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  • “一带一路”引领下中国铜铝杆制造企业的机遇与挑战【SMM电工材料年会】

    在SMM主办的 2023(第八届)SMM电工材料产业年会暨导体线材工业展览会 上,成都蜀虹装备制造股份有限公司董事长黄和昌表示,预计2025年国内电动车销量将达到1000万辆,铜箔到2025年的总需求约为60万吨,其中PPS薄膜占复合材料铜箔的1/3,每年需求20万吨。2030年国内电动车销量将达到2000万辆,其中PPS薄膜占复合材料铜箔的1/3,预计每年需求40万吨。 近十年来,由于电缆工业、通信传输及电气工业对铜、铝导体的质量和数量提出了愈来愈高的要求,国内铜铝杆生产在工艺和设备方面有了很大的发展。连铸连轧生产工艺因其高效、节能、环保等优点得到广泛应用。 行业市场主要分布在亚洲、欧洲和北美等地区。其中,中国是全球最大的铜铝杆生产国和消费国,占据了全球市场份额的近40%。此外,印度、俄罗斯等新兴市场也在铜铝杆行业中表现出较强的增长潜力。随着全球经济的发展和城市化进程的加快,铜铝杆的需求量呈现出逐年上升的趋势,特别是在新能源、电动汽车等领域,铜铝杆的需求量更是呈现出爆发式增长。 2023年10月18日,第三届“一带一路”国际合作高峰论坛开幕式在北京举行,共计23位外国领导人和联合国秘书长在内,150多个国家、40多个国际组织的上万名代表参加了本届高峰论坛。 此次“一带一路”国际合作高峰论坛共达成89项多边合作成果,囊括了绿色能源、医疗、农业、旅游、高科技产品等一系列领域。其巨大的经济发展规模引起了世界的瞩目。同时,此次高峰论坛我国也明确提出了“支持建设开放型世界经济”的行动方案,全面取消制造业领域外资准入限制措施。 一带一路的成员国对于经济需求的层级分类 第一类 以部分东南亚和非洲国家为代表,此类国家工业基础薄弱,迫切需求建立工业基础,在一带一路的十年发展中,我国以提供低息贷款的方式为其兴修公路、高铁,并投资其矿产、石油、基础工业,促进了该类国家的经济发展,拉动了当地就业,并为其培养了一批技术工人。此类国家具备丰富的矿产资源、廉价的劳动资源、友好的政商环境,非常适合中国铜铝杆制造企业在当地投资建厂。 机遇与优势 有效降低中国铜铝杆制造的制造成本: (1)当地具备大量铜铝杆制造所需的矿产资源,且质优价廉;(2)当地人力资源丰富,且工资福利要求较低;(3)当地对建立工业基础有迫切需求,对中国投资在土地、税收等方面普遍提供优惠政策。 广阔的市场预期: 中国自改革开放以来的飞速发展为世界各地的欠发达国家提供了发展样板。中国铜铝杆制造企业在当地建厂,在缺乏竞争对手的前提下,将完美适配当地的基建建设,成规模化的占领当地的铜铝杆市场份额。同时,利用当地的优质矿产资源,有利于我们开展高端铜铝杆产品的研发制造,为发达地区的市场竞争取得先机。 第二类 以经济发达的沙特为代表,包括阿联酋、卡塔尔、埃及等。该类国家以能源为国家主要收入,其特点为经济发达,对高端产品和技术有迫切需求,但自身缺乏高端制造业能力,主要依赖进口。随着一带一路的高速发展,中东国家明确向我国提出了太空技术及太阳能、风能、三代核能等清洁能源的迫切需求。在此情况下,中国铜铝杆制造企业应将中东国家列为高科技、高利润、高附加值的高端产品市场,我们应重点发展金属复合线材、高温超导线材等。 放开制造业外资准入的国内市场分析 下游需求简述 (1)电线电缆与漆包线为铜铝杆行业消费主力,2022年受地产、家电等终端需求下滑拖累,铜铝杆线表观消费量不及预期。 (2)电线电缆作为我国精铜杆下游需求主要行业,发展成熟,未来市场增量空间有限。 (3)未来随着我国新能源汽车、电力工业、电子信息等行业的高速发展,在碳达峰、碳中和政策的加持下,漆包线行业前景一片向好,漆包线行业规模将迅速扩大。 (4)除电线电缆、漆包线以外,铜箔、铜排等领域也为精铜杆下游应用领域,随着新能源、特高压行业的发展,其对铜铝杆的需求也将随之增长。 产能产量简述 2018-2022年中国精铜杆产能由1,040万吨增长至1,500万吨,年均复合增速为9.6%;产量由699万吨增长至850万吨,年均复合增速为5%;2022-2025年精铜杆产能由1,500万吨增长至1,816万吨,年均复合增速为6.6%;产量由850万吨增长至991万吨,年均复合增速为5.3%;受前些年精铜杆大规模集中投产影响,未来精铜杆产能增速将放缓。 目前国内铝杆设备产能约为680万吨,其中运行设备产能为430万吨。 产能主要区域分布简述 2022年中国精铜杆产地主要集中在经济发达的东部沿海地区,如江苏、广东、浙江等地,该地区既是精铜杆的主要产地又是主要消费地区。 东部地区是电线电缆、漆包线的消费集中地,故其精铜杆企业的集中度也高于其他地区,分省份来看,江苏省精铜杆产能约占全国的29%位居首位,广东、浙江以 14%、13% 位列第二、三位。 我国铝杆线生产依托于电解铝企业向周边辐射,产地主要集中在山东、河南、内蒙等地区,其中山东地区运行产能占据全国40%。 我国铜杆行业生产技术和装备情况 (1)我国铜杆行业根据生产工艺不同分为无氧铜杆和低氧铜杆,相对应的生产工艺主要为上引法和连铸连轧工艺。 (2)低氧铜杆生产工艺及设备简述:采用连铸连轧工艺生产,对原料要求低、产量大、生产效率高、能耗成本低、质量稳定、性能均匀、表面光亮等特点,产线规模较大。目前世界上90%以上的铜线杆都用连铸连轧技术生产。 设备主要有年产不足10万吨的普通小线轧机和年产15万吨以上的高性能高线轧机两种规格。小线轧机生产的铜杆用于中低端产品,高线轧机能满足漆包线等高端市场的需求。 高线轧机国产品牌有成都蜀虹,进口品牌有美国南线、德国西马克。经过多年积累和发展,国产设备的市场地位逐步提升。目前年产15万吨以上的国产高线轧机在技术先进性和铜杆质量方面可与国际先进设备媲美,在性价比和产品服务上更具明显优势,已逐渐替代进口设备,成为国内大型铜加工厂的首选。 (3)无氧铜杆生产工艺及设备简述:采用上引法生产,以电解板为原料,铜杆含氧量20ppm以下。设备用电炉加热熔化,能耗高、产量低,产品质量受工人操作水平影响较大。 设备主要为国产线,因产线限制、规模较小,难以实现规模化效应。 未来发展方向 随着改革开放的不断深入,经济的高速发展,我国在房地产、公路基建等方面的需求已逐渐放缓,而科技较高的新能源汽车、太阳能、风能、核能等高科技产业发展迅猛,不仅在国内的市场份额猛增,同时也加速占领全球市场。我们在优化设备结构与性能,提高设备的稳定性和可靠性,加强工艺控制技术研究,实现生产过程的自动化和智能化的同时,应拓展产品的应用领域。 低氧铜杆的市场份额尽量保持;发展的重点应向金属复合线材、高温超导线材以及延申高科技新产业倾斜。只有将材料研究与生产技术创新紧密结合,我们才能推动科技的发展,实现更高的生产效率,创造出更多的社会价值。 1、低氧铜杆连铸连轧设备的发展方向 (1)废铜为原料 废铜为原料,用反射炉配20吨/小时以下的小吨位连铸连轧设备生产。此炉型冶炼工艺主要靠人工经验操作,工人技术水平参差不齐,废铜品味差异大,导致生产出的铜杆质量不稳定,并且产生大量烟气不易处理达不到环保排放要求。生产的铜杆品质只能满足低端电工用铜线材的需求。 (2)电解板为原料 电解板为原料,用竖式熔化炉配高性能大压缩比的高速连铸连轧设备生产。生产线装备水平高,产能规模大,具有能耗低,计算机监控程度高,产品质量优良稳定等优点。此类低氧电工用杆市场占比最大,高中端电工用铜线材均采用此生产线生产(如漆包线、电磁线、车船用电缆等)。 2、延申产业 中国铜铝杆企业除去在本领域内的研发外,还可向有机高分子膜类材料、新型无机高分子纤维材料等领域进行延申。目前,随着中国经济实力的不断壮大,以美国为首的西方国家已明确将我国列为重点竞争对手,其毫无遮掩在以芯片为代表的高科技领域对我国进行封锁打压,作为材料领域的中国企业,应重点瞄准我国尚处于空白领域的材料进行延申研发,以实现我国在材料领域的强大自主,保障我国科技领域的发展基石,下面以我公司重点自研的PPS复合铜膜项目进行延申产业的举例论证: (1)PPS复合铜膜概述 PPS复合铜膜是一种新工艺,以高分子材料为基材,上下两面沉淀金属铜,制成类似“三明治”的结构,相较于国内现有的电解铜箔具备安全性和经济性。其研发成功后将代替金属铜箔,尤其是在锂电池上的应用,将实现颠覆性的革新,不仅节约大量铜资源,而且将大大提高电池的安全性,实现轻量化大大降低成本。同时PPS复合铜膜实现国产化,可防止国外对中国的设置技术壁垒,使锂电池产业不再受制于人。 (2)技术特点简述 (3)技术优势 (4)市场规模预测 预计2025年国内电动车销量将达到1000万辆,铜箔到2025年的总需求约为60万吨,其中PPS薄膜占复合材料铜箔的1/3,每年需求20万吨。 2030年国内电动车销量将达到2000万辆,其中PPS薄膜占复合材料铜箔的1/3,预计每年需求40万吨。 锂电复合铜箔正向着更薄、高抗拉强度和高延伸率方向发展。

  • 高纯无氧铜杆制备工艺解析:浸涂法工艺流程、优势、产品特性、应用领域【SMM电工材料年会】

    在SMM主办的 2023(第八届)SMM电工材料产业年会暨导体线材工业展览会 上,富通昭和线缆(杭州)有限公司副总经理汤军主要介绍了浸涂法工艺流程、优势,浸涂法产品特性、应用等内容。 浸涂法工艺流程 浸涂法(英文名:DIP‐FORMING),该技术是将表面氧化皮剔除后的母杆,自下而上匀速通过盛有一定铜液坩埚。因母杆与铜液之间存在温差,母杆通过铜液的过程中会大量吸热,铜液会均匀的附着在芯杆表面,形成新的铸杆,再通过热轧加工成各类尺寸(16mm、14mm、12.5mm、10mm、8mm),其中Φ16mm将做为母杆继续循环使用。该工艺全线采用还原性气氛和真空密闭保护,最终产品氧含量能够到5ppm以下。后续加工性能、导电性、使用的稳定性卓越。 浸涂法工艺优势 公司目前生产的铜杆、铜线材产品是使用独有的浸涂法工艺制造,其大致工艺流程是将电解铜板经过干燥炉预热后投入熔化炉进行熔化,熔化后的铜液通过流槽流入保温炉,同时将一根较细的芯杆高速、垂直通过盛有高温铜液的石墨坩埚,使熔融铜液增积在芯杆表面浸涂成型,浸涂后的铸杆进入45°直列式轧机,可按客户要求在线调整轧制成各类尺寸的产品。 产品氧含量低、纯度高、导电率高、密度高等优势,全球目前只有浸涂法工艺能够生产真正意义上的无氧高纯高导铜线坯。 保护气体制备:该装置在铜金属冶炼和加工过程中,通过一钟特殊的气体保护对铜液还原去氧,以及在加工过程中对铜杆进行保护,保护铜杆表面光亮,是无氧铜杆加工的核心技术。 铜杆无氧:利用保护气体设备,把天然气与空气混合进行不完全燃烧,产生的一种保护气体,内含8%一氧化碳和5%氢气,对熔化炉、溜槽、保温铜液进行还原,对坩埚、上传动、轧机内铜杆进行保护,最终确保产品真正做到铜杆无氧状态,此工艺方法,国内唯一应用在浸涂工艺。 铜杆高纯:采购纯度高的电解铜板,利用预热炉高温吹扫表面杂质,第一次去杂质,再投入熔化炉熔炼第二次去杂质,最后保温炉挡渣装置第三次去杂质,铜水自动加压装置这些工艺方法,最终确保产品高纯状态。 铜杆高导电率:利用45°直列式轧机热轧机,同一热轧机组中的两架热轧机的轧辊架间的夹角为90°;奇数架轧成椭圆形,偶数架轧圆形,依次循环,可在线调整所需规格,最终保证产品密度高、导电率高,此设备工艺方法,国内唯一应用在浸涂工艺。 浸涂法产品特性 无氧:因利用保护气体还原保护这一特殊工艺,所以浸涂法工艺产品可做到国内行业最低氧含量的标准小于3PPm以下。 部分性能检测:浸涂法工艺铜杆通过第三方检测伸长率可达到41%,扭转性能可达到反转47转(国家标准反转不小于25次),已大大超过国家标准,电阻率可达到0.01699,也大大超过TU1铜杆国家标准≤0.01707。 铜杆高密度:因利用浸涂、冷却、热轧的特殊工艺,所以浸涂法工艺产品可做到国内铜杆行业密度最高标≥8.94/cm³,国家标≥8.89/cm³。 高导电率:浸涂法工艺产品,电阻率≤0.01700(Ω·mm2/m),导电性能可到101%~102%IACS102%,铜密度可达到≥8.94/cm³,右图是浸涂法铜杆在高低环境下(-263—107℃)的电学性能比较。 铜杆金相组织:铸杆入轧温度控制在650℃以上,通过45°轧机在线热轧。能够将铸杆在铸造状态下的粗大晶粒破碎,细化铜材的晶粒,使显著裂纹愈合,消除显微组织缺陷。 第三方检测单位:公司无氧高纯高导铜线坯,委托第三方华测检测认证集团股份有限公司、国家电线电缆质量检验检测中心检测,各项指标测试后(氧含量、密度、电阻率、导电率、扭转性能、氢脆试验)均高于铜线坯GB/T3952-2016国家标准。 浸涂法产品应用领域 应用说明1 含氧量极低:浸涂法工艺铜材因含氧量极低,一方面大幅度降低成品使用过程中的发热量, 降低成品电气元件故障率。另一方面,也很大程度的提高了后端加工时的焊接性能,适用于新能源汽车、风电、高铁等零故障要求领域。 加工性好:生产过程中严格选用高品质电解铜板,铜纯度高杂质少、成品导电性能高,导电率达到101%~102%IACS,成品柔软,成型性能优越,结晶致密,排列均匀,铜材的加工性和可塑性卓越;制成电器配件后,如需焊接的情况下,因内部含氧量少,不易与氢元素反应,不会出现焊接起泡(爆飞)现象。 应用说明2 加工时所产生的铜粉少:生产线产品生产过程中全部处于无氧的环境中,在该环境下完成铸造、轧制的铜线后续加工过程中产生的铜粉量极少,适用于优质漆包线材。 浸涂法铜杆生产工艺复杂,生产成本较高, 目前产品主要面向客户为:新能源汽车电机绕组线、高铁电机绕组线、风力发电、航天航空、太阳能光伏、军工产品、高效率节能电机等各高端产品领域,产品质量可达国际先进水平。 应用领域 浸涂法工艺无氧高纯高导无氧铜线坯,其产品质量及售后服务得到了用户的肯定。 浸涂法专利保护 富通集团与日本昭和电线电缆系统株式会社双方于2011年开始投入了大量的技术人员和研发资金对浸涂法工艺进行了全方位的技术升级,开发出了新一代的浸涂法无氧铜杆生产线,最终达到进一步改善品质和增加产能的目的,同时产品的单位能耗也明显的下降。目前在国内仅有富通集团拥有三条浸涂法生产线,浸涂法生产线是集团自主开发的具有独立知识产权的新型浸涂法生产线,由集团下属的富通昭和线缆(杭州)有限公司所拥有。 部分发明专业证书:富通集团开发新一代浸涂法无氧铜杆生产线的过程中已经申请了多项国家专利,截至目前,累计在浸涂法设备和工艺方面,获得15项授权国家专利(发明专利9项、实用新型4项),全部知识产权均由富通集团所拥有。2022年在浸涂法设备和和工艺方面又新增12项专利发明专利已提交受通审查中,预计2024年可以授权。

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