1 引言
高磁感取向电工钢（以下简称 HIB 钢）是当今钢铁品种中，生产难度最大的钢种之一，其工艺流程长、技术复杂，工序控制难度大。也是我国电力发展、变压器运行节能和提升能效的重要原材料产品。高磁感取向电工钢在国内有两种工艺路线，称为高温高磁感取向电工钢（高温HIB 钢）和低温高磁感取向电工钢（低温 HIB 钢），其中宝武集团青山基地同时具备以上两种工艺技术，宝武集团宝山基地和首钢具备低温高磁感取向电工钢工艺技术。
据有关信息显示：国内目前有 10 多家民营企业只具备一般取向电工钢（以下简称CGO）的冷轧生产技术，部分民营企业正在进行技术改造，增加常化酸洗、渗氮炉等设备，加快打通低温 HIB 钢的冷轧生产工艺流程。同时，主要民企还在积极与国内具备冶炼、热轧的钢企联合开发低温 HIB 钢原料，并取得了一定的进展。
2 Hi B 钢生产技术现状
2.1 我国取向电工钢生产主要历程
（1）1978 年10 月宝武集团青山基地第一卷取向电工钢正式下线，年设计能力 2.8 万吨，到2005 年产能已达到 13.2 万吨/年，其中高温 HIB 钢仅生产了 776t，产品牌号P17/50仅在 1.30~1.20W/kg，主要原因：1）受板坯高温工艺的制约；2）对热轧产量影响太大，加热温度及时间不能保证；3）炼钢工序对 Als 目标命中和对抑制剂控制存在问题。而生产的 HIB 钢牌号低，不稳定，致使 HIB 钢一直依赖进口。
（2）2006 年宝武集团青山基地第二硅钢厂投产，采用低温工艺生产CGO 钢，解放了热轧厂高温加热炉的能力，因而有时间实现 HIB 钢高温加热。2006 年 HIB 钢产量升至 2.0万吨，以后逐年大幅度提高。后兴建专门生产 HIB 的第三硅钢厂，设计产能 15 万吨，并于 2009 年全面达产。同时在规格、磁性上有大进步，基本与新日铁HIB 钢产品系列，特别是高端牌号可以相互对应，生产的 HIB 钢制造的500k V 变压器测试结果，其性能与新日铁比相当。2005 年开始自主开发低温HIB 钢的生产技术，并于 2008 年开始形成批量生产，2009 年三分厂低温 HIB 钢达产，2011年开始以低温 HIB 钢工艺路线建设第四硅钢厂，并于 2013年全面达产。
（3）2004 年宝武集团宝山基地开始筹备五冷轧厂项目建设，其中取向电工钢能力30 万吨，分三期建设，经过多年试验研究及工业化大生产试验全而掌握了低温板坯加热工艺技术。2008 年 5 月一期取向电工钢项目投产，2011 年二期全线贯通，2013 年三期全线贯通并相继投产。2009 年生产 11.5 万吨，其中 HIB钢占50%，同年通过了由国家三峡办组织的用于 500k V 等级变压器的可行性评审，其主要品种规格基本与新日铁标准相对应。
（4）民企 2007 年涉足取向电工钢生产技术，主要以生产CGO 钢为主。2008 年四川江油市丰威新材料有限责任公司率先通过攀长钢和云南玉溪钢厂冶炼及川威热轧成功生产出CGO 钢，截至 2016 年又有多家民企取向电工钢项目投产，并开始研究HIB 钢生产技术。
（5）2009 年鞍钢取向电工钢投产，主要以生产CGO 钢为主，生产能力从 10 万吨调整为 4 万吨，并进行过设备改造升级。目前由于多方面原因，生产一直处在不稳定状态。
（6）首钢 2012 年取向电工钢投产，其装备配置及技术水平较高，近几年发展较快，已具备15 万吨 HIB生产能力，并赢得业内较好的评价。
2.2 HIB 钢与 CGO 钢的主要区别
（1）HIB 钢也称高磁感取向电工钢，国家标准GB/T 2521.2—2016 称其为高磁极化强度级钢带（片），主要特征：铁损低、磁感高,磁感（J800）一般以 1.88T 为界定，以上为 HIB 钢。可分为低、中、高三个级别和磁畴细化级钢带（片）：1）最低级别牌号：35QG135、35QG125、35QG115、30QG120、30QG110、30QG105；2）中级别牌号：27QG110、27QG100、27QG095、27QG090；3）高级别牌号：23QG100、23QG095、23QG090、23QG085；4）磁畴细化级钢带（片）牌号：30QH110、30QH100、30QH095、27QH100、27QH095、27QH090、27QH085、23QH100、23QH090、23QH085、27QH080，还有新日铁、浦项、宝武集团等企业正在开发或试产的0.20mm、0.18mm、0.16mm，P1.7/50在 0.75W/kg、0.70W/kg、0.65W/kg 等更高级别的 HIB 钢。
（2）CGO 钢也称一般取向电工钢，国家标准GB/T 2521.2—2016 称其为普通级钢带（片），主要特征：铁损相对低，磁感（J800）一般以 1.82~1.87T 为界定，主要产品牌号有 35Q155、35Q145、30Q130、30Q120、27Q130、27Q120、23Q120、23Q110。
（3）HIB 钢与CGO 钢相比，主要区别：在冶炼成分上、在热轧温度及控制上、在冷轧工序上均有不同。1）HIB 钢的热轧卷需经过常化、酸洗处理；2）CGO 钢只需经过酸洗处理；3）HIB 钢冷轧时需要温轧过程，并经过几个道次逐步升至 200 度以上；4）HIB 钢只需一次轧制过程，脱碳退火、渗氮处理；5）CGO 钢需要经过二次轧制过程，但不需要渗氮处理。
2.3 HIB 钢与 CGO 钢生产流程及要点
（1）低温 HIB 钢工艺流程：炼铁→炼钢（真空处理、连铸+电磁搅拌）→热连轧→常化→酸洗（盐酸）→ 一次冷轧→脱碳退火（脱碳，渗氮，涂敷氧化镁涂层）→高温退火（环型炉）→拉伸平整退火（硫酸清洗，涂敷绝缘涂层，激光刻痕）→精整→包装（标识、成品入库）→出厂。目前宝武集团、首钢均可采用低温HIB 钢的工艺流程。
（2）CGO 钢工艺流程：炼铁→炼钢（真空处理、连铸+电磁搅拌）→热连轧→酸洗（盐酸）→一次冷轧→脱碳退火→二次冷轧→回复退火（涂敷氧化镁涂层）→高温退火（罩式炉，隧道炉）→拉伸平整退火（硫酸清洗，涂敷绝缘涂层，激光刻痕）→精整→包装（标识、成品入库）→出厂。目前民企均采用CGO 钢的工艺流程。
（3）HIB 钢低温与高温的区别。
表 1 Hi B 钢主要生产工艺技术对比
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工艺流程和特点
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低温加热一次冷轧法
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高温加热一次冷轧法
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流程
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转炉-RH-连铸
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转炉-RH-连铸
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铸坯加热
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高温（1150℃）
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高温（1400℃）
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热轧后常化
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常化
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常化
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冷轧
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一次
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一次
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成品退火
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脱碳
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脱碳
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渗碳
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渗碳
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-
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工艺特点
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低温加热+常化+一次冷轧
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高温加热+常化+一次冷轧
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生产成本
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低
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高
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技术难度
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难度大
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难度大
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产品竞争力
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最强
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强
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表 2 铸坯低温加热型高磁感取向电工钢主要生产工艺类型
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板坯尺寸
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铸坯加热模式
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抑制剂类型
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抑制能力形成过程
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厚板坯200~250mm
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1250~1300℃在推拉式或步进式炉中加热
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先天抑制剂
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抑制剂成分为（Al、N、S、Cu…）抑制剂析出于热轧或热轧板常化过程中
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通过Mgo中加硫化物和氮化物及高温退火时高N2氛来加强抑制能力
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先天+后天抑制剂
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通过渗氮处理、Mgo中加氮化物及高温退火时高N2氛来加强抑制能力
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1150~1200℃在推拉式或步进式炉中加热
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后天抑制剂
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避免先天抑制剂形成
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脱碳退火后用含N气氛渗氮处理
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无抑制剂
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使钢中杂质元素高度纯净化
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薄板坯如60mm
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1150~1200℃隧道式炉中加热
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先天+后天抑制剂
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部分抑制能力在热轧或热轧板常化过程中已形成
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脱碳退火时用含N气氛渗氮处理
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3 国内现有生产能力
（1）HIB 钢和CGO 钢生产能力。
表 3 2016 年 HIB 钢与 CGO 钢生产能力统计
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序号
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名称
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2016年（万吨）
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产能利用率（%）
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与上年同比（%）
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占市场需求比（%）
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备注
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1
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总生产能力
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129.00
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87.14
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-8.24
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/
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HIB钢产量
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77.45
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82.39
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-19.65
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68.90
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CGO钢产量
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34.96
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99.89
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16.00
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31.10
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2
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表观消费量
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104.79
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/
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/
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/
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不含二次片5~8万吨
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3
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实际消耗量
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105.90
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/
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/
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/
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（2）2008~2016 年HIB 钢产量。
图 1 2008~2016 年 HIB 钢产量排列图
注：国产 HIB 钢 0.23mm 以下产品约占总产量的 30%~40%
4 国内 HIB 钢需求分析
4.1 国内需求量
（1）据统计，目前我国取向电工钢年需求在 120~130 万吨，其中 HIB 钢 70~80万吨、CGO 钢 45~50 万吨。具体表现在中大型变压器（110k V、220k V、500k V、750k V 特高压变压器等）主要用 HIB 钢，中小型变压器（10k V、35k V 等配电或干式变压器）主要用 CGO 钢或非晶合金带材替代。
（2）截至 2016 年，我国取向电工钢生产能力约129 万吨，从供给看，需求基本平衡，关键是下游变压器行业能效升级的推进将带来供给的结构变数。2016 年我国 HIB 钢总量已达到约 77.45 万吨，如果加快配电变压器能效升级，全部采用 HIB 钢，需要加快CGO 的产线的淘汰升级。在配电变压器市场中，用户可选用 HIB 钢，也可选用非晶合金带材，二者都是能力、质量、成本的竞争。
（3）不完全统计，国产非晶合金带材生产能力在 10~15 万吨，2016 年使用非晶合金带材约 10 万吨。受配电变压器能效升级，未年 3-5 年会逐步淘汰 CGO 钢或部分非晶合金带材替代 CGO 钢和 HIB 钢取代 CGO钢。另外，由于非晶合金带材宽度受限，加之太薄、脆性大等缺陷，不可能完全取代取向电工钢，如中大型变压器，如110k V、220k V、500kV、750k V 特高压变压器等依然使用 HIB 钢。
4.2 下游应用
（1）根据中国电器工业协会变压器分会数字统计，我国变压器生产能力已达到25 亿~30 亿 k VA。2016年产量约 16.65 亿 kVA，其产能已严重过剩。目前我国变压器生产企业超过 2000 家（包括电力变压器、电子变压器、互感器和整流器等相关企业），其中在变压器分会注册的会员单位约560 家，含变压器类 400 家、互感器类 60 家、调压器类 10 家、组件类 90家。有能力生产 500k V 变压器的企业有 15 家以上，其中包括特变电工沈变和衡变、西变、保定天威、常州东芝、重庆ABB 变压器等；能生产 220k V 变压器的企业已超过 30 家，生产 110k V 级的企业已达到 120 家以上，其中年产超过百台的企业有特变电工衡变和沈变、保定天威、江苏华鹏等厂家；生产干式配电变压器的企业约有 130 家，生产能力在 100 万 kVA 以上的企业有顺特、许继等厂家；生产 10k V、35kV 级变压器的企业有 1500~2000 家。
（2）全国变压器主要产品对取向电工钢的需用量。
图 2 2007~2016 年全国变压器产量推移图 单位：亿 k VA
图 3 2008~2016 年全国配电变压器产量推移图 单位：亿 k VA
表 4 全国变压器部分产品对取向电工钢的需用量
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产品名称或容量
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使用的主要产品及牌号
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数量（t）
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备注
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500kV级 上变压器/台
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30QG105、30RK100、27RK090、23RK085等
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用量不等
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|
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容量在250MVA/台
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80
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||
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容量在720~840MVA/台
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240
|
||
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±500kV级及以上换流变压器
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27RK090、B27R090、23RK085、B23R085等
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80t激光片
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最多单机用量约300
|
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110~220kV级变压器
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30Q130、30Q120、30QG120等
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50~70
|
|
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容量在120~180MVA的220kV/台
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10~30
|
||
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容量在16~63MVA的110kV/台
|
|||
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35kV级变压器
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30Q130、30Q120、27Q120或非晶合金带体
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用量不等
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|
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10kV级配电变压器
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4.3 利好政策
（1）2016 年国家发改委《关于“十三五”期间实施新一轮农村电网改造升级工程意见的通知》，到2020年农村电网可靠率达到 99.8%，综合电压合格率达到 97.9%，每户配电变压器不低于 2k VA。“十三五”期间新增投资约为 2.3 万亿元。其中，到 2020 年底水电开发利用目标为 3.8 亿 k W（抽水蓄能约为 0.4亿 k W），太阳能发电为 1.6 亿 k W（光伏 1.5 亿 k W），风力发电为2.5 亿 k W。在新能源发展规模比较大的地区布局适当规模的抽水蓄能电站，建立风水、风光水、风光火等联合运行基地，积极探索不同场景、技术、规模和领域的储能商业应用，规范相关标准和检测体系。
表5 节能型配电变压器产品等级一览表
（2）2016 年电网建设投资4390 亿元，加快推进“五交八直” 特高压工程；国家电网公司政策,完善西北750k V 主网架，加快建设“渝鄂直流”背靠背等工程；配电网、智能电网建设（2016 年完成东部七省市农网和城市配电网工程）建设智能、高效、可靠、绿色的现代化电网（2000亿元）南方电网公司政策—“十三五”改革发展重点任务,优化主网；新增西电东送能力 1100 万 k W，云南、广东柔直技术应用，形成三个同步电网主网架格局；做强配网--智能化、开放接入、双向互动。
（3）配电变压器能效提升计划，2015 年工业与信息化部、质检总局、国家发改委联合印发了《配电变压器能效提升计划（2015~2017年）》，通过制定实施配电变压器能效提升计划，加快高效配电变压器的推广应用，全面提升我国配电变压器运行能效水平，对降低配电变压器电能损耗，推动配电变压器产业发展，促进工业节能降耗具有重要意义。
（4）国家将对节能型配电变压器进行重点推广。推广计划：1）2014~2016 年，我国新增配电变压器中，S13 型及非晶合金变压器及节能型配电变压器不低于 60%，自动调容调压变压器不低于15%。2）2017~2019年，新增配电变压器全部采用节能型变压器（包括非晶合金变压器、S13 节能变压器及自动调容调压变压器）。
5 结束语
研究表明国产 HIB 钢，除极少数牌号规格需量产外，品质完全能满足各种型号变压器制造技术的设计要求。 2015年 8 月 10 日国家三部委印发的《配电变压器能效提升计划（2015~2017 年）》提出：“国内电工钢生产企业应该加强电工钢制造工艺的优化改进，提高高性能电工钢产量与稳定性，提升高磁感取向电工钢的质量”。其指导性文件为中国电工钢产业指明了前进的方向，为此我们应思考做好以下几方面工作：（1）从节能的角度，加快开发薄规格高端产品、超高磁极化强度取向电工钢、低噪音取向电工钢、环保型、高张力涂层的取向电工钢；（2）从降低生产成本的角度，不断优化工艺技术，重点研究及开发 CSP 短流程取向电工钢生产技术；（3）智能化工艺控制和产品稳定性作为企业未来一个时期的攻关重点，加快实现智能制造和无人工厂的目标；（4）重点突破薄带连铸大生产技术难题。
来源：《第十一届中国钢铁年会论文集》 陈卓
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