王海偉，李積宏，黃 錚

(黃河鑫業(yè)有限公司，青海 西寧 811600）

黃河鑫業(yè)有限公司自2008年投產(chǎn)以來，產(chǎn)量穩(wěn)步提升，已達(dá)50萬t電解鋁的年產(chǎn)量，但產(chǎn)品單一，全為普通重熔用鋁錠，沒有其他附加值較高的產(chǎn)品。并且近年來隨著電解鋁規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及生產(chǎn)成本不斷攀升和由于世界經(jīng)濟(jì)的疲軟造成重熔鋁錠價(jià)格的不斷下滑，加速了電解鋁企業(yè)優(yōu)勝劣汰的步伐，在這種情況下公司若想生存和發(fā)展，就必須加快技術(shù)升級(jí)，提高設(shè)備的自動(dòng)化水平，降低能源消耗、深挖潛力、降本增效、減虧增盈，優(yōu)化和擴(kuò)大公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)附加值高的產(chǎn)品，來進(jìn)一步提高企業(yè)的整體效益。這種形勢(shì)下生產(chǎn)鋁合金產(chǎn)品是公司解決產(chǎn)品單一的一種有效途徑，并且可以提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益。

1 生產(chǎn)A356 合金錠的意義

國(guó)內(nèi)重熔用普通鋁錠年產(chǎn)能已達(dá)3000多萬t，已處于產(chǎn)能過剩狀態(tài)。而自2002年以來國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)出現(xiàn)“井噴”式的增長(zhǎng)，因此對(duì)作為汽車行業(yè)車體減重、降低成本的汽車用鋁的需求量不斷擴(kuò)大。A356合金鋁錠就是生產(chǎn)汽車鋁輪轂的主要材料。鋁輪轂是一種已經(jīng)成熟的、制造簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，吸引了諸多生產(chǎn)商快速跟進(jìn)，也由此導(dǎo)致了對(duì)鋁輪轂材料A356合金鋁錠需求的快速擴(kuò)大。同時(shí)，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，成本的壓力迫使諸如通用、福特、戴-克等跨國(guó)汽車公司紛紛轉(zhuǎn)向包括中國(guó)在內(nèi)的低成本國(guó)家和地區(qū)采購(gòu)，包括鋁輪轂在內(nèi)的汽車零部件全球采購(gòu)和產(chǎn)業(yè)大批轉(zhuǎn)移到中國(guó)，也導(dǎo)致生產(chǎn)A356合金鋁錠的市場(chǎng)前景一片看好。目前中國(guó)鋁輪轂行業(yè)就有上百家工廠，分布在山東、河北、江蘇、浙江、云南、吉林、河南、廣東等地。

同時(shí)A356合金還廣泛應(yīng)用于電器、建筑、航空航天、交通運(yùn)輸、包裝材料即日用生活用品等方面。參照市場(chǎng)調(diào)研的結(jié)果，A356合金錠銷售價(jià)格比20kg重熔用鋁錠經(jīng)濟(jì)效益高約4%左右。

2 改造方案

A356鋁合金的生產(chǎn)與普通重熔鋁錠的生產(chǎn)基本一致，不同之處主要在于對(duì)混合爐里的鋁液的成分和澆鑄溫度的控制不同，因此合金錠鑄機(jī)與普鋁鑄造機(jī)的生產(chǎn)設(shè)備組成基本一致，兩者之間的不同之處在于生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格不一致（為了對(duì)合金鋁錠的使用方便，合金鋁錠重量一般為5kg、7.5kg、10kg、13kg、15kg的規(guī)格，而普通鋁錠一般為20kg、25kg）。為了節(jié)約成本，提高自動(dòng)化水平，可以對(duì)原普鋁鑄機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的改造來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合金錠鑄機(jī)的要求。我公司利用原混合爐，對(duì)某一普鋁（20kg）鑄造機(jī)（見圖1）進(jìn)行了升級(jí)改造，用來生產(chǎn)13kgA356合金鋁錠。

圖1 改造前的翻轉(zhuǎn)、整列和堆垛

2.1 混合爐增加精煉罐，出鋁溜槽增加過濾

A356合金生產(chǎn)工藝主要為： 原鋁—除渣—細(xì)化—加鎂一次—精煉—攪拌—扒渣—爐前分析—成分調(diào)整＋靜置—二次精煉（變質(zhì)）—攪拌—扒渣—覆蓋—二次靜置—過濾—鑄造（取樣）—堆垛—打捆—稱重—入庫。

電解鋁液的基本特性：溫度高；夾雜多；氣體含量高，主要是H和少量的CO、CO2、和N2，H的含量在金屬中隨著溫度的升高而增大。精煉凈化的目的就是清除或盡量降低這些夾雜和氣體含量提高金屬的凈化程度。

首先將所需的精煉劑加入精煉罐內(nèi)蓋好，打開精煉罐開關(guān)通氮?dú)?，待精煉鐵管內(nèi)有精煉劑噴出時(shí)，即可將之插入爐內(nèi)并在爐內(nèi)各處緩慢移動(dòng)2～3次，罐內(nèi)熔劑全部噴盡時(shí)，先把精煉管從鋁液中抽出，然后關(guān)閉氮?dú)狻Ｔ谶@過程中通過開啟精煉罐底部開關(guān)的大小來控制送粉速度，原則是在精煉時(shí)間范圍內(nèi)都有粉噴出。精煉管端頭以插進(jìn)鋁液深度2/3為宜，左右前后移動(dòng)不要碰爐壁和爐底，以防堵管。精煉溫度710℃～750℃，精煉時(shí)間15min～25min，氮?dú)鈮毫?5Pa～25Pa，用量為每噸鋁1.5kg～3.0kg.Al.并通過控制氮?dú)鈮毫砜刂其X液的翻騰高度，原則是在不堵管的情況下，翻騰高度小些為好，最好控制在15cm以下。

靜置：熔體的靜置也是一種凈化方法，就是利用液體與夾雜物之間的比重差，使夾雜物下降或上升而達(dá)到凈化的效果。一般顆粒越細(xì)，則上浮或下沉的速度愈慢，顆粒呈球狀下沉速度較大，呈片狀則上浮容易?？偟恼f來，要保證一定的靜置時(shí)間。A356合金的靜置時(shí)間約15min～25min，不宜超過30min.

過濾：過濾就是讓熔體通過中性或活性材料制成的過濾器，使熔體中處于懸浮狀態(tài)的夾雜物，受到過濾器機(jī)械地阻隔或與其材料起化學(xué)作用而達(dá)到分離排除的目的。由于機(jī)械的阻隔，物理和化學(xué)吸附，使夾雜物不能通過，加強(qiáng)了熔體的凈化效果，使氣體含量降低，也使晶粒長(zhǎng)大。這是因?yàn)檫^濾把部分結(jié)晶核心除掉了的緣故。因此在出鋁溜槽的中間增加一過濾裝置，采用陶瓷過濾板過濾。

2.2 鑄造機(jī)改造方案

2.2.1 重新設(shè)計(jì)制作鋁錠鑄模并更換

在保證與原20kg鋁錠鑄模的安裝尺寸和商標(biāo)圖案不變的情況下，重新設(shè)計(jì)鋁錠模具，為生產(chǎn)13 kg合金鋁錠專用模具。新鑄模的形狀要便于脫模（合金錠比普鋁難脫模），生產(chǎn)出的鋁錠要適合堆垛、打捆以及車間轉(zhuǎn)運(yùn)和長(zhǎng)途運(yùn)輸及裝集裝箱。

水平鑄機(jī)保持原有不變，只是更換全部鑄模為13kg鋁錠新鑄模。

2.2.2 冷卻輸送機(jī)改造

利用原冷卻輸送機(jī)進(jìn)行改造，原驅(qū)動(dòng)裝置和鏈條運(yùn)行方式不變，繼續(xù)采用間隙步進(jìn)的前進(jìn)方式，對(duì)冷運(yùn)機(jī)頭部立板進(jìn)行改造：去掉原有頭部立板，重新焊接制作冷卻輸送機(jī)頭部機(jī)架，重新安裝驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向鏈輪組，整列機(jī)尾部鏈輪組，以便與連續(xù)整列輸送機(jī)可靠銜接和安裝。改造后的翻轉(zhuǎn)、整列輸送機(jī)與堆垛如圖2所示。

圖2 改造后的翻轉(zhuǎn)、整列輸送機(jī)與堆垛

2.2.3 整列輸送機(jī)與翻轉(zhuǎn)裝置改造

原整列機(jī)構(gòu)主要由牽引裝置、翻轉(zhuǎn)裝置、整列臺(tái)等部件組成，其工作原理為牽引裝置從冷卻運(yùn)輸機(jī)的頭部導(dǎo)軌上，將鋁錠拉入翻轉(zhuǎn)裝置中，又將翻轉(zhuǎn)裝置中的鋁錠推移到整列運(yùn)輸機(jī)上，這一動(dòng)作由升降氣缸和牽引油缸帶動(dòng)托架來完成的。由于動(dòng)作頻繁、動(dòng)作不平穩(wěn)，因此故障率、維修率高。

原翻轉(zhuǎn)裝置翻轉(zhuǎn)前用兩個(gè)壓緊氣缸將鋁錠的兩端沿軸向夾緊，然后用翻轉(zhuǎn)氣缸將其翻轉(zhuǎn)180°后停止，下一塊翻轉(zhuǎn)時(shí)再用氣缸反轉(zhuǎn)180°復(fù)位。翻轉(zhuǎn)采用氣缸實(shí)現(xiàn)，其動(dòng)作較猛，而且翻轉(zhuǎn)是以氣缸夾緊中心線為中心，上下翻轉(zhuǎn)180°，在翻轉(zhuǎn)過程中，鋁錠偏大和偏小以及歪斜時(shí)，很容易甩出，造成設(shè)備卡阻和損壞，也存在較大的安全隱患。如果出現(xiàn)鋁錠卡阻和掉入翻轉(zhuǎn)下部，很難處理，危險(xiǎn)系數(shù)特高。改造前的翻轉(zhuǎn)、整列和堆垛的機(jī)構(gòu)如圖1所示。

改造后的整列機(jī)構(gòu)將采用一連續(xù)運(yùn)行的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，故稱整列輸送機(jī)，輸送機(jī)的尾部鏈輪安裝在冷卻輸送機(jī)的頭部機(jī)架上，位于冷卻輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的前面，以保證冷卻輸送機(jī)與整列輸送機(jī)的鏈條有一段水平重疊，保證鋁錠能順利從冷卻輸送機(jī)鏈條上轉(zhuǎn)移到整列輸送機(jī)上。

整列機(jī)架采用型鋼焊制的框架結(jié)構(gòu)，在機(jī)架上安裝有兩組平行的鏈條，鏈條的頂面采用平面結(jié)構(gòu)，保證鋁錠輸送時(shí)的平穩(wěn)和減小鋁錠與鏈條的摩擦力。當(dāng)由冷卻輸送機(jī)輸送過來的鋁錠接觸到鋁錠到位信號(hào)裝置后，擋錠機(jī)構(gòu)將鋁錠擋住，使鋁錠兩邊前后位置一致，然后翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)首先將到位的鋁錠從兩端向中夾緊，然后根據(jù)整列的要求進(jìn)行翻轉(zhuǎn)或松開。（每垛鋁錠共54塊，分11層，第1層4塊，第2至11層每層5塊；每垛鋁錠的第1層4塊全部翻轉(zhuǎn)，其余層第2、4塊翻轉(zhuǎn)，1、3、5塊不翻轉(zhuǎn)。）不翻轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)過后的鋁錠然后被鏈條輸送到整列位整列，當(dāng)整列位的鋁錠數(shù)量達(dá)到整列層鋁錠要求數(shù)量后，堆垛夾具下降夾取進(jìn)行堆垛。當(dāng)每垛的第1層開始整列時(shí)，機(jī)架兩側(cè)的防傾翻裝置升起，防止第一層翻轉(zhuǎn)后的鋁錠在鏈條的摩擦下翻滾。

在線翻轉(zhuǎn)裝置采用雙工位液壓式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，夾緊采用氣動(dòng)，翻轉(zhuǎn)采用液壓驅(qū)動(dòng)。夾緊板帶2個(gè)夾緊工位，翻轉(zhuǎn)時(shí)為偏心翻轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)?個(gè)工位夾緊翻轉(zhuǎn)后，第2個(gè)工位回到第1個(gè)位置，等待下一次夾取翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向都為同一方向，都是朝上翻轉(zhuǎn)，因?yàn)榉D(zhuǎn)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)作平穩(wěn)緩慢，性能可靠，不會(huì)出現(xiàn)卡阻和甩出故障，大大提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平和減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和維修。

驅(qū)動(dòng)裝置采用減速電機(jī)直接套裝在驅(qū)動(dòng)軸上，使驅(qū)動(dòng)更直接和平穩(wěn)。

2.2.4 堆垛機(jī)改造

1）去掉原堆垛機(jī)的整列平臺(tái)和整列裝置、翻轉(zhuǎn)裝置（見圖2）.

2）由于13kg合金錠較之20kg鋁錠其長(zhǎng)度和寬度要小許多，因此夾具需重新制作并更換，但保證其安裝尺寸與原夾具尺寸一致。

2.2.5 成品輸送機(jī)改造

由于13 kg合金錠較之20 kg鋁錠其長(zhǎng)度要小許多，因此成品輸送機(jī)上每個(gè)垛位的兩件堆垛支架之間的距離進(jìn)行調(diào)小，此工作在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)原設(shè)備進(jìn)行調(diào)整安裝。調(diào)整后的支架適合13 kg鋁錠垛的堆垛、打捆和叉車叉運(yùn)。

2.2.6 液壓系統(tǒng)改造

因?yàn)橐砸簤厚R達(dá)（2個(gè)）在線翻轉(zhuǎn)裝置和整列輸送機(jī)替換了原引錠鉤油缸式的整列裝置，因此需在利用原液壓系統(tǒng)上的牽引油缸控制閥組管路的同時(shí)，再在機(jī)架旁增加兩套控制閥組分別精確控制兩個(gè)翻轉(zhuǎn)馬達(dá)的翻轉(zhuǎn)速度動(dòng)作。

2.2.7 氣動(dòng)系統(tǒng)改造

增加整列機(jī)構(gòu)氣動(dòng)控制系統(tǒng)，并對(duì)改造部分重新氣動(dòng)配管。

2.2.8 電氣系統(tǒng)改造

根據(jù)以上改造，電氣控制增加新增設(shè)備和開關(guān)的控制元件，并重新編制控制程序和調(diào)試。

3 改造后的效果

設(shè)備在未改造前需要在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和整列機(jī)構(gòu)配置專人來處理隨時(shí)出現(xiàn)的翻轉(zhuǎn)卡阻及整列不到位等問題，改造后完全解決了翻轉(zhuǎn)卡阻等問題。經(jīng)過對(duì)改造后的設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行，生產(chǎn)的A356產(chǎn)品均為合格的高品質(zhì)產(chǎn)品，而且整個(gè)設(shè)備生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平大大提高，配置的勞動(dòng)力減少，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大大降低了設(shè)備的維修率，達(dá)到并超過了預(yù)期的改造效果，得到工人的一致好評(píng)。

4 結(jié) 論

經(jīng)過生產(chǎn)檢驗(yàn)說明，對(duì)原有老設(shè)備的改造來生產(chǎn)A356合金錠是可行的，成功的。合金錠的生產(chǎn)不僅提高了產(chǎn)品的科技含量和產(chǎn)品檔次，而且提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，有效地把資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，使企業(yè)可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。