我國變壓器對取向硅鋼的應用及未來需求

王愛華

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雜、技術含量很高，因此目前全球僅有10余家企業可以生產取向硅鋼。主要的企業有：中國的武鋼和寶鋼，美國的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—法國的蒂森克虜伯、韓國浦項。此外，還有英國的CogentPower、巴西的Acesita、波蘭的Stalprodukt S.A.，阿賽諾米塔爾收購的捷克Valcovny Plechu A.S.[1]。

2.國內冷軋電工鋼生產現狀

全國共有生產企業約39家，其中冷軋國企13家、冷軋民企12家、熱軋硅鋼14家（含民企11家，屬國家下文即將淘汰的落后產能）。

2010年我國電工鋼產量快速增長。全國共生產電工鋼689.76萬噸，其中冷軋電工鋼569.77萬噸，即冷軋無取向硅鋼516.22萬噸（含高牌號無取向硅鋼44.72萬噸），冷軋取向硅鋼53.54萬噸（含Hi-B鋼21.01萬噸），熱軋硅鋼120萬噸。與2009年同期相比，冷軋無取向硅鋼增加產量165.56萬噸，增幅為42.21%。冷軋取向硅鋼增加產量11.44萬噸，增幅為27.17%。熱軋硅鋼60萬噸，增幅為100%。

2.1 我國電工鋼產品進口情況

我國2010年電工鋼產品進口共計97.61萬噸，其中取向硅鋼26.27萬噸，無取向硅鋼71.34萬噸，見表1、表2。

表2 2010年我國電工鋼產品進口情況 萬噸，萬美元

2.2 我國2010年電工鋼產品出口情況

2010年我國出口電工鋼產品共計15.59萬噸，其中取向硅鋼1.22萬噸，無取向硅鋼14.37萬噸，見表3、表4。

3.變壓器對取向硅鋼的要求

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

表3 2010年我國電工鋼產品出口情況 萬噸，萬美元，%

表4 2010年我國電工鋼產品出口情況 萬噸，萬美元，%

如武鋼生產的30Q130牌號的取向硅鋼，其厚度為0.30mm，標準狀況下(800A/m交變磁場，頻率50Hz)磁感為1.83T，標準狀況下(磁感為1.7T，頻率50Hz)鐵損值為1.3W/kg。一般的130及以下牌號的取向硅鋼主要適用于110kV及以下電壓等級的變壓器，120牌號(如30Q120、27Q120)可用于220kV的變壓器，而110及以上牌號的取向硅鋼可用于500kV和更高電壓等級的變壓器[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）飽和磁感強度高；4）平整度好的特點。Hi-B鋼標準狀況下磁感約為1.92T，而普通取向硅鋼為1.82T，能有效降低變壓器的損耗[1]。有實例顯示，采用國產Hi-B取向硅鋼30QG130制造的110kV變壓器比標準值平均空載損耗降低了44%，平均負載損耗降低了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，減少了環境污染。國內制造大型變壓器的廠家對Hi-B鋼的需求非常迫切。

3.1 我國變壓器行業使用取向硅鋼的現狀

生產變壓器原材料——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成本的30%—40%。主要變壓器產品用取向硅鋼情況見表5。

表5 變壓器產品用取向硅鋼情況 噸/臺

4.我國變壓器企業基本狀況

近年來，我國變壓器行業發生了巨大變化，隨著計劃經濟向市場經濟過渡，98%以上的國有變壓器廠己改制為股份制和私營企業。全國變壓器廠家從3000多家減少到1000多家，據沈陽變壓器研究所統計，現許可批準生產的變壓器廠有1040家左右，其中生產750KV-1000KV交流變壓器和±500KV以上換流變壓器的企業有4家（特變電工沈變、天威保變、西電西變、特變電工衡變）；生產500KV變壓器的企業有10家（常州東芝、重慶ABB、山東電力、上海阿海法等）；生產220KV變壓器的企業約30家（青島青波、錢江電氣、云變、山東魯能、江變等）；生產110KV變壓器的企業約100多家（江蘇華鵬、山東達馳、中山ABB、南京電力、特變電工新變等）；生產干式變壓器的企業約有100多家（順德、海南金盤、金鄉、許繼、華鵬、中電電氣、上海ABB等）；生產配電變壓器的企業約有800多家。

4.1 我國變壓器企業主要特點及發展方向

我國變壓器行業的主要特點是：規模龐大，中小型企業居多，生產集中度低，但近幾年國家電力發展帶動了變壓器行業的發展。2006年變壓器產量已達到73645.49萬KVA，與2005年相比增長17.73%，其中500KV變壓器的產量為8328.3萬KVA是2003年的2.3倍；8000KVA以上的變壓器產量為27195萬KVA，是2005年的1.7倍[3]。

我國變壓器行業的發展方向是朝著節能化、小型化、低噪聲方向發展。使用量最大的配電變壓器產品正由S9系列向S11系列發展。

4.2 變壓器鐵芯材料的技術動向

鐵芯作為變壓器的核心部件，所用的材料對電力變壓器和電子變壓器的性能和價格都起著關鍵性作用。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，硅鋼的市場和技術方面的動向，對電力變壓器和電子變壓器都會產生重大影響。在改進電力變壓器用的冷軋取向硅鋼性能方面的技術進展有：

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

國內生產的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，去除磁化時的釘扎位置，提高180°疇壁移動性和磁化均勻性，然后再涂張力涂層。經過這樣處理后，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，采用近年來的技術改進措施，冷軋取向硅鋼帶材性能大為提高，損耗比國產的23Q110下降40%-50%，比日本產的23ZDkH80下降20%-35%。

5.國內冷軋取向硅鋼的需求及預測

取向硅鋼的需求量大體上與發電量成正比[5]。我國發電裝機容量2000年為3.1932億KW，規劃到2010年為5.9億KW，年均增長率為6.5%，到2020年將達到9.6億KW。從2010年到2020年的年均增長率為4.6%。我國電網設備嚴重老化，對農村、城市電網需進行改造，需要大量高質量的變壓器，2011-2020年年均凈增電量1400億KWh-21660億KWh，年均需經增裝機2600萬KW～2200萬KW。為此，我國硅鋼需求量將持續增加。

我國電力發展規劃預測，到2010年我國硅鋼消費量在572萬噸左右。從近幾年我國鋼材及硅鋼的消費量來看，硅鋼的消費系數變化呈波浪狀，10年年平均消費量為1.26%。2010年硅鋼總表觀消費量580萬噸，若取向硅鋼的消費比例按16%估算（日本目前為30%），則取向硅鋼應為88萬噸，這個數據略高于日本對我國預測2010年消費量80萬噸的預測量。2005年到2010年，取向硅鋼消費量年均增長率為17.73%左右。由此可見，2010年我國取向硅鋼片供需緊張，即使到2010年取向硅鋼生產能力達到56萬噸（武鋼為40萬噸、寶鋼為16萬噸），我國仍然要依賴于日本、俄羅斯、歐洲、韓國等進口。

6.結語

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

隨著我國工業化進程和城市多元化以及電力工業和機電工業、新能源的快速發展，冷軋電工鋼需求一定會有很大增長，2011年國內電力建設將高速增長，變壓器產量也迅速增長，直接拉動了對取向硅鋼的需求，我們要不斷地提高電工鋼產品質量、優化生產工藝、積極開展技術研發，滿足市場需求。

[1] 董晶，盧鳳喜 變壓器用取向硅鋼片的現狀及發展趨勢預測 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產化 變壓器 2009（10）46卷P28

[3] 淺談電工鋼與下游行業的互動發展 第10屆全國電工鋼學術年會論文集 2008年P72-76

[4] 王良芳，陶永根.我國電工鋼生產現狀[J].電器工業，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展 唐山學院學報2007(6) P23-26