我国中频感应电炉在铸造行业的使用现状和前景分析

作者: 中铸协熔炼分会
发布于: 2023-05-15 09:00
分类: 协会新闻

一、我国铸造行业产业政策及发展概况

(一)我国铸造行业产业政策

铸造有5000年的发展史,现代铸造行业在国民经济发展中处于不可或缺的产业链地位,是机械制造工业的基础,承担着为机械制造工业提供各种零部件的重要职能。我国各级政府和行业主管部门长期以来在政策上给予了大力扶持,出台了一系列行业相关的法律法规,主要目的在于不断引导和提高铸造行业发展水平,有效满足我国经济社会长期发展需要和强化工业基础能力。

2021年5月,中国铸造协会颁布《铸造行业“十四五”发展规划》,为我国铸造行业下一阶段发展提供政策建议并指明方向。“十四五”期间,我国将继续深化产业结构调整,转变行业发展方式,补齐产业发展短板,提升铸造基础制造和协同创新能力,完善自身产业链协同水平,加速推进铸造行业向绿色、低碳、智能化方向发展,加快迈上高质量发展的新阶段。

2023年4月,工信部、发改委、环境部联合发布的《关于推动铸造和锻压行业高质量发展的指导意见》(工信部联通装〔2023〕40号)提出,到2025年,铸造和锻压行业总体水平进一步提高,保障装备制造业产业链供应链安全稳定的能力明显增强。产业结构更趋合理,产业布局与生产要素更加协同。到2035年,行业总体水平进入国际先进行列,形成完备的产业技术体系和持续创新能力,产业链供应链韧性显著增强,绿色发展水平大幅提高,培育发展一批世界级优质企业集团,培育形成有国际竞争力的先进制造业集群。

目前我国经济正处于全面转向高质量发展阶段,高端装备制造业是“十四五”期间我国经济转型的重要方向之一。铸造产业是工业制造体系的重要基础,只有加大产业结构优化调整,才能实现我国铸造业的健康持续发展。未来铸造行业将积极通过产业政策导向及市场竞争机制,进一步推动铸造行业兼并重组,提高企业平均生产规模和行业集中度,避免盲目扩张和重复建设,加快形成一批有特色的产业集群。

(二)我国铸造行业的整体情况

中国是铸件生产大国,自2000年起,已连续23年位居全球铸件产量第一。目前我国拥有2万家以上的各类铸造企业,几乎涵盖了所有的铸造工艺和材料。近年来我国铸件产量及增长率情况如下:

图1:近年来中国铸件产量及增长率变化情况

 

图2:2018-2022年我国铸件下游行业需求变化

 

近年来,我国铸造行业在技术方面取得了显著进步。通过不断引进和吸收国外先进技术,并在此基础上持续进行创新和研发,提高了产品的品质和精度。一些企业在铸造技术和工艺方面取得了重要突破,在工艺装备和产品质量上已达到世界先进水平。铸造行业持续加大对自动化和数字化技术的应用,通过自主研发,创新及引进先进的铸造设备和自动化生产线,提高了生产效率和产品一致性。

与此同时,我国铸造行业发展仍不均衡,转型升级的需求迫切,目前受制于自主创新能力、先进制造材料、精密加工水平等因素,我国铸造业还不能完全生产出很多关键主机和重大技术装备所亟需的一些高精尖铸件产品。与处于高端制造产业链上游的先进国家发展水平相比,我国铸造行业整体上在科技创新水平、资源利用与生产效率、产业与产品结构、信息化程度、质量与效益等方面仍有一定差距,未来仍然需要积极推动行业进一步实现高质量发展,培育壮大我国铸造企业的自主创新能力、国际竞争能力和绿色可持续发展水平。

(三)我国铸造装备的发展现状

依托铸造企业新建项目和技改提升的需求,我国铸造装备制造水平有了显著提升。铸造装备企业加大自主研发投入,通过技术引进、消化吸收以及国外收购等多种措施,形成一批自主研发能力较强的骨干制造企业,我国铸造装备已经部分实现了高效节能,自动化,数字化和智能化的转型,并逐渐在国际市场上获得了竞争优势。中国的铸造装备出口量逐年增加,并在一些国家和地区建立了稳定的合作关系。同时我国铸造装备行业也加快了兼并重组的步伐,铸造装备集团化发展趋势初显。

作为全球领先的铸造装备制造国之一,中国铸造装备包括熔炼设备,造型、制芯设备、砂处理设备、后处理设备及特种铸造设备,,覆盖了几乎所有铸造工艺和材料的需求,其中中频感应电炉作为现代铸造工艺熔炼、保温最有效的的基础工艺装备之一,具有不可替代性。

我国铸造装备制造企业致力于技术创新和研发投入,不断提升产品的技术水平和质量。同时,中国铸造装备制造企业注重绿色和可持续发展。努力减少能源消耗和环境污染,推广清洁生产技术和节能减排措施,并关注资源的有效利用和循环利用,以实现可持续发展的目标。

 

二、中频感应电炉的发展及在当前铸造行业中的应用

(一)中频感应电炉发展概况

中频感应电炉的发展历史可以追溯到20世纪初,并随着感应加热和电力电子技术的发展,从50年代后期和60年代开始在工业领域,特别是铸造领域得到广泛应用。中频感应电炉是铸造行业的重要基础装备之一,几乎所有的铸造工艺流程都需要配置熔炼设备,在高效率,高经济性,大规模熔化金属的铸造行业,中频感应电炉扮演着不可或缺的重要角色。

近二十年以来,中频感应电炉在节能、稳定等核心价值方面取得了长足的进步。并随着社会的发展,铸造产业升级,通过采用先进的数字化控制系统、数据采集技术,自动化和网络技术,中频感应电炉朝着数字化,自动化,信息化的方向,能够实现更低的能耗,更高的生产效率、精确的温度控制和熔炼过程优化。

(二)中频感应电炉在铸造领域中的应用

铸铁熔炼是铸铁件生产的首要环节,也影响着铸铁件质量、生产成本、铸件能耗、环境保护等诸多方面。中频感应电炉由于其能耗低、污染排放少、金属元素获得率高等优势,在铸造、特钢、高温合金等诸多涉及金属熔炼的场景得到了广泛应用。

铸造行业主要采用中频感应电炉作为熔化装备,其原材料主要由生铁,优质废钢,回炉料以及各种合金元素按不同比例组成,并且此比例根据不同时期原材料的价格涨跌,市场上原材料的可获得性以及铸件品种而调整。目前铸造行业企业普遍采用生铁和废钢作为铸件生产的主要原材料,随着我国经济的持续发展,作为全球最大的钢铁生产国和消费国,国家政策鼓励废钢回收和再利用,铸造行业原材料中废钢的比例有越来越高的趋势,甚至部分企业通过采用100%的优质废钢并添加合金元素生产优质铸件。目前铸造企业废钢的使用比例约为30%-50%。

按我国铸件年产量约5,000万吨计算,其中铸钢件产量约占10%,有色合金铸件占比接近20%,铸铁件的比例约占70%。如果铸铁件成品率以65%估算,我国每年要熔化5,300万吨左右的铁液,这些铁液绝大部分需要中频感应电炉进行熔炼,中频感应电炉对铸造行业的重要性不言而喻。

(三)我国中频感应电炉市场的竞争情况

据中国铸造协会熔炼分会统计,我国现有中频感应电炉企业百余家,每年约向市场提供上千套系统设备。企业整体规模偏小,年产值3亿元以上的头部企业数量占比2-3%,主要包括美国应达和新研工业等少数企业,1亿元以上的企业数量占比5%,5,000万以上企业占比10%。2022年在铸造行业新增和改造更新的中频感应电炉按照设备总产值计算,市场规模达到100亿元,近五年中频感应电炉市场规模复合增长率约5%。

欧美中频感应电炉制造商,诸如美国应达(Inductotherm)、德国ABP、德国容克(Otto Junker)和美国阿贾克斯(Ajax)等公司,都在中频感应领域深耕60年以上并至今仍活跃在全球市场,其中美国应达和德国ABP等外资品牌从上世纪90年代开始进入中国市场,并在很长一段时期内垄断中国的铸造行业的高端熔炼设备市场。近十几年来,随着国内装备制造企业的自主研发,在装备设计水平和制造工艺等方面有较大进步和发展,其中以上海新研工业设备股份有限公司为代表的国内中频感应电炉制造商在关键能耗指标上取得显著进步,已经形成了和外资企业共同竞争的市场格局。与此同时,国内品牌的市场份额逐年上升,特别在高端中频感应电炉市场已打破国外品牌的垄断。

 

三、中频感应电炉发展方向及未来发展前景

(一)中频感应电炉发展方向

中频感应电炉以其节能环保、熔化效率高、金属烧损率低等优势在铸造行业得到广泛应用。随着近年中频感应电炉技术的不断提高,中频感应电炉的熔化效率在不断提升,而吨钢耗在不断下降。

根据中国铸造协会熔炼分会不完全统计数据,当前中频感应电炉能耗、熔化率等行业先进指标情况如下:

         注:以上参数在功率密度≥550KW下获得,且有±5%的偏差。

除上述熔化效率和节能指标外,中频感应电炉作为铸造行业的基础大型装备,其稳定性和安全性也是铸造企业考虑的重要因素,中频感应电炉的稳定运行能延长使用寿命,保障后续铁水的连续供应,减少对铸件品质和生产成本的影响,而安全性能减少生产事故对生产人员的伤害及铸造企业的损失。

随着国家“双碳目标”的推进以及制造业智能化、数字化的发展目标,未来中频感应电炉将朝着更加节能环保、大功率大吨位及自动化、数字化和智能化等方向发展,助力铸造工厂转型升级。

(二)中频感应电炉未来发展前景

2017年2月,中国钢铁工业协会、中国金属学会、中国铸造协会、中国特钢企业协会及中国特钢企业协会不锈钢分会在工信部指导下制定《关于支持打击“地条钢”、界定工频和中频感应电炉使用范围的意见》,该文件对中频感应电炉在铸造及特殊合金领域的应用做出了肯定。同时,工信部制定的《产业结构调整指导目录》(2019年本)将“用于熔化废钢的工频和中频感应电炉(根据法律法规和国家取缔“地条钢”有关要求淘汰)列入淘汰范围,这两个文件的本质是淘汰仅使用中频感应电炉熔化废钢,进而直接出钢生产劣质钢材的工艺路线,并不是淘汰中频感应电炉这一基础熔化装备。

由于近年的技术进步,中频感应电炉由于能耗低,熔化综合成本低,元素获得率高等优势,成为铸造行业不可替代的熔化装备。

中频感应电炉在各种特钢工艺流程中仅作为初级熔化装备而存在,主要用来熔化铬铁、镍铁等合金原料。中频感应电炉在特钢领域的使用与否并不决定最终产品的品质,最终产品的品质由整个工艺流程来决定。

随着国民经济的发展,行业的持续规范,及监管部门的打击之下,仅使用中频感应电炉熔化废钢,进而直接出钢生产劣质钢材的工艺路线在我国已经基本绝迹。

上述两个文件对规范中频感应电炉行业,推动行业优化组合,优胜劣汰发挥了很大作用,有助于中频感应电炉行业良性、有序发展,使得行业朝着技术进步、节能降耗方向做精做强。我国中频感应电炉行业多年来的稳健,持续发展就是佐证。

未来,随着国家“双碳目标”的推进及铸造企业向绿色可持续发展方向转型,中频感应电炉节能环保的优势得以突显,部分铸造企业正加速淘汰原有旧设备,更换节能性更好、自动化水平更高的新设备,中频感应电炉在铸造行业的发展迎来良好的发展机遇。

另外,近两年不锈钢行业为降低生产成本,部分钢企对不锈钢生产工艺进行优化,增加中频炉工艺,将原有铬铁、镍铁等价格较高的金属材料由电弧炉熔化改为中频感应电炉进行熔化,在保证不锈钢产品质量的情况下降低综合生产成本。目前新建的不锈钢项目基本都配备了中频感应电炉。中频感应电炉在不锈钢行业将有良好的发展前景。

中频感应电炉具有诸多优势,在铸造领域尚无更有效的设备来取代中频感应电炉,未来中频感应电炉将与铸造企业一起共同朝绿色节能、可持续发展方向共同前进。

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