工业硅基础知识第一部分:工业硅在铝合金领域的应用

一、铝合金分类及应用

铝是有色金属行业中产量最高的品种,铝合金是工业中应用最广泛的有色金属结构材料,在建筑、汽车、电子电力、机械制造、耐用品、航空航天、船舶等领域中大量应用。

铝合金按化学成分和加工方式可以分为变形铝合金和铸造铝合金。其中变形铝合金以原铝生产为主,产品包括铝棒、铝杆、板带箔等,主要用于建筑领域;铸造铝合金分为原生铝合金和再生铝合金,主要用于交通领域。

铝合金按热处理方式可分为热处理可强化铝合金和热处理不可强化铝合金,其中铸造铝合金多为可热处理,变形铝合金两种均存在。

变形铝合金按性能和用途可分为纯铝(1XXX 纯铝)、硬铝(2XXX 铝铜合金)、防锈铝(3XXX 铝锰合金、5XXX 铝镁合金)、焊铝(4XXX 铝硅合金)、锻铝(6XXX 铝镁硅合金)、超硬铝(7XXX 铝锌合金)、8、9 系其他合金等,其中 1、3、4、5 系为不可热处理强化铝合金,主要依靠冷作硬化改变力学性能,2、6、7 系为可热处理强化铝合金,主要依靠热处理工艺改变力学性能。

铝合金的主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铸造铝合金主要包括铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金等,对应牌号ZL1XX、ZL2XX、ZL3XX、ZL4XX 等,铝硅合金用量最大,牌号 ZL101-ZL117 等,广泛地应用于建筑、交通等行业,也用于制造低中强度的形状复杂的铸件,如盖板、电机壳、托架等,以及用作钎焊焊料。

硅含量较高时,铝硅合金熔体的填充性较好,常用来做铸造合金,含硅量在 5%以上,最高可超过 20%。硅含量较低时,铝硅合金的延展性较好,常用来做变形合金,普遍含量在 0.2-0.6%,以 6 系铝合金为主,占比超过 50%,他们主要用于挤压型材,如 6063 铝合金。4 系铝合金含硅量最高,主要用焊料,如 4343 铝合金,但产量占比低。

二、工业硅在铝合金中的应用

1、铝合金领域消费占工业硅消费约 20%

因铝合金涉及面广泛,体量巨大,各种铝合金含硅量不同,因此统计上存在极大难度。根据有色金属工业协会硅业分会数据,2021 年铝合金领域原生硅消费量约 44 万吨,97 硅和再生硅 25 万吨,总需求量约 70 万吨。

广期所数据显示,2021 年我国有机硅耗硅量占工业硅消费的 29%,是工业硅第一大

消费领域,工业硅出口占比 25%,铝合金和多晶硅各占 20%。

传统意义上铝加工主要方法有轧制、挤压、拉伸和锻造等,铝加工材包括板、带、箔、管、棒、型、线、锻件等,铝铸件不算在铝材当中。

国家统计局数据显示,2021 年我国铝加工材产量为 6105.2 万吨,由于统计口径问题,该数据存在重复计算情况。经过安泰科调整后预估产量为 4470 万吨,其中铝挤压材 2202万吨,铝板带 1335 万吨,铝箔 455 万吨,铝线 440 万吨,其他 38 万吨。统计数量上有较大差异,但趋势基本相同,随着铝行业推行供给侧改革,电解铝产量增速换挡,铝材产量相应放缓。铝材企业主要围绕上游电解铝和下游终端消费布局,产量居前的省份包括山东、河南、广东、江苏、内蒙古等。

我国铝消费已度过增速峰值期,未来几年新能源汽车、光伏等新兴领域用铝量具备较大增长潜力,但占比最大的地产相关用铝相对乏力,铝材产量预计维持低速增长。

2、压铸铝合金含硅量高

铝合金初级加工品中按预估产量排序铝棒、铝板带箔、铝合金锭位列前三。其中铝合金锭含硅量高,是最主要的工业硅消费板块。2021 年我国铝合金产量 1068 万吨。铝合金分为原生合金和再生合金,主要是铸造铝合金,应用于交通领域。铝合金企业众多,集中度低,全球耗硅前五的铝合金企业为海德鲁、阿联酋铝业、俄铝、美铝、巴林铝业,合计用硅量占全球的 14%。

据估算我国原生铝合金年产量在 250 万吨左右,主要分布在云南、内蒙古、山东等地,产能靠前的企业包括云铝股份、内蒙古超今、立中集团、山东创新等。

原生铝合金锭中 A356(美国牌号)占比预计超过四分之三,主要使用 441#和 3303#硅,硅含量 6.5%-7.5%,在汽车中大量应用,特别是车轮等部件。其他主要型号包括 ZL102、ZL104 等。ZL102 合金主要被用于承受低负荷形状复杂的薄壁铸件,如各种仪表壳体、汽车机匣、牙科设备、活塞等。ZL104 合金主要被用于制造承受高负荷的大尺寸的砂型金属型铸件,如传动机匣、汽缸体、汽缸盖阀门、带轮、盖板工具箱等飞机、船舶和汽车零件。

我国再生铝合金产能产量远超原铝合金,在铝合金锭用硅中占据大部分份额,主要使用553#工业硅及等外硅。再生分会数据显示 2021 年我国再生铝产能超过 1500 万吨,产量达到 800 万吨,同比增长 8.11%,近十年再生铝产量年均复合增长率 5.84%,占铝总产量维持在 17%左右。其中河南、广东、江苏再生铝产能超过 200 万吨,重庆、山东、四川、安徽接近 100 万吨,江西、河北、浙江、湖北超过 50 万吨,十一省产能合计占总产能比重超过 90%。国内主要再生铝产业集聚区:长葛大周循环经济产业园区,年产值超 800 亿元;丰城循环经济产业园、华东有色金属城年产值超 600 亿元;广西梧州循环经济产业园年产值超 400 亿元。

再生铝企业众多,集中度低,国内市场份额排名靠前的企业包括立中集团、华劲集团、帅翼驰集团、顺博合金、怡球资源、新格集团等,合计占国内份额不足 30%。

在国家提出 3060 双碳目标的大背景下,再生铝相较原铝每吨可降低二氧化碳排放超过 95%,发展再生铝产业是铝工业实现双碳目标的重要途径。《2030 年前碳达峰行动方案》、《工业领域碳达峰实施方案》等国家政策中均提出2025 年再生铝产量达到 1150万吨。发达国家再生铝产量可达到铝产量的 80%以上,德国、日本等甚至超过 90%。再生铝合金发展前景巨大,中长期来看将成为铝合金用硅领域最大增量来源之一。

再生铝合金中 ADC12(日本牌号)占比预计接近 80%,硅含量 9.6-12%,不过因其原料废铝中已含硅元素,新添加硅元素量低于原生铝合金。

3、变形铝合金产量大,但含硅量低

变形铝合金通常以铝棒、铝杆、扁锭、铸轧卷等产品形式经过加工成为型材、线缆、板带箔应用于建筑、电力、包装、机械制造等领域。铝棒是铝初级加工中产能产量最高的产品,产能超过 3000 万吨,产量超过 1400 万吨。不过由于主流 6063 铝棒含硅量基本在 0.6%以下,用硅总量远低于铝合金锭。铝棒用于生产建筑型材和工业型材,型材产量接近铝材总产量的一半。由于我国房地产坚持住房不炒等政策限制,铝合金在地产相关领域空间已非常有限。变形铝合金的用硅增量可能将来自于汽车轻量化、光伏发电、5G 基站等。

钢联统计样本数据显示,我国铝棒建成产能约 3250 万吨,2021 年产量达到 1500 万吨,产能集中于电解铝主要产区,其中山东产能接近 1000 万吨,内蒙古超过 400 万吨,新疆超过 300 万吨,甘肃、广西超过 200 万吨。

三、工业硅与铝行业相关性

电解铝和工业硅行业具有一定相似性。供应端,两者均属于高耗能产业,产能主要分布在电力优势地区,工业硅三大产区新疆、云南、四川也是电解铝重要产区,受到能耗双控、电力供应等因素的共同影响。需求端则均受到光伏新能源行业发展的加持。因此近年以来铝合金和工业硅价格走势具备较强正相关性。

工业硅在铝合金成本构成中占比不高,一般情况下预计 4%-8%,工业硅价格波动对铝合金行业影响较小,但初级铝合金企业以赚取加工费为主,利润通常偏低,工业硅一旦大幅波动,将严重挤压铝加工企业利润。如去年工业硅一度飙涨至 6 万元以上,铝加工企业成本增加上千元,对铝合金企业生产造成极大冲击。

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