铝合金生产（精选10篇）
铝合金生产 篇1
摘要：随着能源的进一步开发, 有色金属的使用也得到了进一步发展。本文从铝合金的特点入手, 介绍了铝合金的焊接工艺和生产中的注意事项, 为得到满意的焊接产品提供指导意义。
关键词：铝合金,焊接缺陷,焊接工艺,生产应用
1 铝合金焊接性能
1) 极易氧化。铝与氧亲和力极大, 任何温度下都会氧化, 在母材表面形成氧化铝薄膜, 组织致密, 保护着母材表面, 阻碍母材的熔化和熔合, 易产生未焊透缺陷;生成的氧化膜密度大, 不易浮出熔池表面, 容易在焊缝中形成夹渣缺陷。焊前应去除母材表面氧化膜, 焊接过程中采取保护措施, 防止熔池氧化。钨极氩弧焊时, 应选用交流电源, 利用阴极物化作用, 去除氧化膜。
2) 易产生气孔。液态铝可溶解大量的氢气, 固态时几乎不溶解, 因此, 氢在焊接熔池快速冷却、凝固结晶过程中, 来不及逸出熔池表面, 在焊缝中形成气孔。
3) 易产生热裂纹。铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍, 凝固时的体积收缩率较大, 焊件的变形和应力较大, 在脆性温度区间内易产生热裂纹。
4) 熔化时无色泽变化, 加上高温下强度和塑性降低, 使操作者难于掌握加热温度, 容易引起熔池金属的塌陷和烧穿。
5) 合金元素易蒸发和烧损。铝合金含的低沸点合金元素, 如镁、锌、锰等, 在焊接电弧和火焰作用下, 极易蒸发和烧损, 从而改变了焊缝金属的化学成分和性能。
2 铝合金常见焊接缺陷
2.1 气孔
主要原因:焊丝有杂质;焊丝表面受潮;焊缝接头有杂质;母材或焊丝氢含量超标;接头间隙太窄引起集中气孔;不利的焊接位置;气体保护时间太短;气体不纯;气体流量不均匀;焊接电弧过长;焊枪角度太小。
防范措施:保证焊丝清洁, 存放于清洁的环境中;焊前清理焊缝, 如预热;选用合格的焊丝, 提高要求;适当的坡口间隙控制;选用有利的焊接位置;调整气体流量至最优;调整焊枪角度等。
2.2 裂纹
主要原因:焊缝硬化;内部应力;低熔点金属重熔引起热影响区边界晶粒脱离。
防范措施:选用焊接性能最佳焊丝;控制焊缝收弧;选用适当的焊接顺序;减小热输入等。
2.3 夹杂物
主要原因:由于保护气体流量不足或中断导致氧气浸入而氧化焊缝;焊缝前道清理不充分;钨极电流过高或因熔池接触而产生钨杂质。
防范措施:调整气体流量至最优;清理焊缝, 优化电弧环境;减小钨极电流并减小钨极直径, 钨极末端不能和熔池相接触等。
3 焊接工艺
3.1 焊接方法
能焊铝合金的方法很多, 各具特色, 常用的焊接方法有气焊, 焊条电弧焊, 钨极氩弧焊, 熔化极氩弧焊, 等离子弧焊, 摩擦焊, 钎焊。其中钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊在生产中应用较多。
3.2 焊接材料
铝合金是在纯铝中加入合金元素如镁、锰、硅、铜、锌等后获得不同性能的金属材料。按合金系列, 铝及铝合金可分为:1×××系 (工业纯铝) 、2×××系 (铝-铜) 、3×××系 (铝-锰) 、4×××系 (铝-硅) 、5×××系 (铝-镁) 、6×××系 (铝-镁-硅) 、7×××系 (铝-锌-铜-镁) 、8×××系 (其他) 、9×××系 (备用) 九类合金。
在选择焊丝时, 选用等强和等化学成分原则。常用的铝焊丝有ER1100、ER4043、ER4047、ER5183和ER5356。
1系铝合金可以选用含钛焊材, 可以减少裂纹, 依靠强化晶粒减少焊接金属的敏感性;
4系焊材因作阳极化处理呈深灰色, 硅含量越高, 颜色越深, 此类焊材专门用于防止焊缝硬化裂纹包括深度切削和高强度约束;
5系焊材, 如果着重考虑耐腐蚀性和颜色匹配, 填充材料和母材的镁含量应相近, 如果着重考虑焊缝金属强度的高抵抗性和开裂, 焊材的镁含量应在4.5%~5%, 锆和铬可以减少裂纹, 依靠强化晶粒减少焊接金属的敏感性, 锆也能减少热裂纹产生的可能性。大于65℃的工作环境中, 焊材镁含量≥3%时容易产生晶间腐蚀, 在镁含量增加或压力工作的条件下, 敏感性会随之增加, 留有余量对焊缝金属稀释影响有利。焊材镁含量<3%时可以提高抗晶间腐蚀能力, 当工作环境存在潜在因素可能导致晶间腐蚀, 焊缝金属的镁含量应接近于母材的镁含量, 不能超过。
3.3 焊前清理
焊前严格清楚工件表面氧化膜和油污, 通过机械清理或化学清理, 清除质量的好坏直接影响工艺与产品的质量。
3.4 预热
薄小工件一般不用预热, 厚度10mm以上时可进行焊前预热, 未强化的铝合金预热温度一般为100~150℃;经强化的铝合金, 包括镁含量4%~5%的铝镁合金, 预热温度不应超过100℃。预热亦可减小变形, 减小裂纹倾向等。焊接过程中, 应控制道间温度不超过150℃。
4 生产应用
4.1 存放和处理
为了避免腐蚀, 铝材和铁酸盐材料以及铜材不能存放在一起, 存放应标识清楚;焊接材料应存放于干燥的地方防止因天气原因而带来的影响。
4.2 加工
在焊透的双面对接焊时, 焊完一面后应清理其背面将要施焊的焊缝表面, 保证其清洁。清理时采用机械方法, 如:铣、錾、锯切、刨, 没有润滑油可用润滑剂代替;也可以使用等离子切割。
4.3 组焊
组焊时优先选用PA、PB、PC和PF位置焊接。
4.4 温度检测方法
当预热或中间退火时要求进行温度控制的时候, 需要进行温度检测, 如通过接触式高温计、测温蜡笔按要求记录;中间退火温度检测时应尽可能接近焊缝金属。
4.5 施焊
铝合金应在无污染、无灰尘和无金属粉末的专用洁净环境内施焊;施焊过程中层间温度不超过工艺规定;熄弧坑应填满并高于母材;多道焊时, 焊完一道后, 应用机械方法清除氧化膜;当焊接过程中发现不锈钢垫板熔化时, 应立即停止焊接, 去除相应部分的焊缝金属, 并将不锈钢垫板熔化位置和留在铝材上的痕迹做好记录。
参考文献
[1]陈祝年.焊接工程师手册第二版.北京:机械工业出版社, 2009.
[2]刘凤义.浅谈铝材的焊接方法[期刊论文].黑龙江科技信息, 2007.
铝合金生产 篇2
[摘要]铝合金导体是铝合金电缆的重要部分，导体直流电阻是衡量电缆电气性能的重要指标，已成为电缆例行试验项目。影响铝合金导体直流电阻测量值的因素有很多，以铝合金导体生产工艺的影响最为根本。基于对铝合金导体绞合工艺和退火工艺的试验研究，指出了传统工艺存在的问题，给出调整后更为合理的工艺方案。通过对铝合金导体生产过程严格把关，使铝合金导体直流电阻测量值符合规定，保证了电缆产品使用性能。
[关键词]铝合金导体;直流电阻;生产工艺;测量
近年来，铝合金电缆作为一种新型电缆，已在我国获得推广应用。铝合金导体是铝合金电缆的重要部分，导体直流电阻是衡量电缆电气性能的重要指标，已成为电缆例行试验项目。一般情况下，在满足电缆载流量要求前提下，导体电阻越小越好，以减少电能在线路中的损耗，且可以避免因电阻偏大，导致导体发热而造成的绝缘加速老化，减小当绝缘老化到一定程度时的被击穿概率，降低引发短路，或损坏其他的电气设备，甚至引发火灾的危险。虽然减小铝合金导体直流电阻测量值的因素有很多，但最根本的是通过对导体生产过程进行严格把关，使铝合金导体直流电阻测量值符合规定，以保证电缆产品使用性能。
1测量方法确定和测量过程控制
电线电缆导体电阻常使用电桥法测量。按电桥类型，电桥法可分为单臂电桥法(又称惠斯登电桥法)和双臂电桥法(又称开尔文电桥法)。通常根据样品电阻的测量范围进行选择，即测量电阻为100Ω及以上时宜选用单臂电桥法，测量电阻为1Ω及以下时宜选用双臂电桥法，测量电阻为1.0～99.9Ω时单臂电桥法或双臂电桥法均可选用。测量直流电阻时基本选用双臂电桥法。本文在对铝合金导体生产工艺对导体直流电阻测量值影响试验研究时，采用双臂电桥法对铝合金导体直流电阻进行测量。为了获得准确的铝合金导体直流电阻测量值，测量时采取了以下措施：a.在测量前，预先清洁样品表面，去除附着物、污秽和油垢，尤其是尽可能除尽连接部位的导体表面氧化层。b.样品采用端部压接或焊接方法，以改变绞合导体中的电流分布，减少接触电阻的影响[1]。c.将样品静置一段时间，使其温度接近于周围环境温度，达到完全平衡，同时尽量控制周围环境温度不变，即所测环境温度为导体温度。d.测试时采用适当的电流，避免过高过低。电流过低会导致分辨率下降，使误差增大。电流过高会使导体发热，影响测量结果。为了减少检测电流的影响，通过采用比例为1∶1.41的2个电流分别测量样品电阻，判断导线温度是否受测量电流影响而升高(即两者之差不超过0.5%，则可认为用比例为1的电流测量时，试样导体未发生温升变化[2])。e.当样品电阻小于0.1Ω时，采用电缆换向法，读取一个正向读数和一个反向读数，取算术平均值[3]。f.严格控制由铝合金单线表面氧化、标准电阻精度不高、试样长度测量误差、电流电极和电位电极与试样的接触松紧度等带来的误差[4]。
2生产工艺影响的试验研究
2.1绞合工艺的影响
虽然根据电缆载流量的要求，单丝根数、单丝线径均可确定，但绞合工艺的设置(尤其是绞合节距的设定)仍会对导体直流电阻测量值造成影响。为了了解绞合节距对导体直流电阻的影响，以120～630mm2铝合金导体为例，在单丝根数、单丝线径和紧压模具尺寸等其他方面保持不变的情况下，只调整铝合金导体绞合节距(如表1所示)，并对绞合节距调整前后的铝合金导体直流电阻的测试结果进行对比(如表2所示)。可见：a.在绞合节距未调整前，与标准规定的`20℃导体直流电阻值相比，铝合金导体退火前20℃直流电阻实测值大多数不合格，即使合格的导体电阻实测值与标准规定值相比余量也很小，铝合金导体退火后20℃直流电阻虽然基本上合格，但与标准值相比余量也很小。b.在绞合节距调整后，与标准规定的20℃导体直流电阻值相比，铝合金导体退火前后20℃直流电阻实测值均合格，且与标准规定值相比余量适中。相比铜芯导体，铝合金导体延展性差，单线在绞合过程中，绞合节距不宜过大或过小。过大的绞合节距会导致退火处理后的导体在经过弯曲后，导体松散和单线与单线之间间隙增大，不能回复原形，对导体电阻有严重影响，也不利于挤包绝缘层。过小的绞合节距，由于铝合金单线延展性差，在经过紧压模后，单线容易断裂，再者电阻与长度成正比，绞合节距过小，导致单线长度增大，最后测量时导体直流电阻增大。
2.2退火工艺的影响
为提高铝合金导体的机械性能和电性能，绞合后的铝合金导体需要进行退火处理。通常铝合金导体在井式回火炉中退火，其退火工艺采用时间计数，即不同的规格导体采取不同的退火时间，如表3所示。铝合金导体采用该退火工艺退火时，如当天温度高于5℃，则气温每升高10℃，表3中的退火炉加热温度相应地降低10℃，时间不变，但最终加热温度不低于310℃。当铝合金导体退火达到保温时间后，关闭电源，导体还应在炉内继续保温40min才能出炉。虽然上述传统退火工艺执行起来很简单，只要根据铝合金导体截面积，选择不同的退火时间即可，但该退火工艺未能考虑到铝合金导体数量(长度)，存在一定的不合理性。实践证明，相对于未满盘铝合金导体，满盘铝合金导体所需的退火时间更长，而且装有满盘铝合金导体的退火盘，其内圈退火温度在规定时间未必能达到退火温度，这样就会导致整个退火盘上内圈铝合金导体和外圈铝合金导体的退火温度不一样，直接影响了铝合金导体退火后的直流电阻和机械性能。为避免传统退火工艺因导体数量产生的问题，根据表3中的退火时间，结合实际导体生产数量情况，重新调整了退火工艺，即根据导体净重(质量)，来确定退火时间(如表4所示)。由此调整后的退火工艺流程改为：绞合导体→称重→装炉→升温→恒温加热→保温→出炉。调整后的退火工艺的退火温度设定为320℃，退火达到保温时间后，关闭电源，导体出炉，打开炉盖，待炉温降到50℃以下再将炉盖盖上。调整后的退火工艺不仅明确了具体导体数量的退火时间，还对导体退火过程中升温时间、恒温加热和保温时间有了具体要求。显然，调整后的退火工艺避免对铝合金导体直流电阻造成影响，更加具有合理性。表5示出了退火工艺调整前后的铝合金导体直流电阻的测试结果，可见退火工艺调整后比调整前的导体直流电阻明显要小，与标准规定的20℃导体直流电阻值相比余量更适中。因此，调整后退火工艺更加合理。同时，采用调整后退火工艺退火的导体的柔软性、单丝断裂伸长率更优，机械性能明显提高。
3结束语
毋庸置疑，铝合金导体生产工艺对导体直流电阻测量值有着极大的影响。当然除上述两项生产工艺因素外，铝合金导体的生产源头―――铝合金杆的材质和质量，以及铝合金杆在拉丝过程中模具的使用和拉丝油的质量等，皆可影响到导体直流电阻测量值，在生产中也应加以重视。
[参考文献]
[1]徐林青.大截面铝芯电缆导体电阻测量方法技术改进[J].电测与仪表，2009，46(s1)：32-34.
[2]吴长顺.电线电缆产品检验[R].上海：国家电线电缆质量监督检验中心，2004.
[3]莫峰.浅谈电缆导体电阻测量[J].科学之友，2011(14)：50-51.
铝合金生产 篇3
关键词：A1-Ti-B中间合金；晶粒细化；线材；生产方法；发展趋势
随着科技的高速发展，越来越多的铝材被应用于高新技术领域中，但同时对各种铝材组织性能提出了更高的要求，而要使铝材获取良好的组织性能则要求其铸锭具有细小均匀的等轴晶，铝及铝合金铸锭要获取这种组织，必须通过结晶组织的微细化处理等不同手段来细化合金晶粒，包括液态时添加各种中间合金细化剂或借助电磁搅拌、机械振动、对流和超声波处理等方法，使a-A1基体细化，从而显著提高铝材的综合性能，目前工业生产条件下，在铝熔体中添加细化剂进行细化铸锭的晶粒是最经济有效的方法.
近年来广泛应用的A1-Ti-B中间合金细化剂，是目前最有效的晶粒细化剂之一，是铝及铝合金晶粒细化技术的一项重大突破，世界上大约有75%的铝材生产企业使用A1-Ti-B中间合金进行晶粒细化，在工业生产变形铝合金熔铸产品时通常采用在线添加A1-Ti-B中间合金细化剂丝，而在铝合金铸件生产中则通常采用在炉内添加A1-Ti-B中间合金锭A1-Ti-B中间合金细化剂的生产技术在国外非常成熟，而我国在20世纪80年代后才开始研制A1-Ti-B中间合金细化剂线材，在过去50多年里，国内外科研工作者对铝的晶粒细化进行了广泛而又深入的研究，开发出了多种有效的晶粒细化方法。
A1-Ti-B中问合金目前存在的主要问题是，国内外不同企业生产的A1-Ti-B中间合金线材的细化效果差异较大.尽管近几年国产A1-Ti-B中间合金线材取得了较大进展，但在铝轧板业中的应用还未打开局面.而A1-Ti-B中间合金线材的质量不仅取决于熔铸过程，还与线材成型方法有关.本文对各种合金制备方法和线材成型方式进行分析，以便确立一种适宜的A1-Ti-B中间合金线材的生产方法。
1 A1-Ti-B中间合金生产方法
A1-Ti-B中间合金的成分、组织形态和晶粒细化程度主要受中间合金制备过程采用的原材料和制备方法的影响，而铸造工艺及变形加工方法不会对其性能产生显著影响，目前A1-Ti-B中间合金的制备方法主要有氟盐反应法、纯钛颗粒法、氧化物法、电解法、铝热还原法和自蔓延高温合成法等；A1-Ti-B中间合金线材的加工方法主要有半连续铸造挤压法、连续铸轧法和连续铸挤法等。
1.1A1-Ti-B中间合金制备方法
1.1.1氟盐反应法
氟盐反应法是指固态铝熔化后，使液态铝的温度升到一定数值，然后按照相应比列添加氟硼酸钾及氟钛酸钾，通过铝熔体与这两种氟盐之间的化学反应制备A1-Ti-B中间合金.该方法是目前工业生产上应用最广的A1-Ti-B中间合金生产方式，世界著名的KBM、LSM及KBA等公司和国内大部分生产企业及科研院所等均采用氟盐反应法生产A1Ti-B中间合金细化剂。
氟盐反应法优点：
（1）原材料价格低、生产制备工艺简单、有效降低生产成本；
（2）浮于铝熔体上面熔融状态的低密度反应渣易于除去；
（3）中间合金制备纯度高、显著细化晶粒.
氟盐反应法缺点：
（1）反应不完全，Ti、B的实收率低，影响A1-Ti-B中间合金的细化效果；
（2）熔融氟盐与铝熔体存在密度差、且互不润湿，反应仅发生在两者的接触面，铝熔体烧损严重，TiB2粒子出现团聚现象，尺寸范围宽化.
1.1.2纯钛颗粒法
纯钛颗粒法是当铝熔体加热到一定温度后，按照一定比例加入KBF4和纯钛颗粒，然后搅拌使两者充分反应，最后通过一定时间的保温后浇注制备A1-Ti-B中间合金。
纯钛颗粒法优点：
（1）迅速反应、熔化温度低；
（2）生产效果高、产品质量稳定.
纯钛颗粒法缺点：
（1）与氟盐法相比，钛以粉末的形式不易添加，收得率不高；
（2）原料价格高、细化效果一般.
1.1.3氧化物法
氧化物法是通过B和Ti的氧化物分别代替KBF4和K2TiF6，使铝熔体与B、Ti氧化物的反应生成A1-Ti-B中间合金细化剂。
氧化物法优点：
（1）B和Ti的氧化物被铝还原，有效解决了氟盐挥发的问题，使熔炼与铸造的环境显著改善；
（2）制备出高Ti、B元素含量的A1-Ti-B中问合金细化剂，并且实现了1/4～1/5之間的B/Ti比例，生产成本下降显著。
氧化物法缺点：
（1）中间合金的晶粒细化效果一般；
（2）反应时间长、工作温度高.
1.1.4电解法
电解法是以铝熔体作阴极，通过在含有TiO2和B2O2的电解槽中不断析出Ti和B，从而生成A1-Ti-B中间合金的方法。
nlc202309081857
电解法优点：
（1）减少合金元素的偏析以及氧化物夹杂，合金的质量高；
（2）电解过程烟气少，工作环境好，环保投资少.
电解法缺点：
（1）难以生产Ti、B元素含量高的A1-Ti-B中间合金；
（2）Ti、B比例将随着时间的延长而降低，使成分难以控制，生产效率相比氟盐反应法的效率低。
1.1.5铝热还原法
铝热还原法是以TiO和B2O2替代K2TiF2和KBF4，在高温下与铝熔体反应制造A1-Ti-B中间合金，该方法类似于置换法。
铝热还原法优点：
（1）含硼氧化物价格低，反应所需量少，生产成本低；
（2）反应渣少、原料利用率高
铝热还原法缺点：
（1）该法反应温度高、反应速度慢、反应时间长；
（2）该法B的回收率较低，生产效率较低
1.1.6自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法是一种新的材料制备技术，它利用反应物质的高放热性使化学反应自动持续进行，最终合成所需的材料.该方法是利用钟罩将按一定比例均匀混合后的块状A1、Ti、B单质粉末加入到750～900℃的铝熔体中，通过A1、Ti、B之间发生自蔓延反应制备A1-Ti-B中间合金。
自蔓延高温合成法优点：
（1）中间合金纯度高，生产设备及工艺简单，中间合金成分配比无限制；
（2）合金组态及分布显著改善，反应延时短，优化TiA13组织.
自蔓延高温合成法缺点：
（1）原材料价格高，反应温度不易控制；
（2）助熔剂对自蔓延反应和组织形貌影响大，细化效果达不到工业生产要求.
1.2A1-Ti-B中间合金线材成型方法
1.2.1半连续铸造挤压法
半连续铸造挤压法是通过把铸造直径为60～172mm的圆锭锯切成一定规格的铸锭，然后在热处理炉中加热到一定温度后，在挤压机上挤成相应规格的A1-Ti-B中间合金线材。
半连续铸造挤压法优点：
（1）设备投资少，生产工艺相对简单；
（2）生产工艺成熟，产品规格更换快.
半连续铸造挤压法缺点：
（1）不能连续生产，生产效率低，产品单耗高；
（2）该方法无法制备出组织性能和化学成分均匀的圆锭，难以制造出质量稳定的产品.
1.2.2连续铸轧法
连续铸轧法是通过5个或更多机架的线材机，在400℃左右下将A1-Ti-B合金熔体连铸成截面为六边形或梯形的杆坯，轧制成直径为9～10mm的A1-Ti-B中间合金线材。
连续铸轧法优点：
（1）自动化程度高，生产效率高；
（2）生产工艺过程易控制，产品性能稳定.
连续铸轧法缺点：
（1）设备投资大，生产成本高；
（2）产品表面质量差，无法制备宽范围Ti/B成分比的合金线。
1.2.3连续铸挤法
连续铸挤法是我国东北大学20世纪90年代初提出的一种材料制备工艺，并且在生产A1-Ti-B中间合金线中被采用.该方法是通过流槽向由铸挤轮凹槽和铸挤靴形成的型腔中，注入熔融的中间合金熔体，随铸挤轮的旋转在型腔中的金属液体逐渐凝固，随着在凹槽侧壁摩擦力的作用下凝固金属被送到变形区，被迫从相应的模孔中挤出，最终制备出相应形状的A1-Ti-B中间合金线材，图1为连续铸挤装置示意图，
连续铸挤法优点：
（1）生产工序少、效率高；
（2）制备的产品质量稳定，表面质量好；
（3）在高温下挤压成形，工艺能耗低，经济节能
连续铸挤法缺点：
（1）浇铸速度慢，生产效率较低；
（2）32艺控制较复杂，工业化生产较少
2展望
随着经济的发展和社会进步，人类对铝材的要求越来越高，上述介绍的各种A1-Ti-B中间合金制备方法和A1-Ti-B中间合金线材成型方法均存在不同的优缺点，如何提高A1-Ti-B中间合金线材的细化效果，仍是科研工作者需不断努力的目标.而如何改进制备工艺方法、线材成型方法和优化合金成分是改善A1-Ti-B中间合金组织形态并提高其细化性能的重要途径和重要方向。
3结语
（1）氟盐反应法是工业上大规模制备A1-Ti-B中间合金的主要方法.改进该制备方法和优化合金成分是改善A1-Ti-B中间合金组织形态并提高其细化性能的重要途徑，同时发展新型制备工艺和新型A1-Ti-B中间合金细化剂，是其一个重要的发展方向
（2）通过对半连续铸造挤压法、连续铸轧法和连续铸挤法的分析比较，得出连续铸轧法是目前生产A1-Ti-B中间合金线材最佳的成型方法.通过采用先进成熟的A1-Ti-B中间合金制备方法和线材成型方法，生产出高品质、细化效果显著的A1-Ti-B中间合金，具有极其重要的意义。
高速列车用铝合金焊丝的生产工艺 篇4
关键词：铝合金,焊丝,生产工艺
1 研究背景
我国铁路运输的快速发展, 对于高速列车提出了更高的要求。目前, 世界各国均在大力发展制造铝合金车体[1]。高速列车铝合金车体是以大型扁宽薄壁铝合金型材作为骨架的焊接构件, 焊接可减少40%的车辆制造工作量[2]。铝合金车体焊接结构的性能, 在基材一定的情况下, 主要取决于焊接工艺和焊丝的合金成分和性能[3]。目前高速铁路主要使用ER5356及ER5183焊丝进行焊接, 本文针对国内生产的焊丝存在焊接气体含量高、焊缝有缺陷及自动送丝易断丝的问题, 研究了铝合金焊丝的生产工艺, 制定出从熔炼、铸造、均匀化处理、挤压一直到拉拔的生产工艺。
2 实验合金
本实验针对目前高速列车使用的ER5356及ER5183铝合金焊丝, 其国际注册的化学成分如表1所示。
3 焊丝的生产工艺
焊丝材料首先经半连续铸造出直径为200mm或180mm的铸锭, 经均匀化退火后, 挤压出直径为12mm的线坯, 挤压出的线坯经中间退火及多道次拉拔, 得到直径为3mm的线坯, 再经退火、扒皮后, 送入光亮拉拔生产线进行光亮拉拔, 最后得到直径为1.2mm的焊丝。图1为焊丝的生产工艺流程图。
3.1 熔铸工艺
设计的熔铸工艺路线如下:
装料→熔化→扒渣→调成分→炉内精炼→炉外除气和过滤→半连续铸造。
为了提高半连续铸锭表面质量及冶金质量的稳定性, 半连续铸造均采用热顶半连续铸造。
实验时在低于750℃温度下熔炼, 添加特殊溶剂覆盖后加Mg, 炉内同时进行搅拌和喷粉精炼, 在炉外保证旋转石墨喷头喷吹氩气除气过程熔体的温度恒定, 采用陶瓷片进行双级过滤, 将Al Ti B送丝装置远离结晶器其在高温处喂丝;同时采用直径为200mm或180mm的圆结晶器进行半连续铸造, 半连续铸造过程的铸造温度为730-740℃, 铸造速度为110~120mm/min, 冷却水水压控制在0.05MPa左右。将铸锭的成分控制在5XXX焊丝铝合金所要求的范围之内, 焊丝合金半连续铸锭的铍含量控制到小于0.0005% (wt) 、氢含量控制到小于0.18ml/100g。
3.2 均匀化处理
半连续铸造得到的合金半连续铸锭, 由于冷却速度快, 容易形成成分偏析和枝晶偏析, 造成合金力学性能下降, 影响后续的塑性加工, 因此, 半连续铸锭在挤压前需进行均匀化退火。根据生产现场的常规制度, 采用470℃×24h工艺对半连续铸锭进行均匀化处理。
3.3 挤压拉拔工艺
合金铸锭经均匀化处理后, 切头扒皮, 重新加热进行挤压, 在390℃~410℃采用直径为185mm的挤压筒同时挤出四根直径为12mm或10mm线坯毛料。将挤压的直径为12mm或10mm的线坯退火之后在轧尖设备上进行轧尖, 轧尖要求以线坯端头能穿过待拉伸的模具200~250mm为宜, 轧尖后的线材在单模拉丝机上进行多次拉拔与退火, 即在Φ12.0mm→Φ10.5mm之间、10.5mm→Φ8.2mm之间、Φ8.2mm→Φ6.2mm之间、Φ6.2mm→Φ5.0mm之间配合390℃~400℃中间退火后将铝合金焊丝线坯处理为直径5mm左右的坯材, 目的是获得具有较高力学性能 (较高的强度和较大的延伸率) , 以便进一步在铝合金光亮焊丝线处理生产线上一次拉拔成成品规格的铝合金光亮焊丝。再将Φ5.0mm线坯使用冷焊方法连接后, 经精确定径拉拔成Φ2.76mm的铝线坯, 待喂入铝合金光亮焊丝线处理生产线。
3.4 光亮处理
高档铝合金光亮焊丝的生产的最后一道生产过程为将Φ2.76mm的铝线坯, 喂入铝合金光亮焊丝线处理生产线, 经过多个模孔一次拉拔成成品规格 (Φ1.2mm) 的铝合金光亮焊丝, 光亮拉拔过程中包括高速扒皮和超声波清洗过程, 最后得到成品焊丝。
4 生产出焊丝的性能
4.1 化学成分
表2为最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝化学成分, 可见, 采用半连续铸造—挤压法制备的ER5356及ER5183合金焊丝成分除Si、Fe含量略低于国际标准外, 其它元素含量均可控制在国际规定的范围内。
显微组织:为保证焊丝的成分均匀, 需要对焊丝的显微组织进行对比分析。为满足焊接的要求, 预期的显微组织应为第二相趋近于弥散、细小, 在基体中分布均匀, 且与基体结合牢固。
图2为最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝纵切面的金相组织。从图中可见, 最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝金相组织中总体来看第二相尺寸较小, 分布比较均匀。对比观察可以发现, 与5356合金焊丝相比, 5183合金焊丝中第二相的数量略多、尺寸略大。
4.2 焊丝力学性能
自动焊接过程中自动送丝还要求焊丝具有良好的力学性能, 有一定的刚度。因此, 对制备的直径为1.2mm的ER5356、ER5183合金焊丝进行了力学性能测试, 测试结果见表3。
表4为日本ER5356、ER5183合金焊丝出厂时控制的抗拉强度[4], 可见, 采用半连续铸造—挤压法制备的焊丝达到日本报道的ER5356、ER5183合金焊丝强度指标。这与国内制备的焊丝第二相尺寸较小, 分布较均匀有直接关系。
5 结论
高速列车用铝合金焊丝的生产工艺为:焊丝材料首先经半连续铸造出直径为200mm或180mm的铸锭, 经均匀化退火后, 挤压出直径为12mm的线坯, 挤压出的线坯经中间退火及多道次拉拔, 得到直径为3mm的线坯, 再经退火、扒皮后, 送入光亮拉拔生产线进行光亮拉拔, 最后得到直径为1.6mm或1.2mm的焊丝。采用此工艺生产出的焊丝成分符合国际标准, 显微组织为第二相趋近于弥散、细小, 在基体中分布均匀, 与基体结合牢固, 且制备出的ER5356、ER5183合金焊丝力学性能达到日本报道的焊丝强度指标。很好地解决了国内生产的铝合金焊丝存在严重的质量不稳定的问题, 实现了高速列车用铝合金焊丝的国产化。
参考文献
[1]邱桂杰, 杨洪忠, 高国强, 等.高速列车用复合材料国内外现状与趋势[J].高科技纤维与应用, 2005, 30 (6) :26-30.
[2]吴鹏译.铝合金焊接技术难点问答[J].铁道机车车辆工人, 2006 (10) :30-32.
[3]卫晏华, 尹志民.铁路列车车辆大型铝合金型材焊丝的选用与生产[J].有色金属加工, 2005, 34 (4) :21-24.
铝合金生产 篇5
2进行安全管理的意义
进行安全管理的最终目的在于对员工生命健康进行保护，并且避免企业的重要资料受到损坏，以此来降低不必要的经济损失。在生产的过程中，如果企业没有对安全管理的重要性引起足够的重视，很容易导致安全事故的发生，不仅会损害员工的健康，还会对企业自身的效益和信誉带来非常不利的影响，以铁合金的生产过程为例可以看出，只有严格的贯彻和落实安全管理规定，通过实践对生产环节不断进行创新，培养员工安全生产的意识，才能够在保障员工权利的同时，提高企业的经济效益，促进社会的和谐发展［1］。
3在铁合金生产中应用安全管理存在的问题
3．1重视程度有所欠缺
作为高强度的劳动密集型产业，在对铁合金进行生产的过程中，始终存在管理者对安全生产重要性认识不足的情况，没有对“安全第一”的生产理念进行贯彻落实，而是一味的追求产量，甚至没有对新员工进行安全教育，导致员工在生产的过程中缺少应有的自我保护意识，导致安全事故发生率大大增加。
3．2应急能力有待提高
由于铁合金生产的相关工作在我国出现的时间较短，尚且处于发展和完善的阶段，因此，大部分企业没有针对这一生产项目制定出高效的预案体系，导致的直接结果就是一旦在生产的过程中出现突发状况，企业管理者很难在短时间内做出正确的厥词，并且对问题进行高效解决［2］。因此，想要提高生产的安全性，避免不必要的事故发生，相关企业应当重视对自身应急能力进行提高，以保证企业生产的有序进行。
3．3管理水平相对较低
现阶段我国诸多进行铁合金生产的企业存在的主要问题在于对安全责任制的落实力度不足，并且对具有极高危险性的生产设备没有引起足够的重视，甚至有部分企业在生产过程中推行安全责任制的主要目的是为了完成上级部门的要求，而不是为了提高生产过程的安全性。
4在铁合金生产中高效应用安全管理的建议
4．1提高企业的重视程度
作为进行安全生产活动的主体，对企业的责任进行落实是非常有必要的。在生产的过程中，企业应当对每一个步骤的安全性引起足够的重视，通过对生产过程中最基础的岗位和环节进行严格要求的方式，从源头处规范安全生产的相关行为，达到加快企业安全管理工作的开展力度，提高安全管理水平的目的。
4．2对员工进行安全知识和技能的培训
对员工进行安全培训可以在确保安全管理工作高效开展的基础上，加快企业的发展，因此，以安全管理为主要内容对员工进行培训和教育是非常重要的。这需要企业将员工的培训工作落到实处，以不同生产环节员工的实际情况为依据，有针对性的选择培训内容，并且通过适合的方式将培训效果进行最优化展示，以此达到对安全生产理念和安全知识向员工进行准确的传输。除此之外，还可以将员工对安全生产过程中涉及到的知识和能力进行掌握情况包含在业绩考核结果中，采取适当的奖惩政策，让员工充分意识到安全生产的重要性，达到提高员工对突发状况进行及时处理的能力，以及对安全知识准确掌握的目的。
4．3在生产过程中贯彻落实安全责任制
安全责任制的实行是确保企业生产过程安全性最行之有效的方式之一，长期的实践结果证明，能够贯彻落实安全责任制的企业，在生产过程中的安全系数极高，反之，没有对安全责任制的意义引起足够重视的企业，较易在生产的过程中出现安全问题，降低生产效率［3］。因此，为了保证安全责任制的贯彻落实，企业首先需要对不同部门和员工在生产过程中所肩负的责任和权利范围进行明确的划分，在此基础上对相应的责任进行逐层贯彻落实，确保在生产的过程中出现安全问题时，管理者可以在第一时间对相应的责任人进行追究。
4．4随时对铁合金的生产现场进行检查
想要高效开展安全管理工作，对生产现场进行检查是非常重要的，通过严格的检查，可以发现生产过程中存在的隐患，从而避免更大损失的产生。在检查的过程中，应当尤其注意铁合金生产的关键程序，一旦发现潜在的风险，必须在第一时间对其进行解决，并且通过在生产过程中对出现的问题全程进行跟踪记录的方式，准确分析问题产生的原因，制定相应的解决方法，保证将问题从源头处进行规避。除此之外，检查的时机也是非常重要的，与定期检查相比，随机抽查的方法更有利于对安全隐患进行发现，将安全操作的规则和流程作为检查依据，对安全生产的过程随机进行抽查，并且通过对责任的精确划分，将发现的问题落实到相应的责任人身上，以此确保铁合金生产过程的安全性，在最大限度上降低事故发生的几率。
5结论
综上所述，安全管理的相关规定要求生产铁合金的企业应当对自身的规章制度进行发展和完善，在生产过程中落实安全责任制，保证人力、物力和财力的充足投入，并且通过提高企业的重视程度、对员工进行安全培训以及对生产现场进行检查的方式，对安全隐患进行及时的发现和处理，在最大限度上避免安全事故的出现，最终达到企业效益稳步提升，以及促进社会和谐发展的目的。
参考文献:
［1］梅桂林．浅谈安全管理在铁合金生产中的应用［J］．铁合金，2016(03):43～48．
［2］王晓博．电炉生产过程能耗监测与电耗智能分析方法的研究［D］．长春:长春工业大学，2012．
铝合金生产 篇6
六西格玛管理是将生产过程中遇到的实际问题转化为可测量的数学模型,采用相应的统计分析工具对该数学模型进行分析,找出可能的改进方案,并对方案进行讨论并实施,通过对改进方案实施效果对比分析,找出最佳改进方案并实施控制,使改进效果能够持续下去[1,2]。六西格玛管理将质量和技术有效地结合在一起,保证了质量改进的有效性,提高了质量改进的效 率,同时也增 加了改进 过程的稳定性。
六西格玛改进方法(DMAIC)的整个过程包括定义、测量、分析、改进和控制五阶段。定义(即确定项目内容)阶段,主要是对项目的背景进行分析,了解项目的改进机会,确定项目目标和项目范围,组建项目团队并制订项目实施的时间计划表。测量阶段,主要通过对测量系统分析(MSA),即对现有测量系统的可靠性进行分析,确保现有测试系统的可靠性;对项目目标的现状进行测量,了解项目目标的历史水平,找出改进的方向;利用输入、过程、输出(IPO)流程图、因果矩阵、潜在失效模式与后果分析(FMEA)等定性工具的分析,抓出关键影响 因素。分析阶段,主要通过 统计工具 对项目品 质关键点(CTQ)的关键影响因素进行定量分析,进一步筛选出重要影响因子。改进阶段,主要根据分析阶段确定的重要影响因子,通过定性和定量分析,产生改进方案;通过田口设计进行参数优化,分析找出最佳方案;选取最佳的改进方案进行试运行,评价项目目标的能力水平。控制阶段,为保证成果能顺利实施,在最佳改进方案确定后,通过关键点工序和重要因子控制、预警图控制和SPC图控制等手段,对改进成果进行控制,确保所做的改进成果能够持续下去,同时还可降低后期的质量成本。
2在铝合金导线生产改进中的应用
由于铜、铝导线的差价较大,电力行业已开始大量关注铝导线的使用情况,致使目前国内较多厂家开始生产铝芯电缆。铜、铝、铝合金导线主要性能的对比如表1所示,可见相对于铜、铝导线,铝合金导线具有良好性能。铝合金导线电气性能和机械性能对电缆的质量非常关键。铝合金导线的产供销流程如图1所示,通过本次DMAIC法对该流程的改进,使生产出的铝合金导线性能可完全达到客户的要求。
注:1)采用铝或铝合金电缆替代铜缆时其导线截面积应扩大1.5倍。
2.1定义
在定义阶段,我们对现有的铝合金导线的性能进行了详细分析,逐步分解,找出关键考核对象以及考核对象的性能指标要求,以确定本次DMAIC法改进的具体CTQ,整个过程如表2所示。由于目前我们生产中采用的铝合金杆拉丝退火工艺会造成铝合金导线电阻率和强度的降低,并且退火时每盘铝合金导线内层和外层退火效果不一样,导致铝合金导线性能不稳定,因此优化铝合金导线工艺成为本次DMAIC法改进的首要目标。此外,铝合金导线成本占了电缆材料成本的大部分,而电缆成本中又以材料成本占主导地位,可见铝芯电缆的价格在很大程度上取决于铝合金导线的成本。如要进一步降低铝芯电缆的价格,使其具有竞争力,还必须实现铝合金导线的低成本制造。
注:1)三级展开指标均为 ASTMB800标准规定值,其中20 ℃时导线电阻率更优于标准值。
作为挤制铝合金导线的坯料,铝合金杆的抗拉强度Rm1、电阻率ρ1和断裂伸长率ε1直接影响挤出的铝合金导线的抗拉强度Rm2、电阻率ρ2和断裂伸长率ε2。我们采用回归分析法,通过矩阵散点图、相关性分析、回归分析、残差分析四个步骤,获得了两者的回归方程为:
因此,相应的铝 合金杆的 具体CTQ如表3所示。可见,为了获得性能优良的铝合金导线,铝合金杆的选材和生产工艺至关重要。现在国内铝合金杆的生产主要是通过参照标准ASTMB800—2005《电气用退火及中温回火8000系列铝合金导线》以及对进口铝合金杆成分分析,进行模仿选材和生产工艺设计。但以此实际生产的铝合金杆性能与进口铝合金杆的性能还存在一定差距,同样需要对铝合金杆的选材和生产工艺进行优化和改进[3]。为此,本次我们同时采用了DMAIC方法对以99.99%铝锭为主材的铝合金杆中合金元素的添加配比、铝合金杆拉挤工艺(包括模具选配、拉挤温度、挤压转速、压缩比和冷却温度等因素)进行了优化指导,以提高铝合金杆的性能。
2.2测量
在测量阶段,我们针对铝合金杆和铝合金导线生产的CTQ制定数据收集计划表,对收集的数据采用嵌套方差分析方法进行检验判定生产的铝合金杆和铝合金导线性能参数的过程能力指数。通过过程能力指数分析可以了解现阶段生产所处的水平及改善空间,只有当短期过程能力指数CP>1时,才表示生产过程是稳定的。相关性能参数的过程能力指数检验判定结果如表4所示,可见铝合金杆和铝合金导线的CP<1,这表明两者的过程能力水平均较低,有待于进一步的提高。同时,我们将影响铝合金杆和铝合金导线性能的所有因素逐一列举出来(分解到末端因子),利用因果矩阵,通过权重打分法,进一步明确IPO流程图中各变量影响大小,当分值超过给定标准线的为关键影响因素。通过因果矩阵计算出铝合金杆性能的关键影响因素有铝锭成分、合金锭成分、合金锭用量、浇铸温度、浇铸机速度、冷却水强度、入轧温度、乳化液温度、乳化液压力[4];铝合金导线性能的关键影响因素有铝合金杆电阻率、铝合金杆强度、铝合金杆断裂伸长率、冷却温度、压缩比、挤压转速和模腔温度。
2.3分析
我们结合FMEA法对因果矩阵确定的上述铝合金杆和铝合金导线性能关键影响因素失效后发生的危害程度、探测难度和发生的频度三个方面进行评分。分值越高表明该因素的危害程度越大、探测难度越大、发生的频度越高,相对的重要程度也越高。最后筛选出铝合金杆性能的重要影响因子有铝锭成分(重金属含量、Si、B、Re含量)、合金锭用 量(AlFe20用量、AlB3用量、AlRe10用量)、浇铸温度、浇铸机速度、乳化液温度、乳化液压力,如表5所示;铝合金导线性能的重要影响因子有铝合金杆电阻率、铝合金杆强度、铝合金杆断裂伸长率、挤压转速、压缩比等,如表6所示。
2.4改进
在改进阶段,我们针对铝合金杆性能的三个成分重要影响因子(Fe、B和Re的含量),设计了三因子三水平的正交表L9(34),生产工艺为浇铸机速度750r/min、乳化液温 度50℃、乳化液压 力0.7MPa。通过对铝合金杆综合信噪比(其为产品质量特性的稳定性指标)分析,当Fe含量0.65%、B含量0.045%和Re含量0.1%时生产的铝合金杆的综合信噪比最高,性能最好(铝合金杆抗张强度达到113.75 MPa,电阻率为0.0284925Ω·mm2/m,断裂伸长率为21.4%),且性能波动最小。通过双样本T检验,对铝合金杆性能另一个成分重要影响因子———铝锭中重金属含量进行了分析,其主要影响的是铝合金杆的电阻率。当铝锭中重金属 含量为0.02%时,将使铝合金杆的电阻率达到0.0291271Ω·mm2/m,如将重金属含量控制在0.01%时,铝合金杆的电阻 率将降低 至0.0285841Ω·mm2/m。因此,将铝锭中重金属含量控制在0.01%,可获得第二次快赢机会(其指在流程中应该做、容易做但却有做的工作,完成这些工作花费的人力、财力不大,但带来的收益却十分明显)。同时,利用正交表L9(34)对工艺进行优化的结果(Fe含量0.65%、B含量0.045%和Re含量0.1%时),当浇铸机速度为850r/min,乳化液温度为50℃,乳化液压力为0.3MPa时,生产的铝合金杆的综合信噪比最高,性能最好(铝合金杆抗张强度可达122.9MPa,电阻率为0.0288612Ω·mm2/m,断裂伸长率为25%)。
我们通过诸多改进方案的验证分析,最终铝合金杆性能参数的过程能力改进结果如表7所示,可见本次DMAIC法改进后CP基本接近1,这表示生产过程是稳定,且同时铝合金杆的抗拉强度、电阻率和断裂伸长率也达到了目标设计值。
在改进阶段,我们通过双样本T检验,发现挤出工艺对铝合金线性能的提高无显著影响,而通过优化铝合金杆性能,可使铝合金线的性能得到显著改善。我们通过诸多改进方案的验证分析,最终铝合金导线性能参数的过程能力改进结果如表8所示,可见本次DMAIC法改进后CP>1,这表示生产过程是稳定,且同时铝合金导线的抗拉强度、电阻率和断裂伸长率也达到了目标设计值。
2.5控制
在改进成果正式投入生产前,我们制定了相应的标准作业指导书和标准检验指导书,对改进成果进行固化并加以推广。
3结论
铝合金杆和铝合金导线的生产改进是一个与时俱进的项目,实际操作过程中应选择改进效率快、见效好、成本低的方案。在铝合金杆和铝合金导线生产中,对同一性能指标有诸多影响因素,通过六西格玛DMAIC方法选择出有效的改进方法,可大大提高电缆企业的生产竞争力。在铝合金杆和铝合金导线生产改进中,六西格玛DMAIC方法的应用大大减少了过去不断试验验证、调整所浪费的时间和精力,更进一步地保证改进成果的有效实施,降低过程的质量成本[5],大大提高了生产的时效性,将生产的成本优势最大化。
参考文献
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[4]项健,汪晓明,郭颜,等.硅烷交联聚乙烯电缆绝缘料[J].电线电缆,2007(6):35-39.
铝合金生产 篇7
关键词：冲裁精整技术,铝合金滑块,模具设计
在某企业生产的子母弹子弹新产品中有一个铝合金滑块, 形状、主要尺寸和表面粗糙度要求如图1所示, 年产量在100万件以上。
注:材料是硬铝合金 (LY12) , 零件厚度8mm。
该零件的加工难点是两个滑动表面的尺寸精度和表面粗糙度, 同时还要满足生产效率的要求。
一、工艺分析
首先, 我们进行了认真的工艺分析, 针对该零件的材料和结构, 以及两个滑动面尺寸精度和表面粗糙度的要求, 有两种加工工艺方法可行。
(一) 采用传统的铣削加工方案, 利用小型专用卧式洗床加工。
其结果为:一是可以满足两个滑动面尺寸精度和粗糙度精度要求;二是缺点为生产效率低, 生产任务难以完成;材料利用率低, 生产成本高。
(二) 利用冲裁精整工艺方法加工, 利用曲柄压力机, 设计专用模具。
主要工序有:落料——1次冲裁精整滑动面——2次冲裁精整滑动面——清洗——去毛刺——检验。采用精整技术加工该零件, 其结果为:一是生产效率极高, 材料利用率极高, 可以大大节省材料, 降低生产成本;二是难点为两个滑动面尺寸精度和粗糙度能否达到要求。
企业的现实条件是, 企业里没有精密冲裁压力机。我们查阅了相关的冲裁精整技术资料, 对冲裁精整工艺方法进行了深入学习研究, 决定利用普通曲柄压力机, 设计专用冲裁精整模具, 在模具上采取相应的技术措施, 合理分配模具的凸凹模间隙, 有可能满足铝合金滑块的生产要求。
二、冲裁精整工艺方法
冲裁精整工艺是将普通冲裁后的毛坯放在精整模中, 进行一次或多次的整修加工, 切去粗糙不平的冲裁断面和锥度, 从而得到光滑平整的断面。经精整后, 零件的尺寸精度可达IT6~IT7 ;表面粗糙度可达 Ra=0.4~0.8μm。常用的精整方法主要有外缘整修、内孔整修、 叠料整修和振动整修。
三、冲裁精整铝合金滑块的工艺方案和模具设计
(一) 工艺方案。
一是用普通曲柄压力机进行冲裁精整。经过冲裁力计算, 我们采用16T普通曲柄压力机。尽量选用滑块导向精度高的冲床, 模具采用带导柱导套的模架, 采用浮动模柄, 尽量减小冲床导向精度不足产生的影响。二是工艺方案及各道工序余量分配。主要工序确定:厚板冲裁落料——1次冲裁精整滑动面——2次冲裁精整滑动面——清洗——去毛刺——检验。经过多次工艺试验, 冲裁落料后, 滑块的两个滑动面表面粗糙度达不到精度要求, 零件的最后分离边缘单边大约会有不大于0.1mm冲裁塌角。零件图要求滑块的两个滑动面不能有可见塌角, 因此必须用冲裁精整将塌角去掉, 同时加工出符合表面粗糙度要求的滑动面。
经计算和实际工艺检验, 我们制定冲裁精整的工艺参数如下:一是经过冲裁落料后, 零件的单边余量留0.12mm。二是第一次冲裁精整掉单边余量0.08mm。三是第二次冲裁精整掉单边余量0.04mm。
(二) 模具设计。
一是冲裁落料模具设计。冲裁落料, 模具凸凹模冲裁间隙选取材料厚度的1%, 料厚8mm, 因此确定凸凹模单边间隙为0.03mm。二是冲裁精整模具设计。采用小间隙圆角刃口冲裁工艺方法, 加强冲裁区的压应力, 从而起到抑制裂纹的作用。模具的凹模带有小圆角刃口, 小圆角半径的数值为R0.1, 模具单边间隙可取0.01~0.02mm。
四、生产检验结果
国内铁合金生产贸易的现状 篇8
铁合金行业属于高耗能, 高污染的基础原材料加工工业。该行业若要持续健康的发展, 高度依存于世界和地区的经济持续发展, 特别是钢铁工业的持续健康发展以及能源、矿产资源的供给保障;另外, 环境可承受压力也是铁合金行业可持续发展所面临的重要所在。
1铁合金行业生产贸易现状
中国现在是世界铁合金生产和出口大国。这首先是中国经济社会持续发展所决定, 也是由中国是世界钢铁大国决定的。截至2007年, 中国粗钢产量4.89亿t, 铁合金产量已接近1 750万t。根据有关统计分析, 以2004年为例, 锰矿进口超过400万t, 占当年世界锰矿贸易量1/3, 全国铁合金生产能力 (含在建和拟建生产能力) 就已经近2 000万t, 装机容量达2000万KVA, 占当时全国发电装机容量的4%左右, 年消费电力约占全国年消费电量的4%左右。这种在经济转型期间出现的盲目低水平重复建设, 生产能力严重过剩, 加剧能源特别是电力供应紧张的局面, 引起了中央及各政府始终高度重视。国家全面开始了铁合金行业的清理整顿, 通过制定行业准入、环保达标、能耗和资源消耗管理等方面清理从1999年7月以来的铁合金建设项目审批、土地使用、环境评价、融资贷款等手续的合法合规性、淘汰5 000 kVA以下矿热炉、实行差别电价、调整出口退税等经济和法规手段, 达到消除部份过剩生产能力的目的。倡导通过对原有企业进行技术改造, 以提高企业技术装备水平和环境保护的能力。
当前, 铁合金面临着全球社会经济稳定持续发展, 环境、矿产资源、能源、国际贸易摩擦以及行业内部诸多严竣形势的制约。在资源供给上, 世界陆地锰矿储量在1亿吨以上的超大型锰矿床区产地有南非、乌克兰、加蓬、澳大利亚、格鲁吉亚等8处。国外锰矿石品位一般都比较高, 尤其是南非卡拉哈里矿区的锰矿石品位达30%～50%, 澳大利亚的格鲁特岛矿区的锰矿石品位更高达40%～50%。中国锰矿储量仅次于南非、乌克兰和加蓬, 居世界第4位, 从经济价值和开发利用角度来分析评价, 可利用的资源量 (储量) 仅3亿多吨, 只占现有锰矿资源总量的40%多。但是, 中国锰矿资源的特点是贫、细、杂、小。以贫锰矿为主, 平均品位仅22%, 碳酸矿平均品位20%。含锰30% (氧化矿) 和25% (碳酸矿) 的富锰矿仅占总储量的6.4%。粒度细、难选, 磷、硫、硅等杂质偏高。中国还是严重缺铬矿的国家之一, 几乎100%依赖进口。在环境保护方面, 铁合金生产主要是烟气和废渣以及废水环境影响, 要达到达标排放, 环保设施的运行费用在200～300元/t产品以上, 一些经济发达的地区, 由于环境容量已经严重超负荷, 将会实行排放总量控制的措施, 到时达标排放也不允许生产。此外电价、矿价的不断上涨, 对企业成本形成巨大压力, 资源的制约和成本上升的压力将使铁合金行业发展面临诸多挑战。
2保持可持续发展的对策
国家钢铁产业政策和2004年颁布的铁合金行业准入条件, 对工艺与装备及环境保护等方面的考核要求十分严格, 可以看出国家希望通过提高生产技术来提升合金综合使用效能及附加值, 为了进一步遏制铁合金行业、电解金属锰行业低水平重复建设和盲目扩张, 促进产业结构升级, 规范行业发展, 维护市场竞争秩序, 国家发改委已经于2008年2月初, 会同有关部门对《铁合金行业准入条件》和《电解金属锰企业行业准入条件》进行了修订, 颁布了《铁合金行业准入条件 (2008年修订) 》和《电解金属锰行业准入条件 (2008年修订) 》规定。如果这些政策能够正常、顺利地实施, 铁合金行业将会在规模、集中度、资源综合利用、技术附加值、环境保护等方面有质的飞跃, 行业整体竞争实力得到提高, 风险抵抗力得以增强。同时还注意到, 从2008年1月1日开始, 国家对出口关税调整正式生效, 关税税率增加涉及到了大部分的铁合金, 包括硅铁、硅锰、金属锰、钼铁、钨铁和钛铁。有报道, 铁合金出口关税从2007年的10%～15%提高至20%～25%;金属硅将从1月1日开始首次征收10%的出口关税;硅铁出口关税将从原来的15%提高到25%;硅锰将被征收20%的出口关税, 代替目前的10%。这种关税政策的调整已经初步显现出价格上升和出口量减少以及观望的态势。面对新情况, 保持铁合金行业生产贸易的发展, 一方面, 要继续贯彻落实国家发改委新颁布的铁合金行业准入条件和有关政策法规, 适应国家宏观调控的新要求, 生产企业要坚持科技创新, 探讨走循环经济发展道路, 建设节约型社会的技术支撑, 要提高产品质量, 开发新产品, 推广应用先进适用技术, 节约能源、资源, 降低消耗, 适应钢铁工业发展需要。同时, 要推进企业深化改革, 积极组建一批大型铁合金企业联合体, 提高行业集中度, 提升企业素质和行业竞争力。另一方面, 贸易企业, 要充分发挥产业政策效应, 在调控中抓住发展的机遇, 调整市场结构, 要立足于保证 国内钢铁产业发展需要, 促进市场稳定。
3结束语
国内铁合金行业必须坚持科技创新, 不断开发新产品, 积极应用先进适用技术, 持续提高行业集中度与资源综合利用率, 努力建设环境友好型企业, 才能实现可持续发展。
摘要：介绍了铁合金行业生产贸易现状, 提出了铁合金行业可持续发展的对策。
铁合金生产低温余热发电技术 篇9
钢铁工业是我国的耗能大户, 总耗能约占全国总量的15%左右, 随着铁合金冶炼技术的发展, 铁合金工业节能技术水平有了长足的进展, 电耗已由原来的10000KW·h/t下降至8500KW·h/t。但由于铁合金冶炼技术的限制, 大量的中、低温废气余热仍不能充分利用, 由其所造成的能源浪费仍很大。若将生产设备在生产过程中产生的大量废气余热, 通过余热利用技术转化为电能, 再用于生产过程或其它用途, 既可节约能源, 又缓解了企业电力供应不足的矛盾, 因此采取有效的能源转换途径, 提高余热资源的回收利用效率是确保钢铁工业可持续发展的重要措施, 将对企业的整体节能发挥重要的作用。
2 铁合金生产余热利用现状
余热是在一定经济技术条件下, 在能源利用设备中没有被利用的能源, 也就是多余、废弃的能源。根据调查, 各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%～67%, 可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。目前, 世界能源消耗总量中约有30%～70%的能源主要以余热形式损失, 节能减排目标面临的形势十分严峻[1]。
钢铁生产主要以高温冶炼、加工为主, 生产过程中产生大量余热能源, 主要来自烧结机及矿热炉的余热回收装置等。在烧结矿生产过程中, 会向大气中排出大量低温烟气 (280～400℃) , 这部分烟气的热能约为烧结系统热耗的33%, 如将其转换为电能, 将给企业带来巨大的经济效益。矿热炉在生产时产生大量污染烟气, 烟气带走的热能相当于输入矿热炉全部热能的40%～50%。按生产75%硅铁矿热炉为例, 烟气中的大量热能相当于总输入能量的约50%, 说明在目前钢铁生产过程中近2/3的能量是以废气、废渣和产品余热形式消耗。
3 铁合金生产低温余热发电技术简介
铁合金生产过程中一方面有大量的中、低品位余热被排放掉, 另一方面又消耗大量的电能。因此如能将中、低品位余热转换为电能并回用于铁合金生产, 就可进一步降低铁合金生产能耗、节约能源。随着能源价格逐渐上涨, 节能和减排的压力日益增加, 高能耗的铁合金企业必须解决这一自身生存发展的迫切问题, 而余热发电即为节能减排的双赢措施。
在余热发电技术的研发应用方面, 日本、德国等发达国家钢铁工业发展较早, 特别是日本由于自然资源缺乏, 尤为重视, 各种余热发电技术均走在世界领先水平, 相比较而言, 我国钢铁工业起步较晚。国外对于纯中、低温余热发电技术从20世纪60年代末期即开始研制, 到70年代中期, 无论是热力系统还是设备都已进入实用阶段。此项技术的应用到80年代初期达到了高潮, 尤其是日本, 此项技术较为成熟。对于低温余热发电技术的应用, 国内在其他行业也已成熟。90年代初, 首先在广东的许多大型柴油发电机厂建立了柴油机废气余热利用发电站。21世纪初, 我国的低温余热发电在水泥行业得到较快的发展, 并迅速得到推广。
4 铁合金生产低温余热发电技术特点
余热发电系统是利用余热回收装置将矿热炉烟气生产的动力蒸汽来驱动冷凝发电机组产生电能。该系统包括余热锅炉、汽轮机发电机组、化学水处理部分及冷却塔部分。工艺流程是生产用水进入软化水车间进行软化, 除氧器将水中的氧脱掉, 之后经过给水泵进入余热锅炉的对流管束中, 通过余热锅炉的高温烟气将对流管束中的水加热, 使其达到过热蒸汽状态, 再经过保温管道进入汽轮机组推动叶轮转动, 带动发电机发电, 最后水流入冷凝器, 再打入除氧器循环使用[2]。
4.1 低温余热发电主要方式
目前, 钢铁工业余热发电主要有以下三种方式[3]:
一是利用焦化、烧结工序烟气余热换热产生过热蒸汽发电。目前, 国内钢铁企业应用最为广泛的是焦化工序的干熄焦余热发电技术;
二是利用炼钢、轧钢工序烟气余热换热产生饱和蒸汽发电。钢铁企业生产过程中炼钢、轧钢等工序尚产生大量低压饱和蒸汽, 利用价值相对较低。国内大部分钢铁企业的低压饱和蒸汽除少量用于工序自身生产和生活用汽, 还有大量剩余;
三是利用高炉的冲渣热水发电。高炉炼铁过程中, 产生的炉渣温度大约为1000℃, 炉渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化, 这一过程中能够产生大量温度在80～95℃的低温热水, 热水量达到几千吨/小时。
4.2 低温余热发电主要技术方案
(1) 余热锅炉。余热锅炉是余热回收装置中重要的节能设备。选用的余热锅炉为纯余热强制循环锅炉, 适用于低温烟气的余热回收及除尘。双压余热锅炉采用自然循环锅炉, 其有两组蒸发器:一组为中压蒸发器;另一组为低压蒸发器。过热蒸汽直接进入汽轮机发电, 饱和蒸汽一部分作为补汽进入汽轮机末级做功, 另一部分作为除氧器除氧用蒸汽汽源。
(2) 汽轮机组。余热发电项目中有汽轮发电机组, 其作用是利用钢铁冶炼过程中产生的热量经余热锅炉生产出来的蒸汽进入汽轮机带动发电机发电以补充全厂用电。汽轮发电机组主要由汽轮机及其辅机, 减速机、发电机及励磁装置, 空冷器等组成。汽轮机是高温, 高压、高速运转的精密设备, 结构繁杂, 零部件精密繁多, 安装精度和质量要求非常精密和严格。
(3) 化学水处理系统。锅炉在正常运行过程中, 会通过定排和连排实现排污。另外, 在蒸汽管路上还设有疏水系统, 必须定时向热力系统中补水, 才能使热力系统保持平衡。外界水源经过钙离子交换器和镁离子交换器, 除去水中钙镁离子, 成为软化水, 再通过软水泵打入凝结器内, 进入热力系统。
(4) 汽轮机循环冷却水系统。是将凝汽器中的乏汽进行间接循环冷却。循环冷却系统包括冷却塔及循环水泵, 冷却塔采用机力通风式为降低凝汽器的冷凝压力, 提高发电机组的发电能力, 循环水温差一般按5℃考虑。因此, 铁合金低温余热发电系统具有以下特点:余热发电系统中余热锅炉采用双温双压技术, 实现余热的低级利用, 大大提高了余热的利用功效;锅炉产生的是过热蒸汽, 有利于汽轮机发电效率的提高。
结语
余热发电是当前提高二次能源利用率, 节约能源的一项有效措施。冶炼过程中产生的低温烟气, 将其热能通过余热锅炉产生蒸汽再带动汽轮发电机组进行发电, 能有效提高二次能源的综合利用率, 最大程度的节约能源、降低企业生产成本, 推动企业经济快速发展。整个发电工艺过程不需要任何燃料, 不会对外界排放任何的污染物, 并且能降低排气的温度, 是节能减排、降低企业生产成本比较有效的途径之一。
摘要：铁合金生产中有大量的中、低品位的余热被浪费, 同时又消耗大量的电能。采用低温余热发电技术, 可以将生产中的余热回收用于发电, 再将所发电力回用于生产, 降低生产的综合能耗。本文就铁合金生产低温余热发电技术进行了探讨。
关键词：铁合金,低温,余热发电,节能,降耗
参考文献
[1]严军, 英措.矿热炉烟气余热利用技术的探讨[J].铁合金, 2011, 4.
[2]齐中勇, 李红晓.矿热炉烟气余热发电的应用[J].铁合金, 2011, 2.
小规格合金钢生产线工艺优化实践 篇10
莱钢小型合金钢棒材线经过多次技术升级与改造后,目前形成了Φ550×1+Φ450×6+Φ350×6合理工艺布局,基本满足了生产的需要,年产35万吨合金钢棒材的生产能力,主要生产规格为Φ12~Φ65 mm。
为进一步提高特钢小型合金钢棒材的产能和产品质量,为了在激烈竞争的市场中求得生存和发展的要求,必须努力提高我厂参与市场竞争的能力,就必须对生产工艺进行技术改造升级,并进一步谋求工艺稳定顺行,提高生产效率,努力降低生产成本,通过不断的完善改进和优化工艺来达到工艺技术和产品质量升级的目的。
2 新技术开发应用条件及技术方案
2.1 新技术开发应用条件
莱钢特钢事业部小型车间在2002年合金钢棒材半连轧改造、2003年后步工序改造和2008年后部工序改造后,年生产能力为35万吨;其主要的轧钢设备有Φ550×1三辊粗轧机一列,Φ450×6平立交替中轧机组,Φ350×6平立交替精轧机组;其主要的辅助设备有三段式蓄热式加热炉一座,一座66×10 m的步进式冷床,一台500吨冷剪,一台160吨热剪和一组打捆收集装置;车间厂房布置成“┕┛”形布置;主要生产Φ12~Φ65 mm规格的圆钢,主要品种有碳结、合结、齿轮、轴承等。
2.2 技术方案
针对小型合金钢棒材生产线制约生产的的瓶颈问题进行逐一解决,通过优化Φ550粗轧工艺、设计差异化翻钢板、设计成品孔型采用孔型两侧用切线连接的扩张角法、改进冷剪孔型剪刃等以达到不断提高工艺稳定性,实现小型合金钢棒材质量升级的目的。
3 技术方案的实施
3.1 Φ550粗轧工艺设计
180*220*3 000 mm的坯料Φ550粗轧工艺为:坯料经过7道次轧制,为中精轧提供断面为100*100 mm的粗轧坯,生产Φ22~Φ65规格圆钢。此工艺7道轧槽易老化,Φ550更换频繁,生产成本较大。针对此问题,设计在Φ550下辊增加一个备用孔槽,以增加过钢量,提高产品质量。增加备用孔槽后,Φ550过钢量可由5 000吨提高到了6 000吨,同时产品质量得到了保证。具体孔型尺寸见图1、图2。
3.2 中、精轧连轧工艺设计
中、精轧连轧设计有两套工艺,一套为来自粗轧断面为70*70 mm的粗轧坯生产Φ12~Φ25 mm规格圆钢,另一套为来自粗轧断面为100*100 mm的粗轧坯生产Φ25~Φ65 mm规格圆钢。
(1)成品尺寸重新设计
圆钢成品孔的设计合理与否,将直接决定产品断面尺寸的精确性,并直接影响产品质量,目前广泛使用的成品孔构成方法有两种:双圆弧半径法、孔型两侧用切线连接的扩张角法。小型车间目前使用的双圆弧半径法,但随着对圆钢产品质量要求的提高,这种方法已不适用高精度圆钢生产,它只能满足GB702-86标准中第三组精度要求,为保证产品尺寸精度,减少尺寸不合,设计小型车间成品孔全部采用孔型两侧用切线连接的扩张角,
此方法其主要工艺参数有基圆半径R和成品孔宽度B,如图3所示:
用这种方法构成的成品孔,其孔型宽度B值较小,且扩张角θ总小于30°,因此该方法也称为高精度法。R和B计算公式如下:
其中:d为圆钢公称直径,△-为允许负偏差,△+为允许正偏差,1.007~1.02为热膨胀系数该方法具有中心扩张角小、轧制时金属超出标准圆的部分比较少、易控制成品宽度、样板制作简单等优点。成品孔型优化后,提高了圆钢尺寸精度,减少了过程废品,提高了成材率。
3.3 差异化翻钢板设计
根据三辊粗轧机生产工艺要求,第二、四、六、八道次轧制后必须翻钢,三辊粗轧机正面采用翻钢板简单方便,可减少人工操作,提高生产效率。但传统翻钢板肩宽相同,适用于断面差异小、重量较轻的坯料,但小型车间Φ550轧制道次较多,各道次坯料断面差异大,实际生产中,Φ550第二、四、六道次坯料经过翻钢板后,因翻钢斜面角度不够,无法翻钢,需要人工翻钢,生产效率低下。
经测量,分析得出原因:四个道次(即第二、四、六、八道)肩宽均为85 mm,但各道次料型尺寸均不相同,翻钢板受力也不相同,料型较大的第二、第四道次,因翻钢板受力不够,施加在坯料上的反作用力不够大,因此不能够实现翻钢。针对此原因,重新设计差异化翻钢板,如图4所示。
各道次翻钢板肩宽S和倾斜度θ设置如表1所示:
3.4 冷剪孔型剪刃改进
小型车间原使用400吨冷剪孔型剪刃在使用过程中刃口常出现细小的崩裂现象,严重影响剪切质量。同时,由于孔型剪孔型设计不合理、孔型数量太少、剪切时圆钢难以与孔型对正,且孔型公用性较差每次更换规格时都需要换孔型剪刃严重影响生产效率。针对此问题,特制定了改进措施:保持孔型深度不变,加大开口度和孔型半径;增加孔型数量,在相邻两孔型之间增加一个孔;相邻两孔型之间用圆弧倒角过度;对400吨冷剪剪刃的材质和硬度进行了改进,采用材质为H13注渗WC剪刃,提高剪切强度。新孔型剪刃更利于圆钢和孔型对正,提高剪切效率。具体见图5、图6。
4 研究结果和分析
4.1 研究结果
莱钢特钢小型合金钢棒材工艺优化与改进后,Φ550和连轧工艺稳定性提高,过程轧制废品减少,产品质量稳步提高,同时生产效率稳步提高,小时产量由80吨提高到了100吨。
4.2 验证实验和应用结果
莱钢特钢小型合金钢棒材工艺优化与改进后,工艺稳定性提高,轧机的稳定性明显提高,致使轧制过程中,每一道的料形尺寸得到了很好的控制,尺寸精度明显提高,减少了堆钢、拉钢等工艺事故,大大减少了换辊时间,有效地提高了产品质量稳定性和生产效率,产量大大提高,同时解决生产中存在的问题、提高了轧槽使用寿命、缩短了换辊换槽时间、降低了生产成本,成材率指标和产品质量大幅度提高,
5 结论
莱钢特小型合金钢棒材工艺优化与改进后,经过近半年的生产,生产顺行,生产效率大大提高;工艺过程稳定,成品尺寸良好,产品质量大大改观;同时工人的劳动强度大幅度降低,各项成本消耗指标降低,工艺优化达到了预期的效果。
参考文献
[1]高伟,王玉峰.圆钢尺寸偏差分布及定径[J].轧钢,2004,21(5):59-61.
[2]戚新军,何晓波,等.槽钢剪切工艺优化[J].轧钢,2009,26(2):64-65.