“双碳”政策下铝加工行业发展趋势探讨

杨万里，赵景申

（1.宁德福浦新合金科技有限公司，福建 宁德 352000；2.新疆众和股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830013）

1 综述

铝加工是从电解铝液或重熔铝锭开始，经过熔铸（铸轧）、轧制和热处理、精整等多种工艺和流程，加工成板、带、箔、管、棒、型、杆、线，经过后续进一步深加工成为各种零部件，最终进入工业、交通、电子、航空航天及民用领域。铝及铝合金加工材具有质轻、耐蚀、比强度高、表面美观及回收成本低等优点，自诞生以来，被广泛应用于各行各业，是国民经济发展的重要基础原材料。

自2020年下半年以来，受疫情影响，国外工业生产受到严重冲击，国内形势较好，各类工业产品出口增加，在这种背景下，国内铝工业行业生产产销两旺，经济效益明显好转，铝产品产能产量在全球处于更加领先地位。但随着后疫情时代到来，国内铝加工行业将面临国外复产及国内绿色环保日严的双重压力；国家“双碳”“双控”政策对铝板带生产行业提出了新的要求，企业将面临新的挑战。铝加工流程中涉及铸造、热轧开坯、轧制挤压变形、退火等多个高耗能环节，直接承受国家政策压力，新的政策环境势必将对行业的发展产生深远影响，加速推进行业节能、减排方面的新工艺、新技术、新装备研究、创新和推广应用。

2 绿色工厂建设

近年来，国家、企业对绿色、智能功能建设越来越重视，不断在相关方面开展创新尝试，取得了良好效果。如在光能、风能利用方面，部分企业在厂房屋顶上面安装光伏发电板，在厂区四周安装了风电发电叶片，可以满足办公、车间照明及部分小功率设备用电，在雨水收集方面，利用厂房、道路等空地进行雨水收集设计，过滤净化后可满足企业厂区绿化及部分其它用水需求。随着光伏玻璃幕墙技术的成熟，为企业在绿色智能工厂建设方面提供新的创新选择。

同时，一体化综合厂房也是一个值得推广的建设方案。行业传统的工业厂房按功能分单元，如熔铸车间、热轧车间、挤压车间、冷轧车间、精整车间、维修车间等，各单元独立建设厂房，厂房之间设有绿化带、道路，厂房之内设有独立的库房、公辅等设施，这种模式增加了企业内部管理环节、拉长物流周转的距离、加大了冬季车间保暖和夏季车间降温的能源消耗；同时，各单元均设置有独立的技术、设备、财务等组织机构，不利于公司的信息化、扁平化、高效管理。一体化综合厂房的建设思路和自动化、信息化、扁平化管理思路相结合，对企业的节能、减员、高效管理变革创新发挥重大作用。

目前，一体化综合厂房仍为平面设计，生产工艺设备均处于同一平面，在总体厂房实用面积不变的情况下，可减少整体占地面积、提高物流效率。但这种思路仍可以继续扩展创新，如我们能不能把厂房设计为多层立体式，高架仓库把各层贯穿联系起来，重型的、前端工序设备设置在下层，把轻型的、后端工序设备设置在上层，物流路径在库房内、外均实现最短化，工厂更加节能、高效。

3 节能生产工艺应用

3.1 电解铝直接利用

在传统的铝制造加工产业链中，电解铝生产和铝加工生产一般为不同的主体。氧化铝电解出来之后，利用铝包将铝水运转至铸造车间，将铝水铸造为原铝锭，然后将原铝锭由电解铝企业运至铝加工企业，在熔铸车间进行重熔、调合金成分，铸造出加工原材，如大板锭、圆棒、铸轧卷等。很多同时进行电解铝生产和铝加工的企业也是如此，没有将电解铝铝水直接用于成品加工原材料铸造，造成了能源浪费；按铝铸造温度720℃、常温20℃、铝比热容是880J/（kg·℃）、熔化潜热是393kJ/kg考虑，铸造1吨铝需耗能约1009000kJ,按1千克标煤热值29260kJ计算，折合需消耗标煤约34.5kg，按国内每年铝及铝合金铸造产量约3000万吨计算，电解铝铝水直接利用理论上可节约标煤103.5万吨煤。同样，在高纯铝精炼环节，直接利用电解铝高温铝水进行精炼，一方面相对于铝锭重熔节能，同时铝锭重熔降低了电解质的温度，导致电阻上升，能耗增加，而铝水加铝还能提升电解质的温度，电阻下降，可降低能耗。在新的用能政策下，行业在电解铝的直接利用的工艺技术方案将进行新的审视考虑。

3.2 短流程技术

短流程铸造技术是相对于需要热轧开坯的工艺技术路线而言的，由于减少了铝锭冷却、铣面、加热等环节，且部分变形在热态进行，变形抗力小，整体具有较明显的节能效果。在铝板带生产中，常见短流程生产方式有铸轧、连铸连轧方式，最新的技术为Micro mill技术。

铸轧生产是利用两个冷却轧辊，将经过辊缝的液态铝水冷却、凝固并进行一定变形量的压下，常规产品厚度为5-8mm，宽度在2200mm以内，铸轧后的铝卷可进行冷轧轧制，不需要重新加热，目前国内铸轧机保有量超过800台套。典型的连铸连轧为哈兹列特式，由连铸和连轧两部分组成，铝液通过铸嘴进入两张钢带和两条根据宽度需要可移动的矩形的金属块链形成的模腔内，钢带和金属块链同时运动，冷却水通过冷却钢带使模腔内的熔体冷却，从而完成铸造，铸造出来的带坯厚约20mm，再经过2-3机架连轧后，出口厚度约3-5mm，可供冷轧轧制。目前国内两条大型哈兹列克铝带连铸生产线分别位于河南伊川龙鼎铝业内蒙古联晟新能源材料股份有限公司。Micro mill技术将铸造和轧制两道工序结合起来，铸造时采用双辊高速冷却，高速铸轧为水平式双辊铸轧，解决了传统铸轧技术的中心偏析问题和生产速度受限的问题，经2-3机架连轧后出口厚度可在2mm以下，具有节能效果明显、产品性能好等优点，目前Micro mill技术仍未美铝的独家保密技术。

在传统热轧工艺流程中，需将铝锭从常温加热到550℃左右，需要吸收热量466400kJ,折合标煤约16kg,按国内每年热轧开坯工艺生产1000万吨铝板锭计算，每年消耗标煤约16万吨。

3.3 连轧生产

连轧生产方式也是一种节能的生产方式。在轧制变形过程中，一次轧制在同一时间段内可以完成多次压下变形，生产效率大幅提升，因连轧可避免带材表面反复接触辊道而减少擦划伤，提高产品质量，同时，而开卷、卷取、出入口设备、上卸卷等仅需完成一次工作出力，在总投资和动力消耗方面能够有较大节省。以2机架冷连轧为例，相对于2台独立轧机，设备投资可节省20%～30%，人工成本节省约50%，运行成本和维护成本可下降10%以上，生产效率可提升约100%。

目前，国内铝板带热连轧设备保有量均约在20台套，冷连轧设备保有量不足10台套。在铝热连轧方面有浙江永杰“1+3”1850热连轧、宁夏巨科“1+4”1850mm热连轧、明泰铝业“1+4”2000mm热连轧、中铝西南铝“1+4”2000mm热连轧、南山铝业“1+4”2350mm热连轧及“1+4”4100+3000mm热连轧、平安铝“1+3”2400mm热连轧、中铝瑞闽“1+3”2400mm热连轧、魏桥铝电“1+4”2400mm热 连 轧、亚 洲 铝 业“1+5”2540mm热连轧、中孚实业“1+4”2600mm热连轧、无锡银邦“1+4”2650mm热连轧、渤海铝业“1+3”2900+2300mm热连轧、柳州银海“1+4”3300+2850mm热连轧、天津忠旺“1+5”4500+3000mm热连轧等；在铝冷连轧方面有格兰吉斯1700mm双机架冷连轧、亚洲铝业1700mm五机架冷连轧、万达铝业1850mm双机架冷连轧、巨科铝业1850mm双机架铝冷连轧、中铝西南铝2000mm双机架冷连轧、魏桥铝电2300mm三机架冷连轧等。

中国是铝工业大国，铝加工材产量每年约4200万吨，占到了国际总产量的60%左右，但是，国内铝加工产业的聚集度不高，规模以上企业超过2000家，年均产量约2万吨，这种状况不利于行业集中投资建设工艺装备优、节能减排好的高水平、高效工厂。目前，随着市场需求动能减弱、产能不断释放，行业发展的产量高峰已经出现，市场竞争将更加激烈，企业间生存能力差距逐步拉大，国内铝加工行业企业间的整合将逐步变成现实。整合后的企业在生产规模上有需求、资金实力上有能力选择适采用适应大批量生产、总投资压降、节能减排、投资收益好的连轧技术和装备。

4 危废循环再生技术

在有色金属加工行业会附带产生一些废乳液、废水、铝渣、废气、废轧制油等危废，这些危废如不采取合适的手段将其回收循环再生，一方面危害环境，另一方面也是资源浪费。目前行业已经研制并成功投用了相应的回收、循环再生、再利用技术。如工业炉高温尾气热能回收、废水净化回收、废铝渣提纯回收等，这些技术不仅减少对环境的有害影响，同时也可以为企业降低生产运行成本。

以轧制油循环再生为例，因轧制油回收、再生、重用，可在3-5年内收回设备投资，轧制油的主要成份是煤油，一台铝轧制油再生循环装置可回收煤油平均不少于150吨，折合标煤220吨。以再生铝为例，通过电解生产1吨原铝，需消耗约5吨铝土矿、550千克阳极材料、9.6吨标准煤，排放二氧化碳12吨；而通过废铝再生能耗仅为前者的3%-5%，生产1吨再生铝可节约3.4吨标准煤，14吨水，减少固体废弃物排放20吨。

5 先进控制技术

在有金属加工行业，先进的控制技术可以起到节能减排的效果。如先进槽控技术、变频传动技术、先进板形控制技术等。以槽控技术为例，国内1吨电解铝平均耗电13500千瓦时，国内最高水平约在13100千瓦时，而国际最高水平是12593千瓦时；国内三层法精炼高纯铝，生产1吨耗电均在13000千瓦时以上，而国际先进水平在约10000千瓦时，节能减排空间巨大。电解变频传动通过自身系统自检测、自适应技术，根据工况动态调整输出功率，降低启动电流、提高功率因数，达到节能目标。板形控制中，行业早期在没有配置板形辊及板形控制系统时，铝板带冷轧工艺润滑油人工控制，工艺润滑油量需求约为2升/(千瓦＊分钟)，而在采用了板形辊及板形控制系统后，工艺润滑油量需求逐步从为1.5升/(千瓦＊分钟)绛至1.3升/(千瓦＊分钟)、1.0升/(千瓦＊分钟)，节能效果显著。

6 智能制造技术

国内有色金属加工企业效能管理水平差异较大，从整体而言，在物料管理、生产计划、工艺管理、质量管理、设备管理、能源管理、物流管理、绩效管理等方面仍有较大提升空间。国内少数企业在信息化、数字化、智能化综合管控方面已具备了较强的全球竞争力。如在型材生产方面，中铝萨帕特种铝型材（重庆）有限公司采用了智能化立体仓储、信息化平面库、自动化设备以及ERP、MES等管理系统，实现了物料的自动流转、跟踪，生产和质检的自动化，单台120MN挤压生产线每年和生产成品15000吨，生产智能化、自动化水平处于全球领先位置。在板带箔材生产方面，中铝瑞闽股份有限公司以自动化物流管控为中心，创新车间平面布局，研发适合自身业务的生产管理系统，实现了物流、信息流、生产的有机统一。从热轧板到冷轧、箔轧、精整、包装、发货，通过智能化平面库、高架库、运输辊道、AGV等手段全流程自动无缝衔接，生产高效，人均产能约250吨，是国内同行平均水平的2倍以上。

近年来，国内有色金属制造行业网络化、数字化、智能化技术突飞猛进，设备互联互通，信息融合共享，数据价值挖掘能力快速提升，实现企业基于业务驱动和数据驱动并行智慧管理，进一步提高能源效率、物流效率、生产效率、产品质量、设备OEE等水平，改变企业物流低效、可视化不足、人机物与产品关系追溯困难、资源配置能力低下等状态。根据相关权威部门估算，行业推进数字化、智能化建设和应用可提升企业生产综合效率30%以上，能源综合利用效率10%以上。

7 结语

目前，中国铝加工行业发展的同时面临着重大机遇和挑战。为应对国家“双碳”政策要求，行业应加强绿色、环保技术的创新和推广应用，业内从业技术人员应重新思考行业发展模式，从基础建设、工艺、物流、生产、设备等不同层面开展技术创新、生产模式创新、管理技术创新，系统提高企业生存本领，实现行业绿色、可持续、高质量发展。本文从节能和绿色的角度进行交流和探讨，仅供参考，不足之处请指正。