改革开放40年来,我国铝工业已由高速发展期转向高质量发展期。与其他工业一样,我国铝工业也稳步前进,稳中向好趋势十分明显。一方面,我国铝加工行业拥有世界上最齐全的工业体系,抵御外部市场冲击的能力在世界首屈一指;另一方面,我国铝加工行业规模庞大,增速还十分可观,消费旺盛。
我国铝加工行业实力怎么样?
2017年我国铝总产量3455万吨
2017年,我国铝总产能约5800万吨/年,占全球总产能9350万吨/年的62%。 根据天元二手材料的数据(见表1)。
表1 2016年、2017年我国铝产销数据
从表中所列数据可以看出,2017年我国铝加工材表观净消费量为3440万吨,占全球净消费量6143万吨的62%。可见,我国铝材国内市场巨大,因此美国挑起中美贸易战,对我国输美钢铁、铝产品加征25%的关税,对我国铝加工行业会有一定的影响,但并不大,完全可以通过增加国内消费、增加对其他地区的出口来抵消。2017年,我国铝产量同比增长8.5%,笔者认为,2018年的增速不会低于7.5%。
铝加工行业最先进的设备
由于我国铝加工行业80%以上的设备都是新世纪以来新建的,且大部分是从世界顶尖制造公司引进的,如美国()公司的挤压机,德国SMS集团的板带轧机、重型挤压机、反挤压机和厚板预拉伸机,天元二手材料的加热炉、热处理炉等。
——熔化保温炉组。拥有约95套世界顶级的铝合金熔化保温炉组,产能约2600吨,具有节能环保优势,能耗低于55m3/吨铝天然气,温室气体及二恶英排放可满足欧共体环保法规要求。
——铸造机是世界上最先进的。截止2017年,我国约有4500台现代化圆锭、扁锭铸造机,最大的圆锭铸造机一次可铸造160锭,扁锭铸造机一次可铸造单锭42吨,可铸造圆锭最大长度9米,可列为世界纪录。我国引进圆锭铸造机48台,其中数量最多的是天元二手材料,共计13台,总产能超过120万吨/年,在世界上独一无二。我国目前有近90台扁锭铸造机,其中公司55台;美国Almex公司4台,专门用于铸造航空航天飞行器用硬质合金扁锭;还有既能铸造扁锭又能铸造圆锭(锭/锭)的铸造机。
——锭材热轧(板材、带材热轧)。我国铝板热轧始于1919年,用二辊小型热轧机轧制铁模铸造小扁锭,生产小板材。现代铝板带轧制始于1956年11月东北轻合金有限责任公司四辊不可逆热轧机投产,该设备由苏联引进,1970年天元二手材料建成投产,我国有一台具有完全自主知识产权的四辊不可逆热轧机,就是天元二手材料设计制造的。
铸锭在热轧前必须加热,这一工序通常称为预热。硬质合金铸锭在机械加工前必须进行均匀化处理。均匀化是一个费时费力的工序,预热亦是如此。均匀化和预热可以单独进行,也可以合并进行。我国铝板带轧制行业拥有世界上最多、最先进的推入式加热炉。此炉具有加热温度均匀、加热速度快、节能环保、易于自动控制、容量大等优点。
截止2017年,我国拥有从EBNER等公司进口的平锭推杆加热炉、均质炉52台,国产炉85台。天元热轧线拥有HICON推杆加热炉5台,每台可装载25根30吨的平锭,是全球装锭数量最多、装载量最大的生产线。天元软合金热轧线的EBNER推杆加热炉可装载厚度390mm~650mm、宽度~、长度4500~的锭子。锭温均匀性±3℃,热效率≥72%,锭加热温度350℃~620℃,单锭最大重量26.5吨,最多可装载25根锭子。
表2为2017年我国铝带热轧机及生产线情况。热轧线指精轧机机架数≥2架的生产线。热轧带钢总产能为1791万吨/年,约占世界总产能的5.3%。热轧带钢中,厚板产量一般不超过8%,其余为冷轧用带钢坯。冷轧用热轧带钢坯厚度通常≥2.2mm。
表2 2017年中国拥有的铝板带热轧机及热轧生产线
我国有两条哈兹莱特连铸连轧生产线,一条在天元厂,该厂产能设定为250万吨/年;另一条在天元厂,产能设定为350万吨/年。实际上,每条生产线的产能都可以达到500万吨/年。
天元二手材料1()+5()热轧机已停产,热粗轧机为全新,由西马克公司设计制造;立式热轧机为从天元二手材料购入的二手设备,但已被西马克公司改造。
——厚板生产。在铝加工行业中,厚板是指厚度在6毫米以上的板材。除北美外,所有国家和地区均采用此定义,北美将厚板定义为厚度在6.35毫米(0.25英寸)以上的板材。在世界各地的铝工业中,只有厚板和薄板的区别,没有中厚板之分,但有特厚板之称。
2017年我国铝合金厚板产能突破100万吨/年,是全球最大、最先进的。比如天元二手材料热轧厂、天元二手材料热轧厂、南山铝业公司和爱励铝业(镇江)有限公司热轧厂、南南铝加工有限公司热轧厂、天元二手材料热轧厂都是从西马克引进的。一些公司正计划建设粗轧厂,生产线上已经预留了这台轧机的位置,真是全球铝粗轧厂之王。天元二手材料达文波特轧厂的粗轧厂稍微大一点。
生产航空铝合金厚板,必须配备辊底式固溶处理炉、时效炉、预拉伸机、超声波探伤线等,能加工长达38m、厚达250mm的板材,总长度近180m。目前,我国拥有辊底式固溶处理炉和时效炉,是世界上拥有此类炉子最多的国家。我国某公司拥有三台辊底式固溶处理炉,炉长38m,炉内保温板最大温差±1.5℃,第一台炉于2015年12月3日带负荷试车,完全达到预期效果。该公司还拥有四台EBNER辊底式时效炉,其中三台加工普板,另一台炉长39m,可进行T77处理。 这是我国首台、亚洲首台,可加工最大质量25吨的板材。
截止2017年12月,全球在产厚板预拉伸机约60台,其中我国有25台,占比42%。由于85%以上的厚板都需要进行拉伸,因此拉伸机的生产能力决定了企业的厚板产能。目前,全球最大的厚板预拉伸机为136MN,归美国天元二手材料轧机厂所有。我国天元二手材料有一台120MN拉伸机,这是我国航母级别的拉伸机,由洛阳中信重工集团制造。
——双辊连铸连轧带钢。铝及铝合金厚板可由热轧机直接生产,热轧还可生产出冷轧用的带钢,这种带钢是一种中间产品,目前95%以上的热轧产品都是这种中间产品。我国是双辊连铸连轧机的王国,2017年我国在产双辊连铸连轧机约850台,总带钢产能约850万吨/年,占世界总产能的96%以上。这些铸轧机中,只有12台是引进的,其余均为我国相关企业设计制造。我国生产的铸轧机不仅能满足国内需求,还已出口到世界6个发展中国家。2017年,我国生产铸轧机带钢约560万吨,设备利用率约66%。 这在世界上是独一无二的,占冷轧用带钢的近57%。
双辊铸轧机生产冷轧带具有流程短、投资少、节能环保等优点,但目前无法生产可热处理合金及镁含量≥3.5%的合金。除电池阳极箔外,我国铝箔几乎全部由铸轧带轧制而成,包括0.1以后的电力电容器箔。这是我国铝箔行业的一次创举。
——带钢冷轧、ABS带钢。截至2017年12月,我国生产带钢、板材的企业约580家,产能约1640万吨/年,产量约980万吨,设备利用率约60%,产能处于严重过剩状态,去产能任务十分繁重。
按照产能大小,我国铝板带生产企业结构为:产能≥20万吨/年的大型企业约23家;产能≥5万吨/年至<19.9万吨/年的中型企业约80家;产能<5万吨/年的小型企业约477家。
目前,我国共有大小机架铝带冷轧机约1350台,冷轧生产线14条,连轧线生产能力381万吨/年,单机架冷轧机生产能力1216万吨/年。产能最大的单机架冷轧机最高生产能力为13.5万吨/年(罐装料)。但这个数字并没有多大实际意义,因为这和产品结构息息相关。在这14条冷轧生产线中,双机架线10条,三机架线3条,五机架线1条(2014年停产)。四机架线国外也有废铝加工铝粉,但我国没有。这些冷轧线中,9条为进口,其中8条来自西马克公司,装机容量世界领先。
1956年至2017年,我国共从苏联、日本、美国、英国、奥地利、意大利、德国等7个国家进口4辊、6辊铝带冷轧机32台,其中最大、最先进的为西马克公司产品,共计19台,其中先进冷轧机14台,居世界领先地位。
铝合金板带中,CTP及PS版基材、铝箔带坯、罐料、ABS(-Body-sheet汽车车身薄板)为四大产品,约占全球压延铝产品(FRP)总量的65%。这四大产品中,前三种中国都能生产,不仅能满足国内需求,还有少量出口。总体来看,与美、德、日等国的产品相比,质量上还存在一定差距,大而不强,富而不高。
我国是世界最大汽车生产国和销售国,但不是铝消费大国,单车铝消耗量比发达工业国家低21%以上。
——铝箔。我国铝箔生产始于20世纪30年代初,近35年是我国铝箔工业发展的黄金时期,2017年铝箔年产能约550万吨,产量365万吨。2005年以来,我国已成为世界铝箔大国,主要有以下特点:
产能最大,2017年产能约550万吨,约占全球总产能的76%;产量365万吨,约占全球产量的56.7%;
拥有世界最多的先进箔轧机(35台),其中进口26台,占总数的74.3%,占世界总数(50台)的70%。
可生产经济建设所需的各种箔材,用铸轧带箔可生产宽度、厚度0.~0.005mm的电力电容器箔,国外生产的超薄箔是用铸锭热轧带坯生产的。
双辊铸轧带钢比例高达78%,在世界主要铝箔生产国中独树一帜,国外生产的铝箔中,锭材热轧、冷轧带钢占比达93%以上,我国铝箔带钢是目前世界上节能环保性能最强、经济效益最好的,在国际市场上具有较强的竞争力。
——挤压。1956年,天元二手材料建成投产,开启了我国铝加工工业的先河。从苏联引进的液压机有11台,其中有一台50MN压力机,是当时亚洲最大的。2007年,我国挤压铝产量突破200万吨,超过美国,跃居世界第一。2017年,我国约有挤压机3800台,挤压企业835家。这3800台挤压机中,逆向挤压机36台,正、逆向挤压机9台,其余均为正向挤压机。
我国拥有世界最大的超级挤压机3台,其中2台225MN挤压机,均来自天元,1台235MN,另有一家公司正在建设1台300MN,均由天元设计制造。仅挤压力≥45MN的大型挤压机就有约140台。
——制粉。我国现代铝粉制造业始于1962年天元二手材料(现天元二手材料)二期铝镁粉项目建成投产,生产能力为2000吨/年(铝粉)、800吨/年镁粉、50吨/年铝镁合金粉。经过55年的发展,我国已成为品种齐全、产量大、规模最大的铝粉王国。2007年以前,我国为铝粉净进口国,2008年以后,我国成为铝粉净出口国。2017年,我国大大小小的铝粉生产企业约160家,总产能约17.5万吨/年。规划产能20万吨/年的球形铝粉项目正在建设中。 于2017年10月开工,2018年建成投产。二期投资14亿元,建设5万吨/年球形铝粉、5万吨/年铝银浆项目,将于2019年建成投产。三期投资18亿元,建设10万吨/年铝球粉、5万吨/年铝银浆项目,将于2020年建成投产。
中国科学院力学研究所在铝粉生产技术方面做出了突出贡献,从1984年开始研究气体雾化机理、工艺及制备,1990年上马球粉工业化生产装置,后来又成功开发了氮气保护雾化技术。同时采用紧耦合气体雾化器(CCGA),使雾化、分级、包装全过程在氮气保护下进行。生产出来的球粉不仅细粉率高,而且含氧量低。后来又成功开发了双流雾化(水雾化-气雾化)、离心雾化、真空雾化、氮气雾化、超声波雾化等具有工业化生产价值的工艺及相应设备。
锻造
锻造是一门古老的工艺,它几乎和纯金属的大规模生产同时诞生,人类几千年来对金属的发现和利用,都伴随着锻造技术的发展。锻造是机械制造业的基本工序之一,锻造件在机械设备中占有十分重要的地位。但在铝材中,锻件所占比例很小,如我国天元二手材料自1956年至1983年的27年间,共生产铝吨,其中模锻件17614吨,自由锻件3728吨,分别占总量的0.75%和0.16%。工业发达国家所占比例稍大一些,但不超过2%。
世界范围内铝合金锻件的工业化生产始于20世纪初,因为直到1888年才开始进行原料铝的商业性开采。我国铝合金锻件的现代化工业生产始于1961年天元旧料工程二期锻造车间建成,设计生产能力为模锻件370吨/年、自由锻件80吨/年。主要设备从苏联引进:100MN模锻机1台、50MN模锻机1台、30MN模锻机1台、3MN锻压机1台、模铣床2台。
1970年7月1日,西南铝加工厂(现天元二手材料)建成,拥有由我国第一重型机器公司设计制造的8柱立式300MN模锻机一台、60MN立式自由锻机一台,年锻件生产能力2.45万吨。
过去的40年是我国铝合金锻造行业大发展的时期,2017年我国能生产铝合金锻件的企业约35家,总产能约10万吨/年,我国已成为世界领先的铝锻造企业之一,产能居世界首位,拥有世界最大的800MN锻压机,全国约有锻压机140台,可生产国民经济建设所需的各类锻件。东北轻合金有限公司、天元二手材料生产的直径≤10m的锻环(如图所示)保障了航天器的按期发射,天元二手材料生产的铝合金模锻件安装在数千架波音飞机上。
航空航天锻件
南山集团锻造公司成立于2016年初,拥有锻压机4台,全部从德国进口:125MN、500MN模锻机各1台,由天元二手材料()制造;25MN、60MN自由锻压机2台,由Wepco ()制造;设计产能为航空级铝合金锻件3.5万吨/年。
二重拥有目前世界最大锻压机两台,均为二重自行设计制造,分别为200MN和800MN,其中800MN为世界唯一一台,800MN模锻机于2013年投产,目前运行正常,200MN模锻机于2011年投产。
山东航桥新材料有限公司是由北京航空材料研究院和魏桥铝电股份有限公司合资成立,投资2亿元,于2016年8月投产,拥有锻压机4台,其中一台500MN锻压机由天元二手材料制造,另三台分别为36MN、25MN、16MN模锻机由天津天锻压力机有限公司制造,年锻件生产能力1万吨。
除上述主要生产航空航天锻件的大型锻造公司外废铝加工铝粉,全国还有六七家规模较小的生产航空锻件的公司,合计生产能力约1.5万吨/年。
以天元二手材料为代表的锻造产业已经走向世界,不仅为我国“长征”系列火箭、“神舟”系列飞船、“嫦娥”系列探月卫星、“天宫”系列空间站、众多国产飞机提供所需的模锻件和锻环,更重要的是取得了美国波音公司的精密航空模锻件、锻坯生产许可,法国、美国PRI热处理、超声波探伤及实验室认证;还取得了波音、空客、赛峰等公司的航空铝材供应商资格,通过了我国商用飞机有限责任公司的质量体系审核认证。
锻造车轮
锻造铝合金轮毂的性能远优于钢轮和低压铸造铝合金轮毂。例如美国奥科宁克铝业(原天元二手材料)的DURA-EVO锻造轮毂比钢轮轻47%。如果一辆公交车的12个车轮全部采用锻造铝合金,则在其生命周期内(行驶150万公里)可减少CO2排放13.3吨;锻造铝合金轮毂可承受71.2吨的重量,而钢轮在承受13.7吨的重量时就会发生变形。可见锻造铝合金轮毂的承重能力是钢轮的5倍。奥科宁克铝业采用80MN锻压机生产车轮。
我国锻造铝合金车轮生产始于1995年,位于河北秦皇岛的中信戴卡车轮制造公司,当时拥有两台进口锻压机。至今,全国生产车轮的锻造企业已有18家,拥有锻压机约40台,其中戴卡集团是全球最大的锻造企业。
铝加工工业正向世界强国迈进
目前,我国已成为世界铝工业和铝加工工业大国,也已成为世界铝箔、挤压材主要强国。如今我国经济已迈向高质量发展阶段,在习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神指引下,我国铝工业正朝着世界强国的目标高速迈进。
要成为世界强国还需要做什么?
铝加工行业产能过剩明显,未来几年需要通过关闭、兼并等方式淘汰那些技术落后、能耗高、环保不达标的企业和生产线,至少要去除20%的产能。
要形成结构合理、大中小型企业适当结合、产品中高精度、能充分满足国内外需求的铝加工产业结构,通过扩大出口、适量进口高精度铝材进行调整,同时出口量应达到产量的20%以上。
大力推动企业进军国际市场。到国外建厂、进行收购是目前最好的方式,不仅效果好,而且有现成的市场和技术。但要注意收购的应该是高科技企业。天元二手材料、诺贝丽斯铝业公司主要就是靠收购国外公司发家致富的,忠旺控股在收购国外公司方面也发挥了主导作用,收购的恩纳铝业公司()和银色游艇公司(Yatch Com., Ltd.)都是世界级企业。最好到2025年形成五六家有竞争力的跨国铝业公司,其中有一两家进入世界500强。
要加大科技研发投入,加强知识产权保护,吸引高端人才,培养未来人才。人才是企业发展的主要生产力。让智能技术助力铝加工行业,大力加强原创工作。到2025年最好能开发出五、六种原创变形铝合金。
大力推广铝的使用,特别是在汽车上。如果2025年乘用车用铝量能达到220kg/辆,同时新能源汽车全铝化,货运车辆80%以上全铝化,那么2025年的铝消耗量将达到约750万吨以上。
劳动生产率仍需大力提高,铝加工行业各类产品平均劳动生产率与发达工业国家相比大致低10吨/(人·年)至60吨/(人·年)。
增加原铝/再生铝,或者废铝/原铝(锭)的用量。生产1吨铝时,废铝用量越多,经济效益越高,工艺越先进。2016年日本的比例达到44%,全球最高;在生产罐体坯料时,美国使用废旧材料和废料(UBC)量最高,而我国在这方面还有很大差距,几乎为零。
其他需要解决的短板还有水平连铸线,可以明显提高成品率,专业化圆锭铸造厂可考虑建设此类生产线及均质炉,生产直径≤400mm的圆锭;引进TM无头短流程轧制线;建设铝箔带无头轧制线(连铸—热轧—冷轧):ABS长流程生产线;罐装厂建设UBC10万吨/年生产项目;我国在建或规划的核电站数十座,核级铝材料总体生产供应;C纤维和碳化硅纤维生产,以及铝基复合材料生产;紧固件生产项目;铝锂合金研发、生产及深加工基地;武器铝合金厚板及泡沫复合装甲板;超纯铝及靶材;半固态模锻汽车及电子设备零件;高强高导铝合金丝材;抑爆铝箔; 高压电池箔; AI-LI,AI-SC合金和其他焊接电线,需要质量较低的铝合金;
中国有色金属报
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