我国电工钢生产技术的发展

我国电工钢生产技术的发展

含Si量为0.5％～4.5％极低碳硅铁合金通称为硅钢片，含Si量<0.5％极低碳钢板称为低碳电工钢板。两者统称为电工钢板。电工钢板主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。电工钢板在磁性材料中用量最大，也是一种重要的节能金属功能材料。它与一个国家的电能消耗量密切相关。它的生产工艺复杂，制造技术严格，国外的生产技术都以专利形式加以保护，视为企业的生命。电工钢板的制造技术和产品质量是衡量一个国家特殊钢生产和科技发展水平的重要标志之一。

我国电工钢板产品有热轧和冷轧电工钢板之分，冷轧的又分为取向和无取向电工钢。生产热轧电工钢板，主要有上海矽钢片厂、太钢等14家。生产冷轧电工钢板的企业主要有武钢、太钢、宝钢和鞍钢。

目前，我国是继美国之后是第二电力消费大国，又是电力非常缺乏的国家，消费的能源占世界的30％左右。与此形成强烈对照的是中国创造的GDP不到世界总量的4％。所以电工钢板的质量优劣和数量多少，直接影响着能源的发展，因此，发展冷轧电工钢具有重要的战略意义。目前我国冷轧电工钢数量、质量、规格牌号，还不能满足能源(电力)工业发展的需求。在生产技术、设备、管理及科研等方面与日本相比，存在较大差距。应该想方设法在尽短的时间内达到世界先进国家的水平，满足国内市场的需要，是我国当前的一项迫切任务。

1 我国电工钢生产现状

我国电工钢产品有热轧和冷轧两种，冷轧产品中又分为无取向和取向电工钢板。

1.1我国热轧电工钢生产技术与现状

目前世界只有我国还在生产热轧电工钢，其主要生产厂有上海矽钢片厂、太钢、重钢四厂等14家，44台热轧机，其生产能力为60多万吨。在“十五”期间各年的产量如表1所示，一共生产468.3万吨，平均年增长率5.21％。

国内热轧硅钢片生产工艺也有较大改进，板坯一次加热轧制，α单相低温加热退火、热轧后快速冷却、氢气退火、酸碱洗氧化处理等。其产品的磁性、尺寸公差和表面质量都有了很大改善。热轧硅钢片生产的品种主要是含硅约2.6％的电机电工钢片，此外还有少量的约4.4％Si的变压器硅钢片，产品规格以0.50mm为主，此外还有0.35mm厚，少量产品为1.0mm、0.2mm、0.1mm厚。其主要用途为家用电机、微电机、Y系列小电机和部分中型电机、低压电器及仪表用电源变压器等。由于热轧电工钢的生产过程污染环境，劳动强度大，综合性能差等问题，外国早已淘汰了热轧硅钢片生产。但是在我国，随着

国民经济的迅猛发展，电工钢板的需求量多，热轧硅钢片不但没有被淘汰，还在逐年增加，至今还是中小型电机的主导铁芯材料。冷轧电工钢替代热轧产品，在技术上并不存在难度，未被淘汰的原因主要是：我国冷轧硅钢的产量不能满足市场需求，价格较高，对日益激烈的市场竞争，电机的制造成本是优先考虑的问题；其次国内热轧硅钢片生产工艺不断改进，产品磁性、厚度公差和表面质量都有了较大改善，如国内的一般产品的质量相当于美国、德国淘汰时的最高牌号。我国电器制造企业界也早已认识到继续使用热轧硅钢片的种种弊端，生产规模大的企业多已配置了只能使用冷轧电工钢带的高速冲床和精密冲模，加之国家政策的引导，以“冷代热”成为必然趋势。

1.2我国冷轧电工钢生产的发展现状

我国目前生产冷轧硅钢片的企业主要有武钢、宝钢、太钢、鞍钢4家。目前我国冷轧电工钢的生产能力有310.9万吨(其中取向硅钢为28万吨)，其中：

·武钢从1978年开始生产冷轧电工钢板，通过扩建，到2006年生产能力可达到142万吨/年(无取向电工钢114万吨/年，取向硅钢片28万吨/年)；

·太钢1997年开始生产冷轧无取向电工钢板，生产能力10万吨/年，计划2006年再建一条20万吨的中高牌号无取电工钢生产线，总的生产能力为30万吨；

·宝钢2000年开始生产冷轧无取向电工钢板，最近又上了3号机组，生产能力58.9万吨/年；

·鞍钢从2004年到2005年相继建成4条连续退火线，生产能力80万吨/年。

我国“十五”期间实际生产冷轧电工钢板产量如表1所示，共生产冷轧电工钢612.57万吨，平均年增长率为18.44％。

1.2.1冷轧取向硅钢片

冷轧取向硅钢片主要用做各种变压器的铁芯，目前，世界约有16个企业生产取向硅钢片产量在145万吨左右。武钢是我国唯一一家能够生产冷轧取向钢片的企业。生产设备和技术1974年由新日铁引进，设计产量2.8万吨，其中一般取向硅钢有0.35 mm、0.30mm、0.28mm三个规格8个牌号；高磁感取向硅钢(Hi—B钢有0.35mm、0.30mm两个规格2个牌号。经过20多年的发展和90年代的改扩建，今年第二硅钢厂的建成，已经具备了28万吨/年的生产能力。武钢一直瞄准和赶超当今冷轧硅钢世界顶级水平的日本新日铁广烟制铁所，特别90年代以来，为了顺应市场变化，更是加大了新品开发和技术进步投入的力度(引进了高温轧制技术、含Cu取向钢、新成分Hi—B钢，开发出具有武钢产权的低温取向硅钢板)，在产量、品种、质量等方面都取得了长足的进步。然而，同市场需求与国外先进水平相比，武钢冷轧取向钢片还有较大差距。

在数量

方面，我国冷轧取向钢片2005年表观消费量约38.912万吨，而武钢只供给13.21万吨/年，自给率33.95％左右，主要依靠国外进口。由于冷轧取向钢片属于高投入、高技术产品，其生产难度非常大，因而可能在今后相当长的时期内仍将供不应求。

在品种方面，比日本要低6个牌号，某些日本已开发的品种我国至今还不能生产，如ZDKH、ZDMH、27ZH、23ZH、23RGH、20RGH、RGl-IPD、RDHPJ、-RGH-HPDR等。以广烟为例，其年产硅钢能力37.2万吨，其中取向钢片8.4万吨。占23％；取向钢片中60％是Hi—B钢产品，一般取向钢片只占40％。武钢在2002年生产12.89万吨取向钢片中，Hi—B钢仅0.5104万吨，占4.0％，近96％都是一般取向钢片产品，可见差距之大，至少有15～20年的差距，如果发展不顺利，其差距还会更大。

在规格方面，由于减薄取向钢片的厚度可以有效地降低涡流损耗，因此，生产取向钢片的厂家都在开发薄规格的取向钢，仍以广烟为例，其Hi—B钢0.23mm厚度产品占50％以上，0.27mm占30％，0.30mm占20％。武钢目前取向硅钢片生产中，只能少量生产0.27mm厚度规格，0.23mm规格还在试验中，大量生产10.30mm规格产品，这是与日本最大差距所在。

在质量方面，武钢Hi—B钢与广烟同牌号相比，磁感水平基本相当，但铁损值还有差距，同规格差距P1.7/50高0.20w／Kg，此外在板形，表面质量，厚度精度等也有相当大的差距。

1.2.2冷轧无取向硅钢片

我国冷轧无取向硅钢片在“十五”期间共生产549.25万吨，年平均增长率为20.36％。

(1)武钢在1978年11月开始生产冷轧无取向硅钢片，生产设备和生产工艺由新日铁引进，当时引进0.35mm和0.50mm两个厚度规格，12个牌号。

武钢对引进技术进行消化、取收、创新，取得了显著成效，例如，降低板坯碳含量，由原来的80ppm降到目前的30ppm以下，使脱碳退火速度由50m／min提高到l20m／min；降低板坯加热，提高磁性；热轧卷进行常化处理，不但能提高磁性。还是消除表面瓦棱状缺陷的主要措施之一。同时开发了市场急需多种新产品，近几年新产品量占无取向硅钢总量的30%以上。在1998年7月建成由国内设计的第一条生产无取向硅钢片退火CA5线，最大退火速度150m/min，年产量22万吨/a，主要生产中低牌号冷轧无取向硅钢，目前运转良好。目前CA5为蓝本在全国已经建成9条连续脱碳退火线，从此结束了中国不能设计硅钢退火线的历史。

(2)宝钢目前主要生产中低牌号无取向电工钢，于2000年5月投产，生产技术和设备由日本引进，采用1550冷轧机，2005年又增建了3号连续退火线(生产能力为23.9万吨/年。目前能生产14个种类的无取向硅钢品种，设计厚

度为0.35mm、1.50mm、0.65mm三种规格，宽度为800～1300mm。宝钢冷轧无取向硅钢目前采用两类3个品种的涂层：无机类涂层(D类)、半有机薄涂层(A1L)、半有机厚涂层(A1H)。D类涂层的耐热性、焊接性、附着性都比较好，但相对A1L、A1H涂层来说，冲片性较差，可以满足用户冲片后进行消除应力退火的条件；A1L、A1H涂层在保证了较好的耐热性的基础上，还具有良好的冲片性，可满足不同用户的要求，但对此类涂层，用户若要冲片后退火，则需在N2气氛保护下进行。

宝钢充分发挥1550轧机的优势，2004年产量超设计能力52.86％，产品已走向世界。为了开拓市场，近几年开发出铁损低、磁感高的多种新产品，深受用户欢迎。

(3)太钢冷轧无取向硅钢片生产线于1997年底投产，设备由法国引进，生产工艺自己独立开发，至今已经能够生产符合标准GB／T2521—1996要求的50W470以下各牌号的冷轧无取向硅钢，其中以50W470、50W540、50W600为主要生产牌号。也开发出高磁感、低铁损的家电用钢，2005年又开发出50W350、50W400等高牌号产品。太钢产品的主要规格为0.50mm×1000—1200mm，可以成卷或箪片交货。太钢冷轧无取向硅钢板采用G1、G2两种涂层，G1涂层(EB5300)是国外尤其是欧洲广泛使用的环保型涂层，符合国际使用要求。

(4)鞍钢冷轧电工钢是鞍钢“十五”重点技改项目，建了4条连续退火线，年生产80万吨/年中低牌号冷轧无取向电工钢，2005年4条退火线全面投产，生产出45.42万c，磁性和厚度精度均优良。2006年计划生产68万吨。

2 冷轧硅钢片的发展趋势

各国都把提高电工钢磁性与地球保护联系在一起，如日本为了实现京都环保协议，对取向硅钢片提出了更高要求，生产0.15mm厚的取向硅钢片，将铁损由目前的Pl7/500.77w／kg降到0.354w／kg；要求无取向电工钢实现高效节能化。我国政府也制定了高效节能等有关法规。就目前世界情况叙述如下：

·在工艺技术方面，普通取向硅钢通过提高二次再结晶能力，使产品的P1.5/50已经降到1.10w／kg以下；Hi—B钢产品通过减薄厚度、细化磁畴、快速加热、表面镜面化等技术进步，使0.23mm Hi—B钢P1.5/50已接近0.35w／kg；在Hi—B钢的成分中，通过添加铋(Bi)，使B800由1.93T提高到1.98T以上，有的试验样品已达到2.0T，因此Hi—B产品的B800达到2.0T为期不远。为了克服取向硅钢板坯高温加热的弊端，新日铁八幡1997年全面实现低温加热工艺。无取向电工钢通过调整化学成分，钢质高纯净化，控制轧制提高面织构成分等措施的广泛使用，新日铁和JFE都生产出0.50mm、P1.5/50≤2.3w／kg，0.35mm、P1.5/50≤2.1w／kg产品，有的达到1.98w／kg；在无取向低牌号方面，又

开发出高磁感、低铁损的高效电机用钢和消除应力退火后低铁损高效节能无取向电工钢。我国不论取向还是无取向，与日本比较，估计有15～20年差距，今后的发展潜力很大。目前利用薄板坯连铸连轧(CSP)技术生产无取向电工钢板也普遍采用，取向硅钢也在试验中。

·在规格方面，厚度逐渐减薄。取向硅钢的历史发展是：由0.35mm——0.30mm——0.27mm——0.23mm——0.20mm——0.15mm发展。由于厚度减薄，生产难度加大，如0.30mm的难度是O.35mm的2倍。减薄的目的主要降低涡流损失。最近为了适用高速(高频)电机的需要，也开发出0.20mm、0.15mm厚的低硅无取向电工钢。

·在表面处理方面，无论是取向的还是无取向的都研究出环保型绝缘涂层，比以前的含铬涂层性能更好。

3 “九五”及“十五”期间表观消费量和“十一五”国内需求预测

3.1 “九五”及“十五”期间表现消费量

在国际电工钢市场上，人们最关注的是中国。随着工业的急速发展。我国电力需求急增，同时家电产品和变压器等电器产品还在大量出口，这些电器产品已经占有了部分西欧和日本的市场。外国评价我国已成为一个大的世界制造工厂。

我国在“九五”、“十五”期间电工钢的生产量、进出口量及表观消费量如表2所示。可计算出1996—2005年期间电工钢表观消费量以年均增长率14.06％(其中取向6.75％、无取向15.23％)递增。

3.2国内电工钢的需求

电工钢的需求量大体上与发电量成正比。我国发电装机容量2000年为3.1932亿kW，规划到2010年为5.9亿kW，年均增长率为6.5％，到2020年将达到9.6亿kW。从2010年到2020年的年均增长率为4.6％。我国电网设备严重老化，对农村、城市电网需进行改造，需要大量高质量的变压器，为此，我国电工钢需求量将持续增加。按我国电力发展规划预测，到2010年我国硅钢消费量在572万吨左右。从近几年我国钢材及硅钢的消费量来看(见表3)，硅钢的消费系数变化呈波浪状，10年平均为1.26％。我国钢材产量2004年突破2亿吨后，2005年又有较大增长，在“十一五”国家会进行宏观调控，国内对钢材的需求将由前两年的高速增长转为平稳较快增长，所以根据多方面的数据测算，2010年我国钢材需求量将到4.0亿吨，按发达国家消费系数1.48％测算，2010年我国电工钢用量在580万吨左右，这与根据国家装机容量增长的计算(572万吨)基本一致。



·取向硅钢需求量的预测

如上，2010年电工钢总表观消费量580万吨，若取向硅钢的消费比例按16％估算(日本目前为30％)，则取向硅钢应为88万吨，这个数据略高于日本对我国预测2010年消费量80万吨的预测量。2005

年到2010年，取向硅钢消费量年均增长率为17.73％左右，为此预计到2010年取向硅钢每年消费量如表4所示。由此可见，2010年我国取向硅钢片供需紧张，即使到2010年取向硅钢生产能力达到56万吨(武钢为40万吨、宝钢为16万吨)，我国仍然要依赖于日本、俄罗斯、欧洲、韩国等进口。

·无取向电工钢需求预测

从2005年到2010年无取向电工钢的年均增长率为5.4％，由此计算出各年的需求量如表5所示。根据目前国内生产规模计算出各年的缺口量，在计算中估计到热轧电工钢在3年之内淘汰。

4 武钢“十一五”电工钢发展规划

武钢在“十五”期间建成了第二硅钢厂，准备在“十一五”期间再建第三硅钢厂，到“十一五”末，武钢冷轧硅钢将达到t62万吨，其中取向硅钢40万吨，无取向硅钢122万吨。武钢二、三硅钢的建设立足于国内设计，三硅钢建成后，其装备、产品质量和规格品种都应达到世界先进水平，武钢也将成为国内乃至世界上最大的电工钢生产企业。

5 对我国冷轧电工钢板发展的几点建议

(1)优先发展冷轧电工钢板，满足国内需求。在增加无取向硅钢板产量的同时，应考虑取向钢产量占总电工钢量的20％左右，其中Hi—B钢产量要占取向钢的60％以上；无取向硅钢高牌号50W250、35W230以上牌号产量达到15万吨/年以上。

(2)为减轻劳动强度、保护环境、提高电器质量、减少电能消耗，尽早淘汰热轧电工钢板生产。

(3)要缩短与国外差距，首先研发以下钢种牌号：

·开发0.23mm以下厚度的高磁感取向硅钢，P17/50≤0.9w／kg；

·开发50W230、35W210无取向高牌号硅钢；

·开发高效节能电机用钢及电动汽车马达用钢。

（4）开发特殊用途电工钢板，如0.1mm以下的三次再结晶取向硅钢薄带，具有高饱和磁感的取向纯铁板，高速马达用高强度无取向硅钢板等。

（5）开发高绝缘性能无公害绝缘涂层及粘结型涂层。



表1 2001-2005年全国冷轧及热轧电工钢产量一览表 万吨

　


　


2001年


2002年


2003年


2004年


2005年


“十五”合计

武钢


取向


12


12.89


12.53


12.7


13.21


63.32

无取向


25.17


28.26


27.4


33.8


57.03


171.66

太钢


无取向


11.03


10.6


12.4


14.3


17.14


65.45

宝钢


无取向


38.5


44.5


5.08


53.5


68.6


255.6

鞍钢


　


　


　


　


11.1


45.42


56.52

冷轧合计


无取向


74.7


83.36


90.6


122.7


188.19


549.25

无取向+取向


86.7


96.25


103.13


1

25.4


201.4


612.57

热轧板


　


81.6


82.1


95.4


104


105.2


468.3

冷轧+热轧


　


168.3


178.35


198.53


229.4


306.6


1080.87