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马钢冷轧电工钢产品研发及技术进步

1引言
 
国民经济的发展以及人民生活的提高都离不开电能,预计在21世纪(至少2050年前)电力仍然是最现代化的动力,是现代化技术、人民生活和新产业发展的重要物质基础。电工钢作为制作用电设备的重要原材料,对国计民生有着重要作用。随着“十三五”的推进和电工钢国产化的全面实施,高牌号(高效)国产电工钢的用量将迅速增加,这一利好政策为高牌号(高效)电工钢的开发生产、稳定质量和扩大产量奠定了重要基础。此外,由于国内具备稳定大批量生产高牌号电工钢产品能力的钢厂仅宝钢、武钢、马钢、首钢、太钢、鞍钢,因此高牌号电工钢产品的经济效益在一定时期内将继续保持在较高水平。
 
马钢是国内首家采用薄板坯连铸连轧(CSP)流程生产无取向电工钢的企业,2005年半工艺电工钢产品开发成功;2007年电工钢一期生产线顺利投产(产能40万吨/年),马钢具备了全工艺冷轧无取向中低牌号电工钢批量化生产能力;2013年电工钢二期高牌号无取向电工钢专业化生产线建成投产后(产能15万吨/年),马钢具备了高牌号无取向电工钢、高磁感电工钢的生产能力,高牌号电工钢成功开发了50W350、50W310、50W290、50W270、35W300、35W270、35W250等多个牌号。经过多年的产品研发和市场开拓,目前马钢已经形成通用型产品、高磁感产品、半工艺产品及新能源汽车用薄规格无取向电工钢系列产品和取向电工钢原料(热轧卷、酸洗卷、一次冷轧卷、脱碳退火卷和二次冷轧卷),广泛应用于家电、电机、发电设备等行业,其中高牌号无取向电工钢主要用于制造大型发电机、工业电机、新能源汽车驱动电机、高效变频压缩机电机等。2015年马钢电工钢销量50万吨,其中高牌号(高效)无取向电工钢8.7万吨、取向电工钢原料2万吨。截至2016年10月份,马钢生产高牌号(高效)无取向电工钢7.2万吨、取向电工钢原料4万吨,年产量逐年稳步上升。
 
2大型发电机、工业大电机用电工钢
 
由于大电机结构复杂,磁路呈多向混合分布,机组体积巨大(如三峡定子直径超过20m),叠装工艺要求特殊(如工地叠装等),使定子不可能进行退火处理,因此,基本上都是使用全工艺型无取向电工钢。此外,考虑到大型工业电机的效率要求高(比如300MW、600MW汽轮发电机效率超过98%,水轮发电机大型容量机组效率也超过98%,小型机组也能达到96%-97%),在大型火电机组,如150MW、200MW、300MW、600MW机组,一般都选用50W290或50W310的牌号,但100MW火电、1000MW核电则均使用更高牌号如50W270、50W250等高牌号无取向电工钢;大型电动机对电工钢的要求相对低一些,一般使用50W310、50W350或50W470产品,交变频机也使用50W600。
 
随着马钢高牌号(高效)电工钢的开发成功和稳定批量化生产,近年来逐渐进入发电机和工业大电机领域,并为多家用户提供磁性能曲线和试用卷进行认证测评,目前50W470、50W350等成功用
 
于1700kW以上大型工业电机的制造上, 50W310、50W290成功通过哈电集团、东方电气等全国著名动力集团的测试认证,制造了多台不同功率(1.7-6.5MW)的大型工业电机,电机的性能测试结果表明,马钢的无取向电工钢完全满足大型工业电机的制造要求。
3新能源汽车驱动电机用电工钢
 
代表新能源汽车三大核心技术之一的驱动电机和电控系统,被称为电动汽车的心脏,而驱动电机的铁芯材料作为电动汽车心脏中的心脏,成为提升和实现电动汽车驱动电机高效率和低能耗指标的关键材料,因此与电动汽车紧密关联的驱动电机用高性能电工钢的需求将随着电动汽车产业和技术的升级而发生重大变化。特别是电动汽车(EV)和混合型汽车(HEV)驱动电机正在向小型化、高精度化、高效率化方向发展,“薄规格、高效化”已成为新能源汽车驱动电机用电工钢的主流发展方向,作为铁芯材料的冷轧无取向电工钢必须具备高磁通密度、高频率低铁损、高疲劳强度、高导热等性能,才能满足新能源汽车用电机的要求。
 
马钢经过多年的专业技术积累,掌握了超高钢水纯净度的冶炼技术,将钢种杂质元素(C+S+O+N)控制在70ppm以下,利用电工钢研究所先进的磁性能检测设备摸索出了高频铁损P1.0/400与工频铁损P1.5/50之间的关系,通过在线铁损监控和退火工艺的实时调整,开展板形优化攻关和表面涂覆技术改进,成功制备出了钢板同板差<8μm、带钢表面良好、层间电阻满足使用要求的新能源汽车驱动电机用电工钢系列产品:30V1600、30V1700、3 0 V 1 8 0 0、3 5 V 1 7 0 0、35V1900、M35V2100,目前正在多家用户处开展小批量试用测试。
 
4高效压缩机电机用电工钢
 
近年来,随着国家对电机效率和节能降耗要求的逐步提高,高效变频技术迅速应用到空调和冰箱行业的压缩机电机领域。马钢采用RH深脱硫、连铸电磁搅拌、边部加热、常化、高温退火等工艺技术,开发的50W400、50W350、M50W350-H、50W470H、35W300高牌号电工钢产品以其良好的低磁场磁性能和高磁场磁性能、高磁导率和小的磁各向异性、磁化曲线中线性段范围宽、线性度高、良好的冲片性能和表面质量,被格力、美的、洛克电气、信质电机等多家家电用户批量采购,平均销量5000-6000吨/月。马钢50W350产品在冰箱压缩上大批量使用,定子退火后铁损降至1.8W/kg,电机效率86.7%,完全满足用户需求。
 
5取向电工钢原料
 
在我国约130万吨取向电工钢生产能力中,有大约18-20万吨属于民营生产企业,由于其不具有冶炼、热轧生产能力,取向电工钢热轧、酸洗、一次冷轧、脱碳退火和二次冷轧原料主要由全流程国有钢铁企业提供。目前国内有太钢、鞍钢、重钢、新余、马钢等五家企业可以批量生产取向电工钢热轧原料。由于生产企业相对少,取向电工钢原料市场竞争相对平缓,产品经济效益较好。
 
2015年太钢已经基本停止取向电工钢热轧原料的销售,对外仅销售0.66mm或0.63mm厚度的一次轧硬卷,产品价格在5500元/吨,全年销售约8万吨。新余2015年6月成功试制一次轧硬卷,目前在市场销售热轧和一次轧硬卷。马钢2014年成功开发出普通取向电工钢热轧原料,2015年实现批量生产取向电工钢热轧原料约2万吨,2016年成功开发出取向电工钢一次冷轧卷、脱碳退火卷和二次冷轧卷,预计年产量6万吨,截至10月份已生产出4万余吨。
 
6结语
 
随着电工钢技术的进步,目前我国电工钢市场呈现了供大于求和结构性产能过剩的现状,特别是中低牌号无
 
取向电工钢和一般取向电工钢过剩矛盾较为突出,马钢积极响应国家的钢铁去产能的号召,就电工钢而言所做的努力主要体现在以下几个方面:1)紧盯市场动态,优化品种结构,加大高牌号高效电工钢的开发力度,优先生产科技含量高、附加值高的电工钢产品;2)
 
在国家“走出去”战略的指导下,大力开拓海外市场,实现产能向国外转移,目前已经和韩国、印度、美国等多家用户签立订单;3)在政府指导下,公司决策层战略性地提出电工钢产线升级改造方案,配备电工钢专用加热炉、将一条低牌号连退生产线改造成高牌号电
 
工钢专用生产线;4)结合电工钢特点,开展洁净钢冶炼控制技术、热轧过程控制技术、板形控制技术、无公害绝缘涂层技术、CSP流程生产高牌号电工钢技术等多项技术攻关,加快工艺技术创新、稳定工序生产高品质电工钢。
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