“雙碳”政策下鋁加工行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)探討

楊萬(wàn)里，趙景申

（1.寧德福浦新合金科技有限公司，福建 寧德 352000；2.新疆眾和股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830013）

1 綜述

鋁加工是從電解鋁液或重熔鋁錠開始，經(jīng)過(guò)熔鑄（鑄軋）、軋制和熱處理、精整等多種工藝和流程，加工成板、帶、箔、管、棒、型、桿、線，經(jīng)過(guò)后續(xù)進(jìn)一步深加工成為各種零部件，最終進(jìn)入工業(yè)、交通、電子、航空航天及民用領(lǐng)域。鋁及鋁合金加工材具有質(zhì)輕、耐蝕、比強(qiáng)度高、表面美觀及回收成本低等優(yōu)點(diǎn)，自誕生以來(lái)，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料。

自2020年下半年以來(lái)，受疫情影響，國(guó)外工業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重沖擊，國(guó)內(nèi)形勢(shì)較好，各類工業(yè)產(chǎn)品出口增加，在這種背景下，國(guó)內(nèi)鋁工業(yè)行業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)銷兩旺，經(jīng)濟(jì)效益明顯好轉(zhuǎn)，鋁產(chǎn)品產(chǎn)能產(chǎn)量在全球處于更加領(lǐng)先地位。但隨著后疫情時(shí)代到來(lái)，國(guó)內(nèi)鋁加工行業(yè)將面臨國(guó)外復(fù)產(chǎn)及國(guó)內(nèi)綠色環(huán)保日嚴(yán)的雙重壓力；國(guó)家“雙碳”“雙控”政策對(duì)鋁板帶生產(chǎn)行業(yè)提出了新的要求，企業(yè)將面臨新的挑戰(zhàn)。鋁加工流程中涉及鑄造、熱軋開坯、軋制擠壓變形、退火等多個(gè)高耗能環(huán)節(jié)，直接承受國(guó)家政策壓力，新的政策環(huán)境勢(shì)必將對(duì)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，加速推進(jìn)行業(yè)節(jié)能、減排方面的新工藝、新技術(shù)、新裝備研究、創(chuàng)新和推廣應(yīng)用。

2 綠色工廠建設(shè)

近年來(lái)，國(guó)家、企業(yè)對(duì)綠色、智能功能建設(shè)越來(lái)越重視，不斷在相關(guān)方面開展創(chuàng)新嘗試，取得了良好效果。如在光能、風(fēng)能利用方面，部分企業(yè)在廠房屋頂上面安裝光伏發(fā)電板，在廠區(qū)四周安裝了風(fēng)電發(fā)電葉片，可以滿足辦公、車間照明及部分小功率設(shè)備用電，在雨水收集方面，利用廠房、道路等空地進(jìn)行雨水收集設(shè)計(jì)，過(guò)濾凈化后可滿足企業(yè)廠區(qū)綠化及部分其它用水需求。隨著光伏玻璃幕墻技術(shù)的成熟，為企業(yè)在綠色智能工廠建設(shè)方面提供新的創(chuàng)新選擇。

同時(shí)，一體化綜合廠房也是一個(gè)值得推廣的建設(shè)方案。行業(yè)傳統(tǒng)的工業(yè)廠房按功能分單元，如熔鑄車間、熱軋車間、擠壓車間、冷軋車間、精整車間、維修車間等，各單元獨(dú)立建設(shè)廠房，廠房之間設(shè)有綠化帶、道路，廠房之內(nèi)設(shè)有獨(dú)立的庫(kù)房、公輔等設(shè)施，這種模式增加了企業(yè)內(nèi)部管理環(huán)節(jié)、拉長(zhǎng)物流周轉(zhuǎn)的距離、加大了冬季車間保暖和夏季車間降溫的能源消耗；同時(shí)，各單元均設(shè)置有獨(dú)立的技術(shù)、設(shè)備、財(cái)務(wù)等組織機(jī)構(gòu)，不利于公司的信息化、扁平化、高效管理。一體化綜合廠房的建設(shè)思路和自動(dòng)化、信息化、扁平化管理思路相結(jié)合，對(duì)企業(yè)的節(jié)能、減員、高效管理變革創(chuàng)新發(fā)揮重大作用。

目前，一體化綜合廠房仍為平面設(shè)計(jì)，生產(chǎn)工藝設(shè)備均處于同一平面，在總體廠房實(shí)用面積不變的情況下，可減少整體占地面積、提高物流效率。但這種思路仍可以繼續(xù)擴(kuò)展創(chuàng)新，如我們能不能把廠房設(shè)計(jì)為多層立體式，高架倉(cāng)庫(kù)把各層貫穿聯(lián)系起來(lái)，重型的、前端工序設(shè)備設(shè)置在下層，把輕型的、后端工序設(shè)備設(shè)置在上層，物流路徑在庫(kù)房?jī)?nèi)、外均實(shí)現(xiàn)最短化，工廠更加節(jié)能、高效。

3 節(jié)能生產(chǎn)工藝應(yīng)用

3.1 電解鋁直接利用

在傳統(tǒng)的鋁制造加工產(chǎn)業(yè)鏈中，電解鋁生產(chǎn)和鋁加工生產(chǎn)一般為不同的主體。氧化鋁電解出來(lái)之后，利用鋁包將鋁水運(yùn)轉(zhuǎn)至鑄造車間，將鋁水鑄造為原鋁錠，然后將原鋁錠由電解鋁企業(yè)運(yùn)至鋁加工企業(yè)，在熔鑄車間進(jìn)行重熔、調(diào)合金成分，鑄造出加工原材，如大板錠、圓棒、鑄軋卷等。很多同時(shí)進(jìn)行電解鋁生產(chǎn)和鋁加工的企業(yè)也是如此，沒(méi)有將電解鋁鋁水直接用于成品加工原材料鑄造，造成了能源浪費(fèi)；按鋁鑄造溫度720℃、常溫20℃、鋁比熱容是880J/（kg·℃）、熔化潛熱是393kJ/kg考慮，鑄造1噸鋁需耗能約1009000kJ,按1千克標(biāo)煤熱值29260kJ計(jì)算，折合需消耗標(biāo)煤約34.5kg，按國(guó)內(nèi)每年鋁及鋁合金鑄造產(chǎn)量約3000萬(wàn)噸計(jì)算，電解鋁鋁水直接利用理論上可節(jié)約標(biāo)煤103.5萬(wàn)噸煤。同樣，在高純鋁精煉環(huán)節(jié)，直接利用電解鋁高溫鋁水進(jìn)行精煉，一方面相對(duì)于鋁錠重熔節(jié)能，同時(shí)鋁錠重熔降低了電解質(zhì)的溫度，導(dǎo)致電阻上升，能耗增加，而鋁水加鋁還能提升電解質(zhì)的溫度，電阻下降，可降低能耗。在新的用能政策下，行業(yè)在電解鋁的直接利用的工藝技術(shù)方案將進(jìn)行新的審視考慮。

3.2 短流程技術(shù)

短流程鑄造技術(shù)是相對(duì)于需要熱軋開坯的工藝技術(shù)路線而言的，由于減少了鋁錠冷卻、銑面、加熱等環(huán)節(jié)，且部分變形在熱態(tài)進(jìn)行，變形抗力小，整體具有較明顯的節(jié)能效果。在鋁板帶生產(chǎn)中，常見(jiàn)短流程生產(chǎn)方式有鑄軋、連鑄連軋方式，最新的技術(shù)為Micro mill技術(shù)。

鑄軋生產(chǎn)是利用兩個(gè)冷卻軋輥，將經(jīng)過(guò)輥縫的液態(tài)鋁水冷卻、凝固并進(jìn)行一定變形量的壓下，常規(guī)產(chǎn)品厚度為5-8mm，寬度在2200mm以內(nèi)，鑄軋后的鋁卷可進(jìn)行冷軋軋制，不需要重新加熱，目前國(guó)內(nèi)鑄軋機(jī)保有量超過(guò)800臺(tái)套。典型的連鑄連軋為哈茲列特式，由連鑄和連軋兩部分組成，鋁液通過(guò)鑄嘴進(jìn)入兩張鋼帶和兩條根據(jù)寬度需要可移動(dòng)的矩形的金屬塊鏈形成的模腔內(nèi)，鋼帶和金屬塊鏈同時(shí)運(yùn)動(dòng)，冷卻水通過(guò)冷卻鋼帶使模腔內(nèi)的熔體冷卻，從而完成鑄造，鑄造出來(lái)的帶坯厚約20mm，再經(jīng)過(guò)2-3機(jī)架連軋后，出口厚度約3-5mm，可供冷軋軋制。目前國(guó)內(nèi)兩條大型哈茲列克鋁帶連鑄生產(chǎn)線分別位于河南伊川龍鼎鋁業(yè)內(nèi)蒙古聯(lián)晟新能源材料股份有限公司。Micro mill技術(shù)將鑄造和軋制兩道工序結(jié)合起來(lái)，鑄造時(shí)采用雙輥高速冷卻，高速鑄軋為水平式雙輥鑄軋，解決了傳統(tǒng)鑄軋技術(shù)的中心偏析問(wèn)題和生產(chǎn)速度受限的問(wèn)題，經(jīng)2-3機(jī)架連軋后出口厚度可在2mm以下，具有節(jié)能效果明顯、產(chǎn)品性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前Micro mill技術(shù)仍未美鋁的獨(dú)家保密技術(shù)。

在傳統(tǒng)熱軋工藝流程中，需將鋁錠從常溫加熱到550℃左右，需要吸收熱量466400kJ,折合標(biāo)煤約16kg,按國(guó)內(nèi)每年熱軋開坯工藝生產(chǎn)1000萬(wàn)噸鋁板錠計(jì)算，每年消耗標(biāo)煤約16萬(wàn)噸。

3.3 連軋生產(chǎn)

連軋生產(chǎn)方式也是一種節(jié)能的生產(chǎn)方式。在軋制變形過(guò)程中，一次軋制在同一時(shí)間段內(nèi)可以完成多次壓下變形，生產(chǎn)效率大幅提升，因連軋可避免帶材表面反復(fù)接觸輥道而減少擦劃傷，提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)，而開卷、卷取、出入口設(shè)備、上卸卷等僅需完成一次工作出力，在總投資和動(dòng)力消耗方面能夠有較大節(jié)省。以2機(jī)架冷連軋為例，相對(duì)于2臺(tái)獨(dú)立軋機(jī)，設(shè)備投資可節(jié)省20%～30%，人工成本節(jié)省約50%，運(yùn)行成本和維護(hù)成本可下降10%以上，生產(chǎn)效率可提升約100%。

目前，國(guó)內(nèi)鋁板帶熱連軋?jiān)O(shè)備保有量均約在20臺(tái)套，冷連軋?jiān)O(shè)備保有量不足10臺(tái)套。在鋁熱連軋方面有浙江永杰“1+3”1850熱連軋、寧夏巨科“1+4”1850mm熱連軋、明泰鋁業(yè)“1+4”2000mm熱連軋、中鋁西南鋁“1+4”2000mm熱連軋、南山鋁業(yè)“1+4”2350mm熱連軋及“1+4”4100+3000mm熱連軋、平安鋁“1+3”2400mm熱連軋、中鋁瑞閩“1+3”2400mm熱連軋、魏橋鋁電“1+4”2400mm熱 連 軋、亞 洲 鋁 業(yè)“1+5”2540mm熱連軋、中孚實(shí)業(yè)“1+4”2600mm熱連軋、無(wú)錫銀邦“1+4”2650mm熱連軋、渤海鋁業(yè)“1+3”2900+2300mm熱連軋、柳州銀?！?+4”3300+2850mm熱連軋、天津忠旺“1+5”4500+3000mm熱連軋等；在鋁冷連軋方面有格蘭吉斯1700mm雙機(jī)架冷連軋、亞洲鋁業(yè)1700mm五機(jī)架冷連軋、萬(wàn)達(dá)鋁業(yè)1850mm雙機(jī)架冷連軋、巨科鋁業(yè)1850mm雙機(jī)架鋁冷連軋、中鋁西南鋁2000mm雙機(jī)架冷連軋、魏橋鋁電2300mm三機(jī)架冷連軋等。

中國(guó)是鋁工業(yè)大國(guó)，鋁加工材產(chǎn)量每年約4200萬(wàn)噸，占到了國(guó)際總產(chǎn)量的60%左右，但是，國(guó)內(nèi)鋁加工產(chǎn)業(yè)的聚集度不高，規(guī)模以上企業(yè)超過(guò)2000家，年均產(chǎn)量約2萬(wàn)噸，這種狀況不利于行業(yè)集中投資建設(shè)工藝裝備優(yōu)、節(jié)能減排好的高水平、高效工廠。目前，隨著市場(chǎng)需求動(dòng)能減弱、產(chǎn)能不斷釋放，行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)量高峰已經(jīng)出現(xiàn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，企業(yè)間生存能力差距逐步拉大，國(guó)內(nèi)鋁加工行業(yè)企業(yè)間的整合將逐步變成現(xiàn)實(shí)。整合后的企業(yè)在生產(chǎn)規(guī)模上有需求、資金實(shí)力上有能力選擇適采用適應(yīng)大批量生產(chǎn)、總投資壓降、節(jié)能減排、投資收益好的連軋技術(shù)和裝備。

4 危廢循環(huán)再生技術(shù)

在有色金屬加工行業(yè)會(huì)附帶產(chǎn)生一些廢乳液、廢水、鋁渣、廢氣、廢軋制油等危廢，這些危廢如不采取合適的手段將其回收循環(huán)再生，一方面危害環(huán)境，另一方面也是資源浪費(fèi)。目前行業(yè)已經(jīng)研制并成功投用了相應(yīng)的回收、循環(huán)再生、再利用技術(shù)。如工業(yè)爐高溫尾氣熱能回收、廢水凈化回收、廢鋁渣提純回收等，這些技術(shù)不僅減少對(duì)環(huán)境的有害影響，同時(shí)也可以為企業(yè)降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

以軋制油循環(huán)再生為例，因軋制油回收、再生、重用，可在3-5年內(nèi)收回設(shè)備投資，軋制油的主要成份是煤油，一臺(tái)鋁軋制油再生循環(huán)裝置可回收煤油平均不少于150噸，折合標(biāo)煤220噸。以再生鋁為例，通過(guò)電解生產(chǎn)1噸原鋁，需消耗約5噸鋁土礦、550千克陽(yáng)極材料、9.6噸標(biāo)準(zhǔn)煤，排放二氧化碳12噸；而通過(guò)廢鋁再生能耗僅為前者的3%-5%，生產(chǎn)1噸再生鋁可節(jié)約3.4噸標(biāo)準(zhǔn)煤，14噸水，減少固體廢棄物排放20噸。

5 先進(jìn)控制技術(shù)

在有金屬加工行業(yè)，先進(jìn)的控制技術(shù)可以起到節(jié)能減排的效果。如先進(jìn)槽控技術(shù)、變頻傳動(dòng)技術(shù)、先進(jìn)板形控制技術(shù)等。以槽控技術(shù)為例，國(guó)內(nèi)1噸電解鋁平均耗電13500千瓦時(shí)，國(guó)內(nèi)最高水平約在13100千瓦時(shí)，而國(guó)際最高水平是12593千瓦時(shí)；國(guó)內(nèi)三層法精煉高純鋁，生產(chǎn)1噸耗電均在13000千瓦時(shí)以上，而國(guó)際先進(jìn)水平在約10000千瓦時(shí)，節(jié)能減排空間巨大。電解變頻傳動(dòng)通過(guò)自身系統(tǒng)自檢測(cè)、自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)工況動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率，降低啟動(dòng)電流、提高功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。板形控制中，行業(yè)早期在沒(méi)有配置板形輥及板形控制系統(tǒng)時(shí)，鋁板帶冷軋工藝潤(rùn)滑油人工控制，工藝潤(rùn)滑油量需求約為2升/(千瓦＊分鐘)，而在采用了板形輥及板形控制系統(tǒng)后，工藝潤(rùn)滑油量需求逐步從為1.5升/(千瓦＊分鐘)絳至1.3升/(千瓦＊分鐘)、1.0升/(千瓦＊分鐘)，節(jié)能效果顯著。

6 智能制造技術(shù)

國(guó)內(nèi)有色金屬加工企業(yè)效能管理水平差異較大，從整體而言，在物料管理、生產(chǎn)計(jì)劃、工藝管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、能源管理、物流管理、績(jī)效管理等方面仍有較大提升空間。國(guó)內(nèi)少數(shù)企業(yè)在信息化、數(shù)字化、智能化綜合管控方面已具備了較強(qiáng)的全球競(jìng)爭(zhēng)力。如在型材生產(chǎn)方面，中鋁薩帕特種鋁型材（重慶）有限公司采用了智能化立體倉(cāng)儲(chǔ)、信息化平面庫(kù)、自動(dòng)化設(shè)備以及ERP、MES等管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了物料的自動(dòng)流轉(zhuǎn)、跟蹤，生產(chǎn)和質(zhì)檢的自動(dòng)化，單臺(tái)120MN擠壓生產(chǎn)線每年和生產(chǎn)成品15000噸，生產(chǎn)智能化、自動(dòng)化水平處于全球領(lǐng)先位置。在板帶箔材生產(chǎn)方面，中鋁瑞閩股份有限公司以自動(dòng)化物流管控為中心，創(chuàng)新車間平面布局，研發(fā)適合自身業(yè)務(wù)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了物流、信息流、生產(chǎn)的有機(jī)統(tǒng)一。從熱軋板到冷軋、箔軋、精整、包裝、發(fā)貨，通過(guò)智能化平面庫(kù)、高架庫(kù)、運(yùn)輸輥道、AGV等手段全流程自動(dòng)無(wú)縫銜接，生產(chǎn)高效，人均產(chǎn)能約250噸，是國(guó)內(nèi)同行平均水平的2倍以上。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有色金屬制造行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化技術(shù)突飛猛進(jìn)，設(shè)備互聯(lián)互通，信息融合共享，數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘能力快速提升，實(shí)現(xiàn)企業(yè)基于業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)并行智慧管理，進(jìn)一步提高能源效率、物流效率、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備OEE等水平，改變企業(yè)物流低效、可視化不足、人機(jī)物與產(chǎn)品關(guān)系追溯困難、資源配置能力低下等狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)權(quán)威部門估算，行業(yè)推進(jìn)數(shù)字化、智能化建設(shè)和應(yīng)用可提升企業(yè)生產(chǎn)綜合效率30%以上，能源綜合利用效率10%以上。

7 結(jié)語(yǔ)

目前，中國(guó)鋁加工行業(yè)發(fā)展的同時(shí)面臨著重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)國(guó)家“雙碳”政策要求，行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)綠色、環(huán)保技術(shù)的創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，業(yè)內(nèi)從業(yè)技術(shù)人員應(yīng)重新思考行業(yè)發(fā)展模式，從基礎(chǔ)建設(shè)、工藝、物流、生產(chǎn)、設(shè)備等不同層面開展技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)模式創(chuàng)新、管理技術(shù)創(chuàng)新，系統(tǒng)提高企業(yè)生存本領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)綠色、可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展。本文從節(jié)能和綠色的角度進(jìn)行交流和探討，僅供參考，不足之處請(qǐng)指正。