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铝产业需要计量这双“火眼金睛”

发布时间:2021-09-08 08:56:58人气:
铝具有轻质、节能、生态、循环的特点,是“21世纪的金属”和“绿色金属”。但在100多年前,铝还是一种稀有的贵重金属,被称为“银色的金子”,比黄金还珍贵。法国皇帝拿破仑三世,为显示自己的富有和尊贵,给自己制造了一顶比黄金更名贵的王冠--铝王冠,神气十足地接受百官的朝拜,曾是轰动一时的新闻。1886年,美国霍尔和法国埃鲁几乎同时申请了冰晶石--氧化铝熔盐电解法炼铝的专利并获得了批准,从此开创了大规模生产金属铝的时代。
 
铝工业仅经过约130年的发展,铝及铝合金材料就因其强度高、密度低、热导率高、电导率高、耐蚀性好、延展性好等优良的物理和化学性质,广泛应用于国民经济各个领域,是仅次于钢铁的第二大金属,在国民经济124个产业中,有113个使用铝产品,是发展较快、应用广泛和产业关联度大的基础材料。目前中国已经成为全球最大的铝工业生产和消费的国家。

计量是铝工业的基础保证
计量被喻为工业生产的“眼睛”,铝工业生产过程的每一个工序都离不开计量。
首先,铝土矿的勘探和开采就是一个技术含量很高的系统工程,离不开一系列的空间定位、矿岩力学性质、化学成分分析等计量测试技术。比如,矿石开采破坏了原岩的自然平衡状态,岩体应力重新分布,从而引起采场围岩变形、移动和破坏,可能发生边坡崩落、采场崩塌、透水等严重的安全事故。因此,就要对岩石密度、孔隙率、渗透系数、软化系数、吸水性、弹性模量、脆性度、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、蠕变特性等进行专门的计量,在此基础上才能设计出安全高效的采矿方法和支护方案。
电流表、电压表校准
电流表、电压表校准
氧化铝冶炼生产是一个复杂的化学反应过程,主要生产工序包括原矿浆制备、高压溶出、赤泥的分离洗涤、晶种分解、氢氧化铝焙烧等。冶炼过程中需要用计量仪表精确测量出流量、温度、压力、液位、浓度、物料成分等参数,精确控制这些参数在允许范围内,才能在保障安全的前提下最大效益生产出合格的氧化铝。例如在铝土矿溶出过程中在线溶出温度、压力和罐体内液位精准测定就是为了防止压力过高发生爆炸等生产事故,且能保证有用的铝尽可能的从矿石中溶出。
 
电解铝生产过程中,氧化铝需要在950℃—970℃下在电解槽内的两极上进行电化学反应,就要对电压、电流、电阻、温度、流量、液位、铝液成分、炭阳极成分、烟气成分等诸多技术参数进行检测与控制。目前,我国能生产出99.999%纯度的原铝,也就是说原铝中的杂质含量不超过0.001%。如果没有配套的计量测试能力,高纯度的原铝生产是无法想象的,而且我们正在进行将高纯铝的纯度提高到99.9999%和99.99999%的攻坚,更高水平的计量测试能力是其最基本的保障基础。
 
铝加工生产过程主要有熔铸、压延、挤压、锻造、拉伸、热处理、表面处理等工艺,在过程中还要添加铜、镁、锌、锂等元素,整个过程涉及有压力、强度、温度、韧性厚度、浓度、尺寸等性能检测。就拿我们最常见的铝制易拉罐来说,一个易拉罐的罐身、罐盖、拉环是用三种不同的铝合金板材在制罐厂冲制而成的。原铝通过配方、熔炼、铸造等工序制成铝合金大扁锭,然后大扁锭经过热轧机轧制成热轧卷,热轧卷在高速冷轧机上轧制到所需厚度后,还要进行热处理、清洗烘干、表面涂油等等。在这个过程中,要进行几何尺寸、温度、压力、流量、化学成分、溶液浓度、液位、金相组织、物理性能等等参数的精准测量,如果没有计量仪器的“火眼金睛”紧紧盯着,我们就享受不到各种美味的罐装饮料。
 
对于铝产业来说,计量除了保证原辅材料与产品检测验收外,过程参数的准确测量与控制,才是产品质量稳定、均匀、一致的保证。安全环保、能源管理、能耗分析、节能降耗等基础工作也离不开计量,否则精准管理根本无从谈起。
 内径千分尺的校准
内径千分尺的校准
铝产业中计量的短板
随着我国铝工业的飞速发展,铝的计量产业也得到了快速的发展,但与国外计量强国相比,我们在过程计量重视不够,计量的创新做法不足,在计量服务体系上,解决痛点难点上还有很长的路要走。
 
计量重视程度不够。当前计量工作仅满足于管控好计量器具的量值溯源,没有用先进的体系理念,从过程管控的角度去管理测量过程,生产制造过程中参数量值的不稳定、不准确,导致中高端铝基材料的质量一致性、均匀稳定性水平不如发达国家。比如,船用铝合金、大飞机、高铁、汽车等用高端铝材批产质量稳定性、均匀性、一致性、成品率低于发达国家,主要症结之一就是计量测试能力不匹配,产品检测、过程参数的测量与控制、数据的分析与评价等不精准,自动化检测投入低,致使产品过程质量控制不够精准。
 
计量创新不足。在铝加工过程中,我们大部分的拉伸、疲劳、应力腐蚀等产品质量检测,仅仅满足于合同规定的几项指标要求,没有建立“数据”的理念去进行数据积累与评价分析;同时,达到这些性能要求需控制的温度、压力、流量、速度等过程参数的控制限又设计从宽,操作的标准化程度不高。遇到工艺窗口窄、过程控制要求精度高的产品,自然就会有控制不精准的问题,产品质量稳定性不能得到保证。
 18米平台校准
18米平台校准
以关注产业关键参数测量为焦点的计量测试服务体系还很不完善。比如,产业专用计量测试技术与设备的研制不够,光谱仪、扫描电镜、固态测氢仪等高端分析检测设备还要依赖进口,在线计量测试与仪器校准技术还不成熟,导致产业参数测试中还大量存在“测不全、测不准、测不了”的现象,是铝工业技术发展过程中必须要突破的瓶颈。
 
对生产制造过程中的计量难点、堵点的解决力度不够。习惯于模仿的思维,只要出现新的产品,我们都能第一时间进行仿制,分析各种成分,发现还比别人好,但在使用时就是没有人家的性能好,我们看到的只是人家产品说明书上列举的十几个参数,只看到表面的东西,人家兜里面的我们却不知道。
 
铝产业高质量发展需要产业计量
铝产业要实现高质量发展,要生产出高端的产品,必须加快专用测试设备研制、完善产业计量测试服务体系,解决生产过程中“测不了、测不全、测不准”的难题,才能做到“测的准、造得精”。
 
就拿我们上面提到的易拉罐为例,上世纪90年代初,我国铝制易拉罐用铝合金板材还完全依赖进口。西南铝为实现铝制易拉罐材料的国产化,引进了高速轧机开发成功相关铝合金材料,但是在(700-1000)米/分钟的轧制速度下,如何精确测量铝板的厚度成了影响产品质量稳定性的瓶颈难题。经过大量的试验研究,技术人员定制了分辨率0.1微米的离线接触式测厚仪替代数显千分尺,离线测量铝板厚度和厚度差,研制了铝合金厚度标准板,用标准厚度板定期仪器校准在线测厚仪的线性误差,将铝板的厚度测量精度从3微米提高到1微米,解决了高速轧制下铝板厚度的准确测量和量值溯源难题。因为有了精确的计量测试基础,制罐料的减薄和厚差缩小才找到了质量控制的方法,易拉罐用铝合金板材厚度因此从0.34毫米减薄到0.245毫米,厚差从8微米降低到3微米。中国铝制易拉罐板由此取突破了技术瓶颈,产业竞争能力迅速提升,使得我国迅速从一个纯进口国变成了净出口国。目前,仅西南铝一家企业每年铝制易拉罐板产量就达30万吨,其中出口量超过10万吨。
 
管理大师彼得.德鲁克说过,没有度量,就没有管理。铝产业的高质量发展的引擎是技术创新,而技术创新需要借助计量这双“火眼金睛”将一项项技术目标进行分解和量化,并在此基础上不断的迭代升级。相信铝产业有了计量的技术支撑和保障,会为高质量发展作出新的贡献。
 

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