電工鋼產業(yè)如何助力實現“雙碳”

        2022年是黨的二十大召開之年，也是全面實施“十四五”規(guī)劃的關鍵之年。在“雙碳”背景下，中國經濟按照中央經濟工作會議的總體部署，穩(wěn)字當頭，穩(wěn)中求進。我國電工鋼產業(yè)要在“雙碳”中發(fā)揮應有的作用。

電工鋼在“雙碳”中的作用

        電工鋼是我國現代化建設、高質量發(fā)展和人民生活不可缺少的重要原材料產品之一，也是2019年11月份我國頒布的《產業(yè)結構調整指導目錄》中重點鼓勵類鋼鐵產品之一。

       電工鋼可分為取向電工鋼和無取向電工鋼，其中取向電工鋼分為一般取向電工鋼（CGO）和高磁感取向電工鋼（HiB）；無取向電工鋼分為中低牌號無取向電工鋼和高牌號（高效、高磁感）無取向電工鋼。近年來，隨著電工鋼技術工藝的發(fā)展，高頻極薄取向和無取向電工鋼(0.1毫米以下)逐步成為企業(yè)重點開發(fā)的材料。

       目前，我國已是全球最大的電工鋼消費國和生產國。電工鋼作為一類功能性鋼鐵材料廣泛應用于電力和電信工業(yè)，用以制造發(fā)電機、電動機、變壓器、互感器、繼電器等設備，在電能的生成、傳輸與使用方面起到了關鍵的作用，電機設備及家用電器的能效高低很大程度上取決于電工鋼電磁性能的優(yōu)劣。

      由于對節(jié)能減排的要求日益提高，國家對電力變壓器、電機、家用電器的能效要求不斷提高。2021年6月1日正式實施了GB20052-2013《電力變壓器能效限定值及能效等級》、GB18613-2020《電動機能效限定值及能效等級》強制標準；2020年7月1日正式實施了GB21455-2019《房間空氣調節(jié)器能效限定值及能效等級》強制標準，以及2016年10月份提前實施了GB12021.2-2015《家用電冰箱耗電量限定值及能效等級》強制標準。這4項能效標準要求降低電器產品的空載損耗，對電機、變壓器、家用電器等產品的鐵芯材料的性能提出了更高要求。高性能電工鋼有鐵損低、磁感高的特點，正是制作高效、大容量電機、節(jié)能變壓器的首選材料，并在電力工業(yè)節(jié)能降耗中發(fā)揮重要作用。

       據研究表明：以取向電工鋼牌號提升1個等級的影響評估，按15年的運行壽命周期來算，每噸取向電工鋼降低碳排放等效值為17噸。此前有報道稱，最高等級的取向電工鋼（B18R060）如替代高耗能變壓器應用到目前國家1級能效的變壓器上，每年將節(jié)電約900億千瓦時，相當于三峽電站年發(fā)電量的90%。寶鋼股份無取向電工鋼產品結構優(yōu)化項目是目前全球唯一面向新能源汽車行業(yè)的高等級無取向電工鋼專業(yè)生產線。該項目建成投產后，每年可為400萬輛新能源汽車提供高等級用材，減少碳排放360萬噸，相當于33萬公頃森林的吸收量。

       從全球電工鋼產品及制造工藝發(fā)展情況來看，研發(fā)方向主要有兩個：一是為使下游產品更加高效、節(jié)能、環(huán)保而研發(fā)的產品，如磁疇細化取向電工鋼產品、低噪聲取向電工鋼產品、中高頻薄規(guī)格無取向電工鋼產品、新型無取向電工鋼絕緣涂層產品等；二是為使電工鋼產業(yè)生產更加節(jié)能、環(huán)保、低成本而研發(fā)的工藝技術，如中低溫取向電工鋼板坯加熱技術、近終形制造流程生產電工鋼技術、新型抑制劑（或無抑制劑）制造技術等。

       高磁感取向電工鋼的生產工藝流程包括煉鋼（連鑄、精煉等）、熱軋（低溫板坯加熱技術）、常化酸洗、冷軋（采用溫軋一次軋成）、連續(xù)脫碳退火滲氮、涂氧化鎂、高溫退火（先進環(huán)循爐工藝，實現二次再結晶）、拉伸、表面涂絕緣涂層、激光刻痕（磁疇細化技術）、剪切包裝等，其中低溫板坯加熱技術，可將傳統(tǒng)的高溫板坯加熱至1350攝氏度~1380攝氏度，降至1150攝氏度～1250攝氏度，大大降低了能源介質消耗，磁性能有了明顯提高；高牌號無取向電工鋼生產工藝包括煉鋼（連鑄、精煉等）、熱軋、?；嵯?、冷連軋或單機架冷軋、連續(xù)退火（二次冷軋、連續(xù)退火）、涂層等，其中部分高牌號無取向電工鋼產品采用兩次冷軋法生產，以滿足性能要求。同時，部分高牌號無取向電工鋼進一步簡化工藝，如用一次冷軋法替代兩次冷軋法、連續(xù)退火機組提速，也能生產出與高端產品性能相當的電工鋼。

        強制能效標準的頒布實施，進一步降低了變壓器的空載損耗和噪聲，無論是取向電工鋼，還是鐵基非晶合金，都需要有更高的磁導率和更低的單位損耗。隨著高頻及電子變壓器技術的日趨完善，今后對具有初始磁導率高、矯頑力低、飽和磁密度高等特點的軟磁材料需求將不斷增加，也給電工鋼企業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)

       電工鋼企業(yè)通過優(yōu)化工藝技術改善了取向電工鋼磁性能水平，取向電工鋼至少提高一個牌號或兩個牌號，以進一步提高變壓器能效和滿足用戶對變壓器綜合性能的要求。低噪聲、低空載損耗、低負載損耗、低綜合成本等要求會使更低鐵損、更高磁感取向電工鋼的需求量增加。

       使用了無取向電工鋼的冰箱壓縮機在電機運行時能解決實際耗電量問題，強調產品的“實際使用節(jié)能設計能力”。2018年節(jié)能冰箱銷售量占總銷售量的82%，其中1級能效產品達到34%、內銷比例達59%，變頻冰箱占比達43%。要實現空調壓縮機電機運行更加節(jié)能或節(jié)電，目前空調市場淘汰率將達到45%，2020年能效已提升14%，2022年將提升30%。這一過程將進一步推動空調朝著高效、變頻的方向發(fā)展，將淘汰市場上現有99%的定速空調型號和70%的變頻空調型號。我國電機的總耗電量占全社會總用電量的約64%，其中工業(yè)領域的電機用電量占工業(yè)用電的75%左右。按照有關方面的統(tǒng)計，IE3電機產量將逐年增加占比。電機對無取向電工鋼的需求量，如50W800、50W1000將逐步減少，50W470、50W350、50W310、50W270、50W250、50W230、35W360、35W300、35W270、35W250等或薄規(guī)格產品將大幅增加，特別是對新能源汽車高牌號無取向電工鋼的需求量將增大。

2021年我國電工鋼行業(yè)

七大生產運行特點

       2021年全國電工鋼產量約為1318.28萬噸、同比增長了17.90%。2021年全國取向電工鋼企業(yè)有20家，產量排前的為：寶鋼股份、首鋼股份、重慶望變、包頭威豐、寧波銀億、浙江華贏；全國無取向電工鋼企業(yè)有20家，產量排前的為：寶鋼股份、首鋼股份、江蘇沙鋼、鞍鋼股份、太鋼、新鋼新材。

2021年我國電工鋼生產運行特點如下:

       一是取向和無取向電工鋼產量雙增長。2021年，取向電工鋼產量完成180.09萬噸、同比增長14.26%，無取向電工鋼產量完成1138.19萬噸、同比增長18.50%。

        二是HiB鋼（高磁感取向電工鋼）產量在增長，CGO鋼（一般取向電工鋼）產量在下降。2021年，HiB鋼產量為118.92萬噸，同比增長28.55%。2021年，民企生產的CGO鋼產量為61.17萬噸，同比下降6.05%；民企HiB鋼量產能大幅提升，HiB鋼產量達到9.68萬噸、同比增長158.13%。

       三是新能效標準帶來高端產品資源緊張。1級能效變壓器需用高磁感、低鐵損取向電工鋼（B23R075），2級能效變壓器需用B23R085等產品。市場1級、2級能效變壓器所需HiB鋼資源十分緊張，拉動了高牌號無取向電工鋼需求，且價格堅挺。這有待電工鋼企業(yè)加速生產，以滿足下游行業(yè)需求。

       四是激光刻痕性能提升。通過激光刻痕可細化磁疇，有效改善取向電工鋼的磁性能。目前，國內85%的取向電工鋼企業(yè)安裝了在線進口或國產激光刻痕設備，24小時生產在線高速、中速激光刻痕，改善了電工鋼性能，降低了鐵損，取得了明顯成效。

       五是新能源汽車高牌號無取向電工鋼產量增加。據統(tǒng)計，2021年寶鋼、首鋼、太鋼等鋼廠新能源汽車高牌號無取向電工鋼產量增長較快，全年共生產新能源汽車高牌號無取向電工鋼約34.76萬噸，同比增長約50.8%。另外，多條新建新能源汽車高牌號無取向電工鋼項目建設順利，預計2023年將相繼投產。

       六是受原材料或新冠肺炎疫情等影響，電工鋼2021年上半年持續(xù)漲價，下半年逐步回落。2021年上半年，電工鋼漲價幅度較大，下半年開始逐步下跌，特別是中低牌號無取向電工鋼受需求或產能影響，價格已回歸或至最低點；高端電工鋼受能效升級和新能源汽車等新領域發(fā)展需求影響，價格較堅挺或穩(wěn)定。

      七是電工鋼出口形勢較好，出口數量增幅明顯。2021年，取向電工鋼出口量同比增長28.93%，無取向電工鋼出口量同比增長46.36%。

未來電工鋼產業(yè)發(fā)展思考

        面對“雙碳”目標，我國電工鋼產業(yè)未來如何實現高質量發(fā)展？

筆者認為，要以“雙碳”目標指導電工鋼中長期發(fā)展，堅決控制好電工鋼產能，特別警惕低端產能擴張引起能耗增加；穩(wěn)步發(fā)展高端產品，加快電工鋼產品升級，企業(yè)可擬定時間表。

        一是“十四五”要緊跟下游行業(yè)能效升級步伐，不斷優(yōu)化工藝技術，提升產品性能，擴大高端產品生產比例。繼續(xù)研發(fā)打通具有自粘接性能的取向電工鋼和高強無取向電工鋼生產技術及成本控制工藝，以及無底層取向電工鋼技術延伸及擴展，縮短工藝流程，減少碳排放。

        二是要“高”字當頭，“高”中求進，集中力量，加快速度，以高端產品擴產或量產為主攻方向。我國電工鋼產業(yè)還要穩(wěn)定供需關系，穩(wěn)定市場秩序，實現公平競爭和長期相對穩(wěn)定的市場目標。

       三是加快淘汰低端落后產線及過多的低端或質量較差的產品。如一般取向電工鋼產量要逐步減少，低牌號無取向電工鋼要減產，禁止使用自身耗能高、冒充電工鋼的非標產品。

       四是呼吁對電工鋼產品標準的管控及實施，通過制定標準，加快淘汰落后產品。在近幾年產品標準的實施中，有些“擺式或虛設”，如標準中已明確取消的產品牌號，市場還在銷售等問題有待解決。

       五是取向硅鋼超/極薄帶被列入《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2021年版）》需關注。2021年12月31日，工信部印發(fā)《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2021年版）》，2022年1月1日起施行，其中取向硅鋼超/極薄帶被列入《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2021年版）》，應引起生產企業(yè)和研究機構的關注。

        六是繼續(xù)研究冶煉、熱軋工序。如在冶煉中添加鉍等元素，來提高磁性能；在熱軋中優(yōu)化粗軋、精軋工藝等，通過優(yōu)化工藝或減少工藝流程、減少碳排放或能源介質消耗，最終為實現用戶使用更節(jié)能、更綠色、更環(huán)保的電工鋼創(chuàng)造有利條件。

        七是推廣對廢硅鋼再生循環(huán)利用的研究。據研究表明，硅鋼片在冶煉、使用過程中產生不同類型廢硅鋼，通常被回收作為新一爐硅鋼生產添加的廢鋼。在煉鋼氧化下，廢硅鋼中硅元素燒損進入鋼渣中，造成了硅元素價值的降低，并且造成過程噴濺，污染環(huán)境。而采用先進的復化爐熔煉、生產出軟磁材料——鐵硅粉，廣泛應用于變頻空調、UPS電源（不間斷電源）、新能源充電樁等，市場前景好，附加值高，可循環(huán)利用，有助于實現“雙碳”目標。此外，還要大力開展電爐煉硅鋼的技術研究。

       八是有序開發(fā)用于新能源汽車定、轉子的取向電工鋼。有關數據顯示，國內外企業(yè)或研究機構已研發(fā)出用取向硅鋼片做驅動電機定子、無取向硅鋼片做驅動電機轉子的工藝，效率更高，成本相當。