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1、前言
隨著武鋼三硅鋼廠的投產(chǎn)，武鋼高牌號無取向電工鋼的產(chǎn)量、質(zhì)量躍上了一個新的臺階，具備了國產(chǎn)高牌號無取向電工鋼用于大型發(fā)電機組制造的條件。為了加快大型發(fā)電機組制造使用國產(chǎn)電工鋼片的步伐，國務(wù)院三峽辦、中國長江三峽工程開發(fā)總公司及國內(nèi)大型發(fā)電機制造廠家等，將共同對武鋼高牌號無取向電工鋼用于大型發(fā)電機組的制造進行評審，這標志著用于大型發(fā)電機組制造的高牌號無取向電工鋼即將實現(xiàn)“以產(chǎn)頂進”。同時我們也看到太鋼、寶鋼等在高牌號無取向電工鋼生產(chǎn)技術(shù)上的成果，振興中華民族工業(yè)，發(fā)展我國電工鋼事業(yè)是我們共同的目標。
2、大電機的基本概念
電機是一種將能量或信號進行變換的電磁裝置。嚴格說來電機可以分為發(fā)電機、電動機、變壓器、控制電機等四大類，但我們習(xí)慣地把大型發(fā)電機和大型交直流可調(diào)速電動機統(tǒng)稱為大電機。
大型發(fā)電機從能源形式上可分為：水輪發(fā)電機、汽輪發(fā)電機、核能發(fā)電機、風力發(fā)電機、燃汽輪發(fā)電機，其他還有潮汐能、波浪能發(fā)電等。
水輪發(fā)電機：一般從轉(zhuǎn)軸的布置方式上可分為立式和臥式兩種。
汽輪發(fā)電機：屬火力發(fā)電是利用煤的燃燒能量來進行發(fā)電的系統(tǒng)。從容量上可分為200、300、600、1000MW等。
核能發(fā)電機：核能發(fā)電首先是利用核裂變的能量使水變成高溫、高壓水蒸汽，然后，通過汽輪機和發(fā)電機發(fā)電。
風力發(fā)電是利用風能來進行發(fā)電的系統(tǒng)。風電站一般容量都不大，電機的容量則更小。
燃汽輪發(fā)電機：是利用燃燒石油、天然氣等的能量來進行發(fā)電的系統(tǒng)。潮汐能發(fā)電則是利用漲潮和落潮的能量差，即漲潮時閘住水，落潮時發(fā)電。
大型交直流可調(diào)速電動機：電動機容量在1000千伏安及以上，這類電動機一般有直流調(diào)速、交直流變頻調(diào)速和交流變頻調(diào)速等種類，目前，以交流變頻調(diào)速電機容量最大(可達10000千伏安以上)，技術(shù)也最先進。
3、我國大型水輪發(fā)電設(shè)備的制造廠家及高牌號無取向電工鋼的需求
現(xiàn)在的中國是能源生產(chǎn)和消費大國，近年來，中國電力裝機容量迅速增加，中國的發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，已經(jīng)有能力承擔起大型發(fā)電機組的制造。
我國大型發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)廠家很多，但在產(chǎn)能和技術(shù)能力上足以和世界級大公司抗衡的卻只有三家大公司；即東方電機有限公司(東方電氣)、上海電機廠有限公司(上海電氣)、哈爾濱電機廠有限責任公司(哈爾濱電氣集團公司)。
大型火電、核電、燃機的制造，東電、上電和哈電實力相當，都具備制造1000MW機組的能力。大型水電機組，以哈爾濱電機和東方電機為主，均具備生產(chǎn)700MW級巨型水輪發(fā)電機組的能力。：此外，由世界最著名的水輪機制造廠VOIT和電機制造廠SIMENS合資的上海希科(VOIT—SIMENS)也具備了生產(chǎn)大型甚至巨型水輪發(fā)電機組的實力；天津阿爾斯通、GE亞洲等在水輪發(fā)電機制造方面也具備較強的實力。
由于近幾年國內(nèi)電力建設(shè)的快速發(fā)展，發(fā)電設(shè)備市場出現(xiàn)井噴式的行情；各大發(fā)電機制造廠家均呈現(xiàn)產(chǎn)銷矛盾，即產(chǎn)能嚴重不足的局面，都有大量的外委和外包。
大型發(fā)電機單位容量所需要的電工鋼數(shù)量是不等的，火電的主力機組600MW汽輪發(fā)電機組，單臺機組實際需用定子沖片的重量為170t，加上損耗實際用量約為220—250t；400MW燃氣輪發(fā)電機的每臺定子沖片需求量為140t，300MW汽發(fā)機組實際需用定子沖片重量為114t，200MW汽發(fā)機組實際需用定子沖片重量為06t，目前最大容量的1000MW—機組需用定子沖片250t，硅鋼片的實際消耗量將達到350t左右。
水輪發(fā)電機組容量700MW的三峽機組，單臺機組需用定子硅鋼片的凈重量即達560t，實際需用硅鋼片達700余t。可見，水電機組的硅鋼片用量遠大于同容量的火電機組。
據(jù)中國金屬學(xué)會電工鋼分會統(tǒng)計未來我國大型發(fā)電設(shè)備主要生產(chǎn)廠家對高牌號無取向電工鋼年需求量將超過20萬t。
4、大型發(fā)電機組制造對高牌號無取向電工鋼的性能質(zhì)量要求
電工鋼在大型發(fā)電機中均.是作為定子鐵芯沖片來使用的，定子鐵芯是電機能量轉(zhuǎn)換的磁路元件。在電機運行中，鐵芯要受到電磁、熱、機械力和環(huán)境等諸多因素的影響，其直接影響著電機的效率及安全性、可靠性。
大型發(fā)電機中，硅鋼片的選用是根據(jù)設(shè)計效率、磁路結(jié)構(gòu)、制造工藝等因素來選用的，基本上都是使用無取向電工鋼，只有設(shè)計電磁負荷特別高的1000MW常規(guī)火電機組采用了取向電工鋼。
大型發(fā)電機組體積巨大，定子的疊壓工藝復(fù)雜，不可能進行退火處理，因此，必須選用已經(jīng)退過火的全工藝型電工鋼。大多數(shù)都是使用0.5mm的冷軋無取向電工鋼，只有極少數(shù)使用0.35mm冷軋取向電工鋼。
由于現(xiàn)在大型的水火電機組設(shè)計效率都非常高，為了保證效率，降低損耗，減輕冷卻系統(tǒng)負荷，提高使用壽命，大型發(fā)電機定子必須使用冷軋高牌號電工鋼。
在大型水電機組中，如三峽機組一般選用W270無取向電工鋼，現(xiàn)在新的大型水電項目要求使用W250及以上牌號的無取向電工鋼。
目前國內(nèi)大型發(fā)電機組主要選用進口電工鋼產(chǎn)品，這與有些發(fā)電機組用戶在機組訂貨就指定使用進口電工鋼有關(guān)，有些甚至指定生產(chǎn)廠家和電工鋼牌號。如德國的M270—50A，新日鐵50H270。
水電機組成材目對于電站建設(shè)成本較低，特大型、中型容量機組一般都要求使用進口電工鋼，小型機組可以使用國產(chǎn)電工鋼。
目前，火電機組、1000MW、核電、燃機等均使用進口電工鋼，600MW部分使用進口電工鋼，300MW及以下則基本使用國產(chǎn)電工鋼。還有一部分整體外購的定子，這些使用的肯定是進口電工鋼。
在機組的設(shè)計中，只要符合性能要求的電工鋼便可以達到設(shè)計效率的要求。多年來，由于國產(chǎn)電工鋼和進口電工鋼相比，性能、板形、厚度差等差一些，國內(nèi)大型發(fā)電機組的制造都抵制使用國產(chǎn)電工鋼。
除磁性能要滿足要求外，大型發(fā)電機定子鐵芯的制造工藝包括沖片、去毛刺、涂漆、質(zhì)量檢查、疊片及裝壓等過程。根據(jù)工藝過程的一些特殊要求，對硅鋼片的質(zhì)量也有相應(yīng)的要求。具體要求在以下幾方面：
1)、沖片加工
大型發(fā)電機組定子鐵芯尺寸大，因此，定子鐵芯的沖片必須設(shè)計成扇形，方可對疊壓后鐵芯的形狀及磁路進行保證。由于不同的機組定子鐵芯的直徑大小及設(shè)計結(jié)構(gòu)的差異，鐵芯沖片的形狀和大小也有所不同。為了保證沖片的尺寸、形狀、毛刺等工藝要求，硅鋼片不能太軟，應(yīng)保證相應(yīng)的屈服和抗拉強度，并要保證批量力學(xué)性能的一致性。
2)、涂層
為了盡量減少鐵芯中的渦流損耗，大容量發(fā)電機組對鐵芯沖片的絕緣電阻要求較高，現(xiàn)有廠家硅鋼片的原絕緣涂層是達不到的，因此，制造成對沖片要再進行絕緣處理，即增加涂漆工序。因此，要求用于沖片的硅鋼片的表面絕緣涂層，無論是無機的、還是半有機或有機涂層，除了滿足絕緣性能以外，應(yīng)厚度均勻、附著力強、耐蝕性好，硅鋼片的表面不能有銹蝕、孔洞、焊接縫等。一般說來，對硅鋼片的原始涂層厚度沒有特殊要求。
3)、板型、同板厚度差
大型發(fā)電機對定子鐵芯裝壓的要求很高。由于大型發(fā)電機的定子鐵芯尺寸很大，多達萬張以上硅鋼片的疊壓厚度，要求硅鋼片的縱向及橫向同板厚度差均要盡可能小。一直以來，同板差偏大是國內(nèi)大電機制造廠家不愿意使用國產(chǎn)電工鋼的主要原因。
4)、其他要求
目前，發(fā)電設(shè)備的單機容量越來越大，現(xiàn)常規(guī)火電最大單機容量達1300MW，水電已超過700MW，將向1000MW邁進，而核電即將達到1500—1600MW；電機效率也將超過99%。這樣，就需要更低損耗，更高磁感的硅鋼片。在一些大單機容量的水電上，已開始使用W250的硅鋼片，1000MW常規(guī)火電甚至使用Q155或Q145。
另外，環(huán)境保護的進一步發(fā)展，促使電機制造企業(yè)在使用材料上進一步提高要求，硅鋼片的涂層需要更加符合環(huán)保要求。
結(jié)語
應(yīng)當說，無論是取向還是無取向電工鋼，日本等技術(shù)強國相對于中國仍保持著一定的性能質(zhì)量優(yōu)勢，這也是目前大型發(fā)電機制造仍然大量使用進口電工鋼的主要原因。
現(xiàn)在，以武鋼為首的國內(nèi)電工鋼生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量已有很大提高，隨著三硅鋼廠的投產(chǎn)，高牌號無取向電工鋼在性能質(zhì)量上發(fā)生了質(zhì)的飛躍，大大縮小了與世界先進水平的差距，在不久的將來趕上發(fā)達國家水平，完全能滿足大型發(fā)電機組制造的要求。
