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行业新闻

首钢高磁感取向电工钢产业化及应用

2016-11-24 17:34:25 浙江华赢特钢科技有限公司 阅读

高磁感取向电工钢主要用于大型电力变压器及高效节能配电变压器,全世界只有极少数大型钢铁企业掌握高磁感取向电工钢生产技术。2005年之前全国高磁感取向电工钢产品年产量不到0.10万吨,进口量则高达20-30万吨,主要来自日本、韩国及俄罗斯。由于没有全面掌握高磁感取向电工钢生产技术,使得我国电力工业中的超高压、特高压大型电力变压器用高级别取向电工钢完全依赖进口,国家输变电发展受到了严重限制,国家电力安全也得不到保障。

国务院《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》指出,能源供应和安全事关我国现代化建设全局。我国电力资源与电力需求的不平衡促进了电力特高压线路的建设,《中国电力与能源》指出,以电力为中心推动我国能源发展方式转变,实施以“一特四大”为核心的电力发展战略,即以特高压电网为骨干网架,促进大煤电、大水电、大核电、大可再生能源基地集约化开发,实施更大范围内能源资源优化配置。再加上国家能源结构调整及节能减排的需求加强,输变电行业整体呈现高电压、高能效的局面,大型电力变压器的需求快速增长,带动了对高磁感取向电工钢的需求量大幅提升。

在国家能源结构调整及节能减排的战略背景下,为摆脱我国高磁感取向电工钢技术落后和严重依赖进口的被动局面,首钢在搬迁调整过程中做出战略决策,将高磁感取向电工钢定位为首钢产品结构调整的三大战略产品之一,逐步启动了项目研发、产业化工作,目标瞄准高端,采用最先进的技术路线、先进的装备和先进的管理理念,以“建设中国电工钢示范工厂”为愿景。

1首钢速度(取向电工钢的研发及产业化)

高磁感取向电工钢制造工艺流程长,技术难度高,国外个别钢铁巨头掌握了高磁感取向电工钢工艺的核心技术,为保持其核心竞争力进行了长期技术封锁。面对国家对高磁感取向电工钢的急切需求与取向电工钢关键技术严密封锁的局面,首钢只能通过自主研发寻求突破。面对专家对首钢发展电工钢产业的能力提出的质疑,首钢发扬“敢担当,敢创新,敢为天下先”的首钢精神,于2005年与钢铁研究总院成立电工钢联合研发平台开始进行取向电工钢研发工作。

研发平台建立健全了抑制剂、织构、涂层和磁性能分析4大核心实验室,配备了全套实验研发及检测装备,以及冶炼、热轧、冷轧、退火等中试设备,其中关键设备由国外引进;开创了企业-研究院合作新模式,创建了产、学、研新机制;研究平台配备知名专家5名、博士后4人、博士10人、硕士15人。历经7年的实验室联合研发及中试,研发平台进行了大量的机理研究,掌握了取向电工钢磁性能及表面控制的规律,先后开发了含铜CGO、高温法高磁感取向电工钢、低温法高磁感取向电工钢工艺技术,形成一系列取向电工钢技术创新成果,共形成专利27项,技术秘密152项。同时,培养了一批取向电工钢研发人才,为实现产业化奠定了坚实的基础。

高磁感取向电工钢制造技术主要有高温工艺路线和低温工艺路线,其中低温高磁感取向电工钢生产工艺具有节能环保和质量稳定的优势,代表了高磁感取向电工钢的发展方向。低温板坯加热技术生产高磁感取向电工钢对炼钢、热轧、常化酸洗、冷轧、脱碳退火、高温退火、热拉伸平整等工序工艺及过程控制要求十分苛刻。为此,首钢结合自主研发成果与国际先进设备制造商合作集成了冷轧、退火等工序的机组,同时对炼钢、热轧等工序进行了相应的工艺技术改造,形成了一整套高精度高磁感取向电工钢制造装备。

2008年,首钢电工钢项目开始动工兴建,设计年产量120万吨,其中高磁感取向电工钢15万吨,高牌号无取向电工钢15万吨,中低牌号无取向电工钢90万吨。2012年3月,第一卷高磁感取向电工钢卷成功下线,标志着首钢取向电工钢主要生产流程全线贯通。2014年,实现了0.30mm、0.27mm与0.23mm三个规格产品全牌号批量生产。2015年首钢取向电工钢达到设计产能,当年成功生产高磁感取向电工钢15万吨,其中27SQGD090、23SQGD080等高牌号取向电工钢具备批量供应能力,用户评价首钢产品性能指标及使用效果达到国际先进水平。自2005年开始技术研发,至2014年高磁感取向电工钢市场规格牌号全覆盖,首钢在短短9年时间实现了从研发到产业化的转变,成为全球第四家掌握低温高磁感取向电工钢制造技术的企业,被业界赞叹为“首钢速度”。

对已取得的成绩,首钢并不满足,为追求更高品质,满足用户需求,首钢在完成产业化的同时不断进行新的产品研发工作。为了满足用户在大型变压器制造需求,提高取向电工钢铁心制造的材料利用率,降低变压器制造成本,首钢于2015年开始研发超宽规格取向电工钢。历时半年,成功解决了二十辊轧制尺寸精度与平直度控制、氧化镁涂布均匀性控制、高温退火冷热点温差等一系列工艺难题与极限规格机组运行瓶颈。2016年6月,首钢1200mm规格超宽产品具备批量稳定供应能力,得到国家电网和变压器用户的高度认可。同时,在超薄0.20mm规格产品研发取得突破,产品达到20SQGD070水平。

2首钢品质(产品质量保证)

取向电工钢被称为钢铁中的工艺品,其质量控制难度不言而喻。为实现产品质量的飞速提升,首钢人苦练内功,通过自主研发掌握了低温取向电工钢抑制剂控制技术、硅酸镁底层综合控制技术、高精度板形控制技术等取向电工钢的核心技术,为产品质量控制提供了坚实的技术保障。

首先,电磁性能是取向电工钢质量的核心,取向电工钢项目立项之初,首钢便明确了产品100%高磁感的高端目标。在前期研发的理论基础上,通过3年生产实践的逐步优化,形成了一套以炼钢成分精准控制技术、热轧一体化温度精准控制技术、新型常化技术、新型分段渗氮技术等为主要内容,涵盖取向电工钢生产各工序的磁性能一贯制综合控制技术,实现了首钢取向电工钢低损耗、高磁感电磁性能的稳定控制。其次,取向电工钢尺寸精度与板形质量是保障变压器铁心加工、成品空载性能、噪声等良好性能的关键指标,首钢经过3年的生产实践,形成了以热轧、冷轧、高温退火等工序为基础的精准板形一贯制控制技术,保证了用户对产品尺寸的需求。第三,取向电工钢表面质量是保证变压器铁心的叠片性、附着性及绝缘性的指标,首钢自主开发了以硅酸镁底层控制为核心的涵盖脱碳退火、高温退火、拉伸平整等工序的表面一贯制综合控制技术,获得了良好表面附着性、绝缘性等指标,满足变压器铁心技术要求。

与此同时,首钢全力推进标准化、全员化、自动化的质量管控体系建设,通过控制计划实现过程参数的闭环控制,以QPC为载体实现过程数据控制,以在线仪表与检验系统准确反应实物性能指标,不断推进质量数据的自动化工作,创建预防性的质量管理体系,最终实现产品质量的稳定、精确控制。

在狠抓内部质量管理的同时,首钢坚持眼睛向外、对标找差、持续改进以不断提升质量水平。首钢依托首钢-保变等三家用户技术联合实验室和首钢硅钢工程技术研究中心对用户所关心的励磁特性曲线、涂层质量、板形尺寸等进行持续研究与改进,产品质量大幅提升,各项产品指标及稳定性达到国际先进水平。

2016年沈阳变压器研究院、国家电网等第三方权威机构对首钢、新日铁与浦项三家产品的常规电磁性能、谐波与直流偏磁下电磁性能、涂层绝缘性、附着性、板形及尺寸精度等进行全方位检测,结果表明,首钢高磁感取向电工钢与新日铁、浦项产同类型产品各项数据相当,样品性能处在同一水平线上。

2016年5月28日,中国机械工业联合会、中国钢铁工业协会组织专家对首钢“高磁感取向电工钢产品及超高压变压器应用”成果进行了评审,中国工程院院士朱英浩、王国栋等25位专家一致给予高度认可。专家组表示:首钢掌握了低温板坯加热工艺生产高磁感取向电工钢技术,自主集成了高磁感取向电工钢全流程生产装备,突破了电磁性能、板形尺寸、涂层质量控制等核心技术,产品技术指标全面达到同类产品的国际先进水平;采用首钢提供的高磁感取向电工钢制造的500kV级电力变压器通过国家变压器质量监督检验中心认证,主要性能指标优良,应用效果与国际先进企业水平相当。

3首钢品牌(产品应用)

首钢在取向电工钢市场开拓、产品应用推进方面充分发挥“产、销、研、用一体化”优势,做到针对用户需求快速响应,坚持稳扎稳打、逐步推进,产品已经在国内外节能配电变、大型电力变制造企业批量、稳定应用。

截至2016年,首钢取向电工钢已通过ABB、Siemens、GE认证,成为国际三大变压器制造企业全球供应商,实现批量稳定供货;先后通过国内三大变压器制造企业(天威保变、西电、特变电工)与国网山东电力的认证,并已实现批量稳定应用;首钢取向电工钢产品已出口欧洲、美洲、中亚、东南亚等十几个国家和地区。

2013年10月,首钢取向电工钢首次在出口500kV变压器产品试用成功,至2016年6月,首钢通过与特变电工集团、天威保变、国网山东电力、韩国晓星、西门子等企业进行合作,高磁感取向电工钢产品已经批量应用于500kV、750kV级超高压电力变压器,用户表示使用效果与国际先进企业水平相当。同时,首钢取向电工钢在国内S13型节能配电变压器领域得到了广泛应用,得到了国网宏源、特变电工、西电等用户的一致认可。

一直以来,首钢高磁感取向电工钢开发坚持“以市场为导向,以客户为中心”的发展理念和“高端高效,绿色环保”的产品定位,已与多家变压器知名企业建立“先期介入”联合研发平台、联合实验室,持续改善用户体验,不断满足并服务于用户的需求升级。下一步,首钢高磁感取向电工钢的研发方向及生产实践将遵循国家电力行业发展步伐,从高、低两个方面重点突破。一方面契合国家特高压建设,实现更多超、特高压变压器应用业绩;一方面低压配电变压器能效等级提升,研发更高磁感、更低损耗、更薄规格的取向电工钢产品,为国家电力工业建设和节能减排提供高端优质材料,为我国高磁感取向电工钢替代进口及高端产品出口做出重要贡献。同时,为国家经济转型、产业结构调整以及绿色能源环保起到基础性保障作用。

首钢自2005年9月启动取向电工钢研发工作,目前已实现高磁感取向电工钢产品牌号全覆盖,成为100%高磁感取向电工钢制造商。首钢将持续提升产品质量和服务水平,持续研发高端产品,打造“中国电工钢示范工厂”,提升中国钢铁业制造能力。