基于技術的再生鋁合金錠生產線設計

1、中南大學碩士學位論文基于LARS技術的再生鋁合金錠生產線設計姓名：劉昕怡申請學位級別：碩士專業(yè)：材料工程指導教師：林高用;聶志富20081101中南大學碩士學位論文摘要摘要我國是廢鋁消費大國，但再生鋁生產技術整體水平較低，再生鋁合金錠質量得不到保證，其主要原因之一是缺乏先進的鋁熔體在線精煉處理技術。美國公司的是目前最先進的鋁熔體在線精煉系統(tǒng)。湖南汨羅龍舟鋁業(yè)有限公司率先引進了技術與設備，建立了一條全新的再生鋁合金錠工業(yè)化生產線。本文對該生產線第一期工程進行了設計。該生產線的設計總產能為萬噸年，其第一期工程設計產能為萬噸年，主要產品為、系再生鋁合金鑄錠。該生產線一期工程的核心技術為：以同牌號廢鋁

2、為原料，采用國產三室側井式反射爐熔煉，引進公司的系統(tǒng)進行在線精煉，引進公司的鑄造系統(tǒng)進行立式半連續(xù)鑄造。本設計主要內容包括產品方案選擇、生產方案設計、生產工藝設計、設備選擇、金屬平衡與設備負荷計算、生產線平面布置、輔助設計等；重點對系統(tǒng)的技術原理和特點進行詳細分析。經技術經濟指標評估和試生產產品質量分析，表明本設計的再生鋁合金鑄錠技術和裝備達到國際先進水平；工藝方案合理，工程實施可行：市場潛力巨大，可取得顯著的經濟效益和社會效益。關鍵詞：技術；再生鋁合金錠；熔鑄；工程設計中南大學碩士學位論文（了，哪，、，：；（）；原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究

3、成果。盡我所知，除了論文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中南大學或其他單位的學位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的貢獻均已在論文中作了明確的說明。作者簽名：翌！蔓駕墮日期：鯉年衛(wèi)月翌日學位論文版權使用授權書本人了解中南大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權保留學位論文并根據國家或湖南省有關部門規(guī)定送交學位論文，允許學位論文被查閱和借閱；學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內容，可以采用復印、縮印或其它手段保存學位論文。同時授權中國科學技術信息研究所將本學位論文收錄到中國學位論文全文數據庫，并通過網絡向社會公眾提供

4、信息服務。日期：世年業(yè)月塵日中南大學碩士學位論文第章概述第章概述再生鋁是以回收來的廢鋁零件或生產鋁制品過程中的邊角料以及廢鋁線等為主要原材料，經熔煉配制生產出來的符合各類標準要求的鋁錠。在科技迅猛發(fā)展，人民生活質量不斷改善的今天，產品更新換代頻率不斷加快，廢舊產品的回收及綜合利用已成為人類持續(xù)發(fā)展的重要課題，再生鋁生產也就是在這樣的形式下應運而生并具有極好的前景。再生鋁錠采用回收廢鋁生產，不僅有較低的生產成本，而且對自然資源進行有效的再生利用，具有顯著的經濟效益和社會效益。再生鋁工業(yè)國外的再生鋁工業(yè)一年西方發(fā)達國家原鋁的年均消費增長率大體上保持了接近的水平，至今已形成余萬的強大消費市場。鋁材生

5、產與加工工業(yè)產生的廢雜鋁屑，政府部門和城市居民不斷積累的飛機、汽車、建筑型材、家用電器拆解下來的廢雜鋁以及固體垃圾，已成為構筑再生鋁工業(yè)的基礎原料。而同時，上世紀年代世界鋁市場的消費格局又出現了以制造業(yè)、建筑業(yè)為主向以交通運輸業(yè)為主的轉變，汽車零部件的生產對再生鋁的急迫需求，拉動了再生鋁的生產【。發(fā)達國家過多的鋁消費（歐洲鋁的人均年消費量為、美國和日本大于，我國只有大約），使北美、日本和歐洲成為全球再生鋁工業(yè)中心。從生產的地理分布看，美洲居首位，約（美國年產量為），西歐，東歐與俄羅斯約，亞洲約【。從年原鋁與再生鋁的生產數字看（見表），再生鋁在主要發(fā)達國家鋁的生產中地位日益突出。年美國（原鋁、再

6、生鋁）、英國（原鋁、再生鋁）、意大利（原鋁，再生鋁）、德國（原鋁、再生鋁）鋁的總產量中，原鋁與再生鋁的占有比已接近：。尤其是同本，自能源危機后，于上世紀年代關掉了絕大部分原鋁的生產并在從美國長期進口廢雜鋁貿易的支持下，建立起強大的再生鋁工業(yè)，在節(jié)能和緩和對進口氧化鋁的依賴上，可謂一箭雙雕。年日本再生鋁的產量為，而原鋁產量僅有，再生鋁的產量為原鋁的倍，在日本的能源和資源政策上下出了一招絕妙的好棋【】?？芍苯踊貭t再用，可保持原牌鋁合金的價值，不致降級使用；使用一、二十年以上的廢舊鋁制品叫舊廢雜鋁，由于分撿和成分鑒別存在困難，一般都制成鑄造合金或鑄件，降級使用。中南大學碩士學位論文第章概述目前全球生

7、產再生鋁用的廢雜鋁，來自運輸業(yè)，來自包裝行業(yè)，約源于建筑業(yè)。二戰(zhàn)中的廢舊飛機（近萬架，平均每架含鋁量約），每年報廢和拆解的汽車（美國萬輛，日本萬輛）及大量的家用電器（日本年報廢萬件）已成為再生鋁取用不盡的原料來源【】。汽車用鋁高達甚至的再生率，建筑用鋁材達的再生率以及鋁飲料罐基本上實現了鋁再用的閉路循環(huán)，在原料供給上保證了再生鋁產業(yè)的發(fā)展【】。國內的再生鋁工業(yè)中國從年代開始便已對廢雜鋁進行回收利用，但長期以來，再生鋁的回收及利用行業(yè)，僅是中國鋁工業(yè)中的一個邊緣產業(yè)。中國鋁工業(yè)起步較晚，并且長期以來，鋁主要應用于軍事領域，民用鋁較少。但年代以后，中國原鋁消費開始不斷增長。從已有的原鋁消費統(tǒng)計資料

8、來看，年國內市場鋁消費量為萬噸，直到年中國鋁消費量才超過萬噸，年便猛增到萬噸以上，年則進一步達到了萬噸，年均遞增率超過。從而可以看出，中國國內蘊藏了豐富的廢雜鋁回收資源。表是近十年我國原鋁的消費情況。表近十幾年中國鋁消費統(tǒng)計利（單位：萬噸）表中數據說明：從中國鋁消費量的統(tǒng)計來看，中國已經成為僅次于美國的第二大鋁消費國（美國約在萬噸左右）。但鋁蓄積量的擴大是從近幾年開中南大學碩士學位論文第章概述始的，年至國內鋁及鋁合金的消費量為萬噸，平均每年萬噸，而年至年鋁消費量為萬噸，平均每年則達到了萬噸。相當于前期鋁消費量的一倍。此外，我們也不能忽視，除以上中國自身鋁消費數量外，中國每年從國外進口的含鋁機電

9、產品如轎車等，也將提供一定數量的廢雜鋁。由此可見，中國鋁的消費積累量已達到相當的規(guī)模，但對廢雜鋁的回收作用，并不能立即體現，在未來的幾年內，所消費的鋁將陸續(xù)進入回收期，中國廢雜鋁的回收潛力十分巨大。（）國產廢雜鋁的回收率廢雜鋁的回收率根據不同目的，有不同概念標準，我們在這里指的回收率是當年產生的廢鋁量與當年實際回收利用的廢鋁量之間的比。由于中國所具有的勤儉持家的優(yōu)良傳統(tǒng)，并且鋁又是一種價值較高的金屬。真下被廢棄的廢雜鋁幾乎沒有，因此說，我國廢雜鋁回收率應當很高。據估算約在左右。但我們也要注意，由于我國總體上的廢鋁回收體系并不完善，所產生的廢鋁雖未被遺棄，但會有一部分因閑置而未得到有效利用。（）

10、中國再生鋁的產量中國再生鋁的產量主要取決于兩個方面，一是國內可回收廢鋁的數量，二是中國廢雜鋁的進口數量。由于國家對再生鋁的產量沒有確切的統(tǒng)計，社會上有很多機構和人士通過各種渠道和計算方法，得出了不同的估算數據，但總體上，是浮動在萬噸上下。根據某信息中心對市場的調研，我們認為，中國目前再生鋁的利用數量總體上應在萬噸左右。）國內廢雜鋁的回收數量：上世紀年代以后，進口廢鋁在國內再生鋁利用工業(yè)中占有相當的比重。但當歷史進行世紀后，我們便不能再忽視中國國內廢雜鋁的產生數量。因為我們已經發(fā)現，國產廢雜鋁的供應數量及比例正在迅速提高。這可以從以下的分析中看出。一般情況下，當鋁使用達到一定期限后，便開始進入回

11、收期，按此方法，我們可以得出中國目前廢雜鋁的大致產生數量。鋁制品使用平均壽命通常為年，技術回收系數定在（有些產品雖到報廢年限，但會仍在使用，或雖報廢但材料因閑置而未回收），年中國鋁消費總量約萬噸，年后，也就是年，中國國內可回收廢鋁數量應在萬噸左右。而隨著我國每年鋁消費量的增長，可回收廢鋁目前就已超過該數值，預計年可達萬噸【。年中國廢舊鋁的回收量如圖所示。中南大學碩士學位論文第章概述圖年中國廢舊鋁的回收量（）（年后為預測）中國廢雜鋁的進口數量根據中國海關統(tǒng)計，年直接進廢雜鋁為萬噸，但根據我們的調查，這個數據并不確切，因為中國進廢雜鋁，除一部分以鋁廢碎料的名義進報關外，還有相當一部分是以其它含銅、

12、含鐵等廢料名義進口，如廢五金、電纜等，這部分廢五金含鋁量約在萬噸以上。因此，總體上保守估算，廢雜鋁進實際數量約在萬噸年。表所示為我國年月廢雜鋁進量。未來幾年內，廢雜鋁進數量將保持穩(wěn)定，國內回收鋁將按進行遞增，美國年再生鋁的產量為萬噸，日本再生鋁產品年產量約為萬噸，我國已高于日本，成為繼美國之后的第二大再生鋁生產引。表我國年月廢雜鋁進型貿易方式一般貿易來料加上裝配貿易進料加工貿易邊境小額貿易總值當月數值中南大學碩士學位論文第章概述我國再生鋁利用產業(yè)中存在的問題及挑戰(zhàn)中國再生鋁行資源配置與國外發(fā)達國家廢鋁利用相比，中國再生鋁產品質量總體較差、難以做到物盡其用，存在資源配置和使用的浪費。其表現形式便

13、是大量質量低劣的再生鋁合金產品充斥市場。雖然我國是再生鋁大國，五大廢鋁集散地已初具規(guī)模。雖然我國是再生鋁大國，五大廢鋁集散地已初具規(guī)模。但是除了為數不多的年產量在萬噸以上的幾家企業(yè)外，大多數廢鋁回收加工廠為產能規(guī)模小的家庭作坊式小企業(yè)，其生產的產品多為各種牌號的非標鋁合金錠。廢鋁資源的來源如前所述，廢雜鋁進口一直在中國鋁資源方面占有相當重要的位置。美國、歐洲、俄羅斯、哈薩克斯坦是我國主要的廢鋁供應地區(qū)。從海關統(tǒng)計來看，中國廢雜鋁進口從年至年，呈現出一種沖高回落的狀態(tài)。年中國進口廢雜鋁數量萬噸，年升至萬噸，到年一舉達到萬噸，但年迅速回落，降至萬噸，年又開始逐步回升，達到萬噸【引。年中國從國外進口

14、廢雜鋁顯著回落的主要原因，是受獨聯體國家的影響。蘇聯解體后，其所積蓄的大量廢鋁流入中國，但經過十余年的回收利用，其國內可提供的廢鋁數量正在減少，同時，這些國家已意識到發(fā)展本國再生鋁產業(yè)的重要性，因此對廢雜鋁的出口采取了限制政策。如年，俄羅斯政府對廢雜銅和廢雜鋁的出口提高了稅率（采取了的）。烏克蘭也在年決定，對廢金屬出口關稅也從提高到的，并從年實施出口配額制度。此外，國外發(fā)達國家經濟低迷，也影響了廢雜鋁的產生數量。近幾年美國及其它發(fā)達國家經濟不振，廢雜鋁產量大幅減少，貨源較為緊缺【。在此影響下，年國際市場廢鋁整體貨源緊張，價格居高不下，這對我國主要依靠大規(guī)模進口廢雜鋁的再生鋁工業(yè)而言，造成了沉重

15、打擊，至今，國內仍有大部分再生鋁工廠因貨源無法保證，而被迫減產?？偟膩砜?，因中國對廢雜鋁的需求較大，廢鋁的進口仍將持續(xù)，但在未來的幾年內，國外進貨量難以擴大。因此，我國再生鋁冶煉工廠近幾年仍將面臨原料緊缺的問題。再生鋁行業(yè)市場（）國內市場年月，上海新格成功收購福建漳州燦坤熔鋁廠，這標志著中國最大的兩家再生鋁企業(yè)實現重組，中國再生鋁市場開始進入整合時期。中鋁青島萬中南大學碩士學位論文第章概述噸再生鋁合金項目一期日前正式投產。中鋁南海萬噸再生鋁項目、四川益德萬噸再生鋁項目、河南滎陽萬噸再生鋁項目、廣鋼集團萬噸再生鋁項目、長葛萬噸再生鋁項目都在建設中。年中國新增再生鋁產能達萬噸【】。據保守估算，我國

16、再生鋁的企業(yè)（包括作坊式的家庭企業(yè)）應在家以上，全國生產能力總計約為萬噸以上，遠遠超過了國內需求及廢雜鋁資源的可供應量，生產能力嚴重過剩，加劇了該行業(yè)的競爭，使該行業(yè)面臨較大的調整要求。（）國際市場國際市場的競爭包括原料采購及產品銷售兩個方面，在國外廢料采購市場，中國面臨來自日本、韓國、中國臺灣等地爭購貨源，由于這些國家和地區(qū)對廢鋁處理的技術水平較高，他們對高品位廢鋁的出價比中國更有優(yōu)勢。在銷售市場上，與中國共同緊盯國外市場的國家，有俄羅期、南非及其它獨聯體國家和東南亞一些國家。在獨聯體國家限制廢金屬出口的同時，其國內涌現了一批再生鋁冶煉企業(yè)，開始生產符合標準的再生鋁合金產品。俄羅斯等國的再生

17、鋁產品卻趁機占領了很大的國外市場份額。技術問題廢舊鋁的技術處理主要包括：分選預處理技術、熔化技術、熔體精煉技術等。我國目前廢舊鋁回收分選及預處理技術非常落后，預處理分選幾乎全靠手工，只有個別企業(yè)捌有磁選生產線。由于熔化前未能將不同牌號的鋁合金進行嚴格分選和預先處理，使“廢舊鋁變成真正的“廢雜鋁，所以國內許多再生鋁錠質量低劣，只能降級使用，浪費大量資源。截至年底，鋁液攪拌技術、雙室反射爐、側井爐、余熱回收利用、鋁湯運輸等先進技術在中國的大型再生鋁企業(yè)中被采用【，但大多數再生鋁工廠技術比較落后，約的再生鋁是用燒煤（含部分燒焦炭）的反射爐熔煉，僅左右是用相當于發(fā)達國家世紀年代水平的燃油反射爐熔煉。與

18、原鋁重熔相比，廢鋁重熔時不可避免地將帶入更高的雜質含量和更多的氣體，而對重熔廢鋁熔體進行在線精煉處理，因技術與裝備的落后，更是成為制約我國再生鋁行業(yè)發(fā)展的瓶頸。盡管國內外已有多種鋁熔體在線精煉技術，但針對廢雜鋁重熔熔體的精煉效果并不盡如人意。美國公司的（）在線精煉技術與設備是目前國際上最先進的鋁熔體在線精煉技術，該技術集成了多種創(chuàng)新性精煉方法與思路，能獲得相當理想的精煉效果，尤其是其除氫率可達至】，因此很適合廢鋁的再生熔煉。第章將詳細介紹技術的原理與特點。湖南淚羅市龍舟鋁業(yè)有限公司是我國第一家引進美國公司的堰中南大學碩士學位論文第章概述在線精煉技術與設備的企業(yè)，并基于技術設計和建立了一條總產能

19、可達萬噸年的再生鋁合金錠生產線。技術的引進將提升我國廢鋁回收加工業(yè)技術裝備水平，填補我國高檔再生鋁合金加工技術空白，為我國再生鋁、乃至整個鋁熔鑄加工業(yè)建立示范生產線。再生鋁工業(yè)對環(huán)境的影響分析建立再生鋁利用強國，必須注意解決再生鋁利用的環(huán)保問題。再生鋁與原鋁相比，具備有以下環(huán)保優(yōu)勢。有資料表明，用品位的鋁礬土生產鋁與用廢雜鋁生產再生鋁所做的對比看，每再生噸鋁，除節(jié)能，還節(jié)水噸、少用固體材料噸、少排放二氧化碳噸、少排放硫氧化物噸，少處理廢液廢渣噸，免剝離地表土石噸、免采掘脈石噸。比較優(yōu)勢明顯。因此，廢雜鋁的回收再生是實現可持續(xù)發(fā)展的首選。這對環(huán)保及生態(tài)的貢獻不言而喇。但是也要注意到我國再生鋁行業(yè)

20、自身存在的環(huán)保不足。廢雜鋁回收利用對環(huán)境的污染主要是熔煉過程中產生的粉塵，對水源、土壤的污染較?。ú豢苫厥盏匿X灰可用于生產水的凈化劑）。但從我國的廢雜鋁利用的實際情況來看，目前確實存在著較為嚴重的環(huán)境問題，這是由于我國大部分再生鋁企業(yè)規(guī)模偏小，不具備基本的環(huán)保設施，煙塵及廢棄物隨意排放，給當地居民的生活環(huán)境帶來很多問題。只要實行規(guī)模化生產，不需要太多的投資，我們便可以達到相應的環(huán)保標準。近年來，具有一定規(guī)模的再生鋁企業(yè)，不斷加大環(huán)保投入力度，環(huán)境狀況已有所改善【】。中國已成為全球僅次于美國的廢舊鋁回收與再生鋁生產利用大國，同時是一個發(fā)展中國家，雖然各級政府對環(huán)境保護極為重視，但在廢舊鋁再生過程

21、中仍產生了較為嚴重的環(huán)境污染，熔煉與焚燒產生的煙氣基本不處理直接排放：廢料拆解與廢舊鋁熔煉產生的污染主要有以下一些。（）拆解過程污染物在拆解廢舊電器電機、電纜時產生的污染物有油、重金屬、殘余廢棄物、氣體與噪聲等。檢測表明：底泥的礦物油含量，地表水中礦物油的含量達，地下水中，均超過國家標定值。對底泥重金屬污染的測定結果為：，巧，伽；對地表水的測定，均受到不同程結果為嘰，；對地下水的測定結果為：中南大學碩士學位論文第章概述度的污染【。拆解后除獲取有用的一些資源外，還會殘余的尚無法利用的廢棄物，堆置于場地附近，對環(huán)境會有一定的影響。除焚燒外，一般拆解不會產生廢氣污染，如對場地大氣采樣分析表明：揮發(fā)酚

22、含；含量加；總烴含量）；尚未超過有關標準的最高允許值【。另外，拆解過程中還會偶爾產生不同程度的噪聲污染，但不嚴重。（）熔煉過程中的污染中國再生鋁企業(yè)除部分用油作燃料外，大部分（）則以煤為燃料，燒煤會產生含的有害氣體和固體懸浮顆粒物等，年因熔化廢舊鋁排放到大氣中的有害物質達左右，而以后的排放量的年平均增長率為，除非得到根本的治理。同時它們多集中在村鎮(zhèn)的較小的范圍內，對這些地區(qū)的危害值得關注。還必須指出，在焚煉和熔化廢舊易拉罐、版、深加工鋁箔（印刷的有涂層與復合層的箔）、有涂層的廢舊空調器的熱交換器時在適宜的溫度區(qū)間會形成二惡英（），人體攝入的二惡英來自食物。瑞典格蘭吉斯（現改為薩帕）鋁業(yè)公司對廢

23、舊易拉罐的除漆條件與排放的二惡英量的關系作了研究，認為處理的溫度越低，排放的二惡英越多【】。國內在處理有涂層的廢鋁時沒有專門的除漆工序，不是隨爐料熔化就是事先在空氣中焚燒（如在露天焚燒廢鋁箔），都是在較低的溫度下燒除有機涂層，形成的二惡英會多一些。一些建在小山坡上的再生鋁企業(yè)的污染廢水流入農田與水系，農民由于長期飲用受到污染的食物與水，久而久之患胃腸系統(tǒng)癌癥或其他疾病的人可能會比其他未受污染地區(qū)的多。課題來源及設計內容本課題來源于湖南龍舟鋁業(yè)有限公司，該公司為中天科技有限公司屬下的一家新建立的子公司。該公司地處國內四大廢金屬集散基地的洲羅市，有著豐富的廢鋁資源。經過對市場和技術的全面調研，該公

24、司決定以廢鋁為原料，采用引進國外先進鋁熔體精煉技術與裝備，建立一條再生鋁合金錠生產線。經多方面的綜合比較，龍舟鋁業(yè)選擇了美國公司的系統(tǒng)作為該生產線的核心技術和設備，利用廢鋁生產高品質的深加工用再生鋁合金錠。本項目對技術的引進和再生鋁合金錠生產線的建立，標志著我國再生鋁生產技術與模式逐步從落后的手工作坊式向世界先進的技術行列轉換，具有顯著的經濟效益和重大的社會意義。中南大學碩士學位論文第章概述作者作為美國公司的一名雇員，全程參與了該項目的規(guī)劃與實施，并負責該項目技術與裝備引進的策劃和技術翻譯，參與了生產線總體技術設計。本文就是對該項目一期工程設計的技術說明，主要內容包括：（）產品方案與生產方案設

25、計；（）生產線布局與設備選擇；（）工藝計算；（）生產生產線平面布置；（）生產線輔助設計；（）生產組織與技術經濟指標；（）生產線綜合評價。中南人學碩士學位論文第章生產線設計總論第章生產線設計總論廠址的選擇正確選擇建廠地址，是建設任何一個新廠的首要問題，因為設計中許多基本的原始材料是由廠址的具體條件決定的。考慮到交通運輸條件、原材料與動力來源、氣象、水文、地質、環(huán)保、銷售協(xié)作等諸多方面的因素，決定將本設計的廠址選在淚羅市。把廠址選在淚羅市，具有以下多方面的有利條件【】：（）交通運輸：淚羅區(qū)位優(yōu)越，交通發(fā)達。這里東倚幕阜，西臨洞庭，南接長沙，北靠岳陽。京廣鐵路、京珠高速公路、國道縱貫南北，￥線、淚羅

26、江橫穿東西，通鄉(xiāng)公路、通村公路交織成網，電力、通訊連村入戶，物流、人流、資金流、信息流暢通無阻。其擁有優(yōu)越的區(qū)位、便捷的交通。（）原材料與動力來源：本項目以廢鋁為原料，淚羅市有中南地區(qū)最大的再生資源集散市場，近幾年廢鋁交易能力超過。本項目建成后，將促進廢鋁回收業(yè)務擴大，預計近兩年內，再生資源集散市場廢鋁年交易能力可達。而且周邊省區(qū)沒有較大的廢鋁加工企業(yè)，原料充足，靠近原料市場建廠是本項目的主要優(yōu)勢之一。（）氣象、水文、地質等條件：淚羅是典型的大陸性氣候，冬天最低溫度不過零下四、五度左右，不需要采暖設備。春季雨水多，溫度適宜。全年四季分明，風調雨順。（）環(huán)境保護：廠區(qū)建在淚羅市郊，那里遠離市區(qū)，

27、居民區(qū)少，對居民生活影響小，且工廠大部分用電力驅動，污染小。（）協(xié)作條件：淚羅市現已擁有工業(yè)基礎好，已形成化工、機電，建材冶金等門類較齊全的工業(yè)體系，特別是淚羅江生態(tài)工業(yè)園成為各種資源的聚集地，已引進項目個，總投資億元，再生資源深加工、農產品加工綠色環(huán)保和農機制造四大產業(yè)群強勢崛起。（）銷售情況：湖南省乃是有色之鄉(xiāng)，礦產豐富，但從整體來看，湖南的廢鋁再生熔煉企業(yè)雖然較多，但規(guī)模都不大。因此，在銷售上是不會有很大問題的，這同時也表明，本設計是完全必要的。圖所示為湖南淚羅市龍舟鋁業(yè)有限公司的廠門照片。南學碩十學位論立第章生產線啦計總論圖龍舟鋁業(yè)選址生產線總體布局亡嗍硝嘲圖傳統(tǒng)鋁熔鎬線布局圖扣咽圖基

28、干線的鋁熔鑄線布局圖中南大學碩士學位論文交淵圖本設計的主體設備布局圖第章生產線設計總論如圖所示為傳統(tǒng)鋁熔鑄生產線主體設各布局示意圖，主要包括熔煉爐、熔體靜置爐、過濾器和鑄造系統(tǒng)。圖所示為基于線的鋁熔鑄線布局圖，叮見，與一般熔鑄線設計相比較?；谙到y(tǒng)和技術的鋁熔鑄線省去了靜置爐這環(huán)節(jié)，則熔體靜置和在線精煉均由系統(tǒng)完成。靜置爐的作用包括：（）保持或提高熔體的溫度；（）均化熔體的化學成分；（）對熔體進行精煉；（）添加某些臺金料，調整熔體的化學成分。靜置爐的設置雖有其優(yōu)點，但也有其缺點，即造成金屬燒損和能耗的增加。系統(tǒng)由于其精巧的設計，可在生產中完全替代靜置爐。由此，僅從減少盒屬燒損分析，按照年產噸生

29、產線，降低燒損計算，一年可節(jié)約資金：噸元元如圖為本項目設計的基于系統(tǒng)和技術的鋁熔鑄線主體設備布局圖，其主體設各包括國產三室側井式反射熔煉爐、美國公司的雙室系統(tǒng)、美國公司的陶瓷泡沫過濾裝置、美國公司直冷液壓鑄造系統(tǒng)，可生產直徑、與的鋁合金錠。該生產線第一期工程只安裝一臺熔煉爐，設計產能為噸，年；項目投產后，如經濟效益達到預期計劃則啟動第二期計劃。第二期工程主要是在第一期熔煉爐旁預留的位置添置臺三室側井式反射熔煉爐，則兩臺熔煉爐共用條線，從而使整條生產線產能達到噸侔。第三期工程就是再引進一套與二期工程相同或相近的主體設備，使產能達到噸年。三期工程將以原鋁為原料，利用技術產生高純凈化的航空航天用鋁舍

30、金錠。本文主要對第一期工程進行設計和分析。生產線簡況本生產線一期工程為以廢雜鋁為原料，基于技術的年產噸再生鋁合金錠生產線，主要產品品種有、鋁合金等。本設計的指導設計思想為：以合理的投資，建設一個具有相當規(guī)模的再生鋁合金錠生產線、盡可能采用較為先進的設備，使其具有開發(fā)潛力，以便創(chuàng)造更大的經濟效益。中南人學碩士學位論文第章生產線設計總論本生產線一期工程的主要設備如表所示。設備熔煉爐冷卻水系統(tǒng)鋁熔體凈化系統(tǒng)鋁熔體過濾系統(tǒng)鋁熔體傳輸系統(tǒng)立式直冷液壓鑄造機圓棒鑄造結晶器均質爐地磅鋸切機天車叉車，、表生產線主要設備表臺數，本生產線由于采用了較為先進的設備、工藝以及管理模式，使得本生產線具有極為光明的前景。

31、設計時充分考慮市場波動，對主體設備如熔煉爐、精煉系統(tǒng)、鑄造機等的負荷率均留有一定空間，這就可以隨著市場的需要，靈活調整裝備與工藝，達到預期的產量。生產線一期工程主要技術經濟指標如表所示。表生產線主要經濟指標表項目生產線總人數生產線總建筑面積生產線總投資生產線總產值商品總成本數量人萬元萬元：覡濰萬元年黼蝴人均利潤投資回收期生產線平均成品率萬元（生閂鉀韻）年（含蝴年）萬元中南大學碩士學位論文第章產品方案與生產方案第章產品方案與生產方案產品方案產品方案及其確定產品方案是指所設計的工廠或生產線擬生產的產品內容、名稱、品種、牌號、規(guī)格、狀態(tài)及年計劃產量。它是進行生產線設計的主要依據，也是組織生產的依據，

32、根據產品方案可以選擇設備和確定生產工藝。編制產品方案需遵循以下原則：）原料的供應；）產品的平衡；）生產線規(guī)模及技術上的可能性；）國民經濟發(fā)展對產品大的要求；）經濟效益、社會效益及競爭能力；）產品的標準；）建廠地區(qū)的條件、投資等的可能性。原料供應：洲羅市有上百年的再生物資回收歷史，從晚清時期的籮筐扁擔穿村走巷，到現在形成萬人收購網絡和火車汽車運輸繁忙的規(guī)模。近年建成的中南再生資源交易中心已成為中南地區(qū)最大的再生資源集散市場，全市有廢品經營戶上千家，經營廢舊物資包括廢橡膠、廢塑料、廢鋼鐵、各類廢有色金屬等多個品種，日吞吐廢舊物資多噸，年交易額超過億元。在各類廢有色金屬經營中，以廢鋁、廢銅、廢鉛為主

33、。盡管廢鋁經營僅多年，但廢鋁的收購加工發(fā)展很快，成為廣東、浙江、福建、湖北、四川、河南、湖南等多個省市的廢鋁交易集散中心，是全國廢鋁業(yè)的重要基地。據了解，該市有上萬人在全國各地大中城市設點收購，形成了全國性的收購網絡，廢鋁通過收購網點源源不斷地運回洲羅，在各經營戶再通過分揀、打捆或初加工，然后運往外地。據初步統(tǒng)計，廢舊鋁年交易能力超過。目前，該市廢鋁市場還處于傳統(tǒng)購銷與小規(guī)模粗加工階段，再生資源地增加值有限，浪費了資源地可利用價值。甚至由于傳統(tǒng)的冶煉和加工方式造成了二次環(huán)境污染。初級拆解加工已遠遠不能適應市場發(fā)展的需要，缺乏可持續(xù)發(fā)展的后勁。為了引導再生資源行業(yè)的健康發(fā)展，防止其陷入粗放式生產

34、的惡性循環(huán)，抑制其對環(huán)境的污染，把資源、市場優(yōu)勢轉化為產品、效益優(yōu)勢，做大增強廢舊物資回收、加工產業(yè)，使之規(guī)?；?、規(guī)范化，淚羅市政府對廢舊物資加工產業(yè)做了整體規(guī)劃，以招商引資，引進國外先進技術，形成規(guī)模效益。隨著回收工作引起重視，各種用途的鋁材也就成了廢料的不同來源。廢鋁最大來源大致是汽車交通、廢鋁飲料罐、廢建筑鋁材和電器鋁材（廢鋁電線、導電排等），如表【。中南大學碩士學位論文第章產品方案與生產方案簽囂磚最一懈漤雉踞螂群幅榮憚髂駔越￥囂嫻如球最墨譬輯喀毽駐鎏幽警軾酶避副毽整置柳翠毽匿翠毽輦囂踞毽卦棼擎翠避謠甓螺腳趟磨越囂腳囂毽翠毽譬星鬟取翠毽蜒蝌一中南大學碩士學位論文第章產品方案與生產方案市場

35、需求：中國鋁工業(yè)正處于快速發(fā)展階段，中國廢鋁回收率目前為，但不久將快速提升至。政府、企業(yè)、公眾對于鋁回收業(yè)的重要性認識都大大提高。年中國原鋁產量為萬，年為萬，同期的消費分別為萬和萬。而中國年廢鋁回收量為萬噸，年廢鋁回收量為萬噸，年的廢鋁供應量高達萬噸，另外還回收了萬噸實物量的鋁灰、渣?？梢?，中國廢鋁回收潛力巨大，因此在本設計的生產方案中將生產線一期再生鋁合金錠產能定位萬噸年是符合市場規(guī)律的。其主要產品市場簡析如下：鋁合金廢料鋁合金由于具有良好的成形加工性能、抗蝕性，可焊性、疲勞強度與中等靜態(tài)強度，被廣泛應用于制造飛機油箱、油管，以及交通車輛、船舶的鈑金件、儀表、街燈支架與鉚釘線材等【。自上世紀

36、年代，我國開始大量生產鋁合金并且應用于上述行業(yè)，經過二十、三十年的使用，這些產品已經陸續(xù)進入更換期和淘汰期，因此該牌號合金廢鋁來源充足，市場也非常廣闊。鋁合金廢料鋁合金廣泛應用于門窗、幕墻等建筑行業(yè)，產量和消費量均非常巨大，其中建筑與結構用合金擠壓材是當前全球第一大單一的鋁合金產品，其產量超過萬噸，因此由此產生的廢鋁量也相當大，再生鋁錠市場更為寬廣。鋁合金廢料是優(yōu)質的鋁廢料，該合金鋁含量高，各地牌號成分一致，只要廢料中不混入雜質，一般添加不到原鋁錠與少量的合金元素或甚至不添加，就可以獲得成分完全合格的可用于生產建筑材料合金。鋁合金廢料鋁合金是一種優(yōu)良焊接性能的高強度熱處理可強化合金，在交通運輸

37、車輛的桁架、桿件、容器、大型熱交換器等許多領域均有應用。據初步統(tǒng)計，我國每年消費的鋁合金擠壓材約萬噸，可回收廢料估計在萬噸。本生產線的建設規(guī)模和產品方案是依據國家循環(huán)經濟的需要、國內外市場的供需現狀和發(fā)展預測，以及龍舟鋁業(yè)有限公司所擁有的技術、工藝、管理等方面的優(yōu)勢來確定的，尤其充分考慮了以下幾個因素：（）廢鋁原料資源；（）航天航空領域對高強度特種鋁合金棒的需求；（）龍舟鋁業(yè)有限責任公司擁有的技術和設備優(yōu)勢；（）國際、國內市場的需求及預測；（）國、內外鋁棒材擠壓、鍛造生產現狀及發(fā)展趨勢；（）投資規(guī)模。綜合上述因素，本設計以工業(yè)用高質量高附加值的鋁合金錠為主導產品，同中南大學碩士學位論文第章產品

38、方案與生產方案時兼顧生產一些市場需求量大的民用鋁合金錠。根據以上分析，制定出生產線產品方案，如表。表產品方案本生產線第一期設計建設規(guī)模為。一期建成投產后，根據市場情況進行調整，實施二期工程建設；總工程建成投產后產能可達萬噸年。計算產品的確定生產線擬生產的產品品種、規(guī)格及狀態(tài)組合起來可能有數十種、數百種以上，但是，在設計中不可能對每種合金的每一個品種，規(guī)格及狀態(tài)都進行詳細的工藝計算。為了減少設計工作量，加快進度，同時又不影響整個設計質量，可以將各類產品進行分類編組，從中選擇典型產品作為計算產品。確定計算產品的必要性有以下幾方面：）產品種類繁多，不宜一一計算；）減少設計的工作量；）可以對產品進行分

39、類編組；）它是工藝設計的基礎。選擇計算產品必須依據以下幾條原則：）在合金、產量、品種、規(guī)格、狀態(tài)、工藝特點上都具有一定的代表性；）通過所有的工序；）所選擇的計算產品要與實際相接近；）計算產品要留有一定的調整余量。綜合分析后制定本設計一期工程的計算產品方案表，見表。表產品方案詳情表本生產線主要設備由美國引進，生產產品按美國鋁業(yè)協(xié)會公布的合金牌號生產，因此本生產線技術條件采用美標【。根據美國鋁業(yè)協(xié)會標準的規(guī)定，本設計生產產品的化學成分如表所示。中南大學碩士學位論文表產品的化學成分表【】第章產品方案與生產方案生產方案本項目的產品為再生鋁合金錠，即以同牌號及部分純鋁廢料通過重熔、精煉，然后鑄造成可用于

40、深加工的合金錠，因此其生產方法主要為熔鑄，不牽涉到塑性加工。具體工序包括：鋁廢料分選預處理熔煉熔體在線精煉在線過濾鑄造（均勻化處理）剪切深加工錠。該生產線采用以人工、磁選、化學染色法等多種方法相結合的方法進行廢雜鋁的分選和預先處理；采用國產三室側井式反射爐進行熔煉：引進公司的系統(tǒng)進行鋁熔體的在線精煉；采用引進公司的泡沫陶瓷過濾器實現鋁熔體的在線過濾；采用引進公司的直冷液壓鑄造系統(tǒng)進行圓鋁錠的立式半連續(xù)鑄造；根據用戶要求，對部分鋁錠采用噸均質爐對鑄錠進行均勻化處理。根據上述生產方案，整個生產線分為四個車間，分別是：來料分類檢驗車間、配料打包車間、熔鑄車間與均勻化車間。中南大學碩士學位論文第章生產

41、工藝流程第章生產工藝流程產品工藝流程設計生產工藝流程就是把產品生產的工序按次序排列起來。它是工藝設計中的一項重要工作，它直接關系到能否滿足設計任務書的要求。合理的工藝流程應該是在保證完成設計任務書中規(guī)定的產量和質量的前提下，具有最低的消耗、最少的設備、最小的生產線面積、最低的產品成本，并且有利于產品質量的不斷提高和將來的發(fā)展，具有最好的經濟效果和較好的勞動條件。根據不同的產品品種、產量、技術要求，合理選擇生產方法和注定開坯方法，在一定設備條件下是確定生產工藝流程的重要條件。確定工藝的依據有以下幾點：）根據產品的產量、品種、規(guī)格及質量的不同來確定工藝流程，并且在滿足技術要求的前提下，盡可能簡化或

42、縮短工藝流程；）根據設備條件，保證各工序設備負荷均衡，安全運轉，充分發(fā)揮設備潛力；）為了滿足產品的技術條件要求，就要有相應的工序給予保證；）為了提高生產量和成品率，降低成本，提高經濟效益和社會效益。本項目設計的生產工藝流程如圖】所示，廢雜鋁的預處理工藝流程如圖所示，熔煉工藝流程如圖】所示。圖禾廢鋁再生生產工藝流程圖廢雜鋁的預處理工藝況措侄中南大學碩士學位論文第章生產工藝流程圖熔煉工序的工藝流程圖主要工序的簡要說明）預處理：廢雜鋁的預處理是再生鋁生產的頭道工序，也是確保再生鋁質量的重要環(huán)節(jié)。其目的一是將廢雜鋁表面的油污、氧化物及涂料等除去；二是除去廢雜鋁中夾雜的有機物及其它金屬【；三是將廢雜鋁按

43、成分分類，不僅是其中的合金成分得到了最大程度的利用，提高其商業(yè)價值，而且大大提高了產品的質量【】。本設計的預處理工藝如圖所示，其主要工藝是采用人工分選與磁選、化學染色精選技術等方法相結合，去除廢雜鋁中的其它金屬和雜質。）熔煉：熔煉是鋁合金鑄錠生產的關鍵工序之一【。本設計采用國產三室側井式反射爐進行熔煉，熔煉工藝流程如圖所示。在再生鋁的生產過程中，由于原料來源為廢雜鋁，規(guī)格不統(tǒng)一，為了減少燒損，因此加料順序以先加大塊廢料，后加零散料以及屑料；熔煉時將主料投入主室，零散料以及屑料投入側室，并通過空氣循環(huán)達到爐內溫度均衡。該投料工藝體現了再生鋁熔煉與普通鋁熔煉工藝的區(qū)別，也是本設計的一個重要技術特點

44、。在熔煉爐內應對鋁熔體進行變質與精煉、凈化處理。本設計采用、及等氯鹽和氟鹽【，并輔以進行爐內精煉處理【】。）調整合金成分：由于有的合金元素在熔煉過程中有損失，在精煉處理之前向液態(tài)鋁合金中添加合金元素，使熔煉后的鋁合金符合產品標準【引。本設計采用光譜分析儀進行爐前成分分析，然后根據分析結果實施成分調整。熔煉時的補料和沖淡計算見第六章。）在線精煉（熔體凈化）：鋁合金產品的生產中，最終是否能生產出優(yōu)質的產品，主要取決于熔煉與鑄造環(huán)節(jié)，而熔鑄過程中除氫、除雜最重要，對于利用廢鋁做原料生產鋁及鋁合金錠坯的生產線，其在線精煉技術則更為關鍵【】。中南大學碩士學位論文第章生產工藝流程鋁合金在熔煉過程中，熔體中

45、存在氣體、各種夾雜物及其他金屬雜質等，影響純潔度，使鑄錠產生氣泡、氣孔、夾雜、疏松、裂紋、白斑等缺陷，對鑄錠的加工性能及制品強度、塑性、抗蝕性、陽極氧化性和外觀品質都有顯著影響】。熔體凈化就是利用物理化學原理和相應的工藝措施，除掉液態(tài)金屬中的氣體、夾雜和有害元素，以便獲得純凈金屬熔體的工藝方法。在本設計中，采用的是美國公司的鋁熔體精煉系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同于以往的旋轉石墨噴頭精煉系統(tǒng)，它采用了包括：惰性氣體在線預熱、惰性氣體對鋁熔體的摩擦攪拌、防止鋁熔體內氣泡聚集長大三項獨特的技術，除氫率可達以上，可除去的粒度大于微米的夾雜物。該系統(tǒng)的特點將在下一章節(jié)中詳細介紹。）在線過濾：過濾屬于爐外連續(xù)凈化處理

46、的一個環(huán)節(jié)，在本設計中，采用多孔泡沫陶瓷過濾器。）鑄造：鑄錠成型方法目前廣泛應用的是：塊式鐵模鑄錠法、直接水冷連續(xù)與半連續(xù)鑄錠法、連續(xù)鑄軋法等。本設計中采用的是美國公司的直冷液壓鑄造系統(tǒng)進行立式半連續(xù)鑄造。）均勻化退火：為了消除和減少在鑄造過程中造成的鑄錠晶內偏析、改善鑄錠組織的均勻性、消除鑄造應力、提高工藝塑形，需要對坯錠進行均勻化退火熱處理。本設計采用噸臺式均質爐對鑄錠進行均勻化處理。中南大學碩士學位論文第章設備選擇第章設備選擇設備選擇原則設備選擇的主要內容是確定出生產線設備的種類、形式、結構、規(guī)格、數量及能力。金屬熔鑄生產線的生產設備可分為：主要設備與輔助設備，對主要設備，應在預選的基礎上進行必要的設備負荷計算、以及零部件強度較核計算。對于輔助設備，一般不進行驗算，可在主要設備確定之后，在確定與之配套的輔助設備。設備選擇一般考慮如下原則：）要滿足產品方案（主要指規(guī)格、質量、年產量等）的要求，保證獲得高質量的產品；）滿足生產方案及生產工藝流程的要求，每種生產方案都要求與之相適應的設備并且生產工藝流程中的每一種工序必須按該工藝要求選擇設備；）要注意設備的先進性和經濟上的合理性，還要注意選擇標準設備，力求投資少，而且有較好的的技術經濟指標；）要考慮設備之間的合理