SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要 ：炭素制品控制着电解铝加工的命脉。长期以来，我国 电解铝企业的整体发展态势良好，在能源的供应和原材料的获 取上占有极大的优势。技术发展方面， 虽然现有设备大量采用进 口，但国内的基础技术和产业附属技术方面都有着一整套的解 决方案。炭素工厂数量迄今为止已然在全球名列前茅。但值得 注意的是， 随着全球经济环境的变化， 电解铝炭素制品市场在近 年来暗流涌动， 各国对能源的管理逐步收紧， 无论是作为能源出 现的电能还是作为炭素生产原材料与电能生产原材料的煤炭价 格都在不断攀升，可用的石油焦与煤沥青成本也伴随着贸易环 境的变化而水涨船高，再加上铝用炭素制品的发展历史中遗留 着落后驳杂的生产工艺与管理模式，给我国电解铝生产企业炭 素制品的发展带来了大量的挑战。本文通过对其发展历史、现状 及面临的问题进行研究，通过引进智能制造的整体方针提出发 展建议， 并对其未来可能面临的产能过剩等问题进行展望。
关键词 ：炭素,期货,智能制造,产能过剩
从航空航天中所用的高科技铝制品到铝合金的窗框、医疗 器材、电子产品中框与外壳等， 现代生活的每一个角落里都离不 开铝的身影，时至今日，铝制品已然成为生活中的必需品，无论 是生产还是生活， 它都悄无声息渗透进来， 在很多的生产生活之 中，很难再找到它的完美替代品， 这就使得铝的加工过程成为人 们所一直重视的研究方向。铝是一种典型的金属， 其化学性质十 分活泼， 容易与其它物质形成合金， 从而呈现出多样化的理化性 质。由于其不以单质存在，所以必须通过冶金手段将其提炼出 来。通过传统的加热提取金属单质的方式在提取铝是难以实现 的，其化合物所呈现出的理化性质与单质铝大相径庭。从铝矿到 铝制品，中间有着许多复杂的技术流程。经过多次的技术迭代， 电解铝成为世界上提取铝单质的主要手段，而炭素也在多样化 的阳极材料中脱颖而出， 成为其制备工艺的首选。
1 电解铝生产企业炭素制品发展历史
1.1 国际铝用炭素制品的发展历史
铝用炭素制品是电解铝专用炭素制品的简称。在工业生产 电解铝的过程之中， 其作为主要原材料产量及用量都非常大， 现 代电解铝生产企业无不都将其作为生产的命脉和竞争的重要依 托。在生产流程之中，不同的工艺环境，不同的工艺步骤，炭素材料所在的位置均不相同，其能产生的作用也不相同。一般情 况下， 铝用炭素制品分为阳极材料与阴极材料两个大类， 阳极材 料一般作为电解的阳极糊或者阳极棒，阴极材料一般用于制作 电解槽的内衬及阴极的保护材料， 以糊状或块状存在。在生产阴 极材料的过程之中，需要用到煤沥青、石油焦、石墨、无烟煤等 等材料， 将其进行深度的加工， 就可以砌筑成为电解槽的槽底或 者电解槽的侧壁， 在铝制品的加工过程中， 完成电解质与铝液的 盛放，并作为反应的良好容器。同时它还能够保护阴极中的钢 棒，提高钢棒的使用寿命，以良好的导电性、耐腐蚀性、抗高温 性成为电解槽材料的首选。1886 年，科学家霍尔(Hall) 与埃鲁 特(Heroult) 发明了电解法生产金属铝的工艺流程，直至今日， 铝用炭素制品就被一直作为工艺中的电解槽内衬以及导电阴极 的保护材料。最初的电解炭素阴极是用炭糊来制作完成的， 直至 1920 年工艺发生了变革， 企业开始使用预焙炭素阴极(即预焙阴 极炭块)，为提高其使用寿命及工作效率，此种工艺使用煅烧的 无烟煤作为生产原料，是铝用炭素制品的巨大飞跃。20 世纪 50 年代之后，石墨作为一种重要的工业材料进入了铝用炭素企业 的视线， 石墨的导电及导热性能要比普通的炭素制品更高、抗腐 蚀能力更强、物理强度及抗热抗震性能更好，从此被大量地引 进到电解铝的生产工艺之中，部分企业为了节约成本也使用半 石墨材料。本世纪材料学的发展使得更多的新材料蜂拥而出， 如 TiC、NbN、TiB2 等惰性阴极材料不断被引入工业生产之中，SiC 侧部材料已成为铝电解槽的最新型阴极材料。
1.2 我国铝用炭素制品的发展历史
1954 年，我国在辽宁省开办了第一个铝厂——抚顺铝厂， 我 国铝用炭素制品的生产事实上是和铝制品的生产同步发展起来 的，在此之前中国的铝制品及其相关产业都属于一穷二白的状 态。为配合我国铝工业的发展，通过配套的周边产业建设补充， 开创铝制品生产的新局面，20世纪 50 年代初我国开始建设铝用 炭素制品生产工厂，首先建成的吉林炭素厂每年年产量能够达 到2 万吨，其主要产品包括各种糊料及阴极炭块，随后又建设了 兰州炭素厂、山西炭素厂、上海炭素厂等多个专用的电解铝炭素 工厂。仅在20 年间， 我国铝用炭素制品市场不断扩大， 生产能力 不断增强，70 年代初全国生产规模已经能够达到 1.7 万吨以上， 并能够生产 400mm×400mm 的阴极炭块产品。在国际关系逐步打开之后，80 年代我国贵州铝厂引进了日本的炭素生产线，该 套产线可以使用无烟煤作为生产材料，制作包括阴极糊料以及 阴极炭块在内的产品， 此类产品已经是半石墨产品， 且产品规格 得到了极大的扩大，可以供给大型电解槽使用。90 年代之后，我 国的工业技术得到了进一步的提升，在国家优先发展铝方针的 影响下，贵州铝厂的炭素产线规模进一步扩大，产能达到了2 万 吨以上，其生产的产品质量也得到了大幅度的提高。在此影响 之下，我国电解铝炭素材料生产遍地开花，30 余家企业遍布全 国各地，与电解铝工艺同步发展，不只能够自给自足，还开始大 规模出口， 成为我国每年出口项目的重要部分， 产品品类得到极 大丰富，普通阴极炭块、石墨阴极炭块、半石墨阴极炭块(30%、 50% 等多种比例)、阴极糊、阳极糊等都可以全自主生产，成为 了世界电解铝用炭素制品的主要产地。
2 铝用炭素制品发展现状
2.1 政策现状
改革开放以来，我国的金属发展战略中就提出了优先发展 铝的方针， 炭素制品电解铝是国家主推的金属铝提炼方案， 在能 源的供应和原材料的获取上都占有极大的优势。2011 年 12 月， 《铝工业“十二五”发展专项规划》指出，为限制氧化铝产能无序 扩张， 严格执行产业政策和准入条件， 控制电解铝用炭素制品产 能盲目扩张， 按期淘汰 100千安及以下预焙槽落后产能;2013年， 《铝行业规范条件》对铝工业企业的布局、规模和外部条件以及 质量、工艺和装备都提出了相应的要求;2017 年4 月，《“十三五” 材料领域科技创新专项规划》提出重点研发新型铝材及炭素制 品生产工艺 ;2021 年 3 月，《关于“十四五”大宗固体废弃物综合 利用的指导意见》提出，鼓励回收铝工业中的阴极炭素组分，提 高矿产资源利用效率。政策上对新工艺的引进和落后工艺的淘 汰指向性明显。
2.2 技术现状
当前电解铝企业内所使用的电解槽等设备大部分来自于进 口，但对于整个铝制品工业来讲， 无论是基础技术还是附属产业 技术国内都有着一整套的解决方案， 完全可以自给自足， 在改革 的进程中， 我国生产技术正逐步取代进口技术， 成为行业的主要 解决方案。新技术的引进让铝用炭素制品的应用范围更广阔， 同 时也对其生产提出了更高的要求。当前我国铝产业处于高速消 费的历史阶段， 每年的铝制品交易数量都在正向拉升， 作为基础 材料的炭素制品交易也逐年上升， 产业消费欣欣向荣， 但新旧工 艺的交替仍需一定周期。
2.3 产业现状
根据国家整体的战略安排，结合国内铝矿及煤矿、石油井等 的分布情况，当前我国电解铝用炭素制品的分布与电解铝生产 企业的分布上呈现了一样的规律。生产经验丰富的企业主要分布在华中地区，包括山东、河南、山西、陕西等省份。近年来又 配合西部大开发战略进行了西迁，至2022 年，西部地区的电解 铝用炭素工厂数量已跃居全国第一。市场的要求就是企业生产 的原动力， 在市场不断扩大的情况下， 各类电解铝用炭素制品生 产企业都在持续扩大产能， 同时进行技术和管理的改进， 产量不 断创造纪录。2002 年起，我国的铝产品产量已经跃居全球第一， 电解铝用炭素制品的自主产量也保持着同步的进展。
2.4 市场现状
在庞大的市场下，电解铝用炭素制品已经成为一种期货进 入了期货市场， 在炭素制品还未生产之时， 其合同就开始了市场 流动， 裹挟着大量的资金。看好电解铝企业的公司或个人给其中 倾注了大量的流动资金， 使得行业发展资金投入规模大、流动性 强， 电解铝用炭素制品已经脱离了本身的生产意义， 有极大的风 险。铝用炭素制品的贸易在国际上十分火热， 但本质上这属于国 家的低姿态高水平战略。由于在国际上广泛放弃低值产品， 我国 抓住了这个发展机会， 在多个行业都发力于基础低值产品线， 占 据世界市场的主体地位， 反而从侧面抑制了整个行业的发展， 主 体企业不得不提高价格来进行炭素制品的采购，在当前国际市 场上具有独特的发展优势。
3 我国电解铝企业炭素制品发展问题
3.1 生产成本攀升
炭素生产依靠大量依托电能来完成，电能的价格随时会影 响电解铝用炭素制品的生产过程。而煤炭的影响也从这里开始 体现。煤炭对于电解铝企业炭素制品生产有着两个方面的巨大 作用，在生产过程中，一方面需要电来提供能量，同时还需要 使用煤炭来作为原料。我国电解铝炭素生产企业所使用的电能 来自于国家电网，数据显示，当前我国国家电网中电源的主要 组成部分依然是火力发电机组，这些火力发电机组主要依靠燃 烧煤炭产生热能，从而驱动涡轮运动。煤炭在进行深度工艺生 产后，成为电解铝用炭素制品，此时其又作为原料耗材来使用。 由此，煤炭的成本也对电解铝及其炭素制品的发展形成制约。 电解铝用炭素制品的制备属于典型的冶金化工类型，需要大量 的工人来进行操作才能够完成正常的生产任务。随着经济的发 展，我国正在脱离一直以来的劳动密集型社会，企业的人力成 本大大增加。原料及人力成本使得我国电解铝企业炭素制品生 产成本攀升。
3.2 生产原料紧缩
煤炭、石油焦和煤沥青是进行炭素制品的生产的重要材料。 煤炭是天然矿产，石油焦与煤焦油是石油化工与煤化工的产物， 在现代化工产业中已经成为了十分基础的工业原料。通过对石 油焦和煤沥青进行高度工艺处理，就可成为电解铝用炭素制品 的优良原材料， 但其作为石油或煤化工的附属产品， 近年来受原油生产影响明显。作为电解铝用炭素制品的主要原材料，煤炭、 石油焦与煤沥青产量的波动会迅速引起炭素制品产量的波动。 电解铝用炭素制品的生产、销售过程都需要大量的运输设备。而 铝制品作为国家战略中首要金属战略， 产量十分巨大， 也就需要 更多的炭素制品来提供生产。虽然在生产过程中所使用的电能 不涉及交通运输，但是火力发电所用的煤炭是需要进行运输的， 炭素的原材料也是需要运输的。原材料的产能逼紧、传统的交通 条件二者与不断扩大的产能形成矛盾，使得其生产原料进一步 相对紧缩。
3.3 生产工艺落后
电解铝用炭素制品生产工艺发展的历史不长，在其成长周 期内基本上处于边建设、边生产、边研究、边改进的状态之内， 这也就使得同一个行业中使用着大量不属于同一时代的技术工 艺。不同的工艺之间各有特点，导致部分企业在进行工艺跟进 时也不够积极。科学技术是第一生产力，这一认知在电解铝及 其炭素制品的生产环节也一样适用，无论是以往的老工艺还是 逐渐出现的新工艺，其永远都会面临着种种不足，最终都需要 通过更新生产工艺来解决。当前的主要工艺问题是在生产线的 智能性不足和副产品利用率低，使得原料浪费严重，人力成本 居高不下。
3.4 生产管理滞后
目前我国铝用炭素制品生产企业的整体发展态势良好，但 是长久以来形成的固化的管理模式及生产习惯限制了企业的进 一步发展， 由于市场本身较大， 技术和管理不够先进的企业大部 分也能保持正常的生存。在经济全球化的大背景下， 最终没有任 何产业能够独善其身。电解铝用炭素制品在生产前涉及工艺的 选择、厂房的修建、交通的建设、原材料的选择、人才的聘请， 在生产过程中需要进行随时的把控进行研究， 生产完成后， 产品 还涉及包装、定制、出售等繁杂的环节，每一个环节都对应着一 批产业，甚至会产生新的附属产业，其中原材料等属于上游产 业，产品出售等属于下游产业， 上下游产业的配合情况随时会影 响到电解铝及其炭素制品本身的发展，这一套环节的配合目前 是缺乏有效的管理配合。
4 智能制造引领铝用炭素行业变革
4.1 政策研究把握发展方向
任何行业的发展本身都需要与国家的战略相适应。2021 年， 工信部等八部门联合印发《“十四五”智能制造发展规划》，对智 能制造推进工业生产变革做出了战略指导。截至2022 年 12 月， 我国已与 150 个国家、32 个国际组织签署200 余份共建“一带一 路”合作文件。我国作为电解铝用炭素制品的生产制造及应用大国，对于电解铝用炭素制品原材料的需求很大， 形成了巨大的市 场缺口。通过一带一路的国家战略， 可以从周边资源丰富国家进 口煤炭与原油， 减少对国内矿物资源的利用。也可以将深度加工 的炭素产品进行出售， 赚取外汇。可持续发展战略是国家的根本 战略， 保护生态战略是可持续发展战略的重要组成部分。习近平 总书记强调 ：既要绿水青山， 也要金山银山。在进行电解用炭素 制品的生产销售时， 要将保护生态的理念贯彻始终， 以智能制造 改革为抓手， 做好平衡， 推进行业可持续发展。
4.2 智能制造融汇行业新技术
早期在进行电解铝用炭素制品生产时，由于整体的原理是 公开的， 许多企业即使本身的技术水平不够先进， 也能够进入行 业展开生产， 这样的企业不止在生产时大量浪费资源， 还容易形 成对环境的污染， 并消耗大量的人力资源。将智能制造技术与大 型超大型预焙阳极铝电解槽技术相结合，应用炭素制品阳极替 代原来的阳极糊，可将电解铝用炭素制品的使用方向进一步拓 宽，同步可进行产线更新 ;投料、运输等使用RFID、AVG 等进 行自动化识别传动，在实际的应用中效果更好，综合成本更低 ; 传统的生产由于阳极糊及其他相关基础设施的性质限制必须在 高温高电压的情况下进行生产， 在引入了新技术后， 结合现有的 催化技术，能够在更低的温度与电压下完反应，过程更加可控、 可程序化。这就大大降低了生产的难度，也减少了生产的成本， 推进了行业新工艺的变革。
5 对我国铝用炭素制品的发展展望
作为工业市场的重要组成部分，电解铝用炭素制品市场正 在逐渐成熟，其生产与管理也逐步完善。在智能制造影响下，其 应用范围不断拓展， 周边衍生市场越来越大， 其生产企业为节约 成本，将逐步实现炭素制品自制或者集中进行炭素制品的生产， 提高生产的质量与速度。我国电解铝生产企业炭素制品的发展 在当前的发展趋势下总体向好，在一段时间内依然会保持良好 的发展态势， 大量出口的总体利好态势暂时不会变化， 但需要注 意的是，当前在进行生产的电解铝企业中有一大部分依然没有 使用最新的技术， 没有跟进智能制造生产管理体系， 或者是在某 个自身能接受的利润范围内勉强生存，这对行业成长是十分不 利的， 容易导致塌方。无休止的产业扩张与日益保守的铝业发展 终将形成矛盾， 产能过剩是必然结果。电解铝用炭素制品产业的 下游企业包含了大量的高精尖企业，企业应当进行整体的市场 考量，提升技术、完善管理与生产流程，最终实现行业融合与跨 界突破。
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/55965.html
