表1 渤海灣鑄錠熱軋生產能力

表2 典型變形鋁合金的熱軋溫度

中國渤海灣（山東省、遼寧省、北京市、天津市、吉林省、遼源市、內蒙古通遼市霍林郭勒）是世界鋁工業最完整、最密集與最大地區，也是世界最先進裝備聚集區之一，鑄錠熱軋板帶材生產能力6880kt/a（表1），約占全國總產能的35%，已成為全球高精板帶材“一站式供應基地”。天津忠旺鋁業有限公司、南山集團輕合金有限公司、魏橋鋁電有限公司是三大世界級鑄錠熱軋企業。

其中，南山集團的硬合金生產線原是按美國鋁業公司（現名奧科寧克公司arco-nic）達文波特軋制廠（davenport works）的模式1（5588mm）+1（4100mm）+5（3000mm）設計的，后考慮到5mm粗軋機生產的特寬5450mm厚板市場容量有限，暫緩建設，但留出了以后建設所需的位置。現代航空航天工業鋁合金厚板寬度都≤3750mm，有一臺3950mm的粗軋機就可以，寬度≥3750mm的厚板，乃至0mm級寬的特厚板，除一般工業用少量外，大多用于造船工業，用于建造液化天然氣（lng）船上的貯罐與岸基貯罐等。

該地區擁有最完全的熱軋生產線，有單機架的，有（1+1）式熱粗-精軋線，有（1+3）、（1+4）、（1+5）、（1+1+4）式生產線。同時它們都是近十來年建設的，再過三五年一定會成為全球先進高精鋁材的“一站式供應基地”，筆者所說的“一站式供應基地”是指你到該地區來，可以采購到所需要的各種各樣的一切鋁材，甚至深加工的半成品。

加熱

由鑄造廠經過鋸切-銑面-均勻化處理的扁錠，在熱軋之前必須經過加熱，往往把這種加熱稱為預加熱。扁錠的鋸切與銑面往往在鑄造車間進行，有利于廢料回收與利用，但均勻化處理也可以與預加熱合二為一，將扁錠裝于加熱爐內，先進行均勻化處理，而后將溫度下降到熱軋溫度，再出爐熱軋，當今扁錠加熱多在推進式加熱爐內進行。

推進式加熱爐

現在幾乎所有現代化軋制廠的扁錠加熱爐都是推進式的，具有裝爐量大、熱效率高、節能環保、溫度控制精準、自動化程度高等特點，中國首臺推進式加熱爐是東北輕合金有限公司1984年從美國賽科/瓦威克公司（seco/warwick）引進的，截至2017年，中國有引進的這種加熱爐約128臺，其中渤海灣有46臺，占總數的36%。后來西南鋁業（集團）有限責任公司又從賽科/瓦威克公司引進了1臺扁錠推進式加熱爐。

天津忠旺鋁板帶有限公司擁有單一平軋鋁產品廠最多的扁錠推進式加熱爐，共有21臺，第一批加熱爐于2015年投產。

熱軋溫度

典型變形鋁合金的熱軋溫度見表2。

熱軋

熱軋是指在金屬再結晶終了溫度以上進行的軋制。熱軋時金屬同時再進行硬化和軟化過程，因變形速度的影響，只要回恢和再結晶來不及完成，金屬就會隨變形程度的增加產生一定的加工硬化，因而熱軋后總會有或多或少的加工硬化。不過在熱加工溫度范圍內，起主導作用的是軟化，因而熱軋終了時，金屬處于不完全再結晶狀態，熱軋鋁及鋁合金板帶材的組織總是為帶有一定量變形組織的再結晶狀態。

熱軋制度

熱軋制度包括軋制溫度、速度、壓下率等。在單機架軋機與粗軋機上軋制時，為便于咬入錠坯，開始階段速度宜低；中間軋制階段，為了控制溫度與提高生產效率，只要條件允許應盡量快些；最后階段可根據實際情況選定軋制速度。

鋁及鋁合金板帶材熱軋總加工率宜＞75%，最好能＞80%，總加工率越大，材料的組織越細、越均勻，性能也越好。根據經驗，只有錠坯熱軋總變形率達到75%，鑄造組織才能變為熱軋組織，例如生產lng船上10kt級儲罐厚170mm“赤道處”板的錠坯厚度宜大于680mm，生產260mm厚的特厚板的錠坯厚度應達到1m以上，但這是不可能的，不能制出開口度這么大的軋機，當今開口度max的為800mm，不過這么厚的特厚板并不用于制造重要的結構件。天津忠旺鋁板帶有限公司（1+1+4）式硬合金生產線4mm粗軋機的max開口度也只有700mm。當前，航空航天工業、艦船工業與通用工業用的厚板都在180mm厚以下。

熱軋產品有兩大類：厚板與冷軋用的帶卷。厚板定義有兩種，北美有關標準規定為厚度＞6.35mm（0.25in）的板材；其他地區與國家規定為厚度＞6mm的板材。帶材厚度為≤12mm，因為＞12mm的帶材不好卷取。

熱軋線的構成

熱軋線由輥道、立軋機、粗軋機、重型剪、輕型剪、中軋機（可無）、多機架精軋機列等組成。2300——2（1+4）式熱軋機線是全世界最典型的鋁板帶熱連軋線，約占全球總連軋線的60%，產量約占全世界熱連軋線總產量的75%以上。這類生產線可以生產一些厚板，但是主要是為生產軟合金帶卷建設的。

建設與投產進程

天津忠旺鋁業有限公司

天津忠旺鋁業有限公司位于天津市武清區經濟技術開發區，2013年11月開工建設的硬合金生產線，被列為天津市2013年度20項重大工業項目之一，占地面積14×104m2,吊裝實物量16kt,項目名為天津忠旺鋁業有限公司“特大高精鋁及鋁合金加工材”。2015年3月熱軋線全部安裝完畢，4月開始4mm粗軋機電氣設備全面調試工作，先后進行了安全系統、介質系統、控制系統及主電機系統等空負荷調試工作，5月19日粗軋機2臺7000kw主電機啟動，經過近2h的連續運轉，各項監測指標均顯示正常，順利實現了主電機空載運行。主電機功率共14000kw,比世界任何鋁厚板粗軋機的都大得多，比美國奧科寧克鋁業公司5588mm粗軋機的傳動功率2984×2kw大135%，即大8032kw;比德國阿盧諾夫（alunorf）軋制廠2號熱軋線2mm粗軋機傳動功率（0×2kw）大4000kw。

4mm粗軋機是西馬克公司設計制造的，裝有厚度自動控制系統、斷面凸度自控系統、溫度自動控制系統、熱軋過程自動控制系統，它們全部以數字顯示。計算機程序控制，為生產高品質寬厚板提供了充分的技術保證。

2016年4月天津忠旺鋁業有限公司熔鑄廠鑄出2670mm寬的硬合金大扁錠，7月軋出4300mm的厚板，2016年8月1日軋出7055合金厚板，它是除某些ai-li合金外，生產難度最大的一種合金，合金元素含量（質量%）高：0.10si、0.15fe、2.0cu——2.6cu、0.05mn、1.8mg——2.3mg、0.04cr、7.6zn——8.4zn、0.06ti、0.08zr——0.25zr,其他雜質單個0.05、合計0.15，其余為al。首先這個合金的鑄造難度大，內應力大，不但熱裂傾向大，而且易發生冷裂，軋制變形也比2024型合金困難得多，不過它的抗拉強度達n/mm2，還有高的斷裂韌性與損傷容限，是近代航空航天器的主要結構材料之一。

2015年8月15日，4輥可逆式4mm熱粗軋機有負荷試車成功。2016年6月29日，4mm熱粗軋機經雙方工作人員的不懈努力，經15min32道次成功軋出中國乃至亞洲最寬的4300mm硬合金厚板。目前世界鋁工業都將超厚、超寬硬合金厚板的生產作為反映一個國家鋁加工發展狀況和科學技術水平的重要標志。天津忠旺鋁業有限公司成功批量生產寬而厚的板材，標志著中國各個工業部門特別是航空航天工業急需的高端鋁合金板材生產能力又邁上了一個新臺階。

天津忠旺鋁業有限公司于2017年1月13日順利通過了由美國性能審查協會、國際航空工業認證機構（pri）組織的特種工藝熱處理、無損探傷和中心實驗室的首次認證審核，并獲得pri認證機構頒發的nadcap（國家航空航天和國防合同方授信項目）認證證書。為天津忠旺鋁業公司進一步拓展民航市場，走向更為廣闊的國際民航市場獲得了權威通行證，對中國鋁加工企業進一步開拓國際市場具有相當大的戰略意義。

nadcap是由美國航空航天和國防軍工工業巨頭與美國國防部、sae（美國汽車工程師學會society of automotive engineers）等機構發起和發展的一個專門對航空航天工業的特殊產品和工藝進行認證的組織，是國際航空工業的權威認證組織。獲得nadcap的認證已成為航空航天制造業的強制性要求，空客公司、波音公司均是其成員。同時，波音公司、空客公司、賽峰公司等已將是否通過它的認證作為選擇供應商的首要條件之一，是否通過nadcap認證對企業長遠發展有著重要意義。

南山集團鋁材公司與南山輕合金公司

南山集團鋁板快下設南山鋁材公司，主管擠壓鋁材方面一切事務；南山輕合金公司，負責平軋鋁產品方面的各種業務，2006年通過了iso9001國際質量管理體系認證及iso14001環境管理認證，并獲得山東省高新技術企業榮譽稱號，2010年通過了gb/128001-2001職業健康安全管理體系認證。

南山鋁業是全球唯一的在45km2區域內擁有熱電-氧化鋁-原鋁-鋁加工-深加工于一體的完整的鋁產業鏈企業，2017年的生產能力：191×104kw熱電、1700kw/a氧化鋁（含在印度尼西亞的1000kt/a）、170kt/a鋁型材、816kt/a原鋁、kt/a熱軋產品、kt/a冷軋板帶、220kt/a軌道交通新型合金產品、14kt/a鍛件、70kt/a箔材。

2013年南山鋁業公司獲得美國be航空航天公司認證，2015年與北汽集團、南車集團、波音公司簽訂了戰略合作協議，通過了as9100c航空體系認證；其航空產業園已為be航空座椅生產配套產品，并得到波音、空客、中商飛、龐巴迪等主流飛機制造商的認可和支持，南山航材園已成功試制了一批又一批合格產品。

今年3月10日，南山鋁業與法國飛卓宇航集團簽署了合作協議，在龍口市成立南山飛卓宇航工業有限公司，生產航空零部件，合資公司位于南山航空材料產業園，依靠南山鋁業在航空材料方面強大的研發、生產能力和飛卓宇航在航空材料深加工方面雄厚的管理和技術經驗，共同以最周到的服務、最高效的性價比、最穩定可靠的產品質量，為世界主流飛機廠提供適宜、準確的產品解決方案，可真正實現資源共享、優勢互補、互惠共贏。

輕合金公司

南山輕合金有限公司成立于2001年，廠區面積32.8×104m2,有各種專業技術人員1000余名，熔鑄廠扁錠產能約860kt/a，單塊錠生產能力可達34t（640mm×2130mm×9150mm）。2350mm（1+4）式熱連軋線從日本石川島播磨重工業公司引進，是一條軟合金熱軋生產線，可生產1xxx系、3xxx系、5xxx系及8xxx系（不含al-li合金）合金熱軋厚板及熱軋卷。熱軋板厚10mm——150mm、寬950mm——2100mm,長度按客戶要求。熱軋帶卷：厚2mm——10mm，寬950mm——2100mm,帶卷內徑610mm、外徑1000mm——2800mm。

2350mm（1+4）式熱連軋線的生產能力750kt/a，粗軋線的max開口度710mm。

南山鋁業20萬噸厚板項目

該項目2011年9月被列入山東省第一批戰略型新興產業重點項目，享受政府戰略性新興產業優惠政策。分兩期實施，設備總投資80億元，設計建1（5mm）+1（4100mm）+5（3000mm）式熱連軋線1條，考慮到特寬厚板市場有限，暫不建。一期生產能力200kt/a，其中厚板80kt/a，帶卷120kt/a，投資約50億元；二期將產能擴大到300kt/a，投資約30億元，設備從西馬克公司引進。

為這條熱軋線提供扁錠的熔鑄廠有90t圓形熔煉爐-矩形傾動式保溫爐1組，lars內導式鑄造機是阿爾美克斯公司（almex）的，可鑄錠的max長度9.1m；10t鋁-鋰合金真空爐1臺；60t爐1組，30t爐1組，精煉設備也是阿爾美克斯公司的；地坑式均勻化處理爐18臺，先建10臺，加熱爐為推進式，從奧托容克公司引進（otto junker）;銑面機由梅爾公司（meer）提供。

位于航空產業園的還有擠壓廠、鍛壓廠，總投資200億元，廠房恢宏壯觀共13跨，長1000m左右。

認證工作

在中國生產航空航天鋁材的主要企業（東北輕合金有限責任公司、天津忠旺鋁業公司、南山輕合金公司、西南鋁業集團有限責任公司、中鋁西北鋁加工分公司）中，南山輕合金公司的產品認證工作是做得既快又好的，從建廠伊始就注意到了此項工作，其認證路線大致如下，從建廠開始到獲得波音飛機公司供應商資質，先后歷時6年（2011年——2017年）：

2011年，在煙臺龍口市規劃建設南山航空材料產業園，2017年已建成投產的企業有：1（4100mm）+5（3000mm）式熱連軋線一條，主導產品為高端厚板與冷軋用的帶卷；航空航天高精擠壓材項目，生產能力80kt/a;14kt/a的航空航天模鍛項目有4臺從德國引進的鍛壓機，mn、125mn、60mn、25mn的各1臺。

2014年10月厚板生產線驗收，交付生產。

從2015年2月開始波音公司供應商認證工作，投入較大人力與財力，按照有關規范與條例編寫鑄錠與板材認證測試計劃并得到波音公司審查與同意。

經過近一年半的艱苦努力，歷時14個月，終于在2016年6月順利通過波音公司2024、7050合金扁錠認證，這在中國是首次。

波音公司工作組從2016年10月開始考核南山輕合金公司7050-t7451合金厚板的生產實際與各項文件，歷時7個月，于2017年5月通過認證，從此南山鋁業成為這種板材的波音公司供應商。

2015年1月13日南山鋁業與波音公司簽訂航空材料通用協議，將協助南山鋁業通過航空材料產品的波音適航認證。

南山鋁業公司于今年在通過航空航天產業通用的nadcap特種工藝（熱處理、無損探傷、實驗室建設）認證基礎上，順利通過了波音公司的特種工藝認證。

魏橋鋁電有限公司

魏橋鋁電有限公司是全世界的超級鋁航母，它的原鋁、氧化鋁與炭素制品都是全球單一企業最大，但加工材產量并不位列前茅，有1條2400mm（1+4）式西馬克公司的熱連軋線，2014年5月驗收，正式交付生產。

鑄造車間扁錠生產能力800kt/a,扁錠尺寸厚620mm，寬2200mm，鋸切頭、尾后，錠的最大長度為8650mm，銑面后裝入艾伯納工業爐公司（ebner industiecofenbau gmbh）的推進式加熱爐內加熱，共4套，每臺爐可裝32t重的扁錠25塊，因此每爐的裝料量800t,是世界最大的推進式加熱爐，采用該公司開發的hicon加熱技術，可確保溫差≤6℃。此外，還采用treat perfect（精確處理）數學模型可計算錠內的溫度分布狀況，可以保證錠內溫度達到很高的精確度與均勻度，因而錠的加熱品質既高又穩定，同時生產設備可得到最佳的充分利用。

鑄錠鋸切機從德國莫斯內公司（mossner）引進，雙面銑床由日本snk公司設計、中國第二重型機器制造有限公司制造。熱軋線由輥道、立軋機、粗軋機、重型剪、千機架熱連軋機列、切邊機、卷取機等組成的2400mm（1+4）式熱連軋線由德國西馬克公司成套供應，已于2012年投產，熱軋帶卷生產能力750kt/a。熱連軋線2012年3月開始安裝，10月第1卷帶材下線，2014年5月，正式驗收交付生產。按照規劃，同時建兩條熱軋線，但實際僅建了一條，另一條將于今后適當時候擇機建設。

立軋機可保持軋制板帶寬度在一定的范圍內，減少裂邊，提高成材率。這臺熱粗軋機的軋制力為8mn，由兩臺各700kw的電機驅動。四輥熱粗軋機的輥面寬度2400mm，最大開口度650mm，可軋制1xxx系——8xxx系所有變形鋁合金，由2臺各0kw的電機帶動，將錠坯軋到45mm厚坯料經輕型剪切掉頭部后送入精軋機列。剪切機用于切掉熱軋板帶的端頭，都是液壓式的，重型剪的剪切力為12000kn，輕型剪的為4kn，可切板帶的最大寬度2150mm。

熱精軋機列為cvc-6 plus，共4臺，將粗軋后的帶材軋至10.0mm——1.8mm厚的帶材，最后卷成最大直徑2.8m、重達30t的帶卷，精軋機的最大軋制力40mn，每臺精軋機由1臺0kw的電機驅動，是中國最大的熱精軋機之一，f4（第4臺熱精軋機）的最大軋制速度m/min,是中國熱精軋機列軋制速度最高的之一。熱精軋機列軋機的cvc技術與液壓彎輥工藝相結合，可精確地調整輥型與輥縫大小，從而可軋得板形良好和厚度偏差精準的帶材。精軋機之后有圓盤剪，可剪除帶材的裂邊，剪切葉片間隙可從垂直方向和水平方向調節，可確保剪切后的帶材具有光滑的無毛刺的邊部。通過車間內的自動運輸系統將熱軋帶卷運至高架倉庫，冷至室溫進行冷軋。

熱精軋機列之后設有離線檢驗站，可切取一段帶材進行表面品質等檢驗。

魏橋鋁電公司的高架倉庫從西馬克公司引進，自動化帶卷運系統是西馬克公司所屬的洛吉斯迪系統公司（logutiksysteme）設計制造的，包括：將帶卷從熱軋機尾部運到高架倉庫的運輸系統，從高架倉庫運到冷軋機與冷軋機之間的運輸系統，高架倉庫內的3輛貯存和檢索車輛。帶卷在車間內的運輸裝于托盤。從高架倉庫將帶卷運到其他區域由2套自動化運輸裝置（acts）承擔，在車間內的運行由激光導航系統指揮，以一定的速度絲毫不差地準時地運到指定地點。

高架倉庫內有強大的風冷系統，可將外徑2800mm，重達30t的熱軋帶卷從335℃左右在規定時間內冷卻到可冷軋的45℃以下。這個高架倉庫是世界最大的之一，長290m，可貯存1400個帶卷，總重42000t。

比較簡單地運輸單元，則是在西馬克公司的洛吉斯迪克物流系統公司的指導監督下按他們提供的圖紙由國內制造與配套的。

奧科寧克（秦皇島）鋁業有限公司

該公司原名美鋁渤海鋁業有限公司，2017年11月1日隨著美國鋁業公司一分為二改稱奧科寧克（秦皇島）鋁業有限公司，是外商獨資企業，由中國人經營管理，有一條1（3192mm）+3（2184mm）式熱連軋生產線，是從美國瓦里克（waarick）鋁業公司搬遷過來的二手設備，2009年投產，生產能力380kt/a,不生產硬鋁合金及軟合金厚板，沒有拉伸機與固溶處理爐。有2臺2300mm戴維公司的4輥不可逆式冷軋機，1998年其中1臺失火，損壞較重，至今未修復，所以現在僅有1臺在生產，熱軋生產線的生產能力遠未得到發揮，不過由于管理科學嚴謹，工人操作技術熟練，1臺冷軋機的罐身料（can stock）產量超過130kt/a。

齊星工業鋁材有限公司與三源鋁業有限公司

該公司的2400mm熱粗-精軋生產線于2014年4月6日有負荷試車成功，順利地軋出了第一卷帶材，達到了預期效果，后經過兩個月的精調與試生產正式交付生產。它的生產能力約300kt/a。

三源鋁業有限公司位于濰坊市，也有一條2400mm的熱粗-精軋生產線。

熱軋冷卻與潤滑

熱軋鋁及鋁合金時都應向軋輥噴射大量的乳液，以冷卻和潤滑軋輥，降低軋輥與變形金屬之間的摩擦力，減少軋制能耗，提高軋制產品表面品質，減少軋輥磨損，控制軋輥溫度和輥型。

1954年中國第一臺4輥可逆式熱軋機在東北輕合金加工廠投產時用的是蘇聯的59俄乳化液，至今仍有一批中小熱軋廠用這種乳化液或用自行研制的乳化液為熱軋冷卻潤滑劑，但它們不能滿足現代化的大型高速熱軋機與熱連軋線的冷卻潤滑要求，所以中國引進的熱軋線幾乎全部用外國公司生產的軋制油（如好富頓houghton公司的熱精軋和熱連軋tendemol 6200系列軋制油和可逆式熱粗軋tendemol 6300系列軋制油，虎牌石油（中國）有限公司的虎牌鋁熱軋乳液，等等）。

進口的熱軋油為配好的含有各種添加劑的基礎油，所以鋁軋制廠可以直接向軋機油箱添加。添加前清理干凈軋機乳化液循環系統，清洗后向箱內加水，加至保持夠循環液位即可，將水加熱到30℃——40℃后添加乳化油。通常加乳化油方式有兩種：預混法，現在預混合箱內將乳化油和水高速攪拌成高濃度乳化液后，泵至乳液循環系統中；用乳化液系統主泵或過濾泵高速剪切乳化油，然后泵入乳化循環系統。渤海灣大中型熱軋企業用的乳化液全是用進口的或外資企業生產的乳化油配制的。

熱軋乳液的含水量在95%以上，油的含量2%——5%，可用硬水、軟水或去離子水配制。

高架倉庫

熱軋帶卷溫度往往大于320℃，有時甚至高達350℃，必須將其冷到50℃以下方可進行冷軋。因此，現在的大型平軋鋁產品廠如天津忠旺鋁業有限公司、魏橋鋁電有限公司、南山輕合金有限公司等都設有容量甚大的熱軋帶卷冷卻高架庫，它們的自動化程度、冷卻能力、存貯容量等均居世界之巔。渤海灣共有6座，其中天津忠旺鋁業有限公司3座、南山輕合金有限公司2座，魏橋鋁電有限公司1座。

天津忠旺鋁業有限公司3座高架庫（high-bay warehouse）的總容量約100k卷，是從德國福萊特（vollert）公司引進的。主庫長504m，可儲1卷，共有5層，150條通道；輔庫2座，一座長275m、高31m，可存約1200卷，另一座長300m、高33m，10層，用于存放冷軋好的成品帶卷，總存儲量約2100卷。

結束語

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