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我国镁产业高质量发展的挑战与机遇
http://www.31print.com2019-11-20 13:59:26中国有色金属报

  "十三五"以来我国镁产业发展情况评估和对"十四五"的预思考

  “十三五”以来我国镁产业的发展变化

  “十三五”以来,我国镁产业持续健康发展,产量、消费量和出口量均呈现一定程度增长,行业投资效益有所改善,镁加工应用实现重大突破。

  生产方面

  据中国有色金属工业协会镁业分会统计数据,2018年,国内原镁产能153.81万吨,较2015年增长9.67%,增量主要来自青海盐湖镁业有限公司以及部分企业技术设备升级改造。2018年国内原镁产量86.3万吨,比2015年增长9.67%,年均复合增长率仅为3.1%;而镁合金产量32.99万吨,较2015年增长36.55%,年均复合增长率达到10.9%。产能利用率不高,2015年为60.8%,而依照2018年的数据,仅为56.1%,最高的年份是2017年,达到66.0%。

  据中国有色金属工业协会初步统计数据,1~7月中国共产原镁47.97万吨,同比增长9.65%。三个主产区中,陕西地区累计生产28.8万吨,同比增长14.96%;山西地区累计生产7.13万吨,同比增长32.55%;宁夏地区累计生产2.6万吨,同比下降45.31%。据此估算,2019年全年产量大约90万吨,2020年将达到100万吨左右。

  消费方面

  中国是世界第一镁消费大国,也是镁需求增长最快的国家之一,“十三五”期间国内镁消费量保持较快速度增长。

  2018年,我国镁消费量44.66万吨,较2015年增长22.29%,年均复合增长率6.9%;用于冶金领域29.45万吨,占国内消费总量的65.94%,较2015年增长22.4%,年均复合增长率7%;用于加工领域14.01万吨,占国内消费总量的31.37%,比2015年增长20.2%,年均复合增长率6.3%。预计,2019年,国内消费量将达到48万吨左右,2020年有望达到52万吨左右。

  2018年,镁消费有两个现象值得关注:一是镁消费增速有所上升,二是镁在加工材料领域消费首次出现负增长。镁在加工材料领域消费首次出现负增长值得重视,交通领域仍然保持较好的增长势头,但是3C领域减少使用。如何提高镁产品性价比,提高镁产品竞争力将是镁消费保持较高增长,镁应用实现跨越式发展最为重要的课题之一。

  出口方面

  据海关统计数据,2018年,我国共出口各类镁产品40.98万吨,同比下降10.95%,较2015年仅增长0.39%,表明我国镁产业发展结构已经逐渐转向依靠国内消费增长为主。

  据海关总署统计数据,1~7月中国共出口各类镁产品26.85万吨,同比增长17.85%,累计金额6.98亿美元,同比增长24.35%。据此估算,2019年全年出口量约46万吨,2020年预计达到50万吨。但实际未必如此乐观,不排除国外对贸易形势预判有些偏差和汇率因素作用,导致提前采购。

  行业投资效益有所改善

  国家统计局数据显示,2018年,83家规模以上镁冶炼企业的产品销售收入143.78亿元;利润总额-0.16亿元。全行业来看,经济效益同比下降106.79%。(注:此数据为国家相关部门数据,根据镁协了解的情况,镁冶炼行业皮江法炼镁企业效益较好,全行业应该是盈利的,而且盈利水平应该超过2017年)。

  应用取得重要进展

  “十三五”以来,我国镁应用在多方面取得重要进展。

  军工领域应用获突破

  由中铝郑州轻研合金科技有限公司研发的超轻镁锂合金成功应用于我国某型号军机吊舱,相比铝合金材质减重了46%,这是我国在航空吊舱领域首次应用这一种世界上最轻的金属结构材料。

  高端应用有突破

  上海交通大学等单位承担的863计划课题“新型可控降解骨修复用镁合金材料研发”通过技术验收。该课题通过关键技术的突破,使我国具有自主知识产权的全降解骨修复用高性能镁合金材料实现了体内“均匀可控降解”,并实现了规模化的高质量稳定制备生产,开始为国内医疗器械企业实现医用镁合金材料供货。

  交通领域应用不断扩大

  2016年9月29日,世界第一辆镁合金轻量化电动客车在山东下线。这辆长8.3米、24座的电动客车车身骨架全部采用镁合金材料,成功用226公斤镁合金材料替代了铝合金和钢铁材料,相对于钢铁材料实现减重780公斤,相对铝合金材料减重110公斤。全镁客车的诞生,代表镁合金在汽车领域的应用步入转型升级新阶段。

  自2017年下半年起,银光镁业集团成功开发出镁合金精密挤压型材,目前已成功列装36列高铁车辆、44列地铁车辆,总长度近5万延长米。

  2017年12月11日,成都天智轻量化科技公司圆满完成中国标准动车组“复兴号”列车用镁合金挤压侧墙型材和地板导槽型材首批订单的交付,总长度近万延长米,成功列装本批次11列“复兴号”动车组。同时,该公司还完成了型材总长度超过1万延长米、可列装25列地铁车辆的镁合金精密挤压型材订单的成功交付。

  2018年5月,已与美国公司签订镁合金汽车轮毂订单的德威股份,镁合金汽车轮毂再次通过了欧洲的检测,并陆续向德国奔驰设计公司小批量供应镁合金汽车轮毂。2018年7月26日,“一次正反挤压锻造镁合金汽车轮毂工艺技术”通过专家评审。目前该技术已在河南德威股份有限公司实现产业化,并有望在汽车行业实现规模化。

  科技进步显著

  论文数量、科技成果、专利申请和标准等。镁及镁合金标准体系初步形成,数量已经达到70个。

  中国已成为镁合金国际标准主席国。

  产业布局渐趋合理

  冶炼产能主要集中于能源或矿产优势地区以及产业链综合优势明显的地区,比如,以陕西府谷为主的神府地区有能源优势,山西五台有矿石优势,以冶炼为主;山西运城地区进入产业转型阶段,开始往下游发展;安徽巢湖地区有矿石和离市场近的优势,同时,废渣能消纳,走产业链发展;而早期我国的镁冶炼基地河南鹤壁则是彻底退出冶炼,变成我国镁及合金的重要加工基地之一。青海正在积极探索盐湖镁资源综合利用。

  产业链各环节集中度有所提高,但离合理健康仍有很大差距。2018年,国内镁冶炼企业前10名产量合计为32.58万吨,同比增长2.52%,但相对上年前10名的33.18万吨产量反而下降了1.81%。据镁业分会统计,2018年产量在1.0万吨以上的镁冶炼企业有41家,与上年持平,产量合计为78.6万吨,同比下降4.69%;年产3.0万吨以上企业是5家,与上年持平,产量合计为16.59万吨,同比下降13.32%。

  2018年,前5名镁合金生产企业产量合计为27.01万吨,同比增长0.52%。

  装备水平有了显著提高

  (1)硅热法炼镁生产技术装备水平明显提升

  采用清洁能源和引进蓄热式高温空气燃烧技术的还原炉;竖式预热白云石和竖式冷却煅白的回转窑;连续蓄热精炼炉;竖罐式蓄热还原炉;大容量粗镁及镁合金连续精炼炉。

  (2)镁合金加工成型装备向大型化发展

  目前,国内镁加工装备最大吨位有以下几个。

  压铸机

  对镁合金压铸加工贡献上:国产力劲,4000吨,富士康集团引进的4200吨。

  轧机

  西部钛业:2800mm四辊可逆热轧机、高轧制力5500吨,可轧出2600mm宽的镁合金中厚板;1780mm六辊可逆冷轧机,最大轧制力3000吨,可生产冷/温轧产品:厚0.4~4mm×宽800~1560mm×Lmm。

  挤压机

  山东华盛荣镁业的4500吨挤压机已挤压出投影直径510mm产品。

  锻压机

  河南德威的锻压机8500吨,年后安装1.25万吨锻压机。

  现阶段对比

  “十三五”规划预期目标的分析

  产量等方面距离预期目标仍有较大差距

  从2020年镁产量、消费量等的估算值与“十三五”预测指标对比可以看出,估算值均远小于指标数据。分析原因,一方面,指标设定时对“十三五”发展前景过于乐观,过早的估计了镁规模化应用的时间点,因此,预测指标偏高,另一方面,国内外政治、经济环境中不可预测因素对镁行业产生较大影响,导致行业增长速度放缓。

  能耗等数据基本达到预期目标

  2018年,镁冶炼综合能耗(硅热法)为4.5吨标煤/吨,先进水平为3.5吨标煤/吨;电解法为19800千瓦时/吨(试运行),到“十三五”末基本能够达到预期目标。

  高性能轻镁合金材料应用取得长足进步

  “十三五”规划中提出,“航空航天用高强镁合金大尺寸复杂铸造件、高强耐热镁合金大规格挤压型材/锻件、3C产品用镁合金精密压铸件、大卷重低成本高成型性镁合金板带材、汽车轻量化结构件用镁合金精密压铸件等,到2020年,实现镁合金在交通运输领域扩大应用15万吨”。

  目前,镁行业已在以下方面取得了长足进步。

  在航空航天领域,镁合金应用日趋广泛,产品涉及各个领域,典型产品有:卫星肼瓶支架、直升机减速机匣、导弹电子舱壳体、卫星安装支架、火箭燃料加注口框、航空航天用镁合金测试平台等,其中,航空航天用镁合金测试平台单产品重量10吨左右。

  在挤压型材和锻件等方面,成功开发出高铁、地铁用镁合金型材、锻件,产品有:挤压侧墙型材、地板导槽型材、横梁型材、中央纵梁及内外侧纵梁型材等,据统计,复兴号单节车厢用镁合金量达2吨左右。在锻造领域,2016~2017年期间,最大的收获是成功开发出镁合金锻造轮毂,已经通过各类测试,并在改装车列装,目前,特斯拉、上海汽车、北汽新能源都在积极测试,计划在新车型规模化使用。

  3C领域,是镁合金应用最为广泛、也是最为成熟的领域。目前,镁合金应用向高端发展,如开发出超薄超轻镁合金笔记本外壳,最小厚度为0.8mm,平板电脑用镁合金外壳等。

  大卷重低成本高成型性镁合金板带材,镁合金一直在摸索和努力,现有轧制开坯工艺难度很大。根据现有研究来看,铸轧工艺可能是比较好的工艺路线,目前,山东临沂曙光铸造有限公司、洛阳铜加工集团正在开展开拓性工作,其中,山东临沂曙光铸造有限公司镁合金铸造生产线有望2019年投产,真正实现大卷重低成本高成型性镁合金板带材。

  汽车轻量化结构件用镁合金精密压铸件。汽车领域一直是镁合金开发最为重要的领域,也是目前应用量最大的领域,当前已经开发出100多种镁合金压铸件,并在不同车型使用。2016~2017年期间,在汽车领域,镁合金应用有新的进展,镁合金仪表盘、转向支柱已在国内普遍使用,镁合金掀背门、镁合金内侧门、中控台、镁合金座椅和镁合金水箱支架已开发成功并逐渐进入应用,预计今后两年使用量将会大大提升。

  “十三五”期间镁合金压铸件、挤压铸造件和锻造件等在高铁、航空、汽车领域的应用拓展还是较为显著的。根据镁业分会的统计,当前,镁在这些方面的使用量大约12万吨左右,到2020年将超过15万吨。

  “十四五”时期发展方向

  “十四五”时期是我国经济社会发展的重要历史性窗口期,将跨越我国第一个战略百年——中国共产党建党一百年,将全面完成小康社会建设战略目标,同时,第二个战略百年目标,向全面实现社会主义现代化迈进承上启下的关键时期,“十四五”的5年必将是中国发展变革的5年,也是突破的5年。

  从外部环境来看,世界政治格局变化趋势加快,科技与产业发展日新月异,中国在世界发展格局中的作用日益凸显。从内部环境来看,我国主要矛盾在“十三五”时期已经转变,目前及未来几年将更加关注如何实现高质量发展,满足人民日益增长的美好生活需要。

  实体经济是我国发展的本钱,是构筑未来发展战略优势的重要支撑。党的十八大以来,以习近平为核心的党中央高度重视发展壮大实体经济,作出了振兴实体经济的一系列重大决策部署。从提出“必须把发展经济的着力点放在实体经济上”,到部署“供给侧结构性改革要向振兴实体经济发力、聚力”,再到要求“金融要把为实体经济服务作为出发点和落脚点”,以“咬定青山不放松”的决心振兴实体经济,有力促进实体经济发展壮大,有力推动我国经济高质量发展。

  中国的经济社会发展模式全面升级,顺应全球经济变革和中国经济新常态,追求更高质量发展和更可持续发展,成为我们谋划未来发展的基本路径。

  展望“十四五”,受国际国内多方面因素的影响,做大国内市场、提振内需将更加紧迫。从产业层面来看,“十四五”时期有三大领域将成为带动国民经济发展的“引擎式”新增长点:一是电动新能源汽车及其相关配套基础设施建设;二是第五代移动通信技术(5G)的产业化普及;三是互联网-物联网线上线下融合对生产、生活方式的变革。

  经济社会的大趋势将为镁产业创造巨大的机会,同时也带来巨大的挑战,全行业同仁要坚定信心,勇于应对。我们对“十四五”期间镁发展方向归纳为以下几个方面。

  提高冶炼水平,降低能耗,增强竞争力

  经过多年的发展,我国镁冶炼技术工艺有了较大提升,如竖罐技术的应用和推广,从能耗和产量来看都较横罐有更大优势,但面对新形势、新要求,镁冶炼技术工艺发展仍较为滞后,机械化、自动化水平还需提升,工况条件需更好的改善。

  多年来,一些大中院校,科研院所在探索冶炼新技术、现有工艺技术提升等方面做了大量而富有成效的工作,但这些工作大多较为独立,缺乏有效的联合和协同。“十四五”期间镁业分会将进一步加强行业引导和协调,整合行业资源和技术,有效提升行业机械化、自动化水平,增强竞争力,改善工况条件,推动行业冶炼技术进步,适应时代发展的新要求。同时,鼓励借鉴其它行业先进技术和经验,推动现有冶炼技术实现革命性突破,最终实现规模化连续生产。

  加强研发、扩大重点产品应用

  镁合金产品应用规模化是镁能否真正担负起第三金属重任的必要条件。“十四五”期间,需要进一步加强镁合金材料及应用研发,加大产、学、研、用结合力度,加快科技成果向产品转换。

  扩大应用,实现镁产业规模化发展是当前镁工业发展最为重要的目标。经过多年的发展,镁行业形成了较好的产业基础,初步具备了快速发展基本条件。

  (1)支持发展潜力大、带动力强的重点产品首先突破,是凝聚社会力量推动镁应用,实现镁行业快速发展的主要途径之一。从行业发展现状来看,镁合金锻造轮毂、镁合金宽幅薄板和镁合金挤压材是值得重点关注的产品。其中,镁合金锻造轮毂更有潜力和带动力。经过多方努力,镁合金锻造轮毂已获多方认可,通过引导和支持,镁合金锻造轮毂在汽车行业应用有望实现突破,进而全面带动镁合金在汽车行业的应用,有效加快镁产业实现规模化应用进程。

  锻造镁合金汽车轮毂经过“十三五”的技术研发、工艺实践和市场开发等方面的积累,为“十四五”扩大市场规模做了很好的铺垫。与锻造镁合金轮毂配套的镁合金棒工艺技术日趋成熟,产品质量稳步提高,可靠性大大提高;轮毂生产工艺成熟可靠,花色品种将随着规模扩大而不断增加。锻造镁合金轮毂有许多优点:首先是相较其它材料“轻”,可减重三分之一左右,汽车的簧下减重对于提高操控性和降低能耗水平有非常显著的效果。其次是减震效果,较好提高汽车乘坐的舒适性。第三是优良的散热性能,这又有两方面的好处,一是降低爆胎的概率,提高行驶的安全性;二是显著降低轮胎的磨损程度,从而大幅提高轮胎的使用寿命,据轿车实际使用反馈情况,轮胎使用里程寿命可提高50%左右,可大幅节省更换轮胎的费用。

  (2)组织行业资源,加强镁作为储氢材料的研发为今后产业化准备把开发氢能作为人类未来能源的重要发展方向之一已逐渐形成共识,金属储氢是安全且高效的方式。在储氢合金中,镁基储氢合金被广泛认为是最有发展前途的储氢材料之一。镁作为储氢材料具有密度小,储氢容量高,价格低廉,储量丰富等显著特点,但目前看,镁基储氢合金也存在一些问题:吸放氢条件苛刻,速度慢。生成的氢化物过于稳定,吸氢动力学性能差,需要573K温度才能有效吸放氢。吸放氢循环稳定性差。合金电极在碱液中的耐腐蚀性差,循环寿命低。镁基储氢合金的上述缺点限制了它的实际应用。为了克服上述缺点,目前的研究正集中于以下方面:一是纳米化处理。纳米尺度的储氢材料显示出新的优良性能,其活化性能明显提高,具有更高的氢扩散系数,并具有优良的吸放氢动力学性能;二是非晶化处理。与晶态合金相比,非晶态合金拥有大量长程无序和短程有序结构,为氢的扩散和占位提供了大量能垒较低的空穴,从而有利于氢的吸收和释放。

  如果镁能成为未来氢能源主要的储氢材料,对镁的需求不可估量,组织行业的力量加强这方面研发,为镁产业打开下一个规模化的应用方向,很有必要。

  加强标准化建设

  从供给侧结构性改革的需求出发,业内需要进一步提高产品质量水平、统一产品质量要求,更好的实现与国际接轨,进一步建立、修订、完善技术和产品标准已迫在眉睫。

  经过多年努力,目前业内已形成一个标准体系框架,后期需要针对不同产品、技术等对标准体系进行更新和完善,同时进一步做好降低能耗、安全生产、清洁生产等方面的标准制订。如:为锻造镁合金轮毂制定镁锭、合金和轮毂乃至回收利用的系列产品和技术工艺标准,为打开应用消除障碍。

  加强环保改造和安全生产管理

  “十四五”时期,社会经济发展仍将坚持“绿水青山就是金山银山”的发展理念,无论经济发达地区还是欠发达地区,都必须以“绿色发展”作为一系列建设的前置要求。企业需要配合日益严格的环保要求,不断加强自身环保升级、改造,让镁真正成为绿色金属。

  由于镁的金属特性,安全生产同样是“十四五”期间需要重点关注的一个方面。近几年业内不断出现因违规操作、肆意堆放引发失火事故,给企业、行业乃至政府造成较大经济损失和负面的社会影响。

  “十四五”期间,企业需要把安全放在首位,建立安全生产责任制,制定安全管理制度和操作规程,排查治理隐患和监控重大危险源,建立预防机制,规范生产行为,使各生产环节符合有关安全生产法律法规和标准规范的要求。

  新时代背景下,一方面,随着节能减排的不断推进,新能源汽车、重型货车等对轻量化材料需求迫切,我国具备镁资源优势和技术基础,产业发展有较大潜力。另一方面,也要看到,近年来,镁冶炼产生的二氧化碳已成为世界主要镁应用国家关注的焦点,现有的镁冶炼工艺将可能成为未来部分国家制约镁应用、引发贸易摩擦的主要借口。因此,推进镁产业高质量发展,要把“绿色冶炼、提升性能、扩大应用”作为主要目标。(作者:林如海)

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