年产1万吨镁合金板材新建项目可行性研究报告.doc

1 年产1万吨镁合金板材项目可行性研究报告 编制单位:*市人民政府招商引资办公室 2 目 录 1 总论.3 2 市场预测.12 3 建设规模及产品方案.22 4 建设方案.24 5 环境影响评价.39 6 投资估算与资金筹措.41 7 财务效益.45 8 风险分析.48 9 结论与建议.50 3 1 总论 1.1 项目名称及内容 项目名称：年产 1 万吨镁合金板材可行性研究报告。项目内容：在河南省*市新征地，建设熔铸车间、板材车间及配套公用辅助设施，形成 10000t/a 的镁及镁合金板材生产能力。1.2 建设单位概况*是全国金属镁发源地之一，主要产品有金属镁、镁合金、镁屑、镁牺牲阳极等。产量占到全省的 90%以上，为全国镁屑、镁粉生产、加工、出口基地，是中国最大镁粉、镁屑生产、加工基地，高品质金属镁生产基地。国外在*投资金属镁工业的独资、合资企业已达 10 余家，是全国金属镁行业中中外合资企业较多的地市之一。目前主要生产企业有：维恩克(*)镁基材料有限公司、江海冶炼有限公司(格兰达公司)、维多利有限公司、威尔斯有限公司、鹤煤(集团)富达镁厂等。除此之外，*与山西、宁夏相比还有自己独特的优势。（1 1）资源和品位优势）资源和品位优势。*白云岩资源储量大，品位高，现已探明的储量亿吨以上。其 MgO 含量在 21-23%之间，铁、铜等杂质元素含量低，最适合生产低锰、低铁、高纯镁(见表 11 和表 12)。符合金属镁深加工产品国 4 际标准要求，在全国同行业产品中具有独特性。而山西、宁夏白云岩的 MgO 平均含量在 17-19%。清华创业投资公司、美国维恩克集团公司、香港司马特威尔斯公司等选择在*投资及建设高品质镁生产基地，发展镁工业，重要原因之一是看好我市的高品位资源。如：原河南华淇镁业公司、维恩克(*)公司生产的低锰镁(Mn0.004%)和高品质镁(Mg99.98)，已获得我国军工部门和日本、加拿大、美国等客商的认可，其售价高于普通镁锭 20%以上，产品供不应求。特别是维恩克(*)公司生产的镁牺牲阳极产品的化学性能已超过了同组的美国 ASTM 标准，达到了世界领先水平，成为我国镁合金生产企业中的佼佼者。表 11 白云石平均成分分析(%)CaO MgO SiO2 Fe2O3 Al2O3 灼减 32.49 20.31 0.35 0.24 0.06 46.33 表 12 镁锭化学成份 化学成份 Chemical composition(wt%)Mg 杂质元素 Impurities Fe Si Ni Cu Al Ci Mn Total 99.97 0.00230.0036 0.0037 0.0054 0.00030.0006 0.0008 0.0016 0.00150.0054 0.0035 0.0058 0.0030 0.0075 0.03 5 （2 2）产业技术优势）产业技术优势。*市镁工业起步早，是硅热法炼镁技术发源地之一，具有独到的硅热炼镁法技术，主要体现在平均单罐产量达 20-24 公斤以上，而山西、宁夏大部分镁厂平均单罐产量为 18-20 公斤。凭借这一技术优势，现已形成优质金属镁生产基地，镁屑、镁粉生产加工、出口基地，是中国乃至世界最大镁粉、镁屑生产地区。2003年中国 6 种税号镁产品出口前 10 名地区中，*位居第四。按销售收入前 10 名企业排序中，我市两家企业分别位居第四、第六。近几年来，*市积极和科研院所联姻，推进产学研一体化，建立了与清华大学、上海交大、北京有色金属研究总院、郑州大学和郑州轻金属研究院长期的战略合作关系，并多次举办镁工业发展战略高层研讨。2004 年，中国镁协在*建立了中国镁业人才培训基地，创办了中国首家镁业学院，为*镁工业的发展提供了强有力的产业技术支撑。（3 3）区域优势）区域优势。目前，全国金属镁主要是出口国外市场，出口量占总产量的 85%，基本上依托天津港出口。*距天津港 550 公里，在国内运输距离较山西缩短 300多公里，较宁夏缩短 500 多公里，且交通方便，吨镁销售成本比山西节约 150-200 元、比宁夏节约 500 元左右。（4 4）质量优势）质量优势。利用*白云岩资源可生产（一次还原成）高品质系列化金属镁，符合金属镁深加工产品国 6 际标准要求，在全国同行业产品中具有独特性。而山西、宁夏大部分产品质量不稳定，多被用作添加剂和钢铁脱硫等初级加工产品。1.3 编制依据 1）*市正在积极发展金属镁下游产品，做大拉长产业链条，并设立了金属镁发展专项基金，引导资金向镁产品研发和深加工方向发展。从实际出发，*镁工业发展应以打造精品企业为重点，创造条件研发和生产变形镁板材。2）变形镁合金板材的加工变形与焊接应用技术开发是国家“十五”初期提出的变镁资源大国为镁资源生产和开发强国战略目标之一，据估计国家将在“十一五”期间大力发展变形镁合金产业。1.4 项目提出的理由 镁是地球上储备最丰富的金属矿产资源之一。镁合金是目前工业上可应用的最轻的金属材料，由于它具有较强的比强性、比刚性、减震性、导热性和电磁屏蔽性及易切削性等综合性能成为现代汽车、航天、航空及电子通讯等行业的重要新型材料，被誉为 21 世纪的绿色工程材料，具有广阔的市场开发应用前景。近几年来在全球范围内兴起了一个镁合金材料的发展热潮，各先进工业国家纷纷投入大量人力物力进行相关研究，试图在新的科技竞争和资源竞争中占据一席之地乃至抢占先机，获得巨大的商业利 7 益和政治利益。从全世界金属资源情况来看，传统金属材料资源正在走向枯竭：铁仍可开采 1550 年；铝可开采 1540 年。此后人们就只有使用再生铁和铝了，全世界的工业化将因之而发生重大变化。而陆地镁可以工业开采 1000 年以上；海洋中的含量约为 0.13%，排第 3 位(Cl-,Na+），万年也不会枯竭。我国是镁资源大国，储量居世界首位。已探明菱镁矿储量 27 亿吨，白云石储量 70 亿吨以上。我国还是原镁生产大国和出口大国，年产量 80%以上的镁出口到国际市场。但目前我国镁深加工及镁合金生产能力很薄弱，在“十五”初期就提出了变镁资源大国为镁资源生产和开发强国的战略目标，正式启动镁合金技术的攻关。最终目标是充分发挥我国的镁资源优势，通过建立镁合金技术创新体系，建立具有国际竞争力的镁合金高新技术产业群，将镁的资源优势转化为经济优势。根据国内外对镁板、管、棒、带材的需求，需加大产品结构调整力度。除洛阳铜加工集团镁板厂、东北轻合金厂具有专业加工条件外，又有一些企业上镁加工，如重庆镁业、北京广灵、山西精美、青岛金谷、长春华禹、富士康集团的太原、昆山、深圳、东莞宝元科技等台资企业，他们利用国家和引进的压铸机生产交通领域及 3C 产品的镁合金加工部件在一定程度上推动了中国镁开发应用的 8 进程。目前国外客户纷纷来中国寻求生产汽车、3C 产品加工企业，但目前中国镁加工企业的能力水平规模都不能满足国外客户的需求，应大力加强加工企业镁终端产品加工的开发力度，生产高附加值深加工产品，满足国内外两个市场的需要。*市政府从当地的资源特点和市场需求出发，坚持科学发展观，抓住镁合金发展战略机遇期，做大拉长镁合金产业链条，迎合镁合金及镁板带应用领域扩展的新需求，拟在*市郊区新征地建设镁及镁合金板带工程。1.5 项目概况 1.5.1 建设规模及产品方案 本项目建设规模为镁及镁合金板带材 1 万吨。合金牌号为 MB1，MB2，MB3 和 MB8 等合金，产品状态为 H、O,规格范围为 0.230.0mm2001200mm10003000 mm（板长）。1.5.2 主要建设条件（1）原料供应*当地充足的镁资源及品位优势，足以满足该项目的原料需求。（2）燃料、辅助材料供应 该项目采用煤作为燃料，生产用工艺轧制油、设备润滑油、液压油等辅助材料均从市场采购。（3）水、电供应 9 本项目设备安装容量约 30000kW，计算负荷 20000kVA左右。由附近的 110KV 变电站进线供电。本项目生产、生活新水用量约 25m3/h，由市政自来水管网供应。（4）外部协作配合条件 机、电修 中小型机械、电气设备故障处理、小型机加工件由公司新建的机修车间承担，机电设备大修以及备品备件制造所需铸件、锻件毛坯通过外协解决。理化分析 新建中心试验室拟配有试样制备、化学分析、光谱分析、金相、X 光分析等设备仪器，可以承担本项目原料和产品的常规检验以及工艺轧制油、液压油的检测。办公设施 新建办公楼，以满足公司行政、管理、营销、生产、后勤工作运行的需要。1.5.3 设计范围和内容 根据项目要求，本项目拟新建厂房。镁合金铸锭由镁熔铸车间和试制车间提供。镁合金板材由镁板带车间提供。因此，本报告的设计范围是镁板带厂镁板带生产系统。具体内容是：分析镁及镁合金板带材的市场情况；确定镁合金板带生产线设计规模和产品方案；10 确定镁板带生产线生产工艺方案和设备选型；落实与项目有关的外部建设条件；分析项目对环境影响等；计算项目投资和项目经济效益。1.5.4 总体布置及建设场地 本项目将建设熔铸车间（设计产量为 23000t/a）、板带车间（设计产量为 10000t/a）及配套公用辅助设施等。本工程厂区长 500m，宽 300m，占地面积 150000m2。建设场地的地理位臵、地形地貌、交通条件和周边环境待公司初步选址后再定。1.5.5 投资估算和资金筹措（1）投资估算 本项目建设投资 28249 万元，流动资金 15650 万元。（2）资金来源 本项目建设投资及流动资金全部由企业股东出资。1.5.6 经济效益和社会效益（1）本项目投产后可获经济效益如下：年销售收入：96838 万元（达产年，不含年利润总额：29799 万元（生产期平均）年税后利润：19966 万元（生产期平均）项目投资回收期：6.7 年（包括建设期）投资利税率：投资利润率：全部投资内部收益 11（2）社会效益 本工程建成后将进一步调整*市的产业结构，提高产品档次，对*市的经济发展具有重要意义。项目投产将增加国家税收；扩大就业机会；带动当地与镁合金板带材相关上下游企业的发展，繁荣*地区市场，社会效益是良好的。1.5.7 项目主要技术经济指标 主要技术经济指标表 表 13 序号 指 标 名 称 单位 指标值 备 注 1 镁合金圆锭设计产量 t/a 8000 2 镁板带材设计产量 t/a 10000 3 镁板带综合成品率 66.7 4 年需热轧坯料 t 15000 5 用电设备安装总容量 kW 30000 6 新水用量 104m3 25 7 职工人数 人 700 其中：生产人员 人 574 8 厂区占地面积 m2 150000 9 厂外年运输量：运入 t 23717 运出 t 19506 10 建设投资 万元 28249 其中：外汇21.311 流动资金 万元 15650 12 年销售收入 万元 96838 不含税 12 13 年利润总额 万元 29799 生产期平均 14 全部投资回收期 年 6.7 15 全部投资内部收益率%30.6 1.5.7 主要问题及建议（1）拟建厂址尚未初选，这直接影响建筑工程造价和公用设施费用。在今后可行性研究阶段应就厂址选择作进一步分析和论证。（2）工程上马后，公司需积极开拓国内外镁合金板材市场和镁合金圆锭市场，从而尽快实现最大盈利。2市场预测 2.1 我国镁材市场概述 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，分布在我国绝大部分地区。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，2000 年镁产量达 200kt 以上。由于近年镁产量远远超过国内消费水平，镁产品大部分外销，使我国由镁进 13 口国一跃成为世界上主要的镁出口国，2000 年镁产品出口量达 156kt。图 21 为近十年来我国镁产量趋势图。图 21 近十年来我国镁产量发展趋势 在消费水平方面，世界镁的主要消费领域为铝合金、钢脱硫及压铸业，约占整个镁消费量的 85%以上,其中铝合金约占 45%,镁压铸件占 35%,钢铁脱硫占 10%以上。我国镁的消费与西方发达国家相比还处于较低水平,主要消费领域为传统铝加工行业，汽车工业使用镁合金压铸件还刚刚起步，目前仅上海桑塔纳轿车使用，单车用镁量约 8.5kg。而世界最先进水平单车用镁量已经达到 21kg；德国工程师正在开发镁合金轿车底盘，相信不久全镁合金的汽车就将问世。2000 年我国镁的消费量约 30kt，且每年约以 25%的速度在增长，预计 2010 年消费量达 250kt 以上。表 21 显示出近几年我国镁产量和消费量的统计及预测。表 21 中国镁工业预测 （万吨）0510152025303540451995199619971998199920002001200220032004年份产量(万吨)镁 14 年份 2000 2003 2004 预测量 年均增长率 2010 2000-2010 原镁产量 19.5 35.4 45 75 14.4%国内消费量 2.55 5.12 6.63 25 25.6%镁产品出口量 16.5 29.8 38.37 50 11.7%目前我国在产镁能力、产镁量、出口量方面均居世界前列，已是世界镁生产大国，但远远不是镁业强国，镁生产厂家多，规模小，产品规格单一，应用领域不宽，特别是镁加工业还相当落后。我国镁加工业起步于 20 世纪 60年代，第一批镁材是 1960 年由东北轻合金加工厂利用铝加工设备，依靠自己的技术力量试生产出来的。1964 年洛阳铜加工厂铝镁板车间建成投产，目前我国镁加工生产专业厂也仅此两家，前者生产镁棒材、型材、锻材，后者生产镁板材，目前由于种种原因两家企业镁材生产已基本处于停产状态。据 2000 年有色金属工业统计资料汇编，我国镁深加工材 2000 年产量不到 1000t，这一产量远远满足不了国内军工及民用部门对镁材的需求，尤其是近几年，随着镁材价格的降低和高温耐热、高强耐蚀等新型镁合金的发展，镁合金加工材在航天、航空、兵器等国防部门以及汽车、3C 等领域的应用逐步扩大，致使镁供求缺口越来越大。如：在飞机制造业中，常见的变形镁合金有 MB5、MB8、MB15 等，多用于操作系统上；MB8、MB15 合金的 718mm 15 的厚板多用作连杆机构、舱门等材料。在航天工业中常用MB8 和 MB15 合金的带筋壁板制造导弹尾翼及其它结构件。镁合金的异型管材、实心和空心型材已广泛用来制作计算机硬件和纺织设备、印刷设备、包装设备的高速往复运动部件以及兵器设备的框架和手提箱、行李箱的滑架材料。2.2 镁板带材市场分析 2.2.1 镁板带材在军工行业市场分析 随着国际经济一体化的逐步深入，各国的经济实力都有不同程度的增强，第三世界中有相当部分国家的经济实力和发达工业国家的差距正在逐步缩小，以美国为首的西方发达国家想完全靠经济垄断和封锁巩固其在世界的统治地位已越来越难以实现，因此，以军事实力辅以雄厚经济基础来和第三世界对话的苗头也越来越见端倪。不可臵疑，一个国家经济的发展对军事实力的提高将起着十分重要的作用，以美国为首的西方国家其强大的军事实力一是靠雄厚的资金来保证，二是靠自身所具有的强大的基础工业的支持，一个国家的军事实力强大与否，正由从前的人员、武器数量的对抗演变成目前的基本依赖于高精尖武器装备的较量，而高精尖武器装备的制造离不开高性能的材料。中国想要在世界政治舞台上占据一席之地，要想实现祖国的统一大业，没有一定的经济实力不行，但是离开了一定的军事实力更不行。因此发展尖端武器装备，使之逐渐缩小与西方发达国家的差距，无论从现实还是长远，其 16 意义都将是重大的，而要发展尖端武器装备就必须要有相应的材料工业给予必要的保障。镁材在军事工业上的应用地位在一定程度上对镁工业的发展有着重要影响。镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。镁合金板材在军工方面主要用作飞机蒙皮、导弹和火箭的仓壁、尾翼等结构件、高效电池的电池板等，用以提高结构强度、减轻装备重量，提高武器命中率。从 20 世纪 40年代开始，镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。在国外，B-36 重型轰炸机每架用 4086kg 镁合金簿板；喷气式歼击机“洛克希德 F-80”的机翼用镁板，使结构零件的数量从 47758 个减少到 16050 个；“德热来奈”飞船的起动火箭“大力神”曾使用了 600kg 的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了 675kg 的变形镁合金；直径约1 米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件：一个型号的飞机最多选用了 300-400 项镁合金构件；一个零件的重量最重近 300kg；一个构件的最大尺寸达 2m 多。目前我国军事工业用镁板带材的需求量在增长，迫切要求提供质量上乘的镁合金板带材。如航天部 3531 厂研 17 制生产的 HQ7、HQ9 导弹用镁合金板带材、上海八院 800所预研开发的 HQ17 型、HAJK16 型军舰导弹用镁合金板带材、052B 核对潜艇、09工程搜潜系统声纳浮标及军用火箭鱼雷所用高效海水电池用镁电极片等。镁及镁合金板带材的需求有上升趋势，特别是军事工业用镁及镁合金板带材。镁及镁合金板带材用于这些武器型号装备的关键部位，对其性能和质量的要求显得尤其重要。据预测，未来几年内国内军工用镁板带材需求量每年在 3000t 以上，其中导弹、火箭仓壁、尾翼等用中厚板18002400t，飞机蒙皮、付油箱、尾翼材料用薄板 600t以上，军用火箭鱼雷上所用的高效海水电池用镁电极片30t 以上，高纯镁带 6t 以上。但由于种种原因，这些材料大部分从俄罗斯进口，但随着国际形势的变化，这些材料时刻都有停供的可能，这在很大程度上阻碍了我国军工国防事业的发展，使我国处于受制于人、被动挨打的局面。因此形成我国镁板带材批量生产能力，从质量上和数量上满足国防事业发展需要显得尤为迫切和必要。尤其近年来我国国防军工需求有逐渐扩大的趋势，并且高新技术对高效电池的需求也呈急速增长态势，镁板带材的市场前景发展良好，供不应求矛盾更加突出。2.2.2 3C 用镁合金板材的市场分析 随着现代电子技术的发展，对电子器件用结构材料及部件的性能提出了越来越高的要求。传统的塑料和铝材已 18 逐渐难以满足电子器件轻、薄、小型化以及安全、环保的发展要求。镁合金由于具有比强度高、导热导电性好、电磁屏蔽性能好以及环境兼容性能，可代替塑料壳体满足 3C（计算机、通讯、消费类电子）产品轻、薄、小型化、高集成以及严格的环保要求，成为制造电子器件壳体的理想材料，在 IT 产业中得到了广泛的应用。表 22 为 06 年大陆家电市场镁合金使用量统计及预测。表22 06年大陆家电市场镁合金使用量统计及预测 项目 预测（万件）产品比率%单件用镁合金 kg 预测量 吨 用变形 镁板比率%镁板预测量 吨 笔记本电脑 1800 70 0.70 8820 30 2646 手机 6000 50 0.02 600 180 相机 8500 30 0.10 2550 765 摄像机及其它 8500 30 0.10 2550 765 合 计 4356 目前日本已经有大量 IT 产品采用镁合金作为外壳材料。戴尔、惠普和苹果等国际 IT 品牌大公司已大量采用 19 镁合金制品。其中戴尔公司生产的 2003 年新款笔记本电脑中超过 70比率的电脑，采用至少 1 片镁合金部件，惠普在 2003 年下半年推出的新款超低价笔记本电脑，已全面采用镁合金机身构件。目前 IT 行业镁合金制品大多采用压铸工艺生产，所占比率超过了 90%。然而，由于压铸技术自身的局限性，导致 IT 镁合金压铸制品存在 4 大不足：成品率低、薄壁件成型技术不成熟、力学性能差和生产成本过高。如果采用常规的冲压技术，也可以生产 IT镁合金产品部件，但该技术对冲压前的轧制镁合金板材有严格的冶金、显微组织和力学性能要求。同时通常的轧制镁合金板材具有：(1)塑性低，韧性差；（2）晶体学各向异性严重，冲压中常出现缺陷，如制耳、穿孔、破裂、尺寸公差大等；（3）有一定的缺口敏感性；（4）在热、冷冲压中表面易损伤等工艺缺陷。因此，本项目在前期开发研究的基础上，拟解决镁合金板材存在的冶金与力学性能的不足，研制出可用于冲压工艺的高强韧镁合金薄板材料，并解决在批量化生产中存在的技术性问题，为冲压 IT 镁合金成品部件奠定基础。3C 产品的外壳既是保护机体的最直接方式，也是影响其散热效果、“体重”、美观度的重要因素。目前市场上镁合金 3C 产品的制备技术大多采用压铸法。轧制镁合金板及带材具有远高于铸造法的生产率，而薄板冲压件属于薄壁化零件，因而可以大大节约原材料。而且银白色的镁合 20 金外壳可使产品更豪华、美观，而且易于上色，同时可以通过表面处理工艺变成个性化的粉蓝色和粉红色，为 3C产品增色不少，这是工程塑料以及碳纤维所无法比拟的。因此，开发 3C 产品的冲压成套技术有其独特的社会和经济效益，而开发可用于冲压的高强韧变形镁合金及其成形工艺技术，进行技术创新是必要的，也是镁合金未来发展的趋势。2.2.3 汽车工业用镁合金板材的市场分析 采用镁合金制造汽车零部件具有一系列优点，如：可以显著减轻车身质量、降低油耗、减少尾气排放量、提高零部件的集成度、降低零部件加工和装配成本、提高汽车设计的灵活性等。据估计，机动车辆每减重 10可以节省燃料 5.5，相应的也可以减少尾气的排放量。在汽车上使用镁合金零件可以提高汽车抗震及耐碰撞性能，改善汽车的刚度，提高废旧零部件的回收率，提高汽车的安全性和可操作性。在汽车工业中变形镁合金板材可用于制备车身零部件，锻件可用于制备汽车底盘承载件。德国大众（奥迪）汽车公司开发了镁合金汽车覆盖件的热冲压成形技术，成功的加工出了汽车内门板。与钢门相比，采用内镁外铝的混合门可减重 50，与铝门相比可减重 20。此外，从冲压性能角度考虑，镁合金板材冲压杯行件时在448K 时的极限拉伸比可达 2.0，在 498K 时可达 3.0，超过了钢板和铝板在室温下的极限拉伸比（两者分别为 2.2 和 21 2.6）。2.2.4 轨道交通运输装备用镁合金板材的市场分析 铁路是国家战略主干交通网络。轨道交通的人/吨输送能源消耗仅相当于公路运输的 1/71/5。我国目前有六大干线铁路网连通全国主要城市：京沪、京广、京九、京哈、陇海、浙赣。在我国铁路中长期发展规划中，2020年之前将建成和完善全国铁路主干线网络。预计到 2020年之前全国铁路建设的总体投资将超过 200000 亿元人民币，这是一个空前巨大的投资计划，将使我国铁路建设实现真正的跨越式发展。“十一五”期间，中国将完成 9800 公里客运专线建设任务，其中时速在 300 公里以上的高速铁道要达到 5457 公里。截至 2004 年底，中国有铁路 74408公里，到 2020 年全国铁路总里程将达到 100000 公里。同时我国正在形成国家主干高速铁路（客运专线、货运专线）、局部和地方铁路网（如珠江三角洲铁路网、苏浙沪铁路网、河南环郑州铁路网等）、城际高速线（如 1998 年通车的 200km/H 的广深线、即将通车的 300km/H 京津线、建设和待建的浙沪线、哈大线、广汉线等）和城市/城郊快速轨道线（如各地/城市的地铁、城轨、城郊线等）四个层次的轨道交通网络，保证国家、地方、城市能够准确、准时运行。在未来 1030 年间，轨道交通建设将成为继汽车产业、房地产业之后的国家建设惠国惠民的新亮点，正在成为巨大的新市场。22 镁合金作为工程上最轻量化的新型高强度材料，在轨道列车中的应用水平相对较低。在这种形势下，镁合金(铸造件、锻造件、轧制件、挤压件)就成为了有潜力的换代材料。德国西门子公司的高速列车 ICE 和法国 TGV 高速铁路系统已经开始开发应用镁合金零列车内部零部件，如坐椅、框架等，由德国一家公司为法国铁路公司试制的整体式压铸镁合金座椅已进入小批量试用阶段14，15。但是国外在镁合金轨道交通装备制造的主要技术开发方面尚未出现大的突破，一个主要原因就是西方主要工业国的镁金属资源缺乏。事实上，也就是在中国原镁大规模、低价格进入国际市场之后，镁合金在轿车领域的应用规模和水平才迅速提高到了今天这样的程度。开发镁合金在轨道交通车辆上的应用，是适合我国资源和技术现状、提升我国轨道交通工具技术水平、实现创新发展的绝佳机会。在镁合金连续/半连续铸锭、连续铸轧、多种型材挤压等领域，国内的技术开发已经达到国际水平，部分高端产品已经被美国、日本企业订货试用，因此从大面积技术成熟程度来考察，我国镁合金的大规模工业化应用即将启动。开发完全自主知识产权、全镁合金的超轻、超安静的列车，对我国的轨道交通装备制造工程师和镁合金工程师是一个空前的机遇和挑战。制造出我国完全自主知识产权、全镁合金的超轻、超安静的高速轨道列 23 车车体，并由此走向世界。镁合金宽幅板材（宽度1.22m，长度2.44m）、中小规格挤压型材、大规格和超大规格型材、压铸件分别在列车内装、车体辅助结构、车体主结构、电子电气箱体、制动器等部位逐渐占据主要地位以代替铝合金和塑料，形成巨大的产业市场。表 21 高端镁合金加工材在轨道列车制造领域市场预测 镁合金产品 5 年内产量，吨/年 10 年后产量，吨/年 车内装 15000 50000 车体 1000 100000 2.2.5 其他领域用镁合金板材的市场分析 在办公、家用和体育用品方面，由于经过塑性变形后的镁合金产品高的强度和刚度，以及轻巧、美观、可回收等优点，可替代许多塑料制品，成为近年来变形镁合金材料不可忽视的一个应用领域。在办公设备方面镁合金板材可用于制备磁带卷轴、记录磁盘等；在家庭消费品方面，镁合金板材被用于制造手提箱、化妆品罐、打火机外壳、安全帽等；在运动器械方面，镁合金板材可用于制造淡水用独木 24 舟和船体等。综上所述，镁合金板材具有非常广阔的市场前景。2.3 镁合金圆锭市场分析 镁合金挤压材在航空航天、国防军工、交通、3C、办公、家用和体育用品等诸多领域也有着广泛的应用，逐步形成了自己的市场。在航空航天领域，镁合金挤压型材被用于飞机的结构件，挤压管材用于火箭的壳体等；国防军工领域，镁合金挤压件用于制造航空火箭反射器、地面导弹发射器、野外保养隐蔽所和直升机部件等；交通领域，镁合金挤压材用于生产轻便的镁合金自行车、登山车、折叠车、轮椅车和汽车的零部件等；3C 领域，镁合金挤压材用于生产照相机的镜头环和三脚架等；在办公设备方面，镁合金挤压材用于制备铅笔刀、打印机卷轴、磁带卷轴等；在家庭消费方面，镁合金挤压材被用于制造手提箱、公文袋、梯子、折叠椅等；运动器械方面，镁合金挤压材可用于制造背包架、登山杖等。因此，本项目的熔铸车间除了为板带车间提供足够的镁合金扁锭外，还拟在其中形成 8000ta 镁合金圆锭的生产能力，作为外卖产品，为镁合金挤压制品厂家提供高质量的镁合金圆锭，以满足市场在此方面的需求。25 3 建设规模及产品方案 3.1 建设规模 根据国内镁加工市场的供需现状和发展预测，同时结合*市的原镁生产状况，本项目设计规模为 10000t/a镁及镁合金板带材和 8000t/a 镁合金圆锭。3.2 产品方案 本项目主要产品为热轧镁板、温轧镁板、冷轧镁板等，主要产品详见表 3-1。表 3-1 主要产品方案表 序号 产品 名称 合金牌号及产品状态 规格范围（mm）产 量(t/a)技术条件 1 热轧板 MB1,MB2,MB3,MB8.H112,F 7.0306001200500 GB/T 5154-2003 2 温轧板 MB1,MB2,MB3,MB8 O,H24 1.556001200300 GB/T 5154-2003 3 冷轧板 MB3,MB8 H14,H24 0.21.5200600 200 GB/T 5154-2003 合计 1000 26 此外，考虑市场对镁合金圆锭的需求，本项目熔铸车间每年除为板带车间提供镁合金扁锭外，还将生产 8000t的镁合金圆锭作为成品外卖，主要产品详见表 32。表 3-2 圆铸锭产品方案表 序号 合金牌号 计算规格(mm)单重(kg)年产量(t/a)备注 1 AZ31B 120600 12.01 1000 2 AZ31B 178650 28.63 5000 3 AZ31B 203800 45.83 2000 合 计 80008000 表 3-3 扁锭产品方案表 序号 合金牌号 计算规格(mm)单重(kg)年产量(t/a)备注 1 AZ31B 3007001000 370 50000 2 AZ80 3007001000 380 5000 3 ZK60 3007001000 380 10000 27 4 建设方案 本项目设计规模为年产 10000t 镁合金板材，主要生产设施有熔铸车间、板带车间及相应的公辅设施。4.1 熔铸车间 4.1.1 生产工艺技术 4.1.1.1 国内外发展现状 目前，国内外镁合金熔炼生产中，有采用煤炭加热的井式坩埚炉熔炼、采用煤气或天然气为燃料的反射炉熔炼、采用电阻坩埚炉熔炼。煤炭加热的井式坩埚炉熔炼，生产设施简陋，建设投资少，生产成本较低，但熔化速度慢，烟尘污染严重，在煤炭资源丰富的我国应用较多；煤气或天然气为燃料的火焰反射炉熔炼，炉子容量大（515t），燃烧速度较快，产量高，适应于大规模生产，但其金属烧损大，国外应用较多；电阻坩埚炉熔炼，所熔炼的金属质量较高，工作环境好，但炉子 的熔池深度有限，容量小，生产率较低，适用于小规格镁合金铸锭的生产以及作为静臵炉使用。镁合金铸锭的质量与铸造方法关系很大，目前镁合金的铸造方法有铁模铸造、水冷铸造和半连续铸造等。铁模铸造和水冷铸造是陈旧的铸造方法，其铸锭质量较差、生产效率较低，仅用于小规格铸锭或重熔用铸锭的生产。现在已开发出了连续铸锭机，提高了镁合金铸锭的生产效 28 率。半连续铸造法具有如下优点：（1）结晶速度高，改善了铸锭的内部组织，减少了化学成分的区域偏析，同时由于合理的结晶顺序性，提高了铸锭的致密度，从而提高了铸锭的机械性能；（2）改善了熔铸系统，减少了氧化夹杂和金属杂质，提高了金属的纯净度；（3）增加铸锭长度，相对减少了切头、切尾等几何废料的百分比，提高了成品率；（4）实现了机械化，改善了劳动条件，提高了劳动生产率。因此目前工业生产中广泛采用半连续铸造法生产镁合金铸锭。在我国，由于镁合金产品开发和应用的滞后，目前仅有东北轻合金厂和洛阳铜加工厂采用半连续铸造法生产镁合金铸棒。随着镁合金产品市场需求的不断扩大，利用半连续铸造机生产镁合金铸棒将会在我国得到广泛应用。由于镁化学性质活泼，极易氧化、燃烧甚至爆炸，因此安全生产始终是变形镁合金生产中的重要问题。为保证安全生产，本设计采用了熔体密闭转注、SF6+CO2+干燥空气的气体保护铸造等先进技术。为了保证扁铸锭和圆铸锭后续加工质量，扁铸锭在热轧前需要均热、锯切、铣面，圆铸锭需要均热、锯切、车皮，以减少铸锭缺陷对后续产品带来的影响。29 4.1.1.2 生产工艺选择 根据设计规模和产品的技术要求，结合国内外镁合金生产企业的生产实践，熔铸车间采用成熟可靠的生产工艺，即：扁锭生产工艺为：工频感应熔化炉熔炼电阻坩埚保温炉保温半连续铸造均热锯切铣面检查运送至板带车间；圆锭生产工艺为：工频感应熔化炉熔炼电阻坩埚保温炉保温半连续铸造均热锯切检查入库。另外镁合金在熔炼前需要对熔料进行预热处理。4.1.1.3 生产工艺过程 熔铸车间的生产工艺过程详见图 41 和图 42。4.1.2 主要设备选择 熔铸车间生产设备的选择是根据生产高质量镁合金扁铸锭、圆铸锭的技术要求，结合国内外镁合金加工设备设计制造水平的现状及发展趋势，在保证生产线整体装机水平先进性的前提下，选用有成熟的设计制造及生产使用经验的先进国产设备。图 4-1 熔铸车间扁铸锭生产工艺流程方框图 图 4-2 熔铸车间圆铸锭生产工艺流程方框图 熔铸车间选择的主要生产设备如下：30 1）工频感应熔镁炉：容量 2.5t，数量 3 台。用于扁铸锭生产时的镁合金熔炼。2）电阻坩埚保温炉：容量 2.5t，数量 3 台。用于扁铸锭生产中镁合金熔液的保温、静臵。3）丝杠式半连续铸造机：载重量 2.5t，数量 3 台。用于镁合金扁铸锭的铸造生产。4）工频感应熔镁炉：容量 1t，数量 6 台。用于圆铸锭生产时的镁合金熔炼。5）电阻坩埚保温炉：容量 0.5t，数量 12 台。用于圆铸锭生产中镁合金熔液的保温、静臵。6）丝杠式半连续铸造机：载重量 0.5t，数量 12 台。用于镁合金扁铸锭的铸造生产。7）锯切机：数量 3 台。将扁/圆铸锭锯切成要求尺寸。8）铣面机：数量 1 台。用于铣去扁铸锭外表面的缺陷。9）8t 井式均热炉：数量 8 台。用于扁/圆铸锭的均热。10）台车式预热炉：容量 5t，数量 3 台。用于重熔用镁锭的预热处理。11）天车：6 台。用于车间内运输。12）电动平板车：2 台。用于车间内过跨运输。13）地中衡：3 台。用于车间进出料的称量。熔铸车间主要生产设备详见表 4-1。31 表 4-1 熔铸车间主要生产设备表 序设备名称 性能或型号 台数 备注 1 工频感应熔镁炉 容量：2.5t 3 2 电阻坩埚保温炉 容量：2.5t 3 3 2.5t 丝杠式半连 3 4 铣面机列 1 放臵在板带5 工频感应熔镁炉 容量：6 6 电阻坩埚保温炉 容量：500kg 12 7 0.5t 丝杠式半连 12 8 井式均热炉 容量：8t 8 9 气体保护系统 6 SF6+CO2混合10 台车式预热炉 容量：5t 3 11 锯切机列 3 12 天车 Gn=3t 6 13 3t 地中衡 3 14 电动平板车 载重量：10t 2 合 计 71 4.2 板带车间 4.2.1 生产工艺技术 4.2.1.1 国内外发展现状 镁及镁合金板带材生产，通常是将 DC 铸造的并经表面机械加工的扁锭或将圆锭挤压的扁坯，通过平辊热轧、温轧、冷轧以及表面防腐处理等一系列工序加工成各种板带材 32 产品。生产镁合金板材通常要进行 3 次或更多次的反复加热与轧制，一般厚板可以在热轧机上直接生产，而薄板一般采用冷轧和温轧两种方式生产。一般镁合金厚板厚度范围为 11.070mm，薄板厚度为 0.810mm。目前国内外的镁合金板带材的生产基本上都是采用均匀化退火铸锭加工加热热轧冷轧精整热处理的生产工艺。热轧：由熔铸车间提供的铸锭首先在板带车间的双膛铸锭加热炉上加热到轧制温度，然后由叉式吊车送到二辊热轧机上进行 915 道次的可逆热轧，其间当铸锭宽度小于产品宽度时，可采用 23 道次的横轧宽展。对于 10mm以上的热轧板材，在热轧机上直接轧制到产品厚度。对于610mm 的热轧板材（M 状态）在热轧机上采用二次热轧工艺，一次热轧的终了厚度控制在 3545mm 的范围。对于 6mm以下的需要经过冷温轧加工的板材，则由热轧机轧到一定的厚度后由热轧尾部剪切机切成定长的板坯以进行下一步的冷温轧制。冷温轧：热轧后的 610mm 左右的板坯经酸洗去除表面的氧化物后在 2#箱式加热炉中进行加热，然后进行多道次的冷温轧制。对于 1.5mm 以上的板材，根据产品的合金和规格，在二联三重轧机上进行 13 个轧程和相应的中间加热轧到所需要的成品厚度，而 1.5mm 以下的板带材，则根据其厚度规格，经二联三重轧机轧制后板坯仍需经过 33 800mm 二辊轧机以及四辊镁带轧机等不同轧机的轧制以获得成品所需的厚度，其间根据工艺要求还需进行相应的板坯加热和中断。精整剪切：轧制到成品厚度的热轧板材、冷轧板材及镁带材，根据工艺要求成批地在板材退火炉中进行成品退火后，再根据各自不同的厚度范围分别在热轧尾部剪切