中國(guó)電纜工業(yè)銅導(dǎo)體加工的發(fā)展、問(wèn)題和新趨勢(shì)

黃崇祺

(上海電纜研究所，上海200093)

1 中國(guó)電纜工業(yè)概況

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的不斷提高，超高壓、特高壓輸電網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)改造的進(jìn)一步加快，“十一·五”期間電纜工業(yè)獲得了快速發(fā)展。2010年電纜行業(yè)電線電纜和光纖光纜共完成現(xiàn)價(jià)工業(yè)銷售產(chǎn)值9 365.16億元，同比分別增長(zhǎng)29.58%和27.4%，行業(yè)年用銅、鋁導(dǎo)體總量約為484萬(wàn)噸和220萬(wàn)噸，分別約占全國(guó)用銅、鋁量的64%和13%，約占全球電線電纜銅導(dǎo)體產(chǎn)量的33%(根據(jù)CRU預(yù)測(cè)2010年全世界銅導(dǎo)體產(chǎn)量將達(dá)1 440萬(wàn)噸);光纖用量約為8 000多萬(wàn)公里。目前中國(guó)電纜工業(yè)的規(guī)模、產(chǎn)量以及增長(zhǎng)速度都列世界第一，并且正以求質(zhì)量、求壯實(shí)和求穩(wěn)中向前發(fā)展。

2000年以來(lái)，電纜行業(yè)的固定資產(chǎn)年均增長(zhǎng)達(dá)到16%。雖然行業(yè)制造規(guī)模在快速提高，但技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)相對(duì)緩慢，尤其是過(guò)度重復(fù)建設(shè)、產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，致使中低端產(chǎn)品混戰(zhàn)，高端失守。

2 銅導(dǎo)體加工存在的問(wèn)題

中國(guó)電纜工業(yè)銅、銅合金導(dǎo)體總產(chǎn)能(裝機(jī)能力)和實(shí)際產(chǎn)量(2010年)見(jiàn)表1。在5大類電線電纜產(chǎn)品中用量所占的百分比如表2所示。

表1 2010年中國(guó)電纜工業(yè)銅、銅合金導(dǎo)體總產(chǎn)能(裝機(jī)能力)和實(shí)際產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)(單位:萬(wàn)噸)

表2 2010年中國(guó)電纜工業(yè)銅、銅合金導(dǎo)體在5大類線纜產(chǎn)品中用量所占的百分比

從表1和表2可以看出，在無(wú)序、重復(fù)引進(jìn)和低水平下重復(fù)建設(shè)，突出地存在下列主要問(wèn)題。

(1)電工用銅桿生產(chǎn)，其裝備能力已大大過(guò)剩，比當(dāng)今的需要量高出了2.7倍。

(2)用99.99%和99.95%電解銅，在引進(jìn)的32條生產(chǎn)線上生產(chǎn)的低氧銅桿和用上述同樣的原料在國(guó)產(chǎn)的上引法生產(chǎn)線上生產(chǎn)的含氧量在10 ppm以下的無(wú)氧銅桿都可滿足電工用銅桿的要求，兩者都起到了較大的作用。

(3)在2006年～2010年間，從國(guó)外引進(jìn)的大產(chǎn)能(每年15～35萬(wàn)噸)低氧銅生產(chǎn)線共計(jì)9條，總產(chǎn)能224萬(wàn)噸/年，并且尚在繼續(xù)引進(jìn)，大都瞄準(zhǔn)線纜用高質(zhì)量的細(xì)線和微細(xì)線的用桿市場(chǎng)。其實(shí)，這個(gè)市場(chǎng)目前線纜行業(yè)每年的需用量可能還不足100萬(wàn)噸，約占2010年總需用量的20%。這么大的產(chǎn)能必然導(dǎo)致中細(xì)、中粗和粗線用桿市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)。此時(shí)，理想的質(zhì)量—價(jià)格優(yōu)勢(shì)可能不復(fù)存在。直徑0.2mm以上的銅線生產(chǎn)，對(duì)銅桿的質(zhì)量要求相對(duì)要低些，但市場(chǎng)份額更大。此時(shí)，銅桿的價(jià)格—質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)才顯出競(jìng)爭(zhēng)力。

(4)引進(jìn)先進(jìn)的工藝、爐子和連鑄連軋生產(chǎn)線采用原材料品位96%(連續(xù)生產(chǎn)方式)和94%(批式生產(chǎn)方式)的廢雜銅，可以生產(chǎn)出銅含量達(dá)99.90%及以上的低氧銅桿，其質(zhì)量可達(dá)到現(xiàn)行國(guó)標(biāo)電工用3級(jí)銅桿的標(biāo)準(zhǔn)要求，在電纜行業(yè)用的銅桿市場(chǎng)中可占有較大的份額。

(5)國(guó)產(chǎn)的低氧銅連鑄連軋生產(chǎn)線，特別是在用混雜廢銅直接再生連鑄連軋低氧銅制桿的情況下，無(wú)論在質(zhì)量上還是在工藝、爐子、連鑄連軋裝備和環(huán)保上，與現(xiàn)代化的先進(jìn)水平相比相差20～30年，需要提到日程迎頭趕上。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 “以鋁節(jié)銅”，“光進(jìn)銅退”勢(shì)不可擋

對(duì)電線電纜產(chǎn)品的“以鋁節(jié)銅”，全世界的同行都在探討、研發(fā)、試驗(yàn)和逐步推廣試用或應(yīng)用。在上世紀(jì)七八十年代中國(guó)銅、鋁導(dǎo)體的使用比例曾達(dá)1∶1的水平。中國(guó)缺銅，并進(jìn)一步顯現(xiàn)依賴國(guó)外進(jìn)口，特別是銅價(jià)的上升，也進(jìn)一步推動(dòng)了“以鋁節(jié)銅”之勢(shì)。在電工界一般有一種潛意識(shí):當(dāng)銅、鋁的價(jià)格比大于3時(shí)，就要想用鋁了，以減輕經(jīng)濟(jì)壓力。

銅、鋁材料均屬電工用良導(dǎo)體，但在性能上各有特點(diǎn)，最終到底使用銅還是鋁應(yīng)由電工裝備的最終設(shè)計(jì)者和用戶來(lái)決定?，F(xiàn)可看到如下發(fā)展趨勢(shì)。

(1)電力電纜的用銅量居行業(yè)之首，可以預(yù)測(cè)鋁和鋁合金芯電力電纜會(huì)有適度的增加。

(2)為減輕重量、節(jié)約能源，正在研討汽車等裝備用線纜在適當(dāng)場(chǎng)合用鋁或鋁合金線代替銅線。據(jù)報(bào)道A380大型客機(jī)已使用鋁線芯的航空導(dǎo)線。

(3)作為電纜線芯用的鋁合金線如“具有高導(dǎo)電率和受控抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的鋁合金導(dǎo)體”已在日本開(kāi)發(fā)，“電工用退火和中間熱處理的8000系鋁合金線”早已在北美洲應(yīng)用，“稀土高鐵鋁合金線”亦在我國(guó)試制成功，正在推廣使用。

(4)通信領(lǐng)域的電纜市場(chǎng)“光進(jìn)銅退”和“以鋁節(jié)銅”趨勢(shì)凸顯。約用了15年的時(shí)間(1995年到2010年)通訊領(lǐng)域用銅量占行業(yè)總用銅量的9%，降到了目前的4.5%(19.8萬(wàn)噸)，并將繼續(xù)下降?！肮膺M(jìn)銅退”意味著光纖逐步向用戶端延伸，最終實(shí)現(xiàn)光纖到戶和光纖到桌面;銅線纜逐步向用戶端退縮，并最終退網(wǎng)?，F(xiàn)在除核心網(wǎng)、城域網(wǎng)尚留少量銅線纜外，接入網(wǎng)還有70%的銅線纜將被光纖代替(并且已開(kāi)始進(jìn)入個(gè)域網(wǎng)、片域網(wǎng))。目前我國(guó)接入網(wǎng)用電纜有5億線對(duì)公里(年降2.2%)，而光纜只有0.5億纖芯公里。個(gè)域網(wǎng)線纜組件(電子消費(fèi)類產(chǎn)品)是個(gè)大市場(chǎng)(現(xiàn)全部用銅)，2010年我國(guó)電子線纜市場(chǎng)為370.8億元(其中一半為汽車線束)，預(yù)計(jì)到2015年將達(dá)750億元。移動(dòng)網(wǎng)用的射頻銅電纜，用鋁電纜代替不僅成本下降而且在安裝、重量、減少能耗等方面也有顯著優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，從全球規(guī)模商業(yè)的情況看，鋁電纜已成為一種可顯著減少固定資產(chǎn)投資、可代替銅電纜的方案。

(5)電子變壓器“銅改鋁”勢(shì)在必行。電子變壓器有著廣泛的使用領(lǐng)域，包括中頻、音頻、脈沖、電源、片式等多種變壓器，中國(guó)電子變壓器生產(chǎn)量占世界總量的20%以上，其中60%用于供應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)。曾用鋁漆包線生產(chǎn)微波爐用高溫變壓器獲得成功和好評(píng)以來(lái)，給我國(guó)電子變壓器生產(chǎn)指出了一個(gè)光明的前途。由于“銅改鋁”具有不可逆性，深信在新技術(shù)、新材料、新工藝的推動(dòng)下，電子變壓器行業(yè)的“銅改鋁”將迎來(lái)新的春天。

3.2 優(yōu)質(zhì)再生銅桿可“名正言順”地進(jìn)入電纜市場(chǎng)

要解決廢雜銅直接再生制桿嚴(yán)重的全國(guó)性質(zhì)量問(wèn)題，加快淘汰落后國(guó)外20～30年的舊裝備、舊工藝乃是必由之路，且任重而道遠(yuǎn)。

(1)廢物資源化是加大環(huán)保力度、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)大規(guī)模發(fā)展的重要途徑，也是培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的核心內(nèi)容，對(duì)我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義。國(guó)務(wù)院將節(jié)能環(huán)保列為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，廢物資源化是節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)三大主體任務(wù)之一。

(2)廢物資源化科技工程“十二·五”專項(xiàng)規(guī)劃即將公布，其中廢舊金屬再生利用技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是針對(duì)銅、鋁、鉛、鋅等大宗廢舊金屬及廢稀貴金屬的再生利用，將重點(diǎn)突破廢舊金屬專業(yè)化分選折解、保(升)級(jí)利用、二次污染控制等重大技術(shù)與裝備，提高廢舊金屬回收率與再生產(chǎn)品的質(zhì)量，支撐再生金屬產(chǎn)業(yè)升級(jí)與轉(zhuǎn)型，支撐未來(lái)五年再生金屬使用量比例提高10% ～15%;技術(shù)重點(diǎn)是，廢銅廢鋁保(升)級(jí)利用技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)分選折解等預(yù)處理技術(shù)與裝備，低能耗冶煉與產(chǎn)品保級(jí)利用技術(shù)與裝備，低品位廢舊金屬綠色短流程冶金技術(shù)，開(kāi)發(fā)廢雜銅分級(jí)直接再生銅導(dǎo)體等金屬制品。

(3)工信部、科技部、財(cái)政部已于2011年印發(fā)了《再生有色金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃》的通知。到2015年，再生銅、鋁占當(dāng)年銅、鋁產(chǎn)量比例分別達(dá)到40%和30%左右;再生銅、鋁行業(yè)形成一批年產(chǎn)10萬(wàn)噸以上規(guī)模企業(yè);技術(shù)裝備水平，廢舊有色金屬機(jī)械化折解預(yù)處理技術(shù)普遍應(yīng)用，分級(jí)利用水平進(jìn)一步提升，再生銅新型強(qiáng)化熔煉爐向設(shè)施完整化和配套化方向發(fā)展，再生鋁雙室反射爐、鋁液攪拌技術(shù)、鋁液直供、蓄熱式燃燒等技術(shù)裝備廣泛應(yīng)用。

(4)廢雜銅直接再生制桿國(guó)產(chǎn)化技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，建設(shè)示范生產(chǎn)線的項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)，將全面推動(dòng)我國(guó)廢雜銅直接再生銅桿的技術(shù)升級(jí)，淘汰舊工藝和舊裝備，開(kāi)創(chuàng)新局面。

其主要的技術(shù)內(nèi)容是:廢雜銅預(yù)處理分揀、分類、異類金屬和有機(jī)物分離的先進(jìn)機(jī)械裝備和方法，嚴(yán)格防止“不干不凈的混雜廢料”進(jìn)入冶金爐;制訂“廢雜銅直接再生制桿”利用的廢雜銅專用分類標(biāo)準(zhǔn)和廢舊電線電纜分類標(biāo)準(zhǔn);研究先進(jìn)的廢雜銅直接再生高導(dǎo)電微合金化銅理論、精煉工藝、連續(xù)式冶金爐裝備和精煉過(guò)程控制技術(shù);研究設(shè)計(jì)制造國(guó)產(chǎn)化的具有國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平的連鑄連軋生產(chǎn)線(當(dāng)然這種生產(chǎn)線既能適用于再生銅亦能適用于電解銅生產(chǎn));在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域除必須保證導(dǎo)體的導(dǎo)電率，降低電阻發(fā)熱損耗外，要研究廢渣的高效污染處理、開(kāi)發(fā)節(jié)能環(huán)保型固體型固體廢物焚燒爐、余熱回收利用技術(shù)設(shè)備、加強(qiáng)對(duì)有毒有害物質(zhì)(如二惡英等)生成機(jī)理、治理技術(shù)和快速監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。

(5)為了規(guī)范市場(chǎng)“電工用火法精煉再生銅線坯”的有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)報(bào)批，并即將由中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布。這種優(yōu)質(zhì)再生銅桿的主要技術(shù)指標(biāo)如表3、表4所示。

表3 TH1、TH2、TH3牌號(hào)銅線坯的化學(xué)成分

3.3 建立銅導(dǎo)體的質(zhì)量評(píng)估體系

現(xiàn)在質(zhì)量不合格的電工用再生銅桿(美其名曰“非標(biāo)產(chǎn)品”)滿天飛，擾亂市場(chǎng)，其原因之一是生產(chǎn)系統(tǒng)缺少企業(yè)準(zhǔn)入和產(chǎn)品認(rèn)證制度，流通領(lǐng)域?qū)|(zhì)量監(jiān)管不嚴(yán)，有標(biāo)準(zhǔn)不依。在此情況下中國(guó)電纜工業(yè)要走出質(zhì)量難關(guān)，建立銅導(dǎo)體的質(zhì)量評(píng)估體系乃是急需和久治之舉。

表4 TH1、TH2、TH3牌號(hào)銅線坯的機(jī)電性能

3.4 建立高強(qiáng)高導(dǎo)、細(xì)和超細(xì)銅合金導(dǎo)體生產(chǎn)體系

國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄已在2011年6月1日起實(shí)施，“目錄”明確指出，繼續(xù)將普通電線電纜制造項(xiàng)目列入限制類條目。同時(shí)為了適應(yīng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)高性能特種電線電纜新的配套要求，將“用于新能源、信息產(chǎn)業(yè)、航天航空、軌道交通、海洋工程、電子微電子、機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)械等領(lǐng)域的特種電線電纜”列入了限制類的除外范疇。這將對(duì)引導(dǎo)線纜產(chǎn)業(yè)抑制產(chǎn)能無(wú)序擴(kuò)張、支持產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)轉(zhuǎn)型起到積極的作用。所謂特種電線電纜無(wú)非是表現(xiàn)在“兩個(gè)特”上，即“導(dǎo)體要特”(包括金屬母體材料、金屬鍍層或包覆層和導(dǎo)線絞合的結(jié)構(gòu))，“絕緣材料要特”。這些特種線纜，總需量不大，但屬特需的高檔產(chǎn)品，從而附加值很高。就金屬導(dǎo)體而言，為達(dá)到高強(qiáng)、高導(dǎo)或細(xì)、超細(xì)的要求，目前還首推古老而又不斷發(fā)展的銅合金，它主要分為兩類，即固溶型的非熱處理合金和析出型的熱處理合金，種類不多，但品種和牌號(hào)繁多，且往往都屬非標(biāo)或?qū)＠a(chǎn)品，這更需要我們獨(dú)立自主、自力更生地去創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，尤其是在以下兩個(gè)領(lǐng)域。

(1)輪軌高速電氣化列車和地鐵、高架軌道交通用的接觸網(wǎng)導(dǎo)線(電車線)是一種非熱處理銅合金，它采用了我國(guó)首先集成創(chuàng)新的新工藝，集優(yōu)化合金成分、控制冷作硬化和晶粒細(xì)化的綜合優(yōu)勢(shì)，使產(chǎn)品性能遠(yuǎn)超國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的水平。這種產(chǎn)品可在設(shè)計(jì)時(shí)速380 km、商業(yè)運(yùn)行時(shí)速300 km下運(yùn)行?？梢灶A(yù)料，這種用中國(guó)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品必將在國(guó)內(nèi)、外電氣化高速鐵路和軌道交通中擴(kuò)大應(yīng)用。

(2)隨著我國(guó)航空航天事業(yè)的發(fā)展，航空導(dǎo)線也隨之獲得了發(fā)展。從飛機(jī)上所用的航空導(dǎo)線來(lái)看的確不少，如一架波音或空中客車的長(zhǎng)程飛機(jī)要用超過(guò)250 km的航空導(dǎo)線或毛重為2.5噸的導(dǎo)體，為連接起見(jiàn)要用超過(guò)1萬(wàn)個(gè)連接器;一架短程的噴氣機(jī)要用70 km的航空導(dǎo)線，而一架小型直升機(jī)需用30 km航空導(dǎo)線。所用的線纜主要有單根電話線、多芯電纜、高溫電纜、同軸電纜、數(shù)據(jù)傳輸電纜和特殊結(jié)構(gòu)的光纖電纜。它們分布在飛機(jī)的不同部位，從機(jī)體、發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙，到復(fù)雜的控制設(shè)備——內(nèi)部的通信系統(tǒng)。為了減輕線纜的重量并節(jié)省空間，已采用了鋁芯電纜和薄壁電纜。

此外，特種電線電纜用的銅合金導(dǎo)線，在我國(guó)基本尚屬空白，要仰仗國(guó)外進(jìn)口，特別是銅合金線的原材料及深度加工?，F(xiàn)在的國(guó)產(chǎn)航空導(dǎo)線仍然是幾十年前的老材料、老工藝和老鍍層。這需要我們根據(jù)特種線纜性能個(gè)性化的要求去下功夫創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，建立我國(guó)電纜工業(yè)自己的銅合金導(dǎo)體的研發(fā)和生產(chǎn)體系，以滿足各種特種線纜的特殊需要。

高強(qiáng)、高導(dǎo)銅合金導(dǎo)體的微細(xì)化涉及銅導(dǎo)體本身的材料和制桿以及微細(xì)化深加工的問(wèn)題。根據(jù)歐盟6指令的規(guī)定，我們?cè)谘邪l(fā)新的高強(qiáng)、高導(dǎo)銅合金材料時(shí)要淘汰過(guò)去航空界一直采用的鎘銅等含鎘的有毒材料，創(chuàng)新研發(fā)無(wú)鎘的銅合金導(dǎo)體。

3.5 新一代上引法無(wú)氧銅桿生產(chǎn)線將向單機(jī)大產(chǎn)能、節(jié)能化方向發(fā)展

采用一臺(tái)30噸熔化爐、兆瓦級(jí)的雙回路感應(yīng)器和兩臺(tái)20頭上引連鑄機(jī)的生產(chǎn)線，最大產(chǎn)能可達(dá)30 000～40 000噸/年(相當(dāng)于1條小產(chǎn)能的連鑄連軋生產(chǎn)線)。雙回路感應(yīng)器比單回路感應(yīng)器具有更廣的功率范圍，且對(duì)金屬的加熱和流動(dòng)亦有更高的效率，從而具有較低的能耗和較長(zhǎng)的壽命;無(wú)級(jí)功率控制感應(yīng)器是晶體管變頻器式的功率控制技術(shù)，比傳統(tǒng)的有級(jí)控制技術(shù)好，具有平滑的功率調(diào)節(jié)，可延長(zhǎng)感應(yīng)器的壽命，減少能源消耗和排除諧波共振現(xiàn)象的有害影響;在雙爐生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)采用自動(dòng)的合金進(jìn)料器可用于生產(chǎn)銅合金;應(yīng)用一個(gè)有效的雙回路冷卻水系統(tǒng)，具有一個(gè)封閉的主環(huán)路，在上引法生產(chǎn)線上是一個(gè)重要的組成部分。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)各行業(yè)間協(xié)調(diào)合作，抑制電工用銅桿無(wú)序的產(chǎn)能擴(kuò)張;

(2)對(duì)再生銅桿行業(yè)應(yīng)實(shí)行行業(yè)準(zhǔn)入條件規(guī)定和產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證制度，在流通領(lǐng)域應(yīng)對(duì)銅導(dǎo)體質(zhì)量加強(qiáng)監(jiān)管，在電工產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)對(duì)原材料進(jìn)廠和產(chǎn)品質(zhì)量自律;

(3)國(guó)產(chǎn)低氧銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線的技術(shù)升級(jí)換代，電纜行業(yè)無(wú)法回避，已迫在眉睫;

(4)正視“以鋁節(jié)銅”和“再生銅在電纜市場(chǎng)中的地位”，電纜工業(yè)應(yīng)從長(zhǎng)計(jì)議;

(5)看準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展的新方向，要有及時(shí)的措施。