中國電纜工業銅導體加工的發展、問題和新趨勢

黃崇祺

(上海電纜研究所，上海200093)

1 中國電纜工業概況

隨著中國經濟的快速增長，工業化和城鎮化的不斷提高，超高壓、特高壓輸電網和農網改造的進一步加快，“十一·五”期間電纜工業獲得了快速發展。2010年電纜行業電線電纜和光纖光纜共完成現價工業銷售產值9 365.16億元，同比分別增長29.58%和27.4%，行業年用銅、鋁導體總量約為484萬噸和220萬噸，分別約占全國用銅、鋁量的64%和13%，約占全球電線電纜銅導體產量的33%(根據CRU預測2010年全世界銅導體產量將達1 440萬噸);光纖用量約為8 000多萬公里。目前中國電纜工業的規模、產量以及增長速度都列世界第一，并且正以求質量、求壯實和求穩中向前發展。

2000年以來，電纜行業的固定資產年均增長達到16%。雖然行業制造規模在快速提高，但技術進步和產品結構升級相對緩慢，尤其是過度重復建設、產能嚴重過剩，致使中低端產品混戰，高端失守。

2 銅導體加工存在的問題

中國電纜工業銅、銅合金導體總產能(裝機能力)和實際產量(2010年)見表1。在5大類電線電纜產品中用量所占的百分比如表2所示。

表1 2010年中國電纜工業銅、銅合金導體總產能(裝機能力)和實際產量統計(單位:萬噸)

表2 2010年中國電纜工業銅、銅合金導體在5大類線纜產品中用量所占的百分比

從表1和表2可以看出，在無序、重復引進和低水平下重復建設，突出地存在下列主要問題。

(1)電工用銅桿生產，其裝備能力已大大過剩，比當今的需要量高出了2.7倍。

(2)用99.99%和99.95%電解銅，在引進的32條生產線上生產的低氧銅桿和用上述同樣的原料在國產的上引法生產線上生產的含氧量在10 ppm以下的無氧銅桿都可滿足電工用銅桿的要求，兩者都起到了較大的作用。

(3)在2006年～2010年間，從國外引進的大產能(每年15～35萬噸)低氧銅生產線共計9條，總產能224萬噸/年，并且尚在繼續引進，大都瞄準線纜用高質量的細線和微細線的用桿市場。其實，這個市場目前線纜行業每年的需用量可能還不足100萬噸，約占2010年總需用量的20%。這么大的產能必然導致中細、中粗和粗線用桿市場激烈競爭。此時，理想的質量—價格優勢可能不復存在。直徑0.2mm以上的銅線生產，對銅桿的質量要求相對要低些，但市場份額更大。此時，銅桿的價格—質量優勢才顯出競爭力。

(4)引進先進的工藝、爐子和連鑄連軋生產線采用原材料品位96%(連續生產方式)和94%(批式生產方式)的廢雜銅，可以生產出銅含量達99.90%及以上的低氧銅桿，其質量可達到現行國標電工用3級銅桿的標準要求，在電纜行業用的銅桿市場中可占有較大的份額。

(5)國產的低氧銅連鑄連軋生產線，特別是在用混雜廢銅直接再生連鑄連軋低氧銅制桿的情況下，無論在質量上還是在工藝、爐子、連鑄連軋裝備和環保上，與現代化的先進水平相比相差20～30年，需要提到日程迎頭趕上。

3 發展趨勢

3.1 “以鋁節銅”，“光進銅退”勢不可擋

對電線電纜產品的“以鋁節銅”，全世界的同行都在探討、研發、試驗和逐步推廣試用或應用。在上世紀七八十年代中國銅、鋁導體的使用比例曾達1∶1的水平。中國缺銅，并進一步顯現依賴國外進口，特別是銅價的上升，也進一步推動了“以鋁節銅”之勢。在電工界一般有一種潛意識:當銅、鋁的價格比大于3時，就要想用鋁了，以減輕經濟壓力。

銅、鋁材料均屬電工用良導體，但在性能上各有特點，最終到底使用銅還是鋁應由電工裝備的最終設計者和用戶來決定。現可看到如下發展趨勢。

(1)電力電纜的用銅量居行業之首，可以預測鋁和鋁合金芯電力電纜會有適度的增加。

(2)為減輕重量、節約能源，正在研討汽車等裝備用線纜在適當場合用鋁或鋁合金線代替銅線。據報道A380大型客機已使用鋁線芯的航空導線。

(3)作為電纜線芯用的鋁合金線如“具有高導電率和受控抗拉強度和伸長率的鋁合金導體”已在日本開發，“電工用退火和中間熱處理的8000系鋁合金線”早已在北美洲應用，“稀土高鐵鋁合金線”亦在我國試制成功，正在推廣使用。

(4)通信領域的電纜市場“光進銅退”和“以鋁節銅”趨勢凸顯。約用了15年的時間(1995年到2010年)通訊領域用銅量占行業總用銅量的9%，降到了目前的4.5%(19.8萬噸)，并將繼續下降。“光進銅退”意味著光纖逐步向用戶端延伸，最終實現光纖到戶和光纖到桌面;銅線纜逐步向用戶端退縮，并最終退網。現在除核心網、城域網尚留少量銅線纜外，接入網還有70%的銅線纜將被光纖代替(并且已開始進入個域網、片域網)。目前我國接入網用電纜有5億線對公里(年降2.2%)，而光纜只有0.5億纖芯公里。個域網線纜組件(電子消費類產品)是個大市場(現全部用銅)，2010年我國電子線纜市場為370.8億元(其中一半為汽車線束)，預計到2015年將達750億元。移動網用的射頻銅電纜，用鋁電纜代替不僅成本下降而且在安裝、重量、減少能耗等方面也有顯著優勢。事實上，從全球規模商業的情況看，鋁電纜已成為一種可顯著減少固定資產投資、可代替銅電纜的方案。

(5)電子變壓器“銅改鋁”勢在必行。電子變壓器有著廣泛的使用領域，包括中頻、音頻、脈沖、電源、片式等多種變壓器，中國電子變壓器生產量占世界總量的20%以上，其中60%用于供應國際市場。曾用鋁漆包線生產微波爐用高溫變壓器獲得成功和好評以來，給我國電子變壓器生產指出了一個光明的前途。由于“銅改鋁”具有不可逆性，深信在新技術、新材料、新工藝的推動下，電子變壓器行業的“銅改鋁”將迎來新的春天。

3.2 優質再生銅桿可“名正言順”地進入電纜市場

要解決廢雜銅直接再生制桿嚴重的全國性質量問題，加快淘汰落后國外20～30年的舊裝備、舊工藝乃是必由之路，且任重而道遠。

(1)廢物資源化是加大環保力度、促進循環經濟大規模發展的重要途徑，也是培育和發展節能環保戰略性新興產業的核心內容，對我國建設資源節約型和環境友好型社會具有重要意義。國務院將節能環保列為七大戰略性新興產業之一，廢物資源化是節能環保產業三大主體任務之一。

(2)廢物資源化科技工程“十二·五”專項規劃即將公布，其中廢舊金屬再生利用技術的發展目標是針對銅、鋁、鉛、鋅等大宗廢舊金屬及廢稀貴金屬的再生利用，將重點突破廢舊金屬專業化分選折解、保(升)級利用、二次污染控制等重大技術與裝備，提高廢舊金屬回收率與再生產品的質量，支撐再生金屬產業升級與轉型，支撐未來五年再生金屬使用量比例提高10% ～15%;技術重點是，廢銅廢鋁保(升)級利用技術，重點研發分選折解等預處理技術與裝備，低能耗冶煉與產品保級利用技術與裝備，低品位廢舊金屬綠色短流程冶金技術，開發廢雜銅分級直接再生銅導體等金屬制品。

(3)工信部、科技部、財政部已于2011年印發了《再生有色金屬產業發展推進計劃》的通知。到2015年，再生銅、鋁占當年銅、鋁產量比例分別達到40%和30%左右;再生銅、鋁行業形成一批年產10萬噸以上規模企業;技術裝備水平，廢舊有色金屬機械化折解預處理技術普遍應用，分級利用水平進一步提升，再生銅新型強化熔煉爐向設施完整化和配套化方向發展，再生鋁雙室反射爐、鋁液攪拌技術、鋁液直供、蓄熱式燃燒等技術裝備廣泛應用。

(4)廢雜銅直接再生制桿國產化技術開發及應用，建設示范生產線的項目已經啟動，將全面推動我國廢雜銅直接再生銅桿的技術升級，淘汰舊工藝和舊裝備，開創新局面。

其主要的技術內容是:廢雜銅預處理分揀、分類、異類金屬和有機物分離的先進機械裝備和方法，嚴格防止“不干不凈的混雜廢料”進入冶金爐;制訂“廢雜銅直接再生制桿”利用的廢雜銅專用分類標準和廢舊電線電纜分類標準;研究先進的廢雜銅直接再生高導電微合金化銅理論、精煉工藝、連續式冶金爐裝備和精煉過程控制技術;研究設計制造國產化的具有國際先進技術水平的連鑄連軋生產線(當然這種生產線既能適用于再生銅亦能適用于電解銅生產);在節能環保領域除必須保證導體的導電率，降低電阻發熱損耗外，要研究廢渣的高效污染處理、開發節能環保型固體型固體廢物焚燒爐、余熱回收利用技術設備、加強對有毒有害物質(如二惡英等)生成機理、治理技術和快速監測技術研究。

(5)為了規范市場“電工用火法精煉再生銅線坯”的有色金屬行業標準已經報批，并即將由中華人民共和國工業和信息化部發布。這種優質再生銅桿的主要技術指標如表3、表4所示。

表3 TH1、TH2、TH3牌號銅線坯的化學成分

3.3 建立銅導體的質量評估體系

現在質量不合格的電工用再生銅桿(美其名曰“非標產品”)滿天飛，擾亂市場，其原因之一是生產系統缺少企業準入和產品認證制度，流通領域對質量監管不嚴，有標準不依。在此情況下中國電纜工業要走出質量難關，建立銅導體的質量評估體系乃是急需和久治之舉。

表4 TH1、TH2、TH3牌號銅線坯的機電性能

3.4 建立高強高導、細和超細銅合金導體生產體系

國家發改委發布的新的產業結構調整指導目錄已在2011年6月1日起實施，“目錄”明確指出，繼續將普通電線電纜制造項目列入限制類條目。同時為了適應新興產業發展對高性能特種電線電纜新的配套要求，將“用于新能源、信息產業、航天航空、軌道交通、海洋工程、電子微電子、機器人、醫療機械等領域的特種電線電纜”列入了限制類的除外范疇。這將對引導線纜產業抑制產能無序擴張、支持產業技術升級轉型起到積極的作用。所謂特種電線電纜無非是表現在“兩個特”上，即“導體要特”(包括金屬母體材料、金屬鍍層或包覆層和導線絞合的結構)，“絕緣材料要特”。這些特種線纜，總需量不大，但屬特需的高檔產品，從而附加值很高。就金屬導體而言，為達到高強、高導或細、超細的要求，目前還首推古老而又不斷發展的銅合金，它主要分為兩類，即固溶型的非熱處理合金和析出型的熱處理合金，種類不多，但品種和牌號繁多，且往往都屬非標或專利產品，這更需要我們獨立自主、自力更生地去創新開發，尤其是在以下兩個領域。

(1)輪軌高速電氣化列車和地鐵、高架軌道交通用的接觸網導線(電車線)是一種非熱處理銅合金，它采用了我國首先集成創新的新工藝，集優化合金成分、控制冷作硬化和晶粒細化的綜合優勢，使產品性能遠超國際先進標準的水平。這種產品可在設計時速380 km、商業運行時速300 km下運行。可以預料，這種用中國工藝生產的產品必將在國內、外電氣化高速鐵路和軌道交通中擴大應用。

(2)隨著我國航空航天事業的發展，航空導線也隨之獲得了發展。從飛機上所用的航空導線來看的確不少，如一架波音或空中客車的長程飛機要用超過250 km的航空導線或毛重為2.5噸的導體，為連接起見要用超過1萬個連接器;一架短程的噴氣機要用70 km的航空導線，而一架小型直升機需用30 km航空導線。所用的線纜主要有單根電話線、多芯電纜、高溫電纜、同軸電纜、數據傳輸電纜和特殊結構的光纖電纜。它們分布在飛機的不同部位，從機體、發動機和發動機艙，到復雜的控制設備——內部的通信系統。為了減輕線纜的重量并節省空間，已采用了鋁芯電纜和薄壁電纜。

此外，特種電線電纜用的銅合金導線，在我國基本尚屬空白，要仰仗國外進口，特別是銅合金線的原材料及深度加工。現在的國產航空導線仍然是幾十年前的老材料、老工藝和老鍍層。這需要我們根據特種線纜性能個性化的要求去下功夫創新開發，建立我國電纜工業自己的銅合金導體的研發和生產體系，以滿足各種特種線纜的特殊需要。

高強、高導銅合金導體的微細化涉及銅導體本身的材料和制桿以及微細化深加工的問題。根據歐盟6指令的規定，我們在研發新的高強、高導銅合金材料時要淘汰過去航空界一直采用的鎘銅等含鎘的有毒材料，創新研發無鎘的銅合金導體。

3.5 新一代上引法無氧銅桿生產線將向單機大產能、節能化方向發展

采用一臺30噸熔化爐、兆瓦級的雙回路感應器和兩臺20頭上引連鑄機的生產線，最大產能可達30 000～40 000噸/年(相當于1條小產能的連鑄連軋生產線)。雙回路感應器比單回路感應器具有更廣的功率范圍，且對金屬的加熱和流動亦有更高的效率，從而具有較低的能耗和較長的壽命;無級功率控制感應器是晶體管變頻器式的功率控制技術，比傳統的有級控制技術好，具有平滑的功率調節，可延長感應器的壽命，減少能源消耗和排除諧波共振現象的有害影響;在雙爐生產線上設計采用自動的合金進料器可用于生產銅合金;應用一個有效的雙回路冷卻水系統，具有一個封閉的主環路，在上引法生產線上是一個重要的組成部分。

4 結束語

(1)各行業間協調合作，抑制電工用銅桿無序的產能擴張;

(2)對再生銅桿行業應實行行業準入條件規定和產品質量認證制度，在流通領域應對銅導體質量加強監管，在電工產品生產領域應對原材料進廠和產品質量自律;

(3)國產低氧銅桿連鑄連軋生產線的技術升級換代，電纜行業無法回避，已迫在眉睫;

(4)正視“以鋁節銅”和“再生銅在電纜市場中的地位”，電纜工業應從長計議;

(5)看準技術發展的新方向，要有及時的措施。