16 апреля на 20-й конференции и выставке алюминиевой промышленности AICE 2025 SMM (Alumina and Aluminum Raw Materials Forum), организованной компаниями SMM Information & Technology Co., Ltd., SMM Metal Trading Center и Shandong Aisi Information Technology Co., Ltd., а также совместно организованной компаниями Zhongyifeng Jinyi (Suzhou) Technology Co., Ltd. и Lezhi Qianrun Investment Service Co., Ltd., генеральный директор Luoyang Wanji Carbon Co., Ltd. Ван Чжаоян проанализировал технологические и рыночные тенденции развития графитированных катодов.
**Применение, технологии и стандарты алюминиевых катодов**
Алюминиевые катоды: высокографитированные углеродные блоки для катодов, полностью графитированные углеродные блоки для катодов.
Классификация углеродных блоков для алюминиевых катодов:
Полуграфитированные катоды: используют высокотемпературный электрокальцинированный антрацит в качестве заполнителя и средне- или высокотемпературный битум в качестве связующего. Этот продукт обладает плохой проводимостью, слабой коррозионной стойкостью и коротким сроком службы электролизной ванны (около 1000 дней). Он больше не соответствует текущим промышленным политикам и рыночным требованиям и поэтому постепенно выводится из эксплуатации.
Высокографитированные катоды: используют высокотемпературный электрокальцинированный антрацит и графитовые отходы в качестве заполнителя и средне- или высокотемпературный битум в качестве связующего. Этот продукт обладает средней проводимостью, несколько лучшей коррозионной стойкостью и умеренным сроком службы электролизной ванны (около 1800 дней). Он остается хорошим выбором для алюминиевых компаний, ориентированных на цену, но, как ожидается, будет постепенно выводиться из эксплуатации в ближайшем будущем.
Графитированные катоды: используют кальцинированный нефтяной кокс в качестве заполнителя и средне- или высокотемпературный битум в качестве связующего, с высокотемпературной графитизационной термообработкой при 3000°C. Этот продукт обладает отличной проводимостью, значительной экономией электроэнергии и сроком службы электролизной ванны более 3500 дней. Он постепенно становится основным на рынке.
**Машина для виброформовки катодов KHD (Германия)**
Основные характеристики: 1. Непрерывная вакуумная экстракция; 2. Низкая пористость продукции; 3. Однородная структура продукции; 4. Высокая объемная плотность продукции.
**Кольцевая печь с закрытым обжигом**
Основные характеристики: 1. Отличная теплоизоляция, равномерный нагрев продукции; 2. Стабильная внутренняя структура; 3. Высокая коксующая способность продукции, на 2-3% выше, чем у открытых печей.
**Графитизационная печь серии Internal Heat**
Основные характеристики: 1. Высокая энергоэффективность; 2. Равномерная графитизация; 3. Стабильное качество продукции.
**Графитизационная печь серии U-Type Internal**
Процесс графитизации: объединение обожженных катодных продуктов в цепь в качестве проводников, использование электроэнергии для нагрева катода до температуры около 3000°C и использование термоактивации для преобразования термодинамически нестабильных атомов углерода из неупорядоченной слоистой структуры в упорядоченную графитовую кристаллическую структуру, при этом удаляются примеси, такие как сера, ванадий, железо и кремний, производится высококачественный графит.
**Обрабатывающий узел**
Основные характеристики: 1. Высокая точность обработки; 2. Изысканный внешний вид продукции; 3. Высокая автоматизация и производительность; 4. Эффективный пылеуловитель.
Он также представил стандарты для углеродных блоков для алюминиевых катодов.
**Важная роль катодов в алюминиевых электролизных ваннах**
Применение углеродных блоков для катодов:
1. Углеродные блоки для катодов являются важной составляющей подкладки алюминиевых электролизных ванн.
2. Характеристики углеродных блоков для катодов значительно влияют на потребление электроэнергии и срок службы электролизных ванн.
3. В качестве контейнера углеродные блоки для катодов должны выдерживать коррозию расплавленного алюминия и электролита, обеспечивая при этом равномерное распределение тока в алюминии и электролите.
Углеродные блоки для катодов играют важную роль в электролизных ваннах, часто называемых «почками» ванны. Качество катода напрямую влияет на срок службы и экономическую эффективность ванны и имеет решающее значение для обслуживания ванны.
►Функция контейнера: катоды, шпат и боковые углеродные блоки вместе образуют контейнер, в котором содержатся расплавленный алюминий и электролит, проходящие такие процессы, как нагрев, электролиз и отливка алюминия.
►Теплопроводность и термостойкость: алюминиевые электролизные ванны работают при температурах выше 930°C, требуя термостойких материалов, выдерживающих тепло, и хорошей теплопроводности для равномерного распределения тепла по катоду, предотвращая значительные термические напряжения и деформации.
►Проводимость: ток поступает в ванну через стальной стержень на дне катода, распределяясь относительно равномерно по основанию ванны. После прохождения через расплавленный алюминий и электролит он образует цепь с анодом, обеспечивая электрохимические реакции и завершая процесс электролиза. Падение напряжения на катоде является ключевым параметром для работы ванны.
►Коррозионная стойкость: катоды должны выдерживать эрозию натриевых солей в расплавленных солях и предотвращать образование Al₄C₃, требуя высокой стабильности в структуре атомов углерода подкладки катода.
**Причины роста популярности графитированных катодов**
Почему используют графит для изготовления алюминиевых катодов?
Графит является отличным проводником тепла и электричества, с теплопроводностью и электропроводностью, сопоставимыми с большинством металлов, но с уникальными характеристиками. В то время как теплопроводность большинства металлов увеличивается с температурой, теплопроводность графита уменьшается. При чрезвычайно высоких температурах графит становится теплоизолирующим материалом, делая его надежным теплоизолирующим материалом при сверхвысоких температурах.
**Свойства графита**
►Термостойкость: графит имеет температуру плавления 3850°C и температуру кипения 4250°C, при этом его прочность увеличивается с температурой. Он обычно используется в материалах для горловин ракетных двигателей и является важным материалом в аэрокосмической и военной промышленности.
►Высокая электро- и теплопроводность: электропроводность графита в 100 раз выше, чем у большинства неметаллических руд. Его теплопроводность превышает теплопроводность стали, железа и свинца. Теплопроводность уменьшается с температурой, и при чрезвычайно высоких температурах графит становится изолятором.
►Смазывающие свойства: смазывающие свойства графита зависят от размера его чешуек. Более крупные чешуи приводят к более низкому коэффициенту трения и лучшему смазыванию. Он часто используется в высокотемпературных подшипниках без необходимости дополнительных смазочных материалов.
►Химическая стабильность и пластичность: графит обладает отличной химической стабильностью при комнатной температуре, устойчив к коррозии кислотами, щелочами и органическими растворителями. Он также обладает высокой пластичностью и может быть обработан в тонкие листы и различные формы.
►Стойкость к термошоку: графит может выдерживать резкие изменения температуры без повреждений. Его объем изменяется минимально во время резких изменений температуры, предотвращая трещины.
**Преимущества графитовых материалов в производстве катодов**
Увеличение срока службы ванны: первая серия графитированных катодных электролизных ванн в Китае (Wanji Aluminum) начала работу 18 января 2006 года, со средним сроком службы ванны более 3730 дней. Самый длительный срок службы ванны составил 5696 дней, закончившись 31 октября 2021 года. В отличие от этого, компании, использующие высокографитированные катоды, в основном прошли один или два капитальных ремонта, при этом некоторые даже требуют трех ремонтов, каждый из которых стоит около 2 млн юаней.
Превосходная экономия электроэнергии: после принятия графитированных катодов и литейной технологии падение напряжения на дне ванны достигло минимума в 175 мВ, что более чем на 90 мВ ниже, чем у высокографитированных катодов. Стабильная природа графита также приводит к относительно небольшому увеличению падения напряжения на дне ванны во время использования, экономя 300 кВт·ч на тонну произведенного алюминия. Дополнительные инвестиции могут быть окуплены в короткие сроки.
Стабильная работа: из-за низкого поглощения натрия графитированными катодами их коэффициент натриевого расширения очень низок, что приводит к минимальному горизонтальному расширению и соответствующей деформации корпуса ванны после запуска ванны, уменьшая ранние повреждения ванны. Кроме того, отличная теплопроводность графита помогает образовать хорошую стенку печи, эффективно защищая боковые части и уменьшая потребление горизонтального тока, обеспечивая стабильную работу ванны.
Увеличение тока для повышения мощности: из-за строгих правительственных политик против незаконного производства алюминия ожидается, что китайский алюминиевый рынок столкнется с дефицитом предложения, что приведет к сильной прибыльности. Поэтому увеличение мощности станет приоритетом для алюминиевых заводов. Как международные, так и отечественные примеры показывают, что принятие графитированных катодов может повысить мощность за счет усиления тока.
Экологические преимущества: материалы подкладки, образующиеся после капитальных ремонтов ванн, содержат большое количество опасных элементов, вызывающих серьезный экологический ущерб. Они были классифицированы как опасные отходы, требующие дорогостоящей утилизации алюминиевыми предприятиями. Графитированные катоды с более длительным сроком службы производят меньше опасных отходов, привлекая внимание экологических органов и алюминиевых заводов, потенциально становясь необходимостью из-за экологических требований.
Три баланса: графитированные катоды лучше поддерживают баланс тепловых доходов и расходов электролизных ванн, обеспечивают материальный баланс концентрации электролита и глинозема и достигают баланса между анодом («сердцем» ванны) и катодом («почками» ванны).
**Текущее состояние, возможности и вызовы в отрасли алюминиевых катодов**
Текущее состояние отрасли алюминиевых катодов:
1. Мощность графитированных катодов увеличилась до 850 000 тонн в год.
В последние годы мощность катодов оставалась на уровне около 700 000 тонн. В 2021 году мощность составила 740 000 тонн в год, увеличившись до 850 000 тонн в год в 2022 году, что на 14,8% больше по сравнению с предыдущим годом, при этом увеличение произошло за счет графитированных катодных продуктов.
Помимо традиционных катодных компаний, некоторые производители электродов также скорректировали свои структуры продукции, чтобы войти в бизнес графитированных катодов.
2. Производство графитированных катодов значительно выросло, составив более 70% от общего объема производства катодов.
В 2023 году производство алюминиевых катодов в Китае приблизилось к 400 000 тонн, с годовым приростом менее 1%. Производство графитированных катодов составило 270 000 тонн, что на 30% больше по сравнению с предыдущим годом, составляя 70% от общего объема производства катодов.
Тенденции рыночных цен на катоды за последние пять лет:
3. Цены на графитированные катоды были очень волатильными, с обострением жесткой конкуренции.
За последние пять лет цены на катоды резко колебались: с почти 20 000 юаней/тонну в 2019 году до около 14 000 юаней/тонну в 2021 году, затем резко выросли до около 36 000 юаней/тонну, прежде чем постепенно снизились в 2023 году, вызвав серию обвалов цен. Компании-производители катодов конкурировали за снижение цен, при этом текущая самая низкая цена упала ниже 15 000 юаней/тонну, оставляя большинство катодных компаний в убытках.
Крайняя волатильность цен отпугнула некоторые компании от инвестиций в катоды. Со временем, по мере расширения убытков, ожидается, что отрасль вернется к рациональности и перейдет к здоровой конкуренции.**Спрос и предложение на рынке графитированных катодов для алюминия**
Общая мощность алюминиевого производства в Китае составляет около 45 млн тонн. Если весь алюминий будет производиться с использованием графитированных катодов, при потреблении 6-8 кг катода на тонну алюминия, годовое потребление в стране составит 250 000-340 000 тонн. С учетом запуска всех новых отечественных проектов внутренний спрос вряд ли значительно изменится.
Рынок катодов в Китае сосредоточен в основном в провинциях Шаньси (Цзиньчжун), Хэнань и Нинся, с общей мощностью 800 000 тонн. С прошлого года некоторые компании, производящие графитовые электроды, вышли на рынок катодов, что еще больше увеличило общую мощность. В целом на рынке сохраняется значительный перепроизводство и жесткая конкуренция.
Он также рассказал о ситуации с китайскими компаниями, строящими алюминиевые проекты за рубежом.
**Текущее состояние рынка низкосернистого нефтяного кокса для графитированных катодов**
Ограниченный рост производства низкосернистого кокса:
1. Производство низкосернистого нефтяного кокса в Китае сокращается. В последние годы импорт тяжелой нефти в Китае значительно вырос, при этом доля высокосернистой нефти увеличилась, что привело к явной тенденции к росту производства высокосернистого и низкокачественного нефтяного кокса.
2. Ресурсы низкосернистого нефтяного кокса за рубежом ограничены. Данные импорта за последние годы показывают, что годовой импорт составляет около 4 млн тонн, и возможности для роста невелики.
③ Из-за ограниченности ресурсов низкосернистого нефтяного кокса Китай импортирует большое количество высокосернистого губчатого кокса. С помощью технологии обессеривания и точного смешивания решена проблема снижения качества сырья.
Применение новых технологий в алюминиевых катодах
Применение новых технологий в алюминиевых катодах
1. Технология литья широкого стального стержня + фосфорного чугуна
Изменение способа соединения и формы сборки между катодным стальным стержнем и катодным углеродным блоком позволило оптимизировать проводящую структуру катода. Это помогает снизить горизонтальный ток в расплаве алюминия, увеличить вертикальный ток, расширить проводящее сечение, снизить сопротивление стального стержня, повысить проводимость, снизить потребление постоянного тока (DC) в электролитической ячейке и добиться значительного снижения как горизонтального тока в расплаве алюминия, так и падения напряжения на катоде. Распределение тока на катоде становится более равномерным и стабильным, что продлевает срок службы электролитической ячейки.
2. Литье стального стержня с медной вставкой
При использовании графитированных катодов в качестве носителя цель состоит в оптимизации проводящей структуры катода и снижении горизонтального тока и падения напряжения на катоде. В настоящее время эта технология находится на стадии исследований, в ней участвуют различные проектные институты, и проводятся опытные испытания мелкосерийных ячеек.
3. Также применяются катоды с высокой прочностью, высокой проводимостью и высокой объемной плотностью
В настоящее время некоторые алюминиевые предприятия внедрили поэтапные закупки катодных углеродных блоков, при этом первый сорт является лучшим, а второй сорт соответствует национальным стандартам. Для первого сорта предусмотрены стимулирующие меры, что в определенной степени способствует здоровому развитию катодной отрасли. В то же время некоторые потребители выразили спрос на пропитанные катоды, которые также займут свое место в будущем.
Нажмите, чтобы просмотреть специальный отчет о конференции и выставке алюминиевой промышленности AICE 2025 SMM (20-я)
