电工钢产业如何助力实现“双碳”

        2022年是党的二十大召开之年，也是全面实施“十四五”规划的关键之年。在“双碳”背景下，中国经济按照中央经济工作会议的总体部署，稳字当头，稳中求进。我国电工钢产业要在“双碳”中发挥应有的作用。

电工钢在“双碳”中的作用

        电工钢是我国现代化建设、高质量发展和人民生活不可缺少的重要原材料产品之一，也是2019年11月份我国颁布的《产业结构调整指导目录》中重点鼓励类钢铁产品之一。

       电工钢可分为取向电工钢和无取向电工钢，其中取向电工钢分为一般取向电工钢（CGO）和高磁感取向电工钢（HiB）；无取向电工钢分为中低牌号无取向电工钢和高牌号（高效、高磁感）无取向电工钢。近年来，随着电工钢技术工艺的发展，高频极薄取向和无取向电工钢(0.1毫米以下)逐步成为企业重点开发的材料。

       目前，我国已是全球最大的电工钢消费国和生产国。电工钢作为一类功能性钢铁材料广泛应用于电力和电信工业，用以制造发电机、电动机、变压器、互感器、继电器等设备，在电能的生成、传输与使用方面起到了关键的作用，电机设备及家用电器的能效高低很大程度上取决于电工钢电磁性能的优劣。

      由于对节能减排的要求日益提高，国家对电力变压器、电机、家用电器的能效要求不断提高。2021年6月1日正式实施了GB20052-2013《电力变压器能效限定值及能效等级》、GB18613-2020《电动机能效限定值及能效等级》强制标准；2020年7月1日正式实施了GB21455-2019《房间空气调节器能效限定值及能效等级》强制标准，以及2016年10月份提前实施了GB12021.2-2015《家用电冰箱耗电量限定值及能效等级》强制标准。这4项能效标准要求降低电器产品的空载损耗，对电机、变压器、家用电器等产品的铁芯材料的性能提出了更高要求。高性能电工钢有铁损低、磁感高的特点，正是制作高效、大容量电机、节能变压器的首选材料，并在电力工业节能降耗中发挥重要作用。

       据研究表明：以取向电工钢牌号提升1个等级的影响评估，按15年的运行寿命周期来算，每吨取向电工钢降低碳排放等效值为17吨。此前有报道称，最高等级的取向电工钢（B18R060）如替代高耗能变压器应用到目前国家1级能效的变压器上，每年将节电约900亿千瓦时，相当于三峡电站年发电量的90%。宝钢股份无取向电工钢产品结构优化项目是目前全球唯一面向新能源汽车行业的高等级无取向电工钢专业生产线。该项目建成投产后，每年可为400万辆新能源汽车提供高等级用材，减少碳排放360万吨，相当于33万公顷森林的吸收量。

       从全球电工钢产品及制造工艺发展情况来看，研发方向主要有两个：一是为使下游产品更加高效、节能、环保而研发的产品，如磁畴细化取向电工钢产品、低噪声取向电工钢产品、中高频薄规格无取向电工钢产品、新型无取向电工钢绝缘涂层产品等；二是为使电工钢产业生产更加节能、环保、低成本而研发的工艺技术，如中低温取向电工钢板坯加热技术、近终形制造流程生产电工钢技术、新型抑制剂（或无抑制剂）制造技术等。

       高磁感取向电工钢的生产工艺流程包括炼钢（连铸、精炼等）、热轧（低温板坯加热技术）、常化酸洗、冷轧（采用温轧一次轧成）、连续脱碳退火渗氮、涂氧化镁、高温退火（先进环循炉工艺，实现二次再结晶）、拉伸、表面涂绝缘涂层、激光刻痕（磁畴细化技术）、剪切包装等，其中低温板坯加热技术，可将传统的高温板坯加热至1350摄氏度~1380摄氏度，降至1150摄氏度～1250摄氏度，大大降低了能源介质消耗，磁性能有了明显提高；高牌号无取向电工钢生产工艺包括炼钢（连铸、精炼等）、热轧、常化酸洗、冷连轧或单机架冷轧、连续退火（二次冷轧、连续退火）、涂层等，其中部分高牌号无取向电工钢产品采用两次冷轧法生产，以满足性能要求。同时，部分高牌号无取向电工钢进一步简化工艺，如用一次冷轧法替代两次冷轧法、连续退火机组提速，也能生产出与高端产品性能相当的电工钢。

        强制能效标准的颁布实施，进一步降低了变压器的空载损耗和噪声，无论是取向电工钢，还是铁基非晶合金，都需要有更高的磁导率和更低的单位损耗。随着高频及电子变压器技术的日趋完善，今后对具有初始磁导率高、矫顽力低、饱和磁密度高等特点的软磁材料需求将不断增加，也给电工钢企业带来了新的机遇和挑战

       电工钢企业通过优化工艺技术改善了取向电工钢磁性能水平，取向电工钢至少提高一个牌号或两个牌号，以进一步提高变压器能效和满足用户对变压器综合性能的要求。低噪声、低空载损耗、低负载损耗、低综合成本等要求会使更低铁损、更高磁感取向电工钢的需求量增加。

       使用了无取向电工钢的冰箱压缩机在电机运行时能解决实际耗电量问题，强调产品的“实际使用节能设计能力”。2018年节能冰箱销售量占总销售量的82%，其中1级能效产品达到34%、内销比例达59%，变频冰箱占比达43%。要实现空调压缩机电机运行更加节能或节电，目前空调市场淘汰率将达到45%，2020年能效已提升14%，2022年将提升30%。这一过程将进一步推动空调朝着高效、变频的方向发展，将淘汰市场上现有99%的定速空调型号和70%的变频空调型号。我国电机的总耗电量占全社会总用电量的约64%，其中工业领域的电机用电量占工业用电的75%左右。按照有关方面的统计，IE3电机产量将逐年增加占比。电机对无取向电工钢的需求量，如50W800、50W1000将逐步减少，50W470、50W350、50W310、50W270、50W250、50W230、35W360、35W300、35W270、35W250等或薄规格产品将大幅增加，特别是对新能源汽车高牌号无取向电工钢的需求量将增大。

2021年我国电工钢行业

七大生产运行特点

       2021年全国电工钢产量约为1318.28万吨、同比增长了17.90%。2021年全国取向电工钢企业有20家，产量排前的为：宝钢股份、首钢股份、重庆望变、包头威丰、宁波银亿、浙江华赢；全国无取向电工钢企业有20家，产量排前的为：宝钢股份、首钢股份、江苏沙钢、鞍钢股份、太钢、新钢新材。

2021年我国电工钢生产运行特点如下:

       一是取向和无取向电工钢产量双增长。2021年，取向电工钢产量完成180.09万吨、同比增长14.26%，无取向电工钢产量完成1138.19万吨、同比增长18.50%。

        二是HiB钢（高磁感取向电工钢）产量在增长，CGO钢（一般取向电工钢）产量在下降。2021年，HiB钢产量为118.92万吨，同比增长28.55%。2021年，民企生产的CGO钢产量为61.17万吨，同比下降6.05%；民企HiB钢量产能大幅提升，HiB钢产量达到9.68万吨、同比增长158.13%。

       三是新能效标准带来高端产品资源紧张。1级能效变压器需用高磁感、低铁损取向电工钢（B23R075），2级能效变压器需用B23R085等产品。市场1级、2级能效变压器所需HiB钢资源十分紧张，拉动了高牌号无取向电工钢需求，且价格坚挺。这有待电工钢企业加速生产，以满足下游行业需求。

       四是激光刻痕性能提升。通过激光刻痕可细化磁畴，有效改善取向电工钢的磁性能。目前，国内85%的取向电工钢企业安装了在线进口或国产激光刻痕设备，24小时生产在线高速、中速激光刻痕，改善了电工钢性能，降低了铁损，取得了明显成效。

       五是新能源汽车高牌号无取向电工钢产量增加。据统计，2021年宝钢、首钢、太钢等钢厂新能源汽车高牌号无取向电工钢产量增长较快，全年共生产新能源汽车高牌号无取向电工钢约34.76万吨，同比增长约50.8%。另外，多条新建新能源汽车高牌号无取向电工钢项目建设顺利，预计2023年将相继投产。

       六是受原材料或新冠肺炎疫情等影响，电工钢2021年上半年持续涨价，下半年逐步回落。2021年上半年，电工钢涨价幅度较大，下半年开始逐步下跌，特别是中低牌号无取向电工钢受需求或产能影响，价格已回归或至最低点；高端电工钢受能效升级和新能源汽车等新领域发展需求影响，价格较坚挺或稳定。

      七是电工钢出口形势较好，出口数量增幅明显。2021年，取向电工钢出口量同比增长28.93%，无取向电工钢出口量同比增长46.36%。

未来电工钢产业发展思考

        面对“双碳”目标，我国电工钢产业未来如何实现高质量发展？

笔者认为，要以“双碳”目标指导电工钢中长期发展，坚决控制好电工钢产能，特别警惕低端产能扩张引起能耗增加；稳步发展高端产品，加快电工钢产品升级，企业可拟定时间表。

        一是“十四五”要紧跟下游行业能效升级步伐，不断优化工艺技术，提升产品性能，扩大高端产品生产比例。继续研发打通具有自粘接性能的取向电工钢和高强无取向电工钢生产技术及成本控制工艺，以及无底层取向电工钢技术延伸及扩展，缩短工艺流程，减少碳排放。

        二是要“高”字当头，“高”中求进，集中力量，加快速度，以高端产品扩产或量产为主攻方向。我国电工钢产业还要稳定供需关系，稳定市场秩序，实现公平竞争和长期相对稳定的市场目标。

       三是加快淘汰低端落后产线及过多的低端或质量较差的产品。如一般取向电工钢产量要逐步减少，低牌号无取向电工钢要减产，禁止使用自身耗能高、冒充电工钢的非标产品。

       四是呼吁对电工钢产品标准的管控及实施，通过制定标准，加快淘汰落后产品。在近几年产品标准的实施中，有些“摆式或虚设”，如标准中已明确取消的产品牌号，市场还在销售等问题有待解决。

       五是取向硅钢超/极薄带被列入《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021年版）》需关注。2021年12月31日，工信部印发《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021年版）》，2022年1月1日起施行，其中取向硅钢超/极薄带被列入《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021年版）》，应引起生产企业和研究机构的关注。

        六是继续研究冶炼、热轧工序。如在冶炼中添加铋等元素，来提高磁性能；在热轧中优化粗轧、精轧工艺等，通过优化工艺或减少工艺流程、减少碳排放或能源介质消耗，最终为实现用户使用更节能、更绿色、更环保的电工钢创造有利条件。

        七是推广对废硅钢再生循环利用的研究。据研究表明，硅钢片在冶炼、使用过程中产生不同类型废硅钢，通常被回收作为新一炉硅钢生产添加的废钢。在炼钢氧化下，废硅钢中硅元素烧损进入钢渣中，造成了硅元素价值的降低，并且造成过程喷溅，污染环境。而采用先进的复化炉熔炼、生产出软磁材料——铁硅粉，广泛应用于变频空调、UPS电源（不间断电源）、新能源充电桩等，市场前景好，附加值高，可循环利用，有助于实现“双碳”目标。此外，还要大力开展电炉炼硅钢的技术研究。

       八是有序开发用于新能源汽车定、转子的取向电工钢。有关数据显示，国内外企业或研究机构已研发出用取向硅钢片做驱动电机定子、无取向硅钢片做驱动电机转子的工艺，效率更高，成本相当。