我國(guó)變壓器對(duì)取向硅鋼的應(yīng)用及未來(lái)需求

王愛(ài)華

1.前言

取向硅鋼是一種含硅量在0.8%—4.8%、晶粒沿軋制方向定向排列的特殊鋼鐵產(chǎn)品，主要用于各種電力變壓器的制造。由于其制造工藝非常復(fù)雜、技術(shù)含量很高，因此目前全球僅有10余家企業(yè)可以生產(chǎn)取向硅鋼。主要的企業(yè)有：中國(guó)的武鋼和寶鋼，美國(guó)的AK Steel和Allegheny Ludlum，日本的新日鐵和JFE，俄羅斯的新利佩茨克鋼鐵，德國(guó)—法國(guó)的蒂森克虜伯、韓國(guó)浦項(xiàng)。此外，還有英國(guó)的CogentPower、巴西的Acesita、波蘭的Stalprodukt S.A.，阿賽諾米塔爾收購(gòu)的捷克Valcovny Plechu A.S.[1]。

2.國(guó)內(nèi)冷軋電工鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀

全國(guó)共有生產(chǎn)企業(yè)約39家，其中冷軋國(guó)企13家、冷軋民企12家、熱軋硅鋼14家（含民企11家，屬國(guó)家下文即將淘汰的落后產(chǎn)能）。

2010年我國(guó)電工鋼產(chǎn)量快速增長(zhǎng)。全國(guó)共生產(chǎn)電工鋼689.76萬(wàn)噸，其中冷軋電工鋼569.77萬(wàn)噸，即冷軋無(wú)取向硅鋼516.22萬(wàn)噸（含高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼44.72萬(wàn)噸），冷軋取向硅鋼53.54萬(wàn)噸（含Hi-B鋼21.01萬(wàn)噸），熱軋硅鋼120萬(wàn)噸。與2009年同期相比，冷軋無(wú)取向硅鋼增加產(chǎn)量165.56萬(wàn)噸，增幅為42.21%。冷軋取向硅鋼增加產(chǎn)量11.44萬(wàn)噸，增幅為27.17%。熱軋硅鋼60萬(wàn)噸，增幅為100%。

2.1 我國(guó)電工鋼產(chǎn)品進(jìn)口情況

我國(guó)2010年電工鋼產(chǎn)品進(jìn)口共計(jì)97.61萬(wàn)噸，其中取向硅鋼26.27萬(wàn)噸，無(wú)取向硅鋼71.34萬(wàn)噸，見(jiàn)表1、表2。

表2 2010年我國(guó)電工鋼產(chǎn)品進(jìn)口情況 萬(wàn)噸，萬(wàn)美元

2.2 我國(guó)2010年電工鋼產(chǎn)品出口情況

2010年我國(guó)出口電工鋼產(chǎn)品共計(jì)15.59萬(wàn)噸，其中取向硅鋼1.22萬(wàn)噸，無(wú)取向硅鋼14.37萬(wàn)噸，見(jiàn)表3、表4。

3.變壓器對(duì)取向硅鋼的要求

對(duì)變壓器而言，取向硅鋼最重要的兩個(gè)指標(biāo)就是：磁感和單位損耗。磁感越高，意味著磁化能力強(qiáng)，鐵芯的體積可以減小，鐵損和銅損都會(huì)降低，同時(shí)也節(jié)約了電磁線、絕緣材料和結(jié)構(gòu)材料的用量，降低了總成本。單位損耗越低，就越可以適用于大型變壓器。不同型號(hào)的取向硅鋼由于磁感和損耗等指標(biāo)不同，因而可以適用于不同電壓等級(jí)、不同類型的變壓器。

表3 2010年我國(guó)電工鋼產(chǎn)品出口情況 萬(wàn)噸，萬(wàn)美元，%

表4 2010年我國(guó)電工鋼產(chǎn)品出口情況 萬(wàn)噸，萬(wàn)美元，%

如武鋼生產(chǎn)的30Q130牌號(hào)的取向硅鋼，其厚度為0.30mm，標(biāo)準(zhǔn)狀況下(800A/m交變磁場(chǎng)，頻率50Hz)磁感為1.83T，標(biāo)準(zhǔn)狀況下(磁感為1.7T，頻率50Hz)鐵損值為1.3W/kg。一般的130及以下牌號(hào)的取向硅鋼主要適用于110kV及以下電壓等級(jí)的變壓器，120牌號(hào)(如30Q120、27Q120)可用于220kV的變壓器，而110及以上牌號(hào)的取向硅鋼可用于500kV和更高電壓等級(jí)的變壓器[2]。

此外，除普通的取向硅鋼外，還有高磁感取向硅鋼。Hi-B鋼具有：1）單位鐵損低；2）單位磁化容量小；3）飽和磁感強(qiáng)度高；4）平整度好的特點(diǎn)。Hi-B鋼標(biāo)準(zhǔn)狀況下磁感約為1.92T，而普通取向硅鋼為1.82T，能有效降低變壓器的損耗[1]。有實(shí)例顯示，采用國(guó)產(chǎn)Hi-B取向硅鋼30QG130制造的110kV變壓器比標(biāo)準(zhǔn)值平均空載損耗降低了44%，平均負(fù)載損耗降低了8.1 %。由于Hi-B取向硅鋼磁致伸縮較低，大大降低變壓器的噪音，減少了環(huán)境污染。國(guó)內(nèi)制造大型變壓器的廠家對(duì)Hi-B鋼的需求非常迫切。

3.1 我國(guó)變壓器行業(yè)使用取向硅鋼的現(xiàn)狀

生產(chǎn)變壓器原材料——取向硅鋼、電磁線、絕緣材料、變壓器油。取向硅鋼片的成本占變壓器生產(chǎn)成本的30%—40%。主要變壓器產(chǎn)品用取向硅鋼情況見(jiàn)表5。

表5 變壓器產(chǎn)品用取向硅鋼情況 噸/臺(tái)

4.我國(guó)變壓器企業(yè)基本狀況

近年來(lái)，我國(guó)變壓器行業(yè)發(fā)生了巨大變化，隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)過(guò)渡，98%以上的國(guó)有變壓器廠己改制為股份制和私營(yíng)企業(yè)。全國(guó)變壓器廠家從3000多家減少到1000多家，據(jù)沈陽(yáng)變壓器研究所統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)許可批準(zhǔn)生產(chǎn)的變壓器廠有1040家左右，其中生產(chǎn)750KV-1000KV交流變壓器和±500KV以上換流變壓器的企業(yè)有4家（特變電工沈變、天威保變、西電西變、特變電工衡變）；生產(chǎn)500KV變壓器的企業(yè)有10家（常州東芝、重慶ABB、山東電力、上海阿海法等）；生產(chǎn)220KV變壓器的企業(yè)約30家（青島青波、錢江電氣、云變、山東魯能、江變等）；生產(chǎn)110KV變壓器的企業(yè)約100多家（江蘇華鵬、山東達(dá)馳、中山ABB、南京電力、特變電工新變等）；生產(chǎn)干式變壓器的企業(yè)約有100多家（順德、海南金盤、金鄉(xiāng)、許繼、華鵬、中電電氣、上海ABB等）；生產(chǎn)配電變壓器的企業(yè)約有800多家。

4.1 我國(guó)變壓器企業(yè)主要特點(diǎn)及發(fā)展方向

我國(guó)變壓器行業(yè)的主要特點(diǎn)是：規(guī)模龐大，中小型企業(yè)居多，生產(chǎn)集中度低，但近幾年國(guó)家電力發(fā)展帶動(dòng)了變壓器行業(yè)的發(fā)展。2006年變壓器產(chǎn)量已達(dá)到73645.49萬(wàn)KVA，與2005年相比增長(zhǎng)17.73%，其中500KV變壓器的產(chǎn)量為8328.3萬(wàn)KVA是2003年的2.3倍；8000KVA以上的變壓器產(chǎn)量為27195萬(wàn)KVA，是2005年的1.7倍[3]。

我國(guó)變壓器行業(yè)的發(fā)展方向是朝著節(jié)能化、小型化、低噪聲方向發(fā)展。使用量最大的配電變壓器產(chǎn)品正由S9系列向S11系列發(fā)展。

4.2 變壓器鐵芯材料的技術(shù)動(dòng)向

鐵芯作為變壓器的核心部件，所用的材料對(duì)電力變壓器和電子變壓器的性能和價(jià)格都起著關(guān)鍵性作用。而取向硅鋼是電力變壓器和電子變壓器用量最多的鐵芯材料，冷軋取向硅鋼大量用于工頻電子變壓器、頻電子變壓器和電子變壓器中。因此，硅鋼的市場(chǎng)和技術(shù)方面的動(dòng)向，對(duì)電力變壓器和電子變壓器都會(huì)產(chǎn)生重大影響。在改進(jìn)電力變壓器用的冷軋取向硅鋼性能方面的技術(shù)進(jìn)展有：

①減少鋼帶厚度，電力變壓器用冷軋取向硅鋼厚度已經(jīng)從0.35mm減少到0.30mm、0.27mm、0.23mm，個(gè)別的甚至減少到0.15mm。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的23Q110的0.23mm厚冷軋取向硅鋼，飽和磁密為1.8T，在1.7T和50Hz下的單位重量損耗P1.7/50為1.10W/kg[4]。

②使硅鋼帶材表面光滑，不形成硅酸鎂底層，去除磁化時(shí)的釘扎位置，提高180°疇壁移動(dòng)性和磁化均勻性，然后再涂張力涂層。經(jīng)過(guò)這樣處理后，0.23mm厚冷軋取向硅鋼的損耗P1.7/50下降到0.7W/kg以下。

③在硅鋼中加0.008%-0.02%的Bi或Pb，可以把飽和磁密提高到1.96T-1.98T。

④改變退火工藝，細(xì)化磁疇，可以使冷軋取向硅鋼的損耗再下降0.23mm厚的損耗P1.7/50最低下降到0.55W/kg，甚至到0.45W/kg。

可以看出，在厚度仍然為0.23mm時(shí)，采用近年來(lái)的技術(shù)改進(jìn)措施，冷軋取向硅鋼帶材性能大為提高，損耗比國(guó)產(chǎn)的23Q110下降40%-50%，比日本產(chǎn)的23ZDkH80下降20%-35%。

5.國(guó)內(nèi)冷軋取向硅鋼的需求及預(yù)測(cè)

取向硅鋼的需求量大體上與發(fā)電量成正比[5]。我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量2000年為3.1932億KW，規(guī)劃到2010年為5.9億KW，年均增長(zhǎng)率為6.5%，到2020年將達(dá)到9.6億KW。從2010年到2020年的年均增長(zhǎng)率為4.6%。我國(guó)電網(wǎng)設(shè)備嚴(yán)重老化，對(duì)農(nóng)村、城市電網(wǎng)需進(jìn)行改造，需要大量高質(zhì)量的變壓器，2011-2020年年均凈增電量1400億KWh-21660億KWh，年均需經(jīng)增裝機(jī)2600萬(wàn)KW～2200萬(wàn)KW。為此，我國(guó)硅鋼需求量將持續(xù)增加。

我國(guó)電力發(fā)展規(guī)劃預(yù)測(cè)，到2010年我國(guó)硅鋼消費(fèi)量在572萬(wàn)噸左右。從近幾年我國(guó)鋼材及硅鋼的消費(fèi)量來(lái)看，硅鋼的消費(fèi)系數(shù)變化呈波浪狀，10年年平均消費(fèi)量為1.26%。2010年硅鋼總表觀消費(fèi)量580萬(wàn)噸，若取向硅鋼的消費(fèi)比例按16%估算（日本目前為30%），則取向硅鋼應(yīng)為88萬(wàn)噸，這個(gè)數(shù)據(jù)略高于日本對(duì)我國(guó)預(yù)測(cè)2010年消費(fèi)量80萬(wàn)噸的預(yù)測(cè)量。2005年到2010年，取向硅鋼消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率為17.73%左右。由此可見(jiàn)，2010年我國(guó)取向硅鋼片供需緊張，即使到2010年取向硅鋼生產(chǎn)能力達(dá)到56萬(wàn)噸（武鋼為40萬(wàn)噸、寶鋼為16萬(wàn)噸），我國(guó)仍然要依賴于日本、俄羅斯、歐洲、韓國(guó)等進(jìn)口。

6.結(jié)語(yǔ)

今年是“十二五”的開(kāi)局之年，未來(lái)5年變壓器需求： 330KV-1000KV年需求量5700萬(wàn)KVA，220KV年需求量9800萬(wàn)KVA，110KV年需求量17000萬(wàn)KVA，35KV年需求量17000萬(wàn)KVA ， 配變（干變）年需求量4900萬(wàn)KVA，特種變年需求量4900萬(wàn)KVA。

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程和城市多元化以及電力工業(yè)和機(jī)電工業(yè)、新能源的快速發(fā)展，冷軋電工鋼需求一定會(huì)有很大增長(zhǎng)，2011年國(guó)內(nèi)電力建設(shè)將高速增長(zhǎng)，變壓器產(chǎn)量也迅速增長(zhǎng)，直接拉動(dòng)了對(duì)取向硅鋼的需求，我們要不斷地提高電工鋼產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、積極開(kāi)展技術(shù)研發(fā)，滿足市場(chǎng)需求。

[1] 董晶，盧鳳喜 變壓器用取向硅鋼片的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè) 鋼鐵研究 2005（4）P59-61

[2] 李友佳，李曉星 武鋼硅鋼搭上電力快車大型變壓器用鋼加速國(guó)產(chǎn)化 變壓器 2009（10）46卷P28

[3] 淺談電工鋼與下游行業(yè)的互動(dòng)發(fā)展 第10屆全國(guó)電工鋼學(xué)術(shù)年會(huì)論文集 2008年P(guān)72-76

[4] 王良芳，陶永根.我國(guó)電工鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀[J].電器工業(yè)，2006(4)：P24-27.

[5] 李賀杰，韓靜濤，皮華春，薛永棟.取向硅鋼的研究與發(fā)展 唐山學(xué)院學(xué)報(bào)2007(6) P23-26