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1、有色金属材料加工过程的 资源利用和循环经济,谢水生有色金属材料制备加工国家重点实验室 北京有色金属研究总院,报告内容,国外有色金属加工资源利用的现状 国内有色金属加工资源利用的现状 有色金属加工过程中的减量技术 有色金属加工过程中的再利用技术 结束语,前 言,发展循环经济型社会是可持续发展的需要，也是当今世界面临的头等大事 发展循环经济型社会要求在充分利用资源、优化利用能源和保护环境的前提条件下，实现效率和利润的最大化 支撑技术体系由替代技术、减量技术、再利用技术、再资源化技术、系统优化技术和共生链接技术6类技术构成。 研究开发、应用和推广有色金属加工过程中的“减量技术”和“再利用技术”，是实
2、现循环经济的重要措施之一,基本特点：国外由于生产设备及工艺都较为先进，自动化程度高，因此其材料和能源的利用率都远远高于我国,一、国外有色金属加工资源利用的现状,熔铸方面,国外已全部采用大容量、大功率感应电炉和高效竖炉熔炼，这些设备具有容量大、功率大和效率高等优点 生产效率高，能耗小 90%以上的锭坯采用多线连续和半连续铸造。一次可铸造150mm650mm扁锭7根或300mm圆锭6根。立式半连续铸造成品率为9395%，水平连续铸造成品率达96%。,60吨大型熔炼炉,在板带生产方面,国外普遍采用大锭、大卷生产，锭（卷）重4.510t，成品带材单位宽度重量为6.513kg/mm，产量可达50240吨
3、/人年，带材成品率高达70%73% 采用热/冷连续轧制，如13、14等,铝箔生产线,管棒材生产方面,国外普遍采用多线、高速、长行程轧管机 在管材精整上采用了机械化、自动化的舒马格机列 国外挤压单个锭坯重量普遍在200500kg之间，其劳动生产率高达75120吨/人年。而小铜管生产，国外综合成品率达80%以上 先进的工业国的平均能量效率超过50%，对材料的能耗及资源的再生利用率均比较高,12000吨卧式挤压机,改革开放以来，我国引进了国外不少先进设备和技术，并进行了引进、消化和创新 目前先进设备仅占有色金属加工行业的40%50%，大部分设备是5060年代制造的老设备，这是造成材料工业高能耗、高材
4、耗、大量排放污染物主要原因之一 总体上讲，我国产品的能耗与资源消耗比先进国家高得多，一般能耗高20左右,二、国内有色金属加工资源利用的现状,资源使用效率对比图,三、有色金属加工过程中的减量技术,有色金属加工过程中的减量技术主要有： 研究开发先进的熔炼铸造技术 发展高效、节能的短流程连续化加工技术 发展大型化、专业化、规模化生产企业 加工过程的自动化 减少加工过程的废水废气排量，实现加工过程能源和材料的有效利用,研究开发先进的熔炼铸造技术,电解铝液直接进行合金化连续制备铝合金坯料大型、高效熔炼技术的研究开发研究和应用电磁细化晶粒技术,电磁连铸技术,(a) 电磁连铸（热处理前），(b) 普通连铸（
5、热处理前）,研究开发高效、节能、短流程连续化加工技术,特点：连续化、短流程生产技术具有高效、节能等 主要手段：尽量减少固态下的加工量，由熔铸铸坯或合金粉末直接得到所需的制品或近似的制品，同时，这些制品还具有现有加工方法所生产制品的性能和组织 主要方法：连续铸轧、连续铸挤、连续挤压、连铸连轧,高速铝合金连续铸轧技术,高速铝合金连续铸轧技术是将铝液直接铸轧成厚度2mm的铝板坯，相应的铸轧速度为1020m/min 最早是美国铝业公司推出的3mm厚铝板的水平连铸及连轧工艺，该工艺生产出的薄铝板可直接用于冲制饮料罐体 意大利FATA工程公司，于1993年开发出新型超薄高速辊式铸轧机用于生产厚为11.5m
6、m，铸轧速度在7.623m/min的铝散热片和铝箔毛料。连铸轧合金为3000及5000系铝合金,连续铸轧，直接生产67mm的铝板坯，轧制速度为1m/min,高速铸轧，直接生产13mm的铝板坯，轧制速度为1020m/min,快速铸轧技术,在发展高速铝合金连续铸轧技术的同时快速铸轧技术也得到发展 铝合金快速铸轧技术是将铸轧机运行速度提高1.52倍左右，厚度保持在67mm左右，生产率提高5080%，同时进一步扩大可铸轧合金品种，提高铸轧产品的质量 铸轧产品晶粒度达到1级，使冷轧机的生产率提高20%左右，单位产量能耗降低1015%,高效、短流程生产超长铜合金管材成套技术,高效、短流程生产超长铜合金管材
7、生产技术主要是采用水平连铸行星轧制盘拉生产工艺 采用该工艺生产内螺纹铜管的加工技术及装备方面，我国已经处于国际领先地位 进一步扩大该项成套技术的应用范围，应用于生产超长铜合金冷凝管和锡磷青铜管是我们今后需要努力的方向,水平连续铸造在线铣面周期式连轧带材生产成套技术,水平连续铸造在线铣面周期式连轧带材生产成套技术是采用摆式轧机建立先进的连铸连轧带材生产线，包括有保护气体熔炼、电磁搅拌水平连续铸造1618毫米450毫米带坯在线铣面周期式连轧至2.5毫米带材 该技术可以应用于锡磷青铜为代表的铜带材生产。取代目前水平连铸16毫米450毫米卷坯离线铣面粗轧至9毫米均匀化退火予粗轧退火精轧工艺,周期式连轧
8、机（摆式轧机）,上引法连铸Y型轧制连续拉伸生产管材成套技术,建立以多线上引法连续铸造管坯（402.5mm，TP2）Y型轧制连续拉伸，生产象铜水管、铜气管等管材制品。代替目前挤轧拉，这将成为水平连铸行星轧制盘拉生产工艺的补充,竖炉熔铜连续铸造生产技术,研究竖炉熔铜技术和保温炉内合金化技术，建立竖炉熔铜保温炉连续铸造一体化的高效生产线,特种铜合金板带材的连续铸造技术,铜合金板带材的连续铸轧技术的研究开发方面，我国也已经取得了很好的成绩，已经能应用于生产电子框架材料的板坯。进一步发展该项技术使之应用于生产更多种类的铜合金是今后的方向，如锌白铜的连续铸造技术,连铸连轧技术,目前，铜、铝盘条的生产，大多
9、数都采用连铸连轧技术直接将合金熔体铸造成为坯条，然后直接进入轧机，进行连续轧制生产 铝盘条的生产一般为单轮铸造，铜盘条的生产一般为五轮连铸+连轧 进一步加大对连铸连轧技术的研究，使之更加高效，更加节能，是今后这项技术研究的重点,西南铝公司建设的具有国际先进水平的1+4热连轧生产线,高速全自动多机架热连轧与冷轧生产线技术,先进的铝合金板带热连轧/冷连轧技术是生产高精度、高性能铝合金板带材的关键技术，也是高效节能的生产技术和工艺，已经为工业发达国家的先进铝加工企业所普遍采用，尤其是美日等发达国家，用于大量生产制造易拉罐制罐料、高档PS印刷板、CTP版基材、电子铝箔、轿车车身板等高附加值关键产品，年
10、产量达数百万吨 我国在这项技术方面还处于刚刚起步的阶段，如何在引进这些技术时进行针对性的吸收和创新，使在国内企业中被有效的利用和发展起来，是我们今后所要进一步进行研究的,建立和发展大型化、专业化、规模化生产企业,国外加工产业目前正向着大型化、专业化、规模化方向发展，如国外新建铝板带加工企业规模大型的达6070万吨。俄罗斯最大的挤压机达2万吨，美国Alcoa公司拥有宽5300mm、长33000mm的淬火炉，挤压机普遍采用CADEX（计算机辅助挤压），可根据铸锭加热温度自动调节挤压速度 国内企业也有一些大型化的生产企业，具有一定的规模化生产，但相对国外的规模化，我们的生产企业更多的是一些中小型企业
11、，他们中大部分是单项技术或产品的规模化，而不具有整体专业的大型化生产 所以，在我国，如何进一步发挥已有大型企业的优势，如何整合中小型企业使之优势互补，达到甚至超过国外的大型企业，是我们下一步所要面临的问题,加工过程的自动化,加工过程自动化是提高生产效率的有效方法 我国有色金属加工的自动化水平与国外有一定的距离 发展我国有色金属过程自动化要采取一定的措施措施,先进的在线检测技术和质量控制技术的研究开发,先进的在线检测技术是实现加工过程自动化的眼睛，质量控制技术是实现加工过程自动化的手段，如轧制过程的测厚系统是调整压下量的基础数据，高精度的测温系统则是保证在线热处理质量的关键之一,数值模拟技术及C
12、AD/CAE/CAM技术的研究开发和应用,数值模拟技术将抽象的问题通过数值方法进行分析论证及演化，为我们分析问题提供了有力且可信的过程控制依据 成形及变形过程的数值模拟技术与加工过程的智能控制技术是实现过程自动控制的基础，如高精度热轧机组的速度控制系统、温度闭环控制技术及控制系统 同时，在有色金属加工过程中，设备和模具是实现加工过程的手段，研究开发先进的加工设备和模具是十分重要的，CAD/CAE/CAM技术是其有效的手段和工具,地球板块的数值模拟,数值模拟的各种应用,塔里木盆地油气运移的模拟,数值模拟的各种应用,活塞运动的模拟,数值模拟的各种应用,数值模拟的各种应用,电阻应变片变形的模拟,数值
13、模拟的各种应用,压铸过程模拟,研究开发与自动化技术相关的关键技术,实现有色金属加工过程的自动化，必须解决与自动化技术有关的关键技术，如控制技术、材料的基础性能、材料的变形规律、计算分析技术、模拟技术、在线检测技术、有色金属加工技术专家库的建立等,减少加工过程的废水废气排量,有色金属加工过程的生产的三废（废渣、废气、废水），其中主要是废气和废水。 需要对三废进行充分的回收，并在此基础上进行充分的再利用 减少三废要采取一定的措施,发展和应用先进的熔炼铸造和加热设备,先进的熔炼铸造设备的利用，能充分提高能量的利用率，减少了废气的排量。同时，也能减少燃料的使用量，节约资源 同时，加工过程中许多工序都需
14、要加热，研究开发高效率的加热设备，不仅能在一定的范围内节约能源，而且还可以提高原材料的利用率，减少废弃物的产生,工业废水的循环利用,在有色金属铸造过程中，需要较大量的冷却水；同时在轧制、挤压和热处理过程中，也需要使用一定量的水资源。将使用过的冷却水进行处理再利用，实现水资源的循环利用，是符合循环经济的措施之一 发达国家对工业废水的处理技术比较先进，工业废水排放量小，同时废水中污染物浓度较低。如日本在1989年生产每吨钢耗新鲜水2.1吨，循环用水率97%，其外排废水量约为我国的1/201/30,研究开发和使用清洁、高效润滑剂,为了提高加工过程的效率和产品质量，在不少的加工过程中都需要使用润滑剂，
15、如轧制、拉拔和特种挤压加工中都需要使用润滑剂 一般的润滑剂都易挥发，挥发出来的废气会对生产环境造成很大的污染，研究开发和使用清洁、高效润滑剂能大大减少废气对环境的污染,四、有色金属加工过程中的再利用技术,工业发达国家再生铝产量一般占原铝产量的40%50% 美国每年回收的再生铝约达200万吨，美国在19801988年共回收废铝饮料罐2745亿只，再生了483万吨铝合金。1988年美国消费了778亿只铝饮料罐，回收再生了425亿只，折合铝合金为68万吨，其中美国铝业公司和雷诺公司分别回收再生161亿只和93亿只。 日本每年回收的再生铝约为60万吨，日本既是铝材消费大国又是原铝生产小国，原铝产量从1
16、977年的118万吨陡跌到1990年仅冶炼4万吨高纯铝，用于生产高压电解电容器铝箔，而同年铝材消费量高达230万吨，所以日本铝加工企业都高度重视废铝的回收再生工作，以尽量减少原铝和废铝的进口。,资源的再利用技术是实现循环经济的核心。在有色金属加工过程中，实现对有色金属产品的在再利用，是实现有色金属循环利用的具体措施。由于两次能源危机的冲击，为降低能耗和成本，国外十分重视对有色金属废弃产品的回收再生，特别是美国、日本和西欧。 目前，我国的有色金属废气产品的回收还远远落后国外，比如国外先进国家的废铝回收率达80%，而我国还不到50%。有色金属废气产品回收的能量消耗仅仅为生产新材料的10%，从环境保护和节约能源都将有极大的意义。但废气产品回收的关键问题很多，如回收系统的建立、废气产品的分类、清洗、熔炼和成分的调整等。,四、有色金属加工过程中的再利用技术,建立和建全有色金属废料回收体系,废料回收是一个系统工程问题。以铝合金回收为例，废铝的三大来源是废铝饮料罐、报废汽车的铝压铸件和更新建筑物上折卸的旧铝建筑型材。目前我国废铝回收还远远落后国外，其主要原因是废料回收体系的不完善。建立和建全有色金属废料回收体系是我国有色金属工业发展需要解决的当务之急,
