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電解鋁新型專用設(shè)備行業(yè)技術(shù)水平特點及應(yīng)用市場規(guī)模等

1、電解鋁新型專用設(shè)備在電解鋁生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

電解鋁生產(chǎn)企業(yè)在其綠色化、智能化的技術(shù)升級改造及后續(xù)日常生產(chǎn)過程中，需要使用的新型專用設(shè)備的種類、數(shù)量較多。主要涉及電解槽導(dǎo)電部件、電解槽煙氣焙燒設(shè)備、特種焊接設(shè)備、專用特種運(yùn)輸車輛、凈化脫硫設(shè)備、在線檢測設(shè)備、固廢環(huán)保處理設(shè)備等。觸達(dá)了電解槽的組裝與維修，電解鋁的生產(chǎn)與鑄造，以及相關(guān)危固廢的無害化處理等主要環(huán)節(jié)。

（1）組裝與維修車間

組裝與維修車間可進(jìn)一步劃分為綜合車間、大修車間和組裝車間，主要負(fù)責(zé)以電解槽導(dǎo)電部件為主的各類專用設(shè)備的維修，電解槽陰陽極的組裝、焊接等工序。電解槽的使用壽命一般為 5~8年，其中，電解槽陰、陽極的導(dǎo)電性、強(qiáng)度以及組裝、焊接過程中的質(zhì)量，對于電解槽的使用壽命，以及電解鋁生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效率及能耗，都起到了決定性的作用。因此，組裝與維修車間的技術(shù)升級改造對于電解鋁生產(chǎn)過程中的節(jié)能、降本至關(guān)重要。

（2）電解車間

電解車間主要負(fù)責(zé)電解鋁的生產(chǎn)工作。一方面，除電解槽本身的設(shè)計，電解槽陰、陽極的導(dǎo)電性、強(qiáng)度以及組裝、焊接過程中的質(zhì)量外，電解槽的使用壽命還與電解槽啟動方式以及日常操作有直接關(guān)系；一方面，電解槽在啟動、運(yùn)行過程中，會損耗大量的電能，通過技術(shù)升級改造，選用節(jié)能環(huán)保的新型專用設(shè)備，能夠大幅節(jié)省電解鋁的生產(chǎn)成本；最后，電解槽車間具有高溫、強(qiáng)磁場的特點，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，通過技術(shù)升級改造，盡可能的實現(xiàn)無人化、自動化的生產(chǎn)，也是實現(xiàn)安全生產(chǎn)、降低人工成本的重要措施。

（3）鑄造車間

鑄造車間負(fù)責(zé)完成高溫鋁液的鑄錠成型，真空抬包設(shè)備通過吸鋁管將鋁液從電解槽中吸出，轉(zhuǎn)運(yùn)至鑄造車間并倒入混合爐后，完成鑄錠工序。上述工序過去大量依靠人工完成，在高溫強(qiáng)磁場的環(huán)境下，存在一定的安全隱患。

（4）固廢處理車間

在電解槽正常生產(chǎn)過程產(chǎn)生的炭渣、鋁灰、在大修過程中產(chǎn)生的廢槽襯等，均屬于危險固體廢棄物。

2、行業(yè)主要特性

資料來源：普華有策

3、行業(yè)技術(shù)水平、特點及發(fā)展趨勢

（1）超大截面導(dǎo)體特種焊接技術(shù)

1）鋁鋼異種金屬之間的焊接技術(shù)

長期以來，電解鋁行業(yè)中鋁鋼異種金屬大截面無法直接焊接一直是電解鋁行業(yè)無法攻克的技術(shù)難題，主要原因是鋁和鋼的物化性能差極大，鋼材的熔點是 1538℃、鋁材是 660℃，鋁材的線膨脹系數(shù)是鋼材的 2 倍，熱導(dǎo)率是鋼材的 3.4 倍，采用傳統(tǒng)的焊接方式難以實現(xiàn)鋁和鋼的直接焊接。此外，焊件使用環(huán)境工況復(fù)雜、電流密度大、溫度高、磁場強(qiáng)且存在腐蝕性，對焊件性能要求極高。

采用傳統(tǒng)方式對鋁導(dǎo)桿和鋼爪橫梁，陰極鋼棒和鋁軟帶之間進(jìn)行焊接時，主要是使用“爆炸焊塊”作為過渡材料。鋁導(dǎo)桿和鋼爪橫梁采用爆炸焊塊焊接方式時從鋼爪橫梁到鋁導(dǎo)桿中間存在三道焊口，特別是爆炸焊塊鋼面和鋼爪橫梁之間只環(huán)焊一周，陰極鋼棒和鋁軟帶之間采用爆炸焊塊焊接時，爆炸焊塊和陰極鋼棒之間需要采用鋼連片焊接，焊口位置的焊接質(zhì)量無法保證，傳統(tǒng)的爆炸焊塊焊接方式過渡連接處焊口數(shù)量多，焊口黑電壓損耗高，噸鋁電耗高；近年來隨著爆炸焊塊價格的不斷上漲，且其焊接質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致使用過程中爆炸焊塊開裂率高，導(dǎo)桿組反復(fù)維修，使得電解鋁生產(chǎn)企業(yè)成本居高不下。

2）全截面窄縫焊接技術(shù)

電解鋁生產(chǎn)過程中，電解槽維修時由于陰極鋼棒需要更換，陰極鋼棒需要進(jìn)行焊接。陽極鋼爪經(jīng)過反復(fù)循環(huán)使用后由于氧化、磨損、腐蝕因素而變細(xì)，超出正常使用標(biāo)準(zhǔn)后，就需要進(jìn)行修復(fù)或報廢更換。

傳統(tǒng)方式陰極鋼棒焊接時，一般采用鋼連片的方式焊接，即在焊縫中間放入一層鋼板后，在兩端分別和鋼棒材進(jìn)行焊接，焊接完一層后需要停下去除焊渣，去除焊渣后在上一層鋼連片的基礎(chǔ)上再焊接下一層、依次焊接鋼連片直至將整個焊縫焊接完成。同時陰極鋼棒焊接時系列電解槽仍然在正常運(yùn)行，在電解鋁的環(huán)境下會產(chǎn)生強(qiáng)磁場，而磁場會對電弧焊產(chǎn)生極大的影響，形成強(qiáng)烈的磁偏吹現(xiàn)象，當(dāng)磁場在 600KA 電解槽的環(huán)境下，手工焊接鋼連片的方式也無法正常完成，若要焊接則只能降低電解槽系列電流，或者配置防磁設(shè)備，成本高、風(fēng)險大。

采用這種焊接方式，在焊口處無法實現(xiàn)全截面焊接，焊接好的陰極鋼棒在實際的使用的過程中焊縫位置處電阻大、壓降高，這一方面會造成電解槽電流偏流，影響整臺電解槽的穩(wěn)定性；另一方面又會造成噸鋁直流電耗增加，并且對于大修的電解槽，在待焊接的陰極鋼棒兩側(cè)的電解槽一般都處于工作狀態(tài)，因此，人工焊接時工作環(huán)境惡劣、周圍的環(huán)境溫度極高、并且還存在安全隱患，在焊接時工人可操作的空間非常有限，對焊接效率和焊接質(zhì)量都有較大影響。

傳統(tǒng)的鋼爪修復(fù)方式，主要依靠人工打坡口焊接，受焊接設(shè)備及工藝技術(shù)的限制，無法實現(xiàn)“實焊”，只對“焊接面”的外圍進(jìn)行焊接，焊接面的內(nèi)部則是“空白”，焊接后的有效導(dǎo)電面積小，焊接部位電阻大，力學(xué)性能差，修復(fù)后的鋼爪使用壽命短，維修成本高。

（2）鋁電解槽的焙燒技術(shù)

鋁電解槽常用的焙燒方法主要有三種：分別為鋁液焙燒法、焦粒焙燒法及燃料焙燒法（主要指天然氣焙燒法）。

鋁液焙燒法是在電解槽內(nèi)灌入高溫鋁液，再通以直流電，利用鋁液和陰、陽極炭塊在直流電狀態(tài)下產(chǎn)生熱量來焙燒電解槽，此方法是在我國引進(jìn)大型預(yù)焙槽初期采用的一種焙燒啟動方法，目前已基本不使用此方法進(jìn)行焙燒啟動電解槽。

焦粒焙燒是在電解槽的陰極炭塊上預(yù)先鋪設(shè)一層焦粒，再放置上陽極，通以直流電，靠焦粒電阻本身產(chǎn)生的熱量來焙燒電解槽。焦粒焙燒法是一開始就向槽內(nèi)通入直流電，熱量來源于焦粒、陰極和陽極本體，陰極整體焙燒較充分，通直流電時采取了分流措施，且溫度是在常溫的基礎(chǔ)上緩慢地升高，不會出現(xiàn)溫度驟升沖擊帶來的陰極破裂情況，鋪設(shè)的焦粒層也可有效防止陰極受到氧化，在焙燒過程中，不需要借助其它輔助設(shè)備，焙燒時間較短，焙燒效率非常高。但焦粒焙燒也存在一定的劣勢，由于傳熱不具有均勻性，加之陽極電流分布不可能均勻一致，會出現(xiàn)局部溫度高導(dǎo)致過燒的現(xiàn)象，產(chǎn)生的熱應(yīng)力還可能導(dǎo)致陰極裂紋，另外，焦粒焙燒對槽四周側(cè)塊、人造伸腿及扎糊焙燒預(yù)熱存在不良的情況，這些都會對槽壽命帶來一定影響。

天然氣焙燒是利用燃料系統(tǒng)及溫度控制系統(tǒng)，按照設(shè)置好的溫度曲線要求，通過天然氣來加熱電解槽。燃?xì)獗簾梢院芎玫目刂萍訜崴俣?，通過對加熱器的調(diào)節(jié)，可確保陰陽極表面溫度比較均勻，而且不會產(chǎn)生較大的溫度梯度，防止在陰極表面生產(chǎn)裂紋，燃?xì)獗簾蓪﹄娊獠鄣膫?cè)部塊、人造伸腿、扎糊及陰極整體進(jìn)行加熱升溫，通過預(yù)設(shè)升溫策略，適當(dāng)延長排水份期和扎糊焦化期焙燒溫度時間，有效提高電解槽焙燒質(zhì)量，能對延長槽壽命能起到良好的效果。

在國家能源“雙控”，碳排放“達(dá)峰”“中和”的產(chǎn)業(yè)政策調(diào)控下，如何減少在電解槽焙燒過程中的能源損耗成為焙燒方法的重點研發(fā)方向。因此，能夠大幅降低能源損耗的燃料焙燒法將成為未來電解槽焙燒的主流技術(shù)方向。

（3）節(jié)能型電解槽導(dǎo)電部件的生產(chǎn)工藝

1）陰極鋼棒的生產(chǎn)工藝

目前，國內(nèi)電解鋁的陰極鋼棒的主要材質(zhì)為炭鋼，使用時將其放置在電解槽的底部，陰極鋼棒的上部和側(cè)面均包裹石墨陰極，石墨陰極材料的上面是鋁液和電解質(zhì)。在長期使用過程中，陰極鋼棒周圍的炭會與陰極鋼棒發(fā)生滲炭反應(yīng)，從而在一定程度上影響了陰極鋼棒的導(dǎo)電性，使電解槽陰極壓降升高，增加電耗；電解質(zhì)中的鈉元素會從上而下的侵蝕石墨陰極，導(dǎo)致鋁液滲漏，嚴(yán)重腐蝕陰極鋼棒，導(dǎo)致電解槽使用壽命降低，因此需要定期對陰極鋼棒進(jìn)行更換。

為解決上述傳統(tǒng)陰極鋼棒存在的問題，行業(yè)嘗試通過銅鋼復(fù)合來制造電解鋁的陰極鋼棒，其主要優(yōu)點有以下幾個：①銅是一種良好的導(dǎo)電材料，在大電流的場景中節(jié)能效果明顯；②銅鋼復(fù)合材料具有和銅相似的耐蝕性，且在相同截面積下，抗拉強(qiáng)度是純銅材料的兩倍，且銅鋼都具有很好的焊接性能，不會影響陰極鋼棒的焊接；③同時采用銅鋼復(fù)合的工藝制造陰極鋼棒也可以降低成本。

現(xiàn)有的銅鋼復(fù)合材料的制造方法主要有三種：①使用電鍍工藝對鋼材表面進(jìn)行電鍍銅：主要缺點是電鍍會產(chǎn)生污染，且電鍍層的厚度太低，在陰極鋼棒裝配過程中鍍層易被破壞；②在鋼材表面焊接銅材：這種工藝的主要缺點是陰極鋼棒的尺寸較大，不易實現(xiàn)全截面焊接，且焊接完成后還需要對焊接面進(jìn)行后續(xù)加工，成本較高；③在鋼材表面直接進(jìn)行鑄造：由于銅的熔點較鋼低，因此銅鋼界面很難形成銅鐵的金屬間化合物，連接強(qiáng)度較低，同時也會影響陰極鋼棒的導(dǎo)電性能。

2）陽極鋼爪的生產(chǎn)工藝

陽極鋼爪作為電解生產(chǎn)的核心，需要承載陽極炭塊并與母線之間形成導(dǎo)電回路。此處連接除需要具有足夠的強(qiáng)度外，還需要具有良好的導(dǎo)電性，從而減小電解槽整體的壓降。

傳統(tǒng)鑄造鋼爪由于其生產(chǎn)工藝限制，其本身化學(xué)成份無法精準(zhǔn)控制，且鑄造過程中無法避免的產(chǎn)生氣泡，夾渣等問題，導(dǎo)致在使用過程中容易腐蝕，且導(dǎo)電率受一定影響。

陽極結(jié)構(gòu)鋼爪使用熱軋鋼材料焊接而成，具有高導(dǎo)電、雜質(zhì)少、密度高、氣孔少等特點，可有效降低工件電阻率，提高工件的導(dǎo)電率；同時熱軋鋼材料具有強(qiáng)度大和可塑性高特點，可降低工件損壞率和提高修復(fù)質(zhì)量。

4、電解鋁新型專用設(shè)備領(lǐng)域的整體規(guī)模及發(fā)展趨勢

全面推行綠色制造是建設(shè)生態(tài)文明的必由之路，是建設(shè)制造強(qiáng)國的內(nèi)在要求。通過研究、開發(fā)、應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)和新型專用裝備實現(xiàn)技術(shù)升級改造，是電解鋁行業(yè)向綠色化、智能化方向發(fā)展的必經(jīng)之路。

國內(nèi)電解鋁生產(chǎn)企業(yè)正處于綠色化、智能化改造的起步階段。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)的百余家電解鋁生產(chǎn)企業(yè)中，尚沒有企業(yè)實現(xiàn)真正意義的綠色化和智能化，僅有個別企業(yè)進(jìn)行了小規(guī)模的局部初級嘗試，技術(shù)升級改造的空間巨大。同時，電解鋁生產(chǎn)企業(yè)在完成升級改造后，仍需周期性地進(jìn)行升級迭代和設(shè)備翻新。

據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)電解鋁生產(chǎn)企業(yè)電解槽槽型 200kA-600kA 的生產(chǎn)系列共計 153 條生產(chǎn)線。2024年擬確定新建或改造項目 6 條生產(chǎn)線。新建電解鋁產(chǎn)能投資成本在 7,000 元/噸鋁左右，全國累計投資金額超過 3,000 億元。每年企業(yè)通過節(jié)能技改、電解槽大修、電解槽啟動、設(shè)備保養(yǎng)、智能工廠建設(shè)以及綠色能源等項目降低企業(yè)能耗指標(biāo)和提高設(shè)備自動化程度，其投入到企業(yè)綠色化、智能化升級改造過程的資金占比達(dá)到投資資金總額的 5%以上，每年的市場容量超過 150 億元。

5、 行業(yè)競爭格局及業(yè)內(nèi)的主要企業(yè)

（1）行業(yè)格局

目前，國內(nèi)電解鋁新型專用設(shè)備行業(yè)的競爭格局表現(xiàn)為：大型通用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)參與意愿較低，小型電解鋁專用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)較為分散的特點。

1）大型通用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)參與意愿較低

雖然大型通用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)具備涉足電解鋁行業(yè)專用設(shè)備領(lǐng)域的基礎(chǔ)條件，但這類企業(yè)缺乏對于電解鋁行業(yè)及相關(guān)客戶的深入理解，同時單種設(shè)備的市場規(guī)模相對有限，為電解鋁生產(chǎn)企業(yè)提供定制化開發(fā)的意愿較低。目前暫無涉足電解鋁行業(yè)并取得較高銷售規(guī)模的大型通用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。

2）小型電解鋁專用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)較為分散

研發(fā)、生產(chǎn)電解鋁專用設(shè)備的技術(shù)、資金、客戶等門檻較高，且不同設(shè)備之間的技術(shù)區(qū)別較大。因此，新型專用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的主要產(chǎn)品一般僅局限于一種或者幾種新型設(shè)備，業(yè)務(wù)規(guī)模相對較小，綜合競爭力相對較弱。

（2）行業(yè)企業(yè)

1）鄭州輕冶科技股份有限公司

輕冶股份的主營業(yè)務(wù)為不停電停開槽裝置（賽爾開關(guān)成套設(shè)備）、應(yīng)急短路裝置、抬包清理機(jī)等節(jié)能環(huán)保裝備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與服務(wù)。

2）四川華冶電氣有限公司

華冶電氣針對電解鋁行業(yè)先后開發(fā)了陽極鋼爪焊接機(jī)、鋼爪修復(fù)設(shè)備、陰極鋼棒焊接機(jī)。

3）武漢特車科技工程有限公司

特車科技主要經(jīng)營業(yè)務(wù)為特種行業(yè)車輛設(shè)計制造、特種行業(yè)整體解決方案設(shè)計制造等業(yè)務(wù)，其中冶金行業(yè)特種車系列包括陽極拖車、氟鹽加料車等。

4）鄭州經(jīng)緯科技實業(yè)股份有限公司

經(jīng)緯科技主要業(yè)務(wù)可分為節(jié)能環(huán)保和智能制造兩大領(lǐng)域及相關(guān)技術(shù)服務(wù)。其中，節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的主要產(chǎn)品包含超大截面導(dǎo)體特種焊接系統(tǒng)、高溫焙燒系統(tǒng)、節(jié)能型電解槽導(dǎo)電部件及固廢環(huán)保處理系統(tǒng)等四大產(chǎn)品系列；智能制造產(chǎn)品領(lǐng)域的主要產(chǎn)品包含特種智能裝備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)兩大產(chǎn)品系列。

6、行業(yè)門檻和壁壘

（1）技術(shù)門檻和壁壘

電解鋁新型專用設(shè)備的相關(guān)技術(shù)涉及物理、化學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科多系統(tǒng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、開發(fā)難度大、技術(shù)要求高。核心難點在于電解鋁生產(chǎn)過程中的眾多設(shè)備的之間協(xié)同、匹配。各設(shè)備之間的相互影響與匹配效果需要反復(fù)的驗證，找到最佳方案，達(dá)到方案要求必須有豐富的項目經(jīng)驗。同時，電解鋁新型專用設(shè)備行業(yè)的客戶需求存在一定差異，對供應(yīng)商產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品交付能力，生產(chǎn)工藝等有很高的要求。

基于以上原因，電解鋁新型專用設(shè)備行業(yè)對研發(fā)人員、技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊、市場銷售團(tuán)隊、熟練掌握操作工藝的生產(chǎn)工人等專業(yè)人才配置有較高要求，行業(yè)技術(shù)壁壘較高，強(qiáng)大的新技術(shù)、新工藝研發(fā)能力成為了行業(yè)內(nèi)企業(yè)生存及發(fā)展壯大的關(guān)鍵。

（2）客戶門檻和壁壘

考慮到電解鋁新型專用設(shè)備的性能、穩(wěn)定性對于電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營具有重要的影響，電解鋁生產(chǎn)企業(yè)會對供應(yīng)商進(jìn)行嚴(yán)格的選擇、認(rèn)證與持續(xù)考核。相關(guān)考核涉及供應(yīng)商的研發(fā)能力、制造技術(shù)水平、產(chǎn)品品質(zhì)、產(chǎn)品交期及產(chǎn)能、成本控制、質(zhì)量控制、內(nèi)部流程管控、財務(wù)能力等諸多方面。通過之后還需經(jīng)歷較長時間的技術(shù)交流、樣件送審、裝機(jī)測試、小批量試產(chǎn)等程序，一切達(dá)標(biāo)之后才能真正實現(xiàn)批量供貨。正因為認(rèn)證過程的復(fù)雜與困難，一旦形成供應(yīng)關(guān)系，雙方合作關(guān)系通常較為長久、緊密、穩(wěn)固。如果供應(yīng)商沒有發(fā)生重大質(zhì)量問題、產(chǎn)能問題，或其他導(dǎo)致需要更換的情況，出于前期時間、精力、成本的投入，電解鋁生產(chǎn)企業(yè)不會輕易變更已納入供應(yīng)鏈體系的供應(yīng)商。綜上，對于行業(yè)的新進(jìn)入者或潛在競爭者，開拓客戶資源，通過認(rèn)證進(jìn)入供應(yīng)鏈體系，已成為電解鋁新型專用設(shè)備行業(yè)最重要的門檻和壁壘之一。

《2024-2030年電解鋁新型專用設(shè)備行業(yè)市場調(diào)研及發(fā)展趨勢預(yù)測報告》涵蓋行業(yè)全球及中國發(fā)展概況、供需數(shù)據(jù)、市場規(guī)模，產(chǎn)業(yè)政策/規(guī)劃、相關(guān)技術(shù)/專利、競爭格局、上游原料情況、下游主要應(yīng)用市場需求規(guī)模及前景、區(qū)域結(jié)構(gòu)、市場集中度、重點企業(yè)/玩家，企業(yè)占有率、行業(yè)特征、驅(qū)動因素、市場前景預(yù)測，投資策略、主要壁壘構(gòu)成、相關(guān)風(fēng)險等內(nèi)容。同時北京普華有策信息咨詢有限公司還提供市場專項調(diào)研項目、產(chǎn)業(yè)研究報告、產(chǎn)業(yè)鏈咨詢、項目可行性研究報告、專精特新小巨人認(rèn)證、市場占有率報告、十五五規(guī)劃、項目后評價報告、BP商業(yè)計劃書、產(chǎn)業(yè)圖譜、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、藍(lán)白皮書、國家級制造業(yè)單項冠軍企業(yè)認(rèn)證、IPO募投可研、IPO工作底稿咨詢等服務(wù)。