North AmericanCombustion，Inc.）提供，可對(duì)燃燒參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，因而可使NOx的形成降至最低，并對(duì)煙氣中的余熱進(jìn)行最大限度的回收，熱煙氣加熱蓄熱室內(nèi)的氧化鋁球，助燃冷空氣經(jīng)過蓄熱室時(shí)被加熱。熔煉爐的煙氣被100%吸人MCNS環(huán)境系統(tǒng)公司（MCNS Environmental systemsInc.）的過濾凈化系統(tǒng)，經(jīng)充分處理后才排入大氣，因而排放物的各項(xiàng)指標(biāo)能滿足當(dāng)前最嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求。

兩對(duì)燒嘴交替燃燒與閉火，當(dāng)閉火的那臺(tái)排氣時(shí)，煙氣的溫度高達(dá)1420℃，經(jīng)過蓄熱室時(shí)將氧化鋁球加熱，再進(jìn)煙道，溫度已降至2321C。一旦溫度降至此數(shù)，此燒嘴便立即點(diǎn)火，同時(shí)吸入的室溫（17℃）空氣經(jīng)蓄熱室加熱后進(jìn)入燒嘴，可使燃料消耗量大幅度下降（圖5）。爐內(nèi)熔體用ABB公司電磁攪拌器攪拌。

嚴(yán)格控制天然氣的消費(fèi)量與爐內(nèi)溫度可使NOx的形成降至最低限度，并保持最高的能效，即一旦爐溫達(dá)到788℃，便降低天然氣供給量與燃燒速度。此種雙膛熔煉爐將冷料熔化并升溫至710℃的能耗僅2218焦／千克。

    （二）成分調(diào)整

    鋁熔體成分調(diào)整與合金化在靜置爐內(nèi)進(jìn)行，該爐也是GNA鋁技術(shù)公司設(shè)計(jì)制造的，容量48噸。爐的工作時(shí)間為24/7天制，可運(yùn)轉(zhuǎn)365天，耐火材料是哈比遜瓦爾凱公司（Harbison Walker)生產(chǎn)的。調(diào)整硅及鎂的成分用的是純金屬，而調(diào)整錳及鉻的成分則用中間合金。可用爐前快速分析法確定合金的成分。

    在靜置爐內(nèi)進(jìn)行凈化處理，阿萊克辛公司在凈化處理時(shí)既不用熔劑又不用氯，從源頭上徹底杜絕了污染源，這在全球可能是破天荒。由于對(duì)廢料的夾雜物與潔凈程度進(jìn)行了控制，同時(shí)又不同于熔劑精煉，所以扒出的渣不多，對(duì)扒出的渣，趁熱進(jìn)行處理，熱渣處理機(jī)由賓夕法尼亞州?？怂诡D市（Exton）阿爾特克－墨迪公司（Altek－MDY）提供。熱渣室相當(dāng)潔凈，比普通的處理室干凈得多。

四、凈化處理與鑄造

    （一）凈化處理

    在當(dāng)代，不管是鑄造鑄錠還是生產(chǎn)壓鑄件與鑄件，在鑄造前都必須進(jìn)行凈化處理，將其中的氫含量與各種夾雜物降到所要求的水平，所以凈化處理就是除氣除雜質(zhì)處理。凈化處理分爐內(nèi)處理與爐外在線處理，后者是當(dāng)前的主要凈化措施。阿萊克辛公司只對(duì)鋁熔體進(jìn)行在線處理，也是其高度環(huán)保的主要原因之一，不過使熔體達(dá)到同等水平純凈度，必須加強(qiáng)在線處理，這說明它在技術(shù)方面與管理方面，以及工人素質(zhì)方面有更勝一籌之處。

    靜置爐內(nèi)鋁熔體溫度與成分合格后便可進(jìn)行鑄造，首先流入自動(dòng)化的SNIF SHEER P－180 UiT系統(tǒng)（圖5）進(jìn)行除氣處理，美國(guó)普羅特克公司(Pyrotek）SNIF分部生產(chǎn)，有3個(gè)旋轉(zhuǎn)除氣轉(zhuǎn)子，是目前除氣效率最高的工藝之一。SNIF SHEER石墨噴嘴的最大優(yōu)點(diǎn)是在能有效除氫的同時(shí)，又不會(huì)把熔體表面的A1₂O₃卷入熔體內(nèi)，因?yàn)樗环矫娓咚僭谌垠w內(nèi)旋轉(zhuǎn)，另一方面又噴入適量除氫介質(zhì)氬，不會(huì)產(chǎn)生湍流。SNIF SHEER P－180 UiT除氣系統(tǒng)可傾動(dòng)，鑄造結(jié)束之前可倒出系統(tǒng)全部殘留的熔體。系統(tǒng)內(nèi)有浸沒式加熱器3個(gè)，每個(gè)20千瓦。

圖5  燃燒器工作一閉火示意圖

    除氣后的鋁熔體流經(jīng)CS－X型Selee過濾器，它是一種非磷酸鹽粘接的泡沫陶瓷過濾板（non－phosphatebonded filter），可根據(jù)過濾精度選擇過濾板目數(shù)。Selee過濾板是塞列公司的產(chǎn)品，它是世界最有名的過濾板生產(chǎn)企業(yè)。

（二）鑄造機(jī)

    阿萊克辛擁有瓦格斯塔夫公司（Wagstaff）提供的最現(xiàn)代化的內(nèi)導(dǎo)式半連結(jié)成圓錠鑄造機(jī)，有5個(gè)鑄造盤，裝有氣滑鑄造技術(shù)（AirSlip ^® Air Casting and NuMax^Tmbillet Castingtechnology),自動(dòng)鑄造控制系統(tǒng)（AutocastTm Automated Casting ControlSystem），以及ShurCast ^TM鑄造機(jī)，可進(jìn)行全自動(dòng)鑄造，一切工藝參數(shù)如鑄造速度、水的流量、壓力、溫度等均由電腦自動(dòng)控制。

    鑄造系統(tǒng)裝有5005 Model ShurCastCasting Machine鑄造機(jī)，其柱塞堅(jiān)固，具有足夠大的剛度，一旦鑄造負(fù)載不平衡，仍能確保鑄錠的既定平直度與品質(zhì)以及鑄造過程的安全，鑄造機(jī)的維護(hù)工作量少。在鑄造盤中，有3套可進(jìn)行AirSlipDC（氣滑半連續(xù)）鑄造，用于鑄造直徑小到中等的錠，另2套可進(jìn)行NuMax技術(shù)鑄造，用于生產(chǎn)直徑大的錠。

    五、均勻化處理

    擠壓用的圓錠都應(yīng)經(jīng)過均勻化處理，以提高其擠壓性能、改善擠壓材的各項(xiàng)性能與品質(zhì)。阿萊克辛公司有3臺(tái)GNA公司的均勻化爐、2臺(tái)GNA公司的冷卻槽室，1臺(tái)裝錠機(jī)，它是加拿大先鋒動(dòng)力公司（ADCL，Advanced Dynamics Corp, Ltd.）設(shè)計(jì)的，全自動(dòng)化（圖6、圖7）。均勻化成為擠壓圓錠生產(chǎn)中一道必不可少的關(guān)鍵工序。爐內(nèi)有3個(gè)加熱區(qū)，每區(qū)可裝錠43噸，有大小燃燒器各1個(gè)，這種Thenjet燃燒器是?？死锲账构荆‥clipse）的產(chǎn)品，在爐膛每區(qū)頂部裝有離心式(radial type）風(fēng)機(jī)，通過循環(huán)熱風(fēng)將熱傳給錠，保溫時(shí)可保證區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的溫度為士3℃，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻電機(jī)調(diào)控。

圖6  SNF SHEER P－180 UiT傾動(dòng)式除氣系統(tǒng)

圖7  阿萊克辛公司的均勻化一冷卻爐組

圖8  阿萊克辛公司的均勻化爐裝錠機(jī)

    鑄錠冷卻室裝有強(qiáng)大的可逆軸流式風(fēng)機(jī)，可于1小時(shí)內(nèi)將直徑406毫米的錠從略低于580℃降至205℃，冷卻速度是可調(diào)的，即可對(duì)不同合金施以不同的冷卻降溫速度，例如6063合金及其它的低合金化6xxx系合金能以盡可能快的速度冷卻，以便Mg2Si及中間金屬化合物粒子呈細(xì)小彌散地均勻分布，使擠壓材有良好的表面品質(zhì)；而6061型合金及其它合金化程度較高的6xxx系合金則應(yīng)按既定的冷卻速度規(guī)范冷卻，以確保Mg₂Si質(zhì)點(diǎn)尺寸不大不小，大到足以不形成過飽和的固溶體（相對(duì)于較低的擠壓力），又要小到在擠壓過程中能完全溶解，形成全固深體，以保證產(chǎn)品有良好的綜合力學(xué)性能。

    鑄好的錠由運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)運(yùn)至均勻化爐區(qū)，然后由自動(dòng)機(jī)裝料機(jī)一層一層地裝于架上，推入爐內(nèi)。保溫后由均勻化爐進(jìn)入冷卻室，冷卻到約200℃移至卸料區(qū)，再進(jìn)入打捆區(qū)或鋸切區(qū)，鋸切后將定尺短錠打捆。這一切都是按程序自動(dòng)進(jìn)行，表  均勻化爐裝料量及裝錠層數(shù)打捆帶為高強(qiáng)度聚酯的。

表  均勻化爐裝料量及裝錠層數(shù)

均勻化爐的裝錠量與每鑄次的鑄錠質(zhì)量相等（見上表），裝料的根數(shù)也與每鑄次的錠數(shù)相等。鋸切機(jī)鋸盤直徑1422毫米（56），驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率93.3千瓦，鋸切速度50.8毫米／秒。

    在捆打之前，噴墨打印機(jī)往錠表面打上各種數(shù)據(jù)。

    六、結(jié)束語

    阿萊克辛擠壓錠公司與中鋁南海合金有限公司幾乎是同時(shí)建設(shè)，投產(chǎn)日期也相差不大（前者2008年末投產(chǎn)，后者一期2010年7月底投產(chǎn)，相差13個(gè)月），它們的生產(chǎn)能力相等，同為11萬噸／年；它們生產(chǎn)擠壓錠用的原料也大體相同，都以廢料為主，占80%左右；前者員工總數(shù)51名，后者130名，前者的勞動(dòng)生產(chǎn)率為后者的2.55倍。

    阿萊克辛擠壓錠公司是全世界首家低碳鋁合金圓錠生產(chǎn)企業(yè)，是一家名副其實(shí)的綠色鋁合金熔煉鑄造企業(yè)；生產(chǎn)過程全盤自動(dòng)化；生產(chǎn)用水全部?jī)?nèi)部循環(huán)，做到了零排放；熔煉爐產(chǎn)生的NOx控制在最低水平，排放的煙氣100%收集并經(jīng)過嚴(yán)格的過濾凈化處理；熔煉與凈化、精煉不用精煉劑與氯，這在鋁的熔煉鑄造行業(yè)是史無前例的；單位產(chǎn)品能耗是全球最低的。

    筆者介紹此企業(yè)的目的，是希望能對(duì)中國(guó)今后發(fā)展低碳鋁經(jīng)濟(jì)有所裨益。建設(shè)綠色鋁企業(yè)勢(shì)在必行，阿萊克辛公司的實(shí)例已經(jīng)證明，建設(shè)綠色鋁企業(yè)是可行的。筆者認(rèn)為，根據(jù)阿萊克辛公司達(dá)到的節(jié)能減排情況，可以提出低碳鋁加工廠的目標(biāo)。