2017全國取向矽鋼產業鏈供需交流會發言嘉賓
寶鋼研究院矽鋼研究所高級主任研究員
胡卓超博士
一、胡博士您好， 作為寶鋼研究院矽鋼研究所的高級主任研究員，
取向矽鋼是晶粒的易磁化方向平行于軋向、含矽量3%左右的電工鋼。 取向矽鋼主要用於電能傳輸領域（如變壓器等）， 是電力、電子等行業不可缺少的重要金屬功能材料。
取向矽鋼素有鋼鐵藝術品之稱， 技術含量高、工藝複雜， 是否掌握取向矽鋼生產技術往往被用來衡量一個鋼鐵企業的技術實力。 2000年前， 當時國內只有武鋼引進新日鐵技術具備批量生產冷軋取向矽鋼產品的能力， 年產能約10萬t， 只能滿足國內市場的30%左右， 缺口主要依賴進口， 嚴重制約了電力行業的發展。
寶鋼取向矽鋼生產技術自主創新直接瞄準了鋼鐵生產中最高檔次的產品和最先進的技術。 在取向矽鋼工藝技術被國內外企業嚴加封鎖， 相關知識和經驗不足的不利情況下， 寶鋼研究院矽鋼研究所承擔起了工藝技術研發的重任。 我博士畢業後就進入寶鋼研究院電工鋼所， 並擔任取向研發小組的組長， 也非常有幸參與了寶鋼取向矽鋼從無到有的整個過程。
眾所周知， 取向矽鋼生產從煉鋼到成品有近10道關鍵工序，
2006年底， 公司組織開展了取向矽鋼產品前工序驗證工作。 在剛開始的時候， 由於取向矽鋼工藝視窗窄， 產品合格率幾乎為零。
2008年2月， 為順利開展取向矽鋼生產機組工藝調試工作， 矽鋼部專門成立工藝調試小組。 在以前寶鋼的歷史上， 大部分產品的工藝調試均有國外的專家參加， 而這次工藝調試完全由我們工藝調試小組自行進行， 也改變了以往引進模式下外方提供工藝指導的慣例。 經過近200多個日夜的工作,我們與各機組技術、設備、操作人員共同解決了RCM軋製斷帶、FCL塗層品質不良等20余項制約生產的重大技術難題。
在一期投產之後， 本著“研發一代、生產一代、儲備一代”的高起點目標， 寶鋼又先後以“三年趕超計畫”、“三年引領計畫”為指針，持續對標世界領先的取向矽鋼研製技術，通過近十年來的努力，寶鋼取向矽鋼歷經三期建設，目前產能達到了30萬噸，實現高端取向矽鋼產品牌號全覆蓋和批量穩定供貨，產品廣泛應用於三峽地下電站、西電東輸1000Kv特高壓交直流輸電工程、一級能效配變等國內重大專案中，產品及生產技術均達到國際領先水準。
二、在您的介紹下，我們瞭解了國內取向矽鋼技術從無當有，從薄弱到雄厚的過程，國內取向矽鋼技術相對國外還有哪些差別，各自的發展趨勢有什麼不同？
近年來，隨著國家大力宣導綠色環保，對電力設備的節能、高效提出了更高的要求。因此高效節能變壓器對取向矽鋼的鐵損、磁感均提出了更高的要求，同時對雜訊水準、絕緣水準及運行安全性、使用壽命等指標也要求苛刻。
針對這些方面的需求，寶鋼堅持走取向矽鋼高端化路線，推進工藝技術自主創新，持續向各種規格高端產品發起挑戰。在多年來積累的豐厚經驗基礎上，深入研究產品體系和工藝路線，經過實驗室不斷的努力，在很多個方面取得研製的重大突破。
比如：2014年12月31日，寶鋼自主研製的B18R065牌號高端取向矽鋼新產品實現全球首發；該產品單位損耗P17/50達到了0.65瓦/千克以下，並廣泛應用於一級能效配電變壓器的生產。
再比如：2015年寶鋼也成功開發了低噪音取向矽鋼（LM系列），通過成功降低矽鋼片磁致伸縮，在變壓器不改變設計的情況下，實現變壓器本體降噪，目前已成功降低成品噪音約3個分貝。產品也已廣泛應用於對噪音有特殊要求的電力變壓器、幹式配電變壓器和電抗器產品的生產。
還有，2016年5月31日，在2016第二屆寶鋼取向矽鋼EVI論壇上，寶鋼自主研製的B27R080和B30R090兩個牌號高端取向矽鋼新產品全球首發，0.30mm的取向矽鋼單位損耗P17/50達到0.9瓦/千克以下，0.27mm的取向矽鋼單位損耗P17/50達到0.8瓦/千克以下，新產品也已成功應用於電力變壓器的生產。
寶鋼取向矽鋼的這些新產品開發成功不但代表了當前世界同規格取向矽鋼製造技術的最高水準，這是我國取向矽鋼研製實現從趕超向引領的重要里程碑，也必將將助推我國電力事業發展躍上一個新臺階。
三、非晶技術的興起和應用對矽鋼有一定影響，有些人甚至擔心非晶會取代矽鋼。對此，胡博士您怎麼看？
其實鐵基非晶合金帶材與取向矽鋼兩種材料各有優勢和不足。
首先，在基本物理性能方面，取向矽鋼材料由於其具有足夠的寬度，因此可以被用來製造全部電壓等級和容量的配電變壓器，直至雙百萬的特高壓電力變壓器，用途更廣泛。而鐵基非晶帶材寬度由於受到材料在頻寬方向上急冷均勻性，以及頻寬方向上厚度和表面品質一致性的問題。非晶帶材中最寬的僅為213mm，更多的是集中在較窄規格的材料，這就使得非晶材料絕大多數只能製造10KV電壓等級，容量1600KVA以下的配電變壓器。
其次，在磁性能和噪音方面，兩種材料也互有優劣勢：
1、在1.3T和50Hz條件下，鐵基非晶帶材比寶鋼取向矽鋼現有最高牌號B18R065的單位損耗(P13/50)低約50%，優勢明顯。單位損耗小的原因主要在於鐵基非晶帶材厚度薄(目標厚度僅為0.18mm規格取向矽鋼的1/7)，電阻率高。此外，由於是非晶態，原子排列隨機，不存在原子定向排列產生的磁晶各向異性，也不存在產生局部變形和晶界。因此妨礙磁疇運動的能量壁壘非常小，所以導磁率高，矯頑力小，損耗低。
2、由於鐵基非晶帶材的飽和磁感值較B18R065低0.3-0.4T，因此在設計配電變壓器時，非晶材料合適的工作磁通密度至多選取在1.35-1.40T，而取向矽鋼合適的工作磁通密度可提高至1.60-1.70T，甚至更高。當工作磁通密度選取越低時，製造同容量變壓器鐵心所需的材料就越多。因此，通常情況下鐵基非晶用材重量消耗較取向矽鋼多約30%，進而導致變壓器整體體積增大，成本上升。
3、由於鐵基非晶帶材的飽和磁致伸縮是取向矽鋼的4-5倍。因而，同容量非晶變壓器的噪音較取向矽鋼變壓器高出約10dB。
最後，在加工性能方面，與取向矽鋼相比，鐵基非晶帶材具有明顯的劣勢：
1、由於非晶帶材是直接噴制成型，一方面帶材本身厚度極薄，另一方面由於厚度一致性和表面品質與冷軋而成的取向矽鋼相比還是存在較大差距，使得非晶帶材的疊片係數比取向矽鋼低約6-10%，進而導致製造相同容量變壓器條件下，耗材量較矽鋼高。
2、由於非晶帶材的硬度是取向矽鋼的5倍左右，因此非晶生產變壓器時，無法進行縱剪，使得各級寬度受限。
3、為了消除非晶帶材在成材過程中急速冷卻和捲繞鐵芯時產生的應力，必須對鐵心進行退火熱處理。雖然非晶帶材的退火溫度較低，但是退火工藝要求高，退火溫度控制嚴格(溫度偏高10℃，鐵損增加10-15%；溫度偏高20℃，鐵損增加一倍)。此外，退火時還必須施加一定磁場強度，磁場的大小應保證鐵芯材料在退火過程中與退火溫度下磁飽和相接近。這些繁瑣的工藝都會增加鐵心廠家的製造成本。
另外，在非晶合金應用於配電變壓器中，一些變壓器廠專家指出，在承受電網過電壓能力上，矽鋼變壓器會更明顯優勢；在高超載狀態時，矽鋼變壓器的服役壽命會大於非晶變壓器；非晶帶材對機械應力非常敏感，生產過程中操作不當施加到鐵心的應力會增大約20%的空載損耗和雜訊；由於非晶帶材含硼量高達15-17%，因此當非晶變壓器服役期滿或運行報廢後，其非晶鐵心將難以像矽鋼一樣可以回爐重新冶煉，存在現實的環保問題。
四、在非晶技術及其應用的影響下，矽鋼技術及產品可能會有哪些發展及研發應用呢？寶鋼作為行業龍頭有什麼計畫呢？
國家和地方政府的配變能效提升計畫和激勵舉措將會影響到非晶和矽鋼材料的市場需求。寶鋼作為國內高等級取向矽鋼最主要的供應商，也將重點更多地著眼在提升保障高能效配變用取向矽鋼的供貨能力上，滿足國家政策對材料的迫切需求。
所以，在新產品開發方面，主要有如下計畫：
一方面寶鋼將繼續開展薄規格（0.18mm、0.20mm）取向矽鋼的開發和生產，滿足低損耗疊片式配電變壓器的需要；
另一方面，針對立體卷鐵心配電變壓器，寶鋼也正在開發與之相匹配的耐熱刻痕取向矽鋼產品，從這兩個方面滿足節能型配電變壓器市場的需求。
還有就是目前我們也正在將已有的低噪音取向矽鋼生產技術推廣到薄規格產品上，以便實現配電變壓器變壓器低噪音發展的需要。
最後就是在矽鋼產品應用方面，我目前所負責的寶鋼矽鋼用戶使用技術小組近幾年也正在不斷深入開展EVI（使用者產品先期介入）研究工作，通過與下游用戶和研究機構深入合作，在充分發揮矽鋼性能的基礎上，利用模擬技術和實驗分析，共同開發更節能、更加環保的新型變壓器產品。
在此也希望我們能夠與更多的變壓器及相關領域的用戶一起深入合作，為我國的節能、環保事業貢獻自己的力量。
2017年 5月 6日，“2017全國取向矽鋼產業鏈供需交流會”將在江蘇徐州舉辦。此次會議由買材網旗下的旺材變壓器2017價格行情走勢、鋼廠新產品技術要點及市場供需分析、國網投資規模招標解讀、一體化柱上變台、成本控制、新型材料等熱點問題進行探討解答。
來源 | 旺材變壓器
寶鋼又先後以“三年趕超計畫”、“三年引領計畫”為指針，持續對標世界領先的取向矽鋼研製技術，通過近十年來的努力，寶鋼取向矽鋼歷經三期建設，目前產能達到了30萬噸，實現高端取向矽鋼產品牌號全覆蓋和批量穩定供貨，產品廣泛應用於三峽地下電站、西電東輸1000Kv特高壓交直流輸電工程、一級能效配變等國內重大專案中，產品及生產技術均達到國際領先水準。二、在您的介紹下，我們瞭解了國內取向矽鋼技術從無當有，從薄弱到雄厚的過程，國內取向矽鋼技術相對國外還有哪些差別，各自的發展趨勢有什麼不同？
近年來，隨著國家大力宣導綠色環保，對電力設備的節能、高效提出了更高的要求。因此高效節能變壓器對取向矽鋼的鐵損、磁感均提出了更高的要求，同時對雜訊水準、絕緣水準及運行安全性、使用壽命等指標也要求苛刻。
針對這些方面的需求，寶鋼堅持走取向矽鋼高端化路線，推進工藝技術自主創新，持續向各種規格高端產品發起挑戰。在多年來積累的豐厚經驗基礎上，深入研究產品體系和工藝路線，經過實驗室不斷的努力，在很多個方面取得研製的重大突破。
比如：2014年12月31日，寶鋼自主研製的B18R065牌號高端取向矽鋼新產品實現全球首發；該產品單位損耗P17/50達到了0.65瓦/千克以下，並廣泛應用於一級能效配電變壓器的生產。
再比如：2015年寶鋼也成功開發了低噪音取向矽鋼（LM系列），通過成功降低矽鋼片磁致伸縮，在變壓器不改變設計的情況下，實現變壓器本體降噪，目前已成功降低成品噪音約3個分貝。產品也已廣泛應用於對噪音有特殊要求的電力變壓器、幹式配電變壓器和電抗器產品的生產。
還有，2016年5月31日，在2016第二屆寶鋼取向矽鋼EVI論壇上，寶鋼自主研製的B27R080和B30R090兩個牌號高端取向矽鋼新產品全球首發，0.30mm的取向矽鋼單位損耗P17/50達到0.9瓦/千克以下，0.27mm的取向矽鋼單位損耗P17/50達到0.8瓦/千克以下，新產品也已成功應用於電力變壓器的生產。
寶鋼取向矽鋼的這些新產品開發成功不但代表了當前世界同規格取向矽鋼製造技術的最高水準，這是我國取向矽鋼研製實現從趕超向引領的重要里程碑，也必將將助推我國電力事業發展躍上一個新臺階。
三、非晶技術的興起和應用對矽鋼有一定影響，有些人甚至擔心非晶會取代矽鋼。對此，胡博士您怎麼看？
其實鐵基非晶合金帶材與取向矽鋼兩種材料各有優勢和不足。
首先，在基本物理性能方面，取向矽鋼材料由於其具有足夠的寬度，因此可以被用來製造全部電壓等級和容量的配電變壓器，直至雙百萬的特高壓電力變壓器，用途更廣泛。而鐵基非晶帶材寬度由於受到材料在頻寬方向上急冷均勻性，以及頻寬方向上厚度和表面品質一致性的問題。非晶帶材中最寬的僅為213mm，更多的是集中在較窄規格的材料，這就使得非晶材料絕大多數只能製造10KV電壓等級，容量1600KVA以下的配電變壓器。
其次，在磁性能和噪音方面，兩種材料也互有優劣勢：
1、在1.3T和50Hz條件下，鐵基非晶帶材比寶鋼取向矽鋼現有最高牌號B18R065的單位損耗(P13/50)低約50%，優勢明顯。單位損耗小的原因主要在於鐵基非晶帶材厚度薄(目標厚度僅為0.18mm規格取向矽鋼的1/7)，電阻率高。此外，由於是非晶態，原子排列隨機，不存在原子定向排列產生的磁晶各向異性，也不存在產生局部變形和晶界。因此妨礙磁疇運動的能量壁壘非常小，所以導磁率高，矯頑力小，損耗低。
2、由於鐵基非晶帶材的飽和磁感值較B18R065低0.3-0.4T，因此在設計配電變壓器時，非晶材料合適的工作磁通密度至多選取在1.35-1.40T，而取向矽鋼合適的工作磁通密度可提高至1.60-1.70T，甚至更高。當工作磁通密度選取越低時，製造同容量變壓器鐵心所需的材料就越多。因此，通常情況下鐵基非晶用材重量消耗較取向矽鋼多約30%，進而導致變壓器整體體積增大，成本上升。
3、由於鐵基非晶帶材的飽和磁致伸縮是取向矽鋼的4-5倍。因而，同容量非晶變壓器的噪音較取向矽鋼變壓器高出約10dB。
最後，在加工性能方面，與取向矽鋼相比，鐵基非晶帶材具有明顯的劣勢：
1、由於非晶帶材是直接噴制成型，一方面帶材本身厚度極薄，另一方面由於厚度一致性和表面品質與冷軋而成的取向矽鋼相比還是存在較大差距，使得非晶帶材的疊片係數比取向矽鋼低約6-10%，進而導致製造相同容量變壓器條件下，耗材量較矽鋼高。
2、由於非晶帶材的硬度是取向矽鋼的5倍左右，因此非晶生產變壓器時，無法進行縱剪，使得各級寬度受限。
3、為了消除非晶帶材在成材過程中急速冷卻和捲繞鐵芯時產生的應力，必須對鐵心進行退火熱處理。雖然非晶帶材的退火溫度較低，但是退火工藝要求高，退火溫度控制嚴格(溫度偏高10℃，鐵損增加10-15%；溫度偏高20℃，鐵損增加一倍)。此外，退火時還必須施加一定磁場強度，磁場的大小應保證鐵芯材料在退火過程中與退火溫度下磁飽和相接近。這些繁瑣的工藝都會增加鐵心廠家的製造成本。
另外，在非晶合金應用於配電變壓器中，一些變壓器廠專家指出，在承受電網過電壓能力上，矽鋼變壓器會更明顯優勢；在高超載狀態時，矽鋼變壓器的服役壽命會大於非晶變壓器；非晶帶材對機械應力非常敏感，生產過程中操作不當施加到鐵心的應力會增大約20%的空載損耗和雜訊；由於非晶帶材含硼量高達15-17%，因此當非晶變壓器服役期滿或運行報廢後，其非晶鐵心將難以像矽鋼一樣可以回爐重新冶煉，存在現實的環保問題。
四、在非晶技術及其應用的影響下，矽鋼技術及產品可能會有哪些發展及研發應用呢？寶鋼作為行業龍頭有什麼計畫呢？
國家和地方政府的配變能效提升計畫和激勵舉措將會影響到非晶和矽鋼材料的市場需求。寶鋼作為國內高等級取向矽鋼最主要的供應商，也將重點更多地著眼在提升保障高能效配變用取向矽鋼的供貨能力上，滿足國家政策對材料的迫切需求。
所以，在新產品開發方面，主要有如下計畫：
一方面寶鋼將繼續開展薄規格（0.18mm、0.20mm）取向矽鋼的開發和生產，滿足低損耗疊片式配電變壓器的需要；
另一方面，針對立體卷鐵心配電變壓器，寶鋼也正在開發與之相匹配的耐熱刻痕取向矽鋼產品，從這兩個方面滿足節能型配電變壓器市場的需求。
還有就是目前我們也正在將已有的低噪音取向矽鋼生產技術推廣到薄規格產品上，以便實現配電變壓器變壓器低噪音發展的需要。
最後就是在矽鋼產品應用方面，我目前所負責的寶鋼矽鋼用戶使用技術小組近幾年也正在不斷深入開展EVI（使用者產品先期介入）研究工作，通過與下游用戶和研究機構深入合作，在充分發揮矽鋼性能的基礎上，利用模擬技術和實驗分析，共同開發更節能、更加環保的新型變壓器產品。
在此也希望我們能夠與更多的變壓器及相關領域的用戶一起深入合作，為我國的節能、環保事業貢獻自己的力量。
2017年 5月 6日，“2017全國取向矽鋼產業鏈供需交流會”將在江蘇徐州舉辦。此次會議由買材網旗下的旺材變壓器2017價格行情走勢、鋼廠新產品技術要點及市場供需分析、國網投資規模招標解讀、一體化柱上變台、成本控制、新型材料等熱點問題進行探討解答。
來源 | 旺材變壓器