我国变压器对取向硅钢的应用及未来需求

2011-03-23王爱华

中国钢铁业 2011年6期

王爱华

1.前言

取向硅钢是一种含硅量在0.8%—4.8%、晶粒沿轧制方向定向排列的特殊钢铁产品，主要用于各种电力变压器的制造。由于其制造工艺非常复杂、技术含量很高，因此目前全球仅有10余家企业可以生产取向硅钢。主要的企业有：中国的武钢和宝钢，美国的AK Steel和Allegheny Ludlum，日本的新日铁和JFE，俄罗斯的新利佩茨克钢铁，德国—法国的蒂森克虏伯、韩国浦项。此外，还有英国的CogentPower、巴西的Acesita、波兰的Stalprodukt S.A.，阿赛诺米塔尔收购的捷克Valcovny Plechu A.S.[1]。

2.国内冷轧电工钢生产现状

全国共有生产企业约39家，其中冷轧国企13家、冷轧民企12家、热轧硅钢14家（含民企11家，属国家下文即将淘汰的落后产能）。

2010年我国电工钢产量快速增长。全国共生产电工钢689.76万吨，其中冷轧电工钢569.77万吨，即冷轧无取向硅钢516.22万吨（含高牌号无取向硅钢44.72万吨），冷轧取向硅钢53.54万吨（含Hi-B钢21.01万吨），热轧硅钢120万吨。与2009年同期相比，冷轧无取向硅钢增加产量165.56万吨，增幅为42.21%。冷轧取向硅钢增加产量11.44万吨，增幅为27.17%。热轧硅钢60万吨，增幅为100%。

2.1 我国电工钢产品进口情况

我国2010年电工钢产品进口共计97.61万吨，其中取向硅钢26.27万吨，无取向硅钢71.34万吨，见表1、表2。

表2 2010年我国电工钢产品进口情况万吨，万美元

2.2 我国2010年电工钢产品出口情况

2010年我国出口电工钢产品共计15.59万吨，其中取向硅钢1.22万吨，无取向硅钢14.37万吨，见表3、表4。

3.变压器对取向硅钢的要求

对变压器而言，取向硅钢最重要的两个指标就是：磁感和单位损耗。磁感越高，意味着磁化能力强，铁芯的体积可以减小，铁损和铜损都会降低，同时也节约了电磁线、绝缘材料和结构材料的用量，降低了总成本。单位损耗越低，就越可以适用于大型变压器。不同型号的取向硅钢由于磁感和损耗等指标不同，因而可以适用于不同电压等级、不同类型的变压器。

表3 2010年我国电工钢产品出口情况万吨，万美元，%

表4 2010年我国电工钢产品出口情况万吨，万美元，%

如武钢生产的30Q130牌号的取向硅钢，其厚度为0.30mm，标准状况下(800A/m交变磁场，频率50Hz)磁感为1.83T，标准状况下(磁感为1.7T，频率50Hz)铁损值为1.3W/kg。一般的130及以下牌号的取向硅钢主要适用于110kV及以下电压等级的变压器，120牌号(如30Q120、27Q120)可用于220kV的变压器，而110及以上牌号的取向硅钢可用于500kV和更高电压等级的变压器[2]。

此外，除普通的取向硅钢外，还有高磁感取向硅钢。Hi-B钢具有：1）单位铁损低；2）单位磁化容量小；3）饱和磁感强度高；4）平整度好的特点。Hi-B钢标准状况下磁感约为1.92T，而普通取向硅钢为1.82T，能有效降低变压器的损耗[1]。有实例显示，采用国产Hi-B取向硅钢30QG130制造的110kV变压器比标准值平均空载损耗降低了44%，平均负载损耗降低了8.1 %。由于Hi-B取向硅钢磁致伸缩较低，大大降低变压器的噪音，减少了环境污染。国内制造大型变压器的厂家对Hi-B钢的需求非常迫切。

3.1 我国变压器行业使用取向硅钢的现状

生产变压器原材料——取向硅钢、电磁线、绝缘材料、变压器油。取向硅钢片的成本占变压器生产成本的30%—40%。主要变压器产品用取向硅钢情况见表5。

表5 变压器产品用取向硅钢情况吨/台

4.我国变压器企业基本状况

近年来，我国变压器行业发生了巨大变化，随着计划经济向市场经济过渡，98%以上的国有变压器厂己改制为股份制和私营企业。全国变压器厂家从3000多家减少到1000多家，据沈阳变压器研究所统计，现许可批准生产的变压器厂有1040家左右，其中生产750KV-1000KV交流变压器和±500KV以上换流变压器的企业有4家（特变电工沈变、天威保变、西电西变、特变电工衡变）；生产500KV变压器的企业有10家（常州东芝、重庆ABB、山东电力、上海阿海法等）；生产220KV变压器的企业约30家（青岛青波、钱江电气、云变、山东鲁能、江变等）；生产110KV变压器的企业约100多家（江苏华鹏、山东达驰、中山ABB、南京电力、特变电工新变等）；生产干式变压器的企业约有100多家（顺德、海南金盘、金乡、许继、华鹏、中电电气、上海ABB等）；生产配电变压器的企业约有800多家。

4.1 我国变压器企业主要特点及发展方向

我国变压器行业的主要特点是：规模庞大，中小型企业居多，生产集中度低，但近几年国家电力发展带动了变压器行业的发展。2006年变压器产量已达到73645.49万KVA，与2005年相比增长17.73%，其中500KV变压器的产量为8328.3万KVA是2003年的2.3倍；8000KVA以上的变压器产量为27195万KVA，是2005年的1.7倍[3]。

我国变压器行业的发展方向是朝着节能化、小型化、低噪声方向发展。使用量最大的配电变压器产品正由S9系列向S11系列发展。

4.2 变压器铁芯材料的技术动向

铁芯作为变压器的核心部件，所用的材料对电力变压器和电子变压器的性能和价格都起着关键性作用。而取向硅钢是电力变压器和电子变压器用量最多的铁芯材料，冷轧取向硅钢大量用于工频电子变压器、频电子变压器和电子变压器中。因此，硅钢的市场和技术方面的动向，对电力变压器和电子变压器都会产生重大影响。在改进电力变压器用的冷轧取向硅钢性能方面的技术进展有：

①减少钢带厚度，电力变压器用冷轧取向硅钢厚度已经从0.35mm减少到0.30mm、0.27mm、0.23mm，个别的甚至减少到0.15mm。

国内生产的23Q110的0.23mm厚冷轧取向硅钢，饱和磁密为1.8T，在1.7T和50Hz下的单位重量损耗P1.7/50为1.10W/kg[4]。

②使硅钢带材表面光滑，不形成硅酸镁底层，去除磁化时的钉扎位置，提高180°畴壁移动性和磁化均匀性，然后再涂张力涂层。经过这样处理后，0.23mm厚冷轧取向硅钢的损耗P1.7/50下降到0.7W/kg以下。

③在硅钢中加0.008%-0.02%的Bi或Pb，可以把饱和磁密提高到1.96T-1.98T。

④改变退火工艺，细化磁畴，可以使冷轧取向硅钢的损耗再下降0.23mm厚的损耗P1.7/50最低下降到0.55W/kg，甚至到0.45W/kg。

可以看出，在厚度仍然为0.23mm时，采用近年来的技术改进措施，冷轧取向硅钢带材性能大为提高，损耗比国产的23Q110下降40%-50%，比日本产的23ZDkH80下降20%-35%。

5.国内冷轧取向硅钢的需求及预测

取向硅钢的需求量大体上与发电量成正比[5]。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，2011-2020年年均净增电量1400亿KWh-21660亿KWh，年均需经增装机2600万KW～2200万KW。为此，我国硅钢需求量将持续增加。

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，硅钢的消费系数变化呈波浪状，10年年平均消费量为1.26%。2010年硅钢总表观消费量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。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。