8011A空调箔生产工艺研究申报书.docx
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8011A空调箔生产工艺研究申报书
附件1肥城矿业集团公司科技进步奖申报书
(2012年)
一、项目基本情况
专业类别:
铝业
成果性质:
科研
编号:
2011-016
项目名称
8011A空调箔生产工艺研究
完成单位
泰山铝业公司板带箔制造部
协作单位
完成时间
2011年12月
技术水平
组织鉴定
评议单位
山东能源肥城矿业集团公司
鉴定评议
证书编号
获奖情况
专利情况
主要完成
人员
武超黄建芳朱振国王波田鹏李慎兴
主要完成人员情况
序号
姓名
性别
年龄
技术职称
工作单位
主要贡献
1
武超
男
49
工程师
泰山铝业公司
技术指导
2
田鹏
男
29
技术员
泰山铝业公司
现场实施
3
黄建芳
女
47
工程师
泰山铝业公司
技术指导
4
朱振国
男
43
工程师
泰山铝业公司
技术指导
5
王波
男
42
工程师
泰山铝业公司
技术指导
6
李慎兴
男
27
员工
泰山铝业公司
现场实施
申报单位
审核意见
申报单位名称(盖章)
年月日
申请
等级
一等奖
专业组
评审意见
集团公司
审定意见
二、项目简要内容
所属科学技术领域、研究(或推广)主要内容目的、技术原理、关键技术发现发明和创新点、专利情况,推广情况,取得的经济效益和社会效益。
简明扼要,1000-1500字。
一、立项的依据及主要研究内容目的
为了满足用户对空调箔材的要求,对用铸轧法生产空调箔的工艺进行了重点攻关。
以铸轧法生产8011AH220.115mm空调箔材为对象,研究总加工率、退火时的金属温度和保温时间对产品工艺性能及成形性能的影响规律,为实际生产制定退火制度提供依据。
二、成果简要说明及主要技术指标
1、细分市场:
根据产品用途、厚度不同,对市场进行划分,对尺寸允许偏差和力学性能的要求也不同。
2、依据市场确立产品标准。
根据市场调研的结果,确定生产产品要求的平直度、尺寸允许公差、力学性能、表面质量,制订相应的标准。
3、针对产品标准进行工艺研究,控制产品质量,满足市场需求。
4、工艺研究的重心为:
平直度控制工艺、尺寸允许公差控制工艺、力学性能控制工艺、表面质量控制工艺、成品率保证。
创新点:
通过工艺技术的研究,利用改善道次分配的方法,提高生产效率,减少头尾料的产出,以提高成品率。
对生产工艺进行研究,控制成品的平直度、尺寸允许公差、力学性能(抗拉强度和延伸率)表面质量等。
先进性:
与行业标准YS/T429.2-2000对比,产品各项性能均达到或超过国内高端产品的行业标准,达国际先进水平。
3、创新点
目前,空调器厂家由于设备的更新改造及降低成本,对箔材的厚度要求越来越薄,同时,为了使散热器更加耐用,要求箔材强度更高,而且要保持较好的塑性。
通常,空调箔生产有两条工艺路线,即热轧开坯一冷轧一箔轧;铸轧一冷轧一箔轧。
后者生产的空调箔,具有生产周期短、能耗低、生产成本低的优点,与热轧开坯料相比,之前铸轧料在加工过程中存在易开裂,变形区不光滑等问题,产品质量不好控制,因此空调箔生产一般用热轧板生产,但由于生产技术的提高,逐渐采用铸轧料替代热轧料生产,已成为一种趋势。
四、市场前景
据2002年度中国家电消费市场联合调查显示,目前,空调在我国城市民家庭的拥有率为43.9%,2002—2005年期间的居民对空调的预期需求将保持每年1300万台左右(这还不包括集团采购和出口国外市场的份额)。
如此巨大的空调市场,给生产空调散热器铝箔的厂家带来了巨大的商机,也对空调箔加工业带来了巨大的商机。
五、主要经济效益
产量及效益,空调箔预计年产量9000吨,每吨附加值按4200元计算,一年可创收3780万元,成品率,第一年预计75%,以后达到同行先进水平,约85%。
三、详细科学技术内容
立项背景、采用的技术原理、关键技术及创新点、必要的图表、与当前国内外同类研究同类技术的综合比较、应用推广情况、取得的社会经济效益(详细技术报告部分。
字数页数不限)
一、8011A空调箔生产的发展前景
据2002年度中国家电消费市场联合调查显示,目前,空调在我国城市民家庭的拥有率为43.9%,2002—2005年期间的居民对空调的预期需求将保持每年1300万台左右(这还不包括集团采购和出口国外市场的份额)。
如此巨大的空调市场,给生产空调散热器铝箔的厂家带来了巨大的商机,也对空调箔加工业带来了巨大的商机。
为了满足用户对空调箔材的要求,对用铸轧法生产空调箔的工艺进行了重点攻关。
对以铸轧法生产8011AH220.115mm空调箔材为对象,研究总加工率、退火时的金属温度和保温时间对产品工艺性能及成形性能的影响规律,为实际生产制定退火制度提供依据。
二、8011A空调箔生产工艺研究
(一)立项的依据及主要研究内容目的
为了满足用户对空调箔材的要求,对用铸轧法生产空调箔的工艺进行了重点攻关。
以铸轧法生产8011AH220.115mm空调箔材为对象,研究总加工率、退火时的金属温度和保温时间对产品工艺性能及成形性能的影响规律,为实际生产制定退火制度提供依据。
(二)成果简要说明及主要技术指标
2.2.1市场分析
根据产品用途、厚度不同,对市场进行划分,对尺寸允许偏差和力学性能的要求也不同。
2.2.2确立产品标准
依据市场确立产品标准。
根据市场调研的结果,确定生产产品要求的平直度、尺寸允许公差、力学性能、表面质量,制订相应的标准。
2.2.3工艺研究
针对产品标准进行工艺研究,控制产品质量,满足市场需求。
工艺研究的重心为:
平直度控制工艺、尺寸允许公差控制工艺、力学性能控制工艺、表面质量控制工艺、成品率保证。
通过工艺技术的研究,利用改善道次分配的方法,提高生产效率,减少头尾料的产出,以提高成品率。
对生产工艺进行研究,控制成品的平直度、尺寸允许公差、力学性能(抗拉强度和延伸率)表面质量等。
先进性:
与行业标准YS/T429.2-2000对比,产品各项性能均达到或超过国内高端产品的行业标准,达国际先进水平。
(三)创新点
目前,空调器厂家由于设备的更新改造及降低成本,对箔材的厚度要求越来越薄,同时,为了使散热器更加耐用,要求箔材强度更高,而且要保持较好的塑性。
通常,空调箔生产有两条工艺路线,即热轧开坯一冷轧一箔轧;铸轧一冷轧一箔轧。
后者生产的空调箔,具有生产周期短、能耗低、生产成本低的优点,与热轧开坯料相比,之前铸轧料在加工过程中存在易开裂,变形区不光滑等问题,产品质量不好控制,因此空调箔生产一般用热轧板生产,但由于生产技术的提高,逐渐采用铸轧料替代热轧料生产,已成为一种趋势。
(四)主要经济效益
通过对用铸轧法生产空调箔的工艺重点攻关测试后,对以铸轧法生产的8011AH220.115mm空调箔材,达到了产品规格要求,对之后降低原材料成本起到了关键作用,生产原材料采购成本比之前采购热轧卷成本变低,采购铸轧卷成本是之前采购热轧卷成本的二分之一,由于自身有铸轧机可以生产铸轧卷,对公司的采购成本还能再低于市场采购价的二分之一,由此可以推算,,空调箔预计年产量9000吨,每吨附加值按4200元计算,一年可创收3780万元,成品率,第一年预计75%,以后达到同行先进水平,约85%。
三、详细科学技术说明
(一)空调箔的工艺流程
目前,空调器厂家由于设备的更新改造及降低成本,对箔材的厚度要求越来越薄,同时,为了使散热器更加耐用,要求箔材强度更高,而且要保持较好的塑性.有关标准中对空凋箔性能的要求见表1。
通常,空调箔生产有两条工艺路线,即热轧开坯一冷轧一箔轧;铸轧一冷轧一箔轧。
后者生产的空调箔,具有生产周期短、能耗低、生产成本低的优点,但由于铸轧的结晶特点,使其生产的铸轧板组织存在结晶取向强、化学成分偏析大及元素过饱和等特征,产品各向异性明显,且性能较难控制,与热轧开坯料相比,轧制过程中存在易开裂,变形区不光滑等问题。
(二)合金牌号的选择
空调箔所用的材料,是生产厂家和使用厂家共同关心的一个问题,也是提高产品工艺性能的基础,空调箔合金由最初的1060、1145合金,转向1100合金,发展到现在的8011合金。
我公司曾用1100合金生产空调箔,但1100合金对退火温度非常敏感,性能极不稳定,特别是杯突值达到5.5mm很困难,通过多次对比实验,最后确定使用8011A合金。
8011A合金是在8011合金的基础上经过改良的一种合金,是根据我公司的实际情况和用户的特殊需求,参照德国标准上的8011A合金,对8011合金成分进行调整后形成的合金,配料时要求其Fe含量达到一定值,限制si的最高含量,将1M(Fe):
1M(si)控制在一定的范围内。
8011A合金成分见表2。
根据以往生产8011A合金的经验和基于该种合金的最终产品考虑,我们制定了以下工艺方案:
铸轧板坯料(7.0mm8.0mm)一冷轧0.28mm一箔轧生产到0.115mm一剪切一成品退火一检验一包装一交货。
(三)实验过程
3.3.1实验目的
为了满足用户对空调箔材的要求,我公司对用铸轧法生产空调箔的工艺进行了重点攻关,对以铸轧法生产8011AH220.115mm空调箔材为对象,研究总加工率、退火时的金属温度和保温时间对产品工艺性能及成形性能的影响规律,为实际生产制定退火制度提供依据。
铸轧法生产空调箔的工艺研究为我们公司节约了成本,提高公司资源整合,又改善市场环境。
3.3.2实验组织机构
组长:
武超
成员:
田鹏、黄建芳、朱振国、王波、李慎兴
3.3.3铸扎
对于生产箔材的铸轧板,我们按照铝箔的生产工艺进行,如用N2\CI2:
进行二次精炼、双级过滤、添加进AI-Ti-B丝细化晶粒等措施,严格控制铸轧板的厚度、内部组织,晶粒度及板形。
在铸轧生产中,要求铸轧板的组织要均匀,减少成分偏析,要求铸轧板的晶粒度应达到一级。
由于总加工率对空调箔材的性能影响很大,我们选择了两种厚度的铸轧坯料,分别为7.0mm和8.0mm的,使冷轧的加工率达到98.3%和98.6%。
3.3.4箔扎
箔轧在原有的生产工艺中,为了消除产品的各向异性,坯料在0.5mm时进行中间退火,轧制出0.115mm箔材后成品退火,经过反复试验发现,其抗拉强度和伸长率都偏低,特别是杯突值,平均小于5mm,达不到8011AH22状态的要求。
本次确定的冷轧工艺取消了中间退火,由铸轧坯料直接冷轧到0.28mm,然后箔轧到0.115mm.成品的总加工率由77.8%增加到98.0%-98.6%。
现有冷轧工艺:
8.0(7.0)mm—4.6mm—2.9mm—1.8mm—1.1mm—0.7mm--0.43mm—0.28mm。
箔轧工艺:
0.28mm—0.225mm—0.18mm-0.16mm—0.115mm。
3.3.5退火制度
3.3.5.1退火实验
试验室中确定退火的最佳金属温度和保温时间首先在试验室对8011A合金的退火性能进行了摸索,分别对7mm、8mm铸轧坯料生产的成品厚度为0.115mm的空调箔进行了不同保温温度、保温时间的退火试验,研究其内部组织、力学性能、杯突值的变化,正交试验结果见表3、表4。
注:
①退火后箔材为变形纤维组织;除①外,其余退火后的箔材为变纤维组织,且已开始发生再结晶;产品均不符合8011H22要求。
图1为铸轧坯料8.0mm厚时,试验室不同退火制度对0.115mm箔材抗拉强度、伸长率和/E值的影响。
图1
图2
图3
图2为铸轧坯料8.0mm厚时,试验室不同退火制度对0.115mm箔材抗拉强度、伸长率和,E值的影响。
从表3中可见,当铸轧坯料厚度在7.0mm时,其力学性能和工艺性能均无法满足空调箔材标准的要求,应当排除这个厚度:
当铸轧坯料厚度为8.0mm时,在试验室条件下,280~C9h,290~C(5-7)h、300~C(3-5)h的退火工艺均能保证成品箔符合8011AH22标准的要求。
从图1中可以看出,随着温度的升高,保温时间的延长,抗拉强度的基本趋势是下降的;伸长率有波峰和波谷的变化,但无规律性可言;IE值在料温为290~C时保温7h的最高。
达到6.16mm,而且料温在290℃时,其值都高于其他温度的。
3.3.5.2制定生产中退火制度
我们选择电阻热循环台车式退火炉,退火炉功率为600kW,由于考虑到试验室制度移植到具体生产中会有许多差异,例如:
试验室属于高温快速退火和快速冷却,而生产中却实现不了,生产中金属温度不能像在试验室中快速升温,硬化贮能损失较大;生产中由于炉子的类型、炉子的功率、料卷规格、料卷排布方式的差异,必须要使料卷退火透而且温度均匀;由于用户要求表面带油要尽量的少,还必须进行低温除油退火。
所以试验室中的退火温度和时间只是一个参考,生产中的金属温度和保温时间都应增加。
在生产中,对8.0mil铸轧坯生产的空调箔制定了以下3个退火方案进行测温退火,其力学和工艺性能见表5。
3个方案的炉膛定温和炉料温度变化曲线见图2、图3、图4。
通过十几炉次的单卷试验,以上3种退火制度只是其中典型的退火制度。
通过对以上制度产品性能的
统计分析,我们认为:
实际生产中应将炉料温度控制在295℃,保温10-12h为最佳退火制度。
在此基础上进行批量的验证试验,结果其性能为:
抗拉强度为l10-125MPa,伸长率为16%-20.2%,IE值为5.5-6.2mln,以上性能完全符合8011AH22的要求。
四、技术分析
(一)总加工率对空调箔材性能的影响
用厚度7.0mln和8.0mm铸轧坯料生产的空调箔进行的对比试验表明,要使8011A合金空调箔的退火性能合格,必须保证总加工率不低于98.6%。
由于总加工率较低,7.0m厚铸轧坯料生产的空调箔的工艺性能和力学性能无法满足标准的要求;8.0m铸轧坯料通过合适的退火制度,可生产出合格的空调箔。
铸轧坯料厚度的增加,加大了材料的加工硬化程度,在金属内部存储更多的畸变变形能。
随着总加工率的增加,冷变形后的自由能增加,在随后的加热过程中,箔材可以均匀快速回复,达到空调箔对性能及杯突的较高要求。
但要注意的是,当冷轧总加工率增加时,退火温度要适当降低,保温时间要适当缩短。
(二)铸轧坯料晶粒度的影响
铸轧坯料的要求是铸轧板的晶粒度要达到一级。
合金成分一定时,变形前的原始晶粒对再结晶晶粒尺寸有一定的影响,原始晶粒越细,原有大角度界面越多,因而增加了形核率,使得箔材在随后的低温退火过程中,产生回复,在多边化过程中形成更多的亚晶,随着温度的升高,更多的再结晶晶点产生,有利于伸长率和抗拉强度的共同提高和工艺性能的改善。
(三)成品退火制度的制定
退火过程中加热阶段的划分及各加热阶段的加热温度和时间的确定是一个复杂的过程,不仅取决于产品技术要求,而且受到坯料的规格、成分、组织结构、炉料状态、炉子状况的影响。
经过多年的摸索,生产中最佳退火曲线如图5所示。
考虑到除油效果,升温AB阶段,一般会采用长时间低温除油,所以加热速度会较为缓慢。
高温加热段BC是退火关键阶段,这个阶段决定产品的力学性能是否能够达到要求。
所以该阶段的温度和时间的选择特别重要。
对于H22状态的产品则要使结晶组织和变形组织达到合理的比例。
据资料介绍,成品退火过程中,强度的变化要比伸长率的变化先于100~C左右。
低温加热阶段DE决定了产品伸长率。
从表5中我们可以看到,随着低温保温温度的提高,其伸长率增加了29%。
(四)成品退火制度对空调箔材力学性能和工艺性能的影响
冷变形的组织产生加工硬化,退火时随着温度的升高,会发生回复和再结晶。
当加热温度较低时,冷变形主要发生回复,回复过程表现为多边形化过程,形成亚晶组织,随着温度的升高和时间延长,亚晶尺寸逐渐增大,位错缠结逐渐消失,出现了鲜明的亚晶界,再随着温度的升高及时间延长,某些亚晶粗化,形成再结晶核心,直至再结晶。
部分软化退火产品的组织是变形的纤维组织基体上有再结晶晶核及再结晶晶粒出现;对于H22状态的空调箔而言,前面的试验过程表明,空调箔成品退火后内部组织应该是由变形纤维组织和大量细小、均匀、弥散分布的再结晶晶核组成(即我们称的晶点),也就是说,退火制度的确定应该保证成品在加热过程中完全发生回复直至亚晶粗化形成再结晶核心,但是要控制在再结晶晶核长大之前。
这时再结晶核心细小、致密,均匀分布,产品的力学性能和工艺性能最佳。
(五)总加工率的增加及撤销中间退火对生产工艺的影响
(1)由于总加工率的增加及撤销中间退火,冷箔轧道次增加,道次压下率减少,如冷轧正常加工率为33%,而现有工艺仅为20%;箔轧正常为50%,而现有工艺仅为20%。
(2)总加工率增加,冷箔轧中裂边增大,极易断带,给生产操作增加了困难,且易增加轧制工艺废品。
(3)成品退火时,产品的性能对温度和时间要求更加苛刻。
(4)产量及效益,空调箔预计年产量9000吨,每吨附加值按4200元计算,一年可创收3780万元,成品率,第一年预计75%,以后达到同行先进水平,约85%。
五、8011A空调箔生产的推广
该项目结束后,课题组成员经过对研究数据的收集分析,一至认为8011A空调箔的生产,能够节约公司成本,提高公司资源整合,又改善市场环境。
并将《8011A空调箔生产工艺研究》报请泰山铝业公司管理者批准,同意在公司推广应用。
六、效益分析及结论
正常采用热轧卷进行轧制,采用合理厚度的铸轧卷同样可以进行空调箔的轧制,是降低生产空调箔产品的主要因素,铸轧料相对于热轧料要便宜,对公司采购坯料所占用的资金也是一种很好的减少。
经济效益:
1、公司空调箔预计年产量9000吨,每吨附加值按4200元计算(由于铸轧板的特殊性,一般认为铸轧坯料不宜做空调箔,主要原因是铸轧坯料生产空调箔时,塑性不足、硬化速度快,导致空调箔深冲性能不良,但根据近一年我们的实践表明:
只要选择适当的合金,优化生产工艺,完全可以生产出满足用户要求的产品。
)
一年可创收:
9000吨×4200元/吨=3780万元
2、采购热轧卷每吨价格是20000元左右,而铸轧卷每吨价格是17000元左右,采用铸轧卷生产空调箔每吨可降低公司采购成本
20000元/吨-17000元/吨=3000元/吨
每年按9000吨产量计算,全年可降低公司采购成本
3000元/吨×9000吨=2700万
成品率:
第一年预计75%,以后达到同行先进水平,约85%。
(1)由于铸轧板的特殊性,一般认为铸轧坯料不宜做空调箔,主要原因是铸轧坯料生产空调箔时,塑性不足、硬化速度快,导致空调箔深冲性能不良,但根据近一年我们的实践表明:
只要选择适当的合金,优化生产工艺,完全可以生产出满足用户要求的产品。
(2)通过大量的试验,采用厚度大于8.0mm的铸轧坯料,当成品退火时的料温为290~305c时,其强度基本稳定在110MPa左右,而保温时间的变化,可以影响到箔材的杯突植的变化。
所以要合理的确定保温时间,在保证强度的前提下,增加杯突值。
七、结论
通过对用铸轧法生产空调箔的工艺重点攻关测试后,对以铸轧法生产的8011AH220.115mm空调箔材,达到了产品规格要求,对之后降低原材料成本起到了关键作用,生产原材料采购成本比之前采购热轧卷成本变低,采购铸轧卷成本是之前采购热轧卷成本的二分之一,由于自身有铸轧机可以生产铸轧卷,对公司的采购成本还能再低于市场采购价的二分之一,由此可以推算,,空调箔预计年产量9000吨,每吨附加值按4200元计算,一年可创收3780万元,成品率,第一年预计75%,以后达到同行先进水平,约85%。
铸轧法生产空调箔的工艺重点攻关的成功为我们公司节约了成本,提高了公司资源整合,又改善了市场环境,具有一定的推广和应用价值。
四、应用证明
项目名称
8011A空调箔生产工艺研究
应用单位
泰山铝业公司板带箔车间
通讯地址
应用成果起止时间
2010年1至2011年12月
经济效益(万元)
年度
2011年度
新增产值(产量)
9000吨
新增利税(纯收入)
1080万元
年增增收节支总额
2700万元
(经济效益、社会效益详细说明,并有计算依据、数据来源。
)
1、公司空调箔预计年产量9000吨,每吨附加值按4200元计算(由于铸轧板的特殊性,一般认为铸轧坯料不宜做空调箔,主要原因是铸轧坯料生产空调箔时,塑性不足、硬化速度快,导致空调箔深冲性能不良,但根据近一年我们的实践表明:
只要选择适当的合金,优化生产工艺,完全可以生产出满足用户要求的产品。
)
一年可创收:
9000吨×4200元/吨=3780万元
2、采购热轧卷每吨价格是20000元左右,而铸轧卷每吨价格是17000元左右,采用铸轧卷生产空调箔每吨可降低公司采购成本
20000元/吨-17000元/吨=3000元/吨
每年按9000吨产量计算,全年可降低公司采购成本
3000元/吨×9000吨=2700万
成品率:
第一年预计75%,以后达到同行先进水平,约85%。
(1)由于铸轧板的特殊性,一般认为铸轧坯料不宜做空调箔,主要原因是铸轧坯料生产空调箔时,塑性不足、硬化速度快,导致空调箔深冲性能不良,但根据近一年我们的实践表明:
只要选择适当的合金,优化生产工艺,完全可以生产出满足用户要求的产品。
(2)通过大量的试验,采用厚度大于8.0mm的铸轧坯料,当成品退火时的料温为290~305c时,其强度基本稳定在110MPa左右,而保温时间的变化,可以影响到箔材的杯突植的变化。
所以要合理的确定保温时间,在保证强度的前提下,增加杯突值。
应用单位(盖章)
年月日
填写说明
1、专业类别:
选择“地测防治水、安全生产、机电运输、通风防尘、基本建设、节能减排、信息化、教育、医疗卫生、铝业、煤化工洗选、综合”。
根据成果内容,认真选择专业类别。
2、成果性质:
选择“科研、推先”。
3、项目名称:
与鉴定评议证书一致
4、完成单位、协作单位:
与鉴定、评议证书一致,只填至集团公司二级单位,申报单位需在申报书的“申报单位审核意见”一栏中盖行政公章。
5、完成时间:
指项目完成鉴定、评议的时间。
6、技术水平:
与鉴定、评议证书一致。
7、组织鉴定评议单位:
与鉴定、评议证书一致。
8、鉴定评议证书编号:
与鉴定、评议证书一致。
9、专利情况:
说明专利类型和专利证书编号。
10、主要完成人员情况:
主要完成人员姓名、顺序,要与鉴定、评议证书一致。
11、项目简要内容:
字数1000-1500字。
说明该成果所属科学技术领域、研究(或推广)主要内容目的、技术原理、关键技术发现发明和创新点、专利情况,推广情况,取得的经济效益和社会效益。
要简明扼要。
12、详细科学技术内容:
全部技术报告部分,可粘贴图表,字数页数不限制。
该部分为成果评审的主要材料,务必认真填写。
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- 8011 空调 生产工艺 研究 申报