目前电解铝行业较为困难,据《2013—2015中国有色金属行业投资分析及趋势预测报告》显示,2011年我国的电解铝产量为1 755.5万t,2012年为1 988万t.且产能利用率在70%左右,短期内不会得到改变.2014年仍将集中释放一部分产能,多是规模大,集中在煤炭资源丰富、电价低廉的西北地区,无疑会下拉生产成本.在全国整体经济增速放缓以及产业结构调整的背景下,行业仍将在亏损边缘摇摆.因而,各大铝企主动从内部挖潜,或抓住每个生产环节,进行技术改造,降低产品成本;或调整结构,提高产品档次.如部分铝厂为新建或将A00铝锭生产线改造成A356.2铝合金生产线.本文从设备选型配置及管理的角度,围绕如何提高产品质量,如何节支降耗、减员增效,为企业创造效益展开论述.对一些生产A356.2铝合金的民营中小规模企业也有一定的启示.

A356.2铝合金是以356铝合金为基础,严格控制杂质含量,改进制造技术而获得的一种较高力学性能的铝-硅系合金.其合金生产工艺如图 1所示.

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图 1 A356.2铝合金生产工艺 Fig.1Production process of A356.2 aluminium alloy

主要特点为:铸造性能、焊接性能和耐腐蚀性能良好;具有较好的气密性、流动性和抗热裂性能;容易熔炼和铸造,适合于各种铸造方法.A356.2铝合金的生产工艺并不复杂,但作为飞机配件、汽车和摩托车轮毂等产品的原料,其质量标准很高,化学成分均匀,结晶组织细密,铸锭的外观表面光滑,无夹渣、霉斑等缺陷,低倍组织针孔度必须达到JB/T 7946.3—1999《铸造铝合金针孔》标准中的二级或更优.因而工艺过程控制必须非常精确.

A356.2铝合金生产线的主要组成为:(1) 混合炉,1台25 t高位熔炼炉配2台25 t低位静止炉,功率分别为600 kW、400 kW;(2) 电磁搅拌器,功率为400 kW;(3) 在线除气设备,每小时除气液铝量12 t;(4) 水平连续铸锭机,单块15 kg,每小时产能12 t;(5) 制氮机,制氮量每小时5 m³.

大型电解铝厂因供电方便,大多选择电阻反射炉.由于产品成分要求必须均匀,结合产能和成品率的要求,一般选择25 t混合炉,1台高位炉配2台低位炉最为理想^[1].大则炉内搅拌困难,成分不易控制;小则生产线启停频繁,成品率低.炉体单侧设3个小炉门,不仅安全可靠,而且密封较严,保温效果良好,是该种炉型的最大优点.A356.2铝合金生产的主要原料为高温低铁液铝,外加硅、镁、钛等辅助材料.一般炉内成品液铝温度在700 ℃以上即可满足生产,而电解槽内原铝温度大多在950 ℃左右.多余的热量,不用则白白浪费,用则是一笔不小的财富,行业内普遍认为这是一种无法利用又必须损失的热量.而A356.2铝合金生产恰恰打破了这种传统观念,考虑利用该部分热量的条件.某厂是成功利用的典范,工作人员创新思维,采取增加炉子熔池和炉顶的保温,压缩液铝运输时间及科学组织人力生产等多种措施,充分利用高温液铝热量融化或溶解固态的硅、镁、钛等材料,基本做到了混合炉零供电或微供电.与行业产品吨铝用电消耗100 kW·h^-1相比,吨铝直接创效60元,年产能按4万t 计算,可创效240万元,产品竞争优势明显加强.即便一些民营企业采用圆炉生产,效仿此法,也能大幅度降低燃料消耗约40元/t.

以25 t混合炉为例,生产A356.2铝合金产品加入约1.8 t/炉的工业硅,传统方式为用铁锨向炉内加硅,最为原始,也是最费力、效率最低的模式.制作其他工具或设备面临以下问题:(1) 炉门较小使各种加硅工具尺寸受到明显限制;(2) 炉内温度高,普通材料伸入炉内,容易变形或损坏;(3) 顶部环保集气装置尺寸较大,使行车所吊物料距离炉门距离较远,造成加硅较为困难.

某厂工程技术人员克服上述种种困难,创新思维设计制作了一种新型自动加硅装置,如图 2所示.

图 2

图 2 自动加硅装置 Fig.2Automatically add silicon device

自动加硅装置主要有三部分组成:(1) 大倾角物料通道;(2) 中转物料小车(含专用气缸);(3) 小倾角物料通道.行车所吊落物料首先落入大倾角物料通道,然后通过物料小车中转,在小倾角物料通道内完成炉内加料.该装置动力采用一种特殊的专用气缸,安装在气缸前端的是中转物料小车,小车前端档板起推动物料的作用;小车上部是物料通道,在档板前推物料时接收并盛装下落的物料,小车后退时,在大倾角物料通道底端钢板的作用下,物料落入小倾角物料通道,再由气缸档板推动入炉,即实现循环连续加料作业.

新型自动加硅装置的投用带来了诸多优点:(1) 加硅方式由人力升级为自动化,明显提高了装备自动化水平;(2) 实现了循环连续加料作业;(3) 工人摆脱了繁重的体力劳动,降低了劳动强度,对企业的满意度升高;(4) 人员配置减少了4人,年减少人工费12 万元以上,创造了可观的经济效益;(5) 单炉加硅时间缩短了30 min,提高了工作效率,由于时间的缩短,每天可至少多生产1炉产品,即创造利润1.25万元,年创效300余万元,效益显著.

铝合金熔体有一定的吸气性,氢是最易溶解的气体,占90％左右.以吸附、溶解和化合状态存在的气体,对铝合金性能和铸锭的质量有不良影响.某厂铝合金生产在线除气(精炼),选型为除气液铝量12 t/h的设备,即流过12 t以下的液铝时,有较好的除气效果.主要结构为:外壁为钢壳;顶为自动升降机构,安装有3个石墨转子;内衬是陶瓷材料,具有不粘铝的功能.根据化学动力学原理,要求惰性气体与铝合金液体的接触时间越长越好、接触面积越大越好,即气泡尽可能地小一些,以达到接触面积最大化.前期使用半年后发现存在以下问题:转子透气转头尺寸10 cm偏小,不能将气体充分打碎,除气效果一般;石墨转子转柄部分,抗液铝侵蚀能力差,最多运行10天;内衬整体为陶瓷材料,壁厚12 cm以上,制作成本较高(约2万元),内壁损坏时,增加生产成本.

技术人员同样创新思维,在后期使用时,分别对其进行了改造:(1) 转子转头部分尺寸增加到15 cm,氮气气泡很容易打碎,吸氢能力提高,保证了产品质量;(2) 转柄部分表面采用了氧化镀层,抗液铝侵蚀能力加强,可运行30天左右,全年可减少使用转子70余套,创效10余万元;(3) 陶瓷内衬壁厚减小到5 cm,与铁壳之间的剩余空间用普通耐火材料填充塞实,成本不足万元,同样使用半年,年节约创效2万余元.

在炉内液铝充氮气精炼,是靠精炼剂或气体的吸附作用和化学反应达到去除氢的目的;铸锭时的在线充氮气精炼(在线除气),是靠氮气吸附达到去除氢的目的.两环节是A356.2铝合金生产的关键步骤,需要大量99.999%的高纯氮气.每生产一炉25 t产品,约需要普通灌装氮气10瓶,类似于气割作业用的乙炔瓶,压力不低于1.0 MPa,高纯氮气的市场价格为每瓶40元左右.如果月生产3 500 t的A356.2铝合金,仅氮气发生费用就高达5.6万元,全年近70万元.

而购置安装一台制氮机,也只是增加投资10万元左右.整台设备功率10 kW,月消耗用电5 000 kW·h^-1左右,累计全年电耗费用不足4万元,全年备件消耗5万元以下,只要生产正常进行,年可节约创效近60万元.

先进的设备管理即是企业生产力的管理,不仅要为生产服务,更主要的是为提高企业效益服务.按照这一理念,某厂除上述创新思维努力创效外,围绕铸锭机、混合炉和在线除气等,从设备零部件出发,从设备细节管理出发,高标准严要求,又采取了许多措施:(1) 把设备看成生命线,领导亲自巡检、评比和考核设备管理工作;(2) 目标明确,为企业经济效益服务;(3) 充分发挥设备效益,利用率追求100%;(4) 推行点检制度,推广全员维修和预防维修,摸索制定常用零配件更换周期,利用诊断技术预防停机故障;(5) 自修、检修与社会化修理相结合,采用最经济的维修方法;(6) 严格控制备件贮备与资金占用,费用减到最小;(7) 定期开展专业培训,提升员工素质.

通过上述维护措施,取得了明显效果:(1) 设备运行比较稳定,基本杜绝了非计划停机,避免了应急生产和抢修带来的繁重体力劳动;(2) 常用零配件定期更换,并在保养后作为备件使用,降低了备品备件的消耗;(3) 自主扩大维修范围,提高了技术,减少了费用支出等等.不仅提高了设备自身的管理水平,还 创造了直接的经济效益.另外,设备性能提高,故障率下降,运行时间延长,产品产量增加,在当前行业困难的情况下,间接经济效益更为可观. 4 结束语

设备是企业进行生产活动的重要物质技术基础,现代设备的科学管理呈现了新的趋势,不再是狭义上的设备技术的管理,而是更广义的生产力的管理.设备管理的模式和方法,将根据市场经济、企业产品结构调整而变化.设备管理的目标将根据市场经济要求,不仅为生产服务,更主要的是为提高企业效益服务.设备管理与维修,要为提高产品质量、降低能耗、控制污染、减少成本和占领市场服务.

本文重点分析了科学管理创造的经济效益,只要该生产线全年正常生产,年可创造经济效益600万元以上,充分验证了科学创新管理能为企业带来较大的经济效益.同时足以体现设备管理在企业管理中的关键地位,以及在提高产品市场竞争力方面的重要作用.