宝山钢铁股份有限公司的首席研究员陈胜林:风力发电机用高性能无取向硅钢及应用

能见App 2023年10月18日 4408

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月18日上午,宝山钢铁股份有限公司的首席研究员陈胜林在风电产业技术创新论坛I上发表题为《风力发电机用高性能无取向硅钢及应用》的主题演讲。

以下为发言全文:

在信息化的今天都离不开电能,有一种特殊的功能材料参与各种电能的转换和输送,是电能名副其实的搬运工,这个材料就是硅钢片。

什么是电工钢?它是怎么生产的?电工钢主要是贯彻电的全生命周期,它是一种用量最大的材料,生产水平体现出一个国家的特殊钢生产水平,风力发电机用的是高性能的电工钢,发出来的电要输送到千家万户用的就是高性能的硅钢。无论是高铁或者动车的牵引电机,家里面用的并向洗衣机的压缩机,包括最新比较热的新能云汽车驱动电机,用的都是高性能的硅钢片。

中间的图是变压器,要求材料在一个方向的磁性比较好就行了。我们怎么样制造这两种材料?铁在普通人的眼里就是材料,在我们的眼里是个性的材料。通过立方晶体可以看得出来,三个轴是最容易磁化的,这也是通过原理图生产电工钢最基本的原理。

具体怎么生产?在钢铁企业当中,硅钢生产是长流程的过程,开始矿石和煤炭在一起,在高炉当中经过还原反应形成铁水,去除钢中的夹杂物,凝固下来是钢坯。炼钢厂形成的钢坯是200毫米厚,经过送热轧厂形成2-3毫米厚的钢板,之前硅钢与别的钢差异不是很大,无非是对钢的控制有要求。

根据不同的牌号需求,生产的流程差异很大,钢板经过热处理之后进行生产,产品经过热处理之后,经过冷凝轧机来生产,能够提高产生的生产效率和降低成本。对于牌号更低的产品,直接生产出来,后面还要经过退火处理,通过包装发网千家万户。

硅钢的评价指标是磁性能,力学性能和涂层厚度和种类,磁感越高损坏越高,牌号是中低牌号,相应的损耗也比较高。0.35和损耗小于3.5瓦以下,这种牌号损耗比较低。我们根据电机的需求,开发和推进合适的牌号,并不是牌号越高或者越低才好。

硅钢的产量全球是1800万吨,如果从体量上来说还是比较小众的品种。纵观国内哪一家技术力量最强?或者规模最大?总体来说还是宝武能力最强,宝山在硅钢方面获得国国家科学技术一等奖,我们有三个基地可以生产。这三个基地生产有什么好处?有利于保供,非常典型的案例是2020年武汉疫情,就是由宝山来保供的。

从产品质量和规格来说,目前的规划是315万吨,2030年规划是380万吨,高牌号硅钢是280万吨,目标是建设全球的第一品牌。   

风能会议重点是围绕“双碳”,我们公司也有相应的目标,到今年年底要实现碳达峰,2025年实现减碳30%的能力。怎么来做?钢铁是比较长的流程,我们采用短流程、近终形等工作。

具体来说,采用工艺将传统分散加热热轧工序集成在一起,流程可以从1000米缩短到300米,如果采用这种流程生产冷轧板,可以降低人力50%-60%。我们做过一些比较,相同的企业两种流程生产相同的产品,热轧工序可以降低23%-42%。采用流程批量化生产,2020年达到97万吨。   

高性能的硅钢片,简单列举目前主流的机型。实际上机型不同,材料要求也不同,因为风机的特点决定风机转速和频率,最后对材料选择不同,比如说双馈体积小重量轻,转速是在1800左右。它的工作频率是50赫兹,定制材料要求公平低损耗,所以选用的是0.5mm厚度,生产过程当中主要采用套冲的方式。前几年开发出来直驱的技术可靠性比较好,但是运维成本比较高。

对于电机而言转速比较低,也就是不到20转左右。这个时候电机硅片材料的需求就是高磁感,这个时候是高牌号硅钢,体积小重量轻,转速大概是400-700转,工作频率100赫兹,定制的材料是选择中频材料。

我们开发出产品600与常规相比,磁感提升200高丝左右,10赫兹的损耗降低25%,增加材料厚度损耗也会实现增加,材料的充沛性能要考虑。

对于无曲线硅钢片,重点推荐的是选用0.27产品,有的机型选用0.35毫米产品。风力发电机对无曲相关罗列了一下,陆上风机到昨天之前都是8.5兆瓦,昨天一下冒出好多。我统计东电给的是10兆瓦,中车是12兆瓦,对于未来陆上的风机容量有多大?我听说是30兆瓦。

海上是从10兆瓦到26兆瓦进展很快,未来到多少兆瓦我不再过多的猜测。风机的大型化对材料有什么要求?加工的时候采用分版式还是套冲?我们会根据你们风机设计推荐相关的材料。

半面驱的比例增加,从这个情况来看最下面是双馈维持在60%,中间是直驱维持在30%左右,很明显半直驱的比例近两年在逐步的增加,因为半直驱重点用的是薄规格的材料。下一阶段,半直驱的技术还是主流。

未来的展望,硅钢片采用更生态的工艺,生产更绿色的产品,我们自己采用绿色低碳的工艺生产硅钢片,同时表面采用更好的涂层满足客户的需求。

绿色可持续发展道路且长、行则将至,让我们共同努力谱写绿色硅钢,分享完毕,谢谢各位。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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