产30000吨镁合金挤压型材产业化项目可行性研究报告.doc

年产30000吨镁合金挤压型材产业化可行性研究报告目 录第一章 总论1第二章 项目背景及必要性3第三章 项目承担单位的基本情况和财务状况11第四章 技术开发及能力建设181、项目的技术开发工作情况182、项目团队介绍213、企业研发能力建设情况22第五章 产业化建设方案271、产业化内容及规模272、技术方案及先进性分析273、工程方案454、项目实施计划485、环境保护48第六章 投资估算及筹措51 1、编制依据51 2、投资估算说明51 3、投资构成52 4、资金筹措54第七章 项目财务分析、经济分析及主要指标55 1、成本分析55 2、经济效益分析563、风险分析及对策574、社会效益分析59附件清单61第一章 总述1、项目名称年产30000吨镁合金挤压型材产业化2、项目承办单位及负责人承办单位：总负责人：3、项目拟建地点4、项目实施计划2009年1月开始实施，2013年1月完成项目验收，共历时4年。项目计划分三期进行：一期：2009.1-2010年3月，投资1亿元，产能达到1万吨/年；二期：2010年4月-2011年10月，投资1.1亿元，完成产能2.2万吨/年；三期：2011年12月-2013年1月，投资9000万，完成产能30000吨。5、项目投资和资金筹措项目总投资3亿元，其中企业自筹9000万元，银行贷款2.1亿元。项目完成后年产可达30000吨，新增年销售收入16亿元，利税4亿元。6、技术途径1）由矿石开始的高纯洁净镁生产；2）粗镁精炼、合金化及晶粒细化；3）直冷式半连铸制坯及均质化处理；4）模具的设计与优化；5）坯料的精加工及预处理后挤压成型；6）镁合金挤压材的矫直及机加工，包括切割、精整、包装；7）新型镁合金结构材料的研究开发。7、建设工程计划从2009年1月至2013年1月在建成年产30000吨镁合金挤压型材的全套生产线。根据工艺要求，该套生产线主要包括以下子项目：1）优质大规格变形镁合金锭坯生产基地（包括洁净镁生产线和半连铸棒材生产线的建设）；2）年产30000吨的镁合金挤压生产线；3）挤压材的轿直及机加工生产线。8、环境评估及治理 本项目环保配套设施齐全，正在办理环评手续。9、效益分析项目总投资3亿元，项目建成后，总销售收入16亿元，利税4亿元，销售利润率28%，投资利润率为127%，投资回收期为2年，说明本项目具有较好的市场前景和盈利机会。本项目生产期内盈亏平衡点为44%，说明本项目具有一定的抗风险能力。第二章 项目的背景及必要性1、项目的提出近年来，日益严峻的能源和环保等问题促使世界各国越来越重视产品的轻量化问题，也对镁合金制品的种类、性能和加工工艺提出了更高的要求。因此，进一步扩大镁合金的应用领域、特别是突破变形镁合金加工及应用的关键技术是我国镁产业发展的一项重要而迫切的任务。近年来，在 “十五”科技攻关、“十一五”科技支撑计划和863等国家科技计划的支持下，我国镁合金应用关键技术已取得了一定的突破，变形镁合金的成形技术及应用技术研究取得了初步进展。我国现有镁合金生产技术远远不能满足需求，镁合金材料及其成形产品缺口巨大，需要花费大量的外汇从国外进口，故进一步加快高质量镁合金制品的研究开发与产业化发展速度，是镁产业发展的迫切需要和必然趋势。目前制约镁合金挤压材产业化发展和工程化应用的主要因素是挤压材产品的工艺成本较高、特种大尺寸挤压型材的制备困难，其技术上的瓶颈主要是原材料杂质含量高、挤压坯料特别是大型挤压坯料的质量不稳定（金属夹杂、晶粒粗大、组织不均匀）、大断面形成成型困难、挤压材的挤压速度低，挤压材的精整处理工艺与专用设备不过关和挤压工艺技术不成熟等。基于以上原因，我公司提出“镁合金挤压型材产业化项目”，本项目以高速列车及客车用大型中空型材、特种自行车挤压材和其他通用型材为目标，进行镁合金挤压材的特大规格挤压材坯料、挤压工艺及精整加工技术研究，以提高挤压镁合金的成材率、提高挤压变形速率、研制出等工程化应用技术，获得一批镁合金挤压材的核心生产技术，并形成年产镁合金挤压型材12000吨的生产能力。2、项目技术国内外发展趋势与现状在国外，人们认为：变形镁合金和铸造镁合金相比，有更优良的综合力学性能，因此为了推动镁合金在航空航天、汽车摩托车等领域内的大量应用，壮大镁工业必须大力开发变形镁合金及其生产工艺的研究。而镁合金在室温下的塑性低，延伸率只有4%-5%，所以，挤压加工则被国外同行视为最理想的变形加工方法。目前，镁合金管、棒、型材主要是采用挤压加工的方法生产，但是一些关键技术问题却阻碍了镁合金挤压材扩大其市场。其中一个主要的问题是镁合金挤压材的生产效率低。典型的镁合金挤压材的挤压速度只能达到典型铝合金挤压速度的1/101/5。澳大利亚墨尔本迪肯大学的研究人员正在研究这种情况出现的原因，寻找解决办法，他们认为，对常规的挤压镁合金AZ31、AZ61、AZ80和ZK60来说，主要问题之一是适合挤压的温度范围太窄。为了大幅度提高挤压材生产效率，而同时又能保证挤压材有足够的强度，最近他们研究试验了一些低合金成分的镁合金，并取得了突破性的进展。等静压挤压也提供了一种解决常用的直接或间接挤压生产效率低的一种方法，德国格斯塔赫特的GKSS研究中心的研究人员已确认，等静压加压可促使材料的显微组织更加均匀一致，机械性能也可进一步提高。美国俄亥俄州立大学的研究人员正在研究开发一种镁合金高温管液压成型生产工艺，它可有效提高镁合金的成型能力，特别是大变形量的镁合金挤压材。美国研究者采用快速凝固联合粉末冶金与热挤压工艺开发的Mg-Al-Zn系列EA55RS变形镁合金，其比强度超过7075铝合金，具有超塑性（300，436%），腐蚀速率与2024-T6铝合金相当。英国开发的Mg-Al-B挤压镁合金，已用于Magnox核反应堆燃料罐。同时，又许多研究人员对更深刻理解镁的变形机理表现出了极大的兴趣。俄国、德国、日本、韩国、澳大利亚和美国的研究小组，都一致在研究镁的结晶组织结构、各项异性和基本的变形机理（主要集中研究AZ31）。他们认为标准的挤压件与轧制件的组织结构是与强劲的张力、凝缩强度不对称和许多镁合金表现出来的各项异性有重要关联。他们正探索新的变形加工技术，例如能使张力延展性提高2至3倍的等槽加工方法。该研究项目加深了对合金化与变形机理作用之间的关系的理解，对开发具有特殊机械性能的镁合金提供了一种可能，是另一个重要的研究领域。我国对镁合金的研发起步较晚，据发达国家的技术水平还有较大差距。“十五”期间，为了促进我国镁合金材料加工与应用的研发与产业化发展，科技部启动了“镁合金开发应用及产业化”攻关项目，在变形镁合金研究领域设立了由重庆镁业科技股份有限公司和重庆大学等单位联合承担的“通用镁合金管材型材的研究开发及产业化”和“镁合金挤压制品及在自行车、摩托车上的应用共性技术研究及产业化”子项目；“十一五”期间，科技部设立了“镁及镁合金关键技术开发与应用”科技支撑计划重点项目，重庆大学等单位联合承担的“镁合金挤压型材低成本成型技术研究”取得了一定的成绩。在国家高技术研究发展计划（863计划）中设立了由重庆大学和中科院沈阳金属所联合承担的“高强度变形镁合金研制及其应用研究”课题。通过几年的研究开发，我国的镁合金型材研发与产业化已取得了显著的进展，所生产的管材型材性能已达到美国ASTM标准，大型中空型材的制备技术水平也引起了世界的广泛关注，形成了10余项变形镁合金材料设计制备和加工技术方面的专利技术，并制订了变形镁合金产品的成分、外形、检测、安全、制备工艺等相应技术标准，确保了镁合金挤压型材产业化生产与应用的持续发展。但由于我国镁合金挤压型材的加工与应用尚处于起步阶段，加之当今世界上新材料、新技术的研发与应用发展迅速，镁合金的应用领域也不断扩大，在大型复杂截面型材、快速挤压技术和后期精整工艺等方面的关键技术还未突破，制约了产业化发展。由于镁合金各类管材和型材在交通行业、纺织机械产品、日用消费品、国防军工和航空航天等领域都有十分广阔应用空间，一旦突破其技术瓶颈，将为提高其服役性能、成型性能和降低成本起到关键作用，从而迅速扩大镁合金挤压型材的应用量和应用范围，经济效益和社会效益十分巨大。3、国内现有工作基础在我国，镁及镁合金的挤压起步于上世纪50年代，1958年在东北轻合金加工厂铸造出我国第一块变形镁合金铸锭。同时开始了变形镁合金挤压材的生产。但是由于一些客观原因，如材料价格昂贵、对材料的特性认识不足等，使得发展较为缓慢。图1 我国镁合金挤压材应用领域进入21世纪以后，人们对环保、舒适的要求，更由于变形镁合金加工技术的发展，作为一种轻质结构材料和防腐材料，镁合金正逐步进入日常生活中，同时，我国的资源和价格的优势（在上个世纪八十年代，纯镁锭和纯铝锭的吨位价格比为7：1，目前的吨位价格比为1：1）也为其工业化应用提供了很好的舞台，国内也新建了十余家专门生产镁合金挤压材的企业，如山西银光镁业目前已形成挤压型材2000吨/年的产能，广灵精华、兴成泰·艾镁斯科技等一批国内知名企业也开始投入镁合金挤压材的开发和生产中来。目前可生产的镁合金挤压产品有自行车车圈、散热器材、纺织机械型材、汽车摩托车零部件、手动工具零部件等，主要应用于航空航天、国防军工、汽车等领域，但是和铸造镁合金相比，镁合金挤压产品发展还是处于规模小，生产成本高，应用范围小等不利境地，一些关键的成型技术还有待突破、变形镁合金的优良性能还需要被更广泛的接受和认同。但是，国内众多高校、科研院所及知名企业参与了镁合金变形加工方面的研究，经过十余年的苦心钻研，已积累了大批科研成果和核心技术，并攻克了大批技术难题和产业化难题。目前，解决镁合金变形加工方面的关键技术的时机已成熟，一旦这些束缚得到突破，镁合金挤压材的应用范围将急剧扩大，其需求量将以爆炸式的速度增长。4、镁合金行业发展情况镁是常用金属结构材料中最轻的一种，其密度约为铝的2/3、钢的1/4，具有比强度、比刚度高，吸震降噪性能好，铸造性能好，储量丰富，易于回收等优点，广泛应用于航空航天工业、军工领域、交通领域（包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业等）、3C领域等。随着技术和价格两大瓶颈的突破，全球镁合金用量急剧增长，应用范围不断扩大，正在成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”。在国民经济建设中发挥着重要的作用。我国镁资源非常丰富,地质统计资料显示,我国已探明的菱镁矿储量达27亿t，居世界第一位。白云石矿储量超过70亿t，我国绝大部分地区均有所分布。盐湖镁资源也异常丰富，仅青海察尔汗盐湖的氯化镁储量就高达16.5亿t。相比之下，我国镁工业却起步较晚，从1957年开始，直到1987年以前，全国只有抚顺铝厂一家生产镁，年产量最高在3000t左右，国内消费的50%以上需要进口。二十世纪90年代以来，我国镁工业得到迅猛发展，镁产量不断增加，从1998年至今我国镁产量已经连续8年世界第一，其产量早已超过了西方世界的总和。2001年我国镁产量达200kt以上，但由于国内金属镁产品加工技术落后，该产量远远超过国内消费水平，镁产品大部分以初级原料外销，使我国一跃成为世界上首要的镁出口国，当年出口量达156kt。据中国有色金属工业协会镁业分会数据，2008年我国原镁产能达到63.07万吨；占到世界原镁总产能的80%以上，排除全球金融危机影响的因素，预计到2010年我国原镁产量将超过80万吨，由于需求量大增，其高速发展的格局将长期不会改变。图2为近十年来我国镁产量增长趋势图。010203040506070产量万吨1999200020012002200320042005200620072008年份 图2 近十年来我国镁产量发展趋势随着经济的发展和节能减排的要求，其它有色金属资源的紧缺越来越显现，在日益严重的资源和环境双重压力下，镁及镁合金作为目前工程应用中最轻和尚未被全面开发的金属材料，倍受关注。随着我国加入WTO世界，将进一步加速成为全球制造中心的趋势。基于原料，劳力成本和就近配套的需要，世界发达国家的镁合金产品亦会逐步向我国转移，为我国镁合金的发展提供更大的机遇。镁合金进一步得到了人们的认识，已广泛应用于汽车、电子、五金、电脑等领域，目前，欧洲，美洲，中国，日本，以色列等地区及国家都加大了镁的研发投入和力度，在未来不仅在汽车结构材料上扩大应用，而且会在更广泛的领域推广应用。预计2010年，镁合金材料全球需求量将达到80万吨以上，并且每年以大于15%的速度快速增长，因此市场前景十分可观。（资料来源：中国镁业网）第三章 项目承担单位的基本情况和财务状况1、企业概况2、企业发展历程3、近三年财务状况4、产品结构状况镁合金材料研究、开发、生产和销售是公司的主营业务。*公司是世界上最大的镁合金腐蚀控制材料生产商。目前具有2000吨洁净镁、8000吨镁合金牺牲阳极、2000吨镁合金半连铸棒/板材的生产能力。其中：洁净镁和镁合金半连铸棒/板材占据全球50以上的高端市场；高电位镁合金牺牲阳极占国际市场份额的60%以上，是具有完全自主知识产权的世界级名牌产品。1）洁净镁当金属镁的杂质水平低于一定的程度时，其各项性能指标，如耐腐蚀性、加工性能将显著改善。而现在限制金属镁应用的一个重要的因素是其耐腐蚀性能差，加工性能差等因素，因此采用洁净镁将大大拓展金属镁的应用范围。但是传统的生产高纯镁的工艺是，把生产出来的镁锭重新经过二次升华，去除其杂质，在这个过程中，一方面烧损比较严重，另外在二次升华的过程中，极其容易带进杂质，造成二次污染，还浪费能源，每吨成本比普通镁锭高8000元。严重的限制了镁的利用。我公司利用自己的专利技术，利用一次直接还原，就可以生产出来低杂质含量的粗镁，然后在精炼过程中，添加自己研制的镁合金专用精炼剂。生产出来的洁净镁，镁含量不低于99.98%。现年产2000吨，年产5000吨的大规模生产线正在建设当中。2）大规格、高品质镁合金棒/板材该产品是具有完全自主知识产权的世界级名牌产品，属河南省高新技术产品，获得河南省高新技术产品产业化资助，大大推动了该产品的产业化。现在企业已经建立了年产2000吨棒/板材的一条生产线，能够生产各种直径的圆形和方形高品质镁合金坯料。目前，已生产的合金有H-1、AZ31、ZK60、AZ61、AZ80等多种成分，直径分别有92，120，155，203，300mm,370mm,385mm,420mm等规格的圆铸锭，铸锭最长可达5500mm，方坯的尺寸可以做到150×400mm，250×860mm，长度为5500mm。产品经过日本、美国和英国客户的检测使用，综合性能远远高于其它企业生产的产品，现已批量供货。现在企业承担的国家“十一五”科技支撑计划重点项目“镁及镁合金关键技术的开发与应用”，主要进行大规格和超大规格镁合金棒/板材的研究开发，为制造汽车覆盖件、火车车厢用板材、大型型材等提供坯料，目前项目已通过国家验收。3）高电位镁合金牺牲阳极企业参与制定了关于镁合金牺牲阳极的中国国家标准。企业目前具有生产6个系列140余种高低电位镁合金牺牲阳极的生产能力。其中，高电位镁合金牺牲阳极属于河南省高新技术产品，占全球市场份额的60以上。现在公司开始加大在高电位镁合金牺牲阳极上的开发，已开发出新型镁合金牺牲阳极，申请发明专利一项，并且项目技术通过了河南省科技成果鉴定。4）大吨位镁合金牺牲阳极我公司通过对镁合金牺牲阳极的熔体净化、铸造成型技术、大吨位镁合金牺牲阳极铸造模具的设计开发、铸造过程温度梯度的控制、镁合金熔炼过程的阻燃处理技术等进行了深入研究，已有效的解决了大吨位镁合金牺牲阳极的铸造难题，大吨位镁合金牺牲阳极产品无冷隔、无缩孔、表面质量良好，内部结晶致密，材料使用性能和化学成份符合国际标准，电流效率大于50%，具有很好的防腐蚀保护能力，成本也得到进一步降低。该产品的成功开发使我国的铸造阳极高技术化，实现铸造阳极的大吨位化，占领了该领域国际市场最高点。5）稀土镁合金镁合金在常温下加工性能差，加入稀土元素可以改善合金的加工成型性能。稀土对有色金属合金性能的影响是基于它的变性作用、钝化作用、以及与一系列低熔点杂质形成难熔化合物的能力，加入适量的稀土合金元素也可以提高合金室温及高温机械性能，还可以降低碳、氮、氧、硫等有害杂质的影响，提高产品质量。企业已经成功开发出Mg-Al-Re、Mg-Re-Zr、Mg-Re-Zn、Mg-Re-Ag等多种系列产品，用于提高镁合金的蠕变性能、拉伸性能和其它力学及机械性能。第四章 技术开发及能力建设1、项目的技术开发工作情况1.1项目技术难点分析1）优质镁合金挤压型材坯料制备工艺控制：坯料质量是影响镁合金变形加工和力学性能的关键因素，如何通过适当的熔炼净化工艺及凝固冷却控制，达到坯料的纯净化、匀质化和细晶化，是项目研究面临的首要问题。2）镁合金大断面挤压型材的制备技术：大断面、复杂截面镁合金中空型材均为大型扁宽、薄壁、高精、复杂的多孔心型材。其主要技术难点是：形状复杂、外廊尺寸大，型材多为薄壁（2.5-3mm），宽扁（250-350mm）空心型材，挤压成型十分困难，不仅需要80MN以上的重型挤压机和高比压的扁挤压筒，而且需要设计制造大型的特殊模具；型材的尺寸，力学性能和组织均匀性不易保证；精整矫直比较困难，必须寻求最佳模具设计、优化挤压工艺和开发特殊的精整矫直工艺。3）镁合金快速挤压技术：镁合金塑性差，提高其高温塑性是一个关键的技术难点。本项目拟通过施行锭坯预处理、优化模具结构、改善润滑条件、控制挤压温度、降低再结晶温度等工艺改进来提高其挤压成形性。4）镁合金挤压型材的精整处理：镁合金挤压型材的矫直、钝化、弯曲和扩（缩）孔处理等成型后处理是其能够获得工程化应用的必须条件，镁合金较低的塑性、较小的热容和易氧化等特性对顺利实施这些处理工艺造成了困难，必须理论分析与实际经验密切结合，才能开发出实用的低成本镁合金型材精整工艺技术及其专用设备。1.2项目研究内容 该项目的目标与任务是以市场为向导，针对当前我国和世界上镁合金挤压型材加工制备技术及产业化发展的关键问题提出的，这些问题的解决与推广应用对降低镁合金挤压型材的加工制造成本，促进镁合金型材在交通运输、通用机械等领域的应用有重要作用。项目围绕“镁合金车用大型中空型材挤压技术的开发与应用”、“镁合金快速挤压技术的开发与应用”两个方面，主要开展以下研究：1）大规格优质变形镁合金锭坯制备技术：通过对熔体复合纯净化、过滤、变质和快速及亚快速凝固工艺及专用设备的研究开发，可获得高纯、细晶和致密的镁合金铸锭。2）大型型材制备及工程化应用研究：研究各种复杂截面形状的镁合金大型材模具设计与挤压工艺参数，掌握特种中空型材工程化应用所需的轿直、精整、钝化、防腐和机械加工技术。3）镁合金挤压材的快速成形工艺技术：通过研究坯料的均匀化处理工艺、模具结构、晶粒尺寸、动态再结晶以及严格控制挤压工艺参数，得到优化的镁合金型材快速成形挤压技术及工艺参数。4）挤压材轿直工艺及专用设备：通过对管材和型材轿直温度、拉轿应力、工装夹具的研究，掌握各种尺寸和形状镁合金挤压材的轿直工艺，有效控制镁合金挤压材的平直度和扭曲度，开发出相应的专业产业化生产设备。1.3现有基础条件及成熟度1）我公司已经和国外著名镁合金加工企业*公司正式合并。公司拥有半个世纪的变形镁合金生产经验，现在能够生产包括汽车、高速列车及通用型材等多种变形加工产品。合并后将形成两大核心技术：洁净镁制备技术和大规格变形镁合金产品用锭坯制备技术与蒂明科公司的两大核心技术：镁合金材料制备技术和镁合金挤压变形加工技术有机结合，实现由洁净镁到镁合金变形加工产品各个关键技术环节的无缝链接；2）我公司参与了国家“十一五”科技支撑计划“镁合金管型材低成本成型技术的研究开发”，该项目参与单位达到了7家之多，我公司分享了众家单位的研究成果，拥有快速挤压、成分优化设计等一大批核心关键技术；3）拥有包括洁净镁、大规格棒板材加工等6项核心技术专利。4）我公司曾多次承担过大规格优质变形镁合金锭坯制备方面的省部级科技项目，包括科技成果转化、国家火炬计划等，拥有全国领先的技术水平。1.4项目知识产权情况2、项目团队介绍3、企业研发能力建设情况第五章 产业化建设方案1、产业化内容及规模“年产30000吨镁合金挤压型材项目”的产业化实施如下：计划从2009年1月至2013年1月建成年产30000吨镁合金挤压型材的全套生产线。根据工艺要求，该套生产线主要包括：1）优质大规格变形镁合金锭坯生产基地（包括洁净镁生产线、半连铸棒材生产线的建设）；2）年产30000吨的镁合金挤压生产线；3）挤压材的轿直及机加工生产线。2、技术方案及先进性分析2.1主要技术和创新点如下：1）大型、优质镁合金坯料的晶粒细化、熔体净化和均质化关键技术；2）快速及亚快速凝固工艺及专用设备；3）大型中空型材的模具设计及优化；4）大型中空型材的重型挤压和高比压生产工艺；5）镁合金挤压型材的快速成形工艺；6）经简化的高成形率、高效率的低成本挤压技术；7）镁合金挤压型材的轿直、弯曲、精整、钝化和变径处理技术；高品质镁合金挤压型材主要有几方面的评价指标：一个是洁净度；第二个是组织结构；第三个是模具的优化设计。杂质含量低、晶粒细小均匀以及模具的优化设计是决定型材质量的关键。杂质含量，特别如Fe、Ni、Cu等杂质含量的降低可大幅度减缓镁合金自腐蚀速率。比如Fe含量100ppm降低到10ppm，其腐蚀速率从20mg/cm2/day降低到0.4mg/cm2/day。另外则是晶粒大小和晶粒均匀性的问题。对于镁合金挤压型材，小晶粒的材料可以提高成材率，大大降低了挤压时的成分偏析度，提高机械性能。晶粒尺寸从100m降到30m其成分偏析可以从5%降低到1%。模具的压缩比、扰流区的合理设计可提高型材的表面质量及抗拉强度等。该项目以上述几方面为立足点，展开了一系列的技术创新和探索，并已经取得了显著的成绩。我公司是世界上最大的镁合金腐蚀控制材料的生产企业，在决定镁合金挤压型材质量的两大方面（洁净度及晶粒控制）都拥有核心技术。其中洁净镁的制备已经申请了国家专利两项目（其中实用新型已授权），并且拥有完善的检测设备，通过了权威机构的检测，超过了国家一级镁锭的标准。半连续铸造镁合金棒材生产工艺通过了河南省科学技术厅的成果鉴定。专家评价：该项目工艺技术国内领先，市场前景广阔，社会经济效益显著。生产的棒材和板材被认定为“河南省高新技术产品”。分别荣获了河南省科学技术进步三等奖和鹤壁市科学技术进步一等奖。从决定镁合金挤压型材质量的关键技术（大型、优质镁合金坯料的晶粒细化、熔体净化和均质化以及模具的设计与优化）入手，我公司制备镁合金挤压型材主要步骤如下图所示：图5 镁合金挤压型材制备工艺流程图由上图可知镁合金挤压型材制造分为如下六个主要环节，跟随每一产品制造环节，都有相应的质量检测和质量控制环节:1）由矿石开始的高纯洁净镁生产；2）粗镁精炼、合金化及晶粒细化；3）直冷式半连铸制坯及均质化处理；4）最佳模具设计与优化；5）坯料的精加工及预处理后挤压成型；6）镁合金型材的后续机加工，包括切割、精整、包装。2.2洁净镁的制备目前，国内外的“高纯镁”均是通过二次升华所得，即：将第一次还原所得的粗镁再次放入还原罐内，升温至800900，让粗镁再次升华、结晶，最后经过精炼便获得高纯镁。以此方法制备“高纯镁”主要有两点不足：其一，二次升华，步骤烦琐，大大增加了能耗和其他消耗；其二，粗镁被加热，氧化损失较严重，造成“洁净镁”实收率较小（仅为80%85%），正因为以上原因，“高纯镁”的市场售价较高，每吨“洁净镁”的售价约比普通镁锭贵5000-6000元，且产量有限，正是以上原因严重制约了高端镁合金及其制品的应用和推广。针对其缺点和不足，我公司研究开发了利用一次还原和在精炼过程中添加新熔剂的工艺制备洁净镁，大大降低了其生产成本。该技术创新点主要有：1）在还原阶段，采用公司专利产品“结晶过滤器”以此提高粗镁质量，为洁净镁的生产提供优质原料，该技术已申请发明专利和实用新型专利各一项（发明专利及实用新型专利申请号和授权号分别为：200710000835.7和ZL200720000827.8）。2）研究开发了含有Zr及硼的精炼添加剂，配制精炼剂，将其用于精炼阶段可有效降低熔液中多种金属元素的含量，特别是降低Mn、Fe、Si、Al效果非常明显。（该成分配方正在申请专利）3）针对洁净镁生产的系统化过程控制细节规范洁净镁的生产过程，可有效提高产品合格率，降低成本。图6是我公司洁净镁的生产工艺流程：图6 洁净镁的生产工艺流程图图7是我公司发明的结晶过滤器的结构示意图。图8是结晶过滤器在还原罐中的装配位置。图9是生产洁净镁用的蓄热式还原炉。图7 结晶过滤器结构示意图1 耐热钢套；2耐热钢连接杆；3多孔陶瓷隔热板图8 结晶过滤器制备高品质粗镁原理示意图1还原罐；2结晶过滤器；3还原罐冷端；4冷凝结晶器；5冷端盖；6混合球；7结晶镁图9公司的大容量四排紧凑结构蓄热式还原炉图10是镁合金生产过程中质量控制，实时检测所用的光谱仪，图11是我们生产出来的洁净镁样品，图12是镁锭成分全分析现场。图10 用于炉前成分分析的原子光谱仪器图11 公司洁净镁样品图12 镁锭成分全分析现场表6是我公司生产出来的洁净镁与国家标准相比的结果，从表中可以看出，其杂质含量比国标中最好的镁锭标准还要低。2.3半连续铸造镁合金棒材的制备以洁净镁为基础，经过多年的开发和积累，公司在镁合金熔铸及连续棒材制备上已经建立起了一定的基础。主要在如下一些方面。图13 镁合金棒材半连续铸造生产工艺1）镁合金熔铸过程的净化技术改良了现有的镁合金熔剂，采用合理的熔炼工艺；自行开发了镁合金熔体的过滤技术；以及合理的镁合金阻燃工艺。使坯料中的熔剂缺陷和氧化物缺陷大大降低。2）坯料微观组织的细化和均匀化技术采用新型的晶粒细化技术，使得坯料的微观组织得到显著优化。以直径370mm的坯料为例，常规工艺下，内部组织以粗大树枝晶为主，平均晶粒度在1000m左右；采用晶粒细化工艺后，组织转变为均匀的等轴晶，平均晶粒度为140m左右。晶粒细化效果见图14、图15。 图14 AZ31未采用晶粒细化铸态组织（X40），为树枝晶，晶粒度1000m图15 AZ31采用晶粒细化铸态组织（X40），为等轴晶，晶粒度140um3）专用结晶器和铸造工艺的开发公司设计和制造了镁合金半连续铸造专用结晶器，并研发了合理的铸造工艺。使得铸造的坯料产品无裂纹、宏观偏析、缩孔缺陷，并使表面冷隔缺陷降到很低。4）检测技术为了保障坯料产品的质量。公司建立了完善的坯料质量检测手段，具体包括：BLC-2000型超声波无损探伤仪1台，用以检测合金锭的内部缺陷情况；在对坯料进行表面加工后，进行超声波无损探伤，是检测坯料内部宏观缺陷的有效方法。图14 超声波无损探伤仪 图17 BLC-2000型超声波无损探伤仪2125W型荧光探伤仪1台，用于镁合金产品表面缺陷的检测分析，参见图18所示。图18 2125W型荧光探伤仪YWX/Q-750型盐雾实验机一台，参见图19所示，用以检测镁金的腐蚀速率。图16 YWX/Q-750型盐雾实验机图19 YWX/Q-750型盐雾实验机一台恒温恒湿试验箱2台，参见图20所示，检测镁合金坯料的熔剂夹杂。 图20 一次检测1.5吨坯料产品的恒温恒湿箱S4-M型白度计1台，检测镁合金熔炼过程的纯净度。图21 S4-M型白度计263A-1型恒电位电流仪1台，用于分析研究镁合金产品的电化学性能等特性。图22 263A-1型恒电位电流仪公司已经建成一条年产2000吨高品质镁合金半连铸坯料的生产线。其中包括：1）半连续铸造机1台，如图23和24所示。半连续铸造机可铸造坯料的最大长度为6m，已铸镁合金坯料最大直径为500mm，产能2000吨/年。 图23半连续铸造机 图24 熔炼炉自动控温系统2）超声波晶粒细化器2台，电磁晶粒细化设备1台，如图25所示 图25 使用中的超声波晶粒细化设备3）低压移液系统2套，真空移液系统2套。4）大型锯床1台，最大加工截面1200mm×1000mm。图26 大型锯床5）大型车床2台，如图27所示。（最大加工直径800mm,长度6000mm）；特种端面铣床5台，如图28所示（最大加工截面1200mm×1000mm）。图27 正在进行机加工的大型车床及镁合金棒材图28 特种端面铣床5台2.4模具的设计与优化大断面、复杂截面镁合金中空型材均为大型扁宽、薄壁、高精、复杂的多孔心型材。其主要技术难点是：形状复杂、外廊尺寸大，型材多为薄壁（2.5-3mm），宽扁（250-350mm）空心型材，挤压成型十分困难，不仅需要80MN以上的重型挤压机和高比压的扁挤压筒，而且需要设计制造大型的特殊模具；型材的尺寸，力学性能和组织均匀性不易保证；精整矫直比较困难，必须寻求最佳模具设计、优化挤压工艺和开发特殊的精整矫直工艺。本项目开发了模口温度的闭环控制技术；大断面模具高稳定性焊合桥设计；快速挤压模具流线型工作带设计;无残料挤压技术。可做到大型材的外截圆直径360mm，弯曲度2.5mm/m，满足GB/T5156-2003标准要求；管材挤压成材率70%，挤压速度从1-2m/min提高到2-4m/min；棒材挤压速度从10m/min提高到20m/min。2.5产品质量及技术水平图29、30、31是我公司生产的各种镁合金型材。图29列车用镁合金型材图30汽车用镁合金型材样品图 图31 AZ31中空型材由我公司研制的汽车镁合金保险杠经德国大众汽车公司分析检测后，确认其综合性能优于德国同类产品，见表11：从表中可以看出，我公司无论在材料的表面质量上（晶粒大小、表面粗糙度）、耐腐蚀性还是其电化学性能方面都优于德国其它公司的同类产品。3、工程方案3.1根据工艺要求，该套生产线主要包括：1）优质大规格变形镁合金锭坯生产基地（即洁净镁生产线、半连铸棒材生产线）；2）年产30000吨的镁合金挤压生产线；3）挤压材的轿直及机加工生产线。公司年产30000吨镁合金挤压型材项目产业化，各子项目的主要工程情况如下表所示：表8 项目主要工程情况汇总序号项 目主要建设内容设计规模备注150000t/a洁净镁生产线合成车间年产混合球7万吨混合球是还原工序的原材料蓄热式还原车间年产50000吨高品质洁净原镁，12台蓄热式还原炉-煤气发生站包括三台型号为Ø3.2的两段式煤气发生炉提供蓄热式还原生产线生产金属镁所需的能量其它辅助设施-如循环水池、煤厂棚、射流泵房等245000t/a半连铸棒材生产线精炼车间每年可熔化并合金化粗镁45000吨对上述洁净原镁合金化和晶粒细化半连铸车间年产镁合金棒材45000吨，包括半连铸浇注系统及辅助设施-棒材机加工车间数台规格不等的卧式车床、锯床、铣床对棒材表面进行脱皮和精加工330000t/a挤压型材生产线挤压车间6台挤压设备将棒材挤压成型材材料无损检测室超声波探伤、荧光探伤等对材料的内部和表面缺陷进行检测4切割精整包装车间切割、精整、包装车间-按客户要求切割包装成最终产品仓库800平方米-3.2设备方案在企业原有条件的基础上，需要增加或更新以下主要生产设备：表14 镁合金挤压型材项目增加或更新的设备（不包括公用设施）序号设备名称规格及型号单位数量4蓄热式还原炉自制台126煤气发生炉Ø 3.2两段式台38镁合金熔化炉自制台59合金炉自制台310移液系统自制套1211保温电炉自制台312半连续浇铸系统/套213晶粒细化系统/套215大型车床/台216大型锯床GB4025C台3173000吨挤压机/台618超声波探伤仪BLC-2000台420切割机/台625相应环保设施/套13.3公用工程1）供排水设计公司由市政供水，可以满足本项目改造后的用水需要。生产所排放的废水经废水回收系统简单处理后用于制备混凝土砌块砖。2）电气设计公司采用市电、矿电双回路供电。根据公司的用电需要，已改建好配电室一座，内设3台1250KVA变压器，现已安装好2台，预留一