反应烧结陶瓷密封件项目可研性分析研究报告.docx
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反应烧结陶瓷密封件项目可研性分析研究报告
工程名称反应烧结碳化硅陶瓷密封件
提出报告人邓明进
所在单位武汉理工大学
二零零九年六月十二日
一、工程概述
二十一世纪，工业领域的主要技术简称为“电”“光”“石”“化”。
“电”是指“电子”领域的技术。
“光”是指“光纤”“激光”领域的技术。
“石”则是指“陶瓷”领域里的技术。
“化”即是指“化工”领域的技术。
在这四大技术领域中，碳化硅陶瓷以其优异的抗热震、耐高温、耐磨损、耐热冲击、高热导、高硬度、抗氧化和耐化学腐蚀等特性，广泛适用于石油、化工、机械、汽车、航天、核工业等领域。
作为一种结构材料，在高温、高压、腐蚀、辐射、高磨损等严酷条件下，可用作机械密封件、高温热交换器、火箭燃烧室内衬、高载荷长寿命窑具、核燃料冷却堆包覆材料以及高温气冷堆的炉衬材料等。
现代工业的发展，迫切需要开发各种新型高性能结构材料。
碳化硅陶瓷以其独特的无法替代的优异性能，已经在许多领域大显身手，并受到人们极大的关注。
随着碳化硅陶瓷制造技术的不断发展，其性能不断地提高，其应用的范围日益广泛，必将对现代工业社会的发展作出卓越的贡献。
表1反应烧结碳化硅（RBSC）陶瓷的工程应用
应用领域
用途
主要使用性能
石化工业
飞机、火箭
机械、矿业
造纸工业
热工，冶金
核工业
光学、激光
其它
喷嘴、密封、阀片
燃烧器、增压器、装甲、防弹背心
喷砂嘴、内衬、泵零件、旋流器
密封、套管、轴承、吸箱盖、成型板
热偶管、辐射管、换热器、燃烧元件
密封、燃料封装、炉膛
反射屏、航天望远镜
纺织导向器等
高硬度、耐磨
抗氧化、高硬度、高弹模
高硬度、耐磨
高硬度、耐磨、耐腐蚀
耐高温、高导热、低膨胀
耐高温、耐磨、耐腐蚀
高强度、高导热、低膨胀
高硬度、耐磨蚀
以RBSC制造的柱塞泵活塞、缸套、抽油机杆等耐磨部件，使用寿命分别比氧化铝陶瓷和耐磨合金高10～5倍。
RBSC陶瓷是制造火力发电厂燃煤烟气脱硫器的理想材料，以30万kw发电机组年需要脱硫喷嘴300～400只，全国现有发电锅炉2600台，脱硫喷嘴的年需求量超过15亿元。
RBSC陶瓷制造的防弹背心和装甲材料具有优良的性价比，已是美国、加拿大等国家步兵的正规配置。
降低RBSC陶瓷生产成本后，以其取代氧化铝陶瓷制作机械工程陶瓷，其市场容量将可达数亿元。
不同工艺方法生产的RBSC档次不同，其产品的价格差异很大。
极大的利润空间和价格差反映了该产品市场供求关系。
二、国际、国内碳化硅陶瓷的现状及产品市场定位
1.国内外碳化硅陶瓷研究现状
碳化硅分子式为：
SiC，其硬度高于钢玉。
SiC的晶型结构有A、B型二种，A型为六方晶型，B型为立方晶型。
自然形态的SiC在地球上是不存在的。
人们是在陨石中发现它的存在状态。
因此，工业上应用的SiC都是人工合成的。
目前制造高密度SiC陶瓷的方法主要有：
无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结等工艺。
在国际上，高性能碳化硅陶瓷制品是在近20年左右的时间才开始进入规模化工业应用领域。
美，日，德等现代化工业强国占据绝对的主导地位。
中国于1997年引进德国生产技术及生产线至今10年时间，总体上仍处于初级发展阶段。
据调查，全国碳化硅制品制造厂约16-18家，仍使用落后的生产工艺进行生产，因无法解决关键的技术难题，仍处于研发阶段而无法规模化生产，年产值徘徊在3亿元左右，2006年年产量才达到800吨左右。
但中国的碳化硅陶瓷制品的需求量是巨大的，每年以30%-40%的速度迅速递增，主要的需求对象为机械密封件，轴承，半导体，燃气轮机和柴油机高温部件以及汽车，船舶制造业。
从上世纪90年代中期起，我国已成为建筑卫生陶瓷的第一生产大国，功能陶瓷，粉末冶金，电瓷等产量在国际总产量中的份额也越来越大。
用于上述产品烧结的各种柱，梁，辊棒，匣钵，支架，燃烧喷嘴等窑具和热工器材的用量约占世界总消耗量的一半，产值达30亿元。
由于国内生产无论从技术或数量上都无法满足需求，不得不花费大量外汇进口，且进口价居高不下，吨价高达30-50万人民币。
随着国内泵，阀，釜，冷冻机，压气机等机械密封件用量的日益增加，加上半导体，窑具，军用装甲，发动机高温部件，热交换器等新领域的不断拓展，精密碳化硅陶瓷制品的需求量还将迅速增长。
综上所述，目前在我国投资建设规模化碳化硅陶瓷生产线不仅符合国家产业政策，必将具有十分广阔的市场空间及良好的经济和社会效益。
2.产品市场定位
本产品的定位是以满足严酷条件下工作的高性能SiC陶瓷为为主，同时开发低成本化生产技术，实现产品高性能和低价位的统一，，随着本产品应用规模和生产规模的扩大，以及低成本化技术的发展，其应用领域必将进一步扩大。
给用户带来更大的效益，企业自身利益也得以实现。
充分发挥企业的技术优势，以现有反应烧结碳化硅产品起步，开发注浆、原位凝固等新型胶态成型技术制备重结晶碳化硅脱硫喷嘴，从而进一步扩大材料的应用领域。
积极开展RBSC和R-SiC材料工程应用的研究与开发，争取更大的社会和经济效益。
三、工程技术基础及企业实施步骤
（一）武汉理工大学及武七德教授课题组的研发成果及技术优势
武汉理工大学是隶属于教育部的重点大学，材料学科是国家级重点学科。
武七德教授课题组所在的硅酸盐材料工程教育部重点实验室，是国家部委级开发实验室，是专门从事硅酸盐材料研究和工程转化的科研基地。
该技术团队从事SiC陶瓷技术的开发已经十年有余，具有坚实的理论基础和丰富的实践经验，并具备持续研发的能力。
（二）武汉理工大学及武七德教授课题组研发的成果及核心技术如下：
●高性能RBSC陶瓷产品本课题组可以根据产品用途的不同，制备高强度或者高密度的RBSC陶瓷。
其中高密度（d≥3.13g/cm3）RBSC材料的制造技术为本工程组独家拥有，以此材料制造的机械密封件、脱硫喷嘴，其耐腐蚀性能比现有RBSC陶瓷产品高2倍以上。
●以低纯SiC原料制造高性能RBSC技术SiC类高温结构陶瓷材料的优异性能和高的性价比已得到公认。
影响其推广应用的最主要原因是价格昂贵。
因此，低成本制备技术已经成为各国研发的热点。
低纯SiC粉体制备RBSC技术为我国首创，并成为我国在高温结构陶瓷领域为数不多的具有国际领先水平的材料制备技术，此技术最大的亮点是突破了传统RBSC制备技术必需使用99%高纯SiC粉的樊篱，而使用国内SiC原料生产厂家大量滞销积压的收尘尾粉作其生产原料。
因此，该技术不仅使原料成本降低40%，还可使固定资产投资低于引进线的1/8，并且产品的强度和密度完全达到国外同类产品的质量要求。
掌握此技术，不仅使该工程占据市场很大的空间，并为拓展国民经济众多领域的应用成为可能。
据有关专家评估，此项技术至少应有25年以上的发展空间。
●异形复杂制品的原位凝固成型技术RBSC产品的价格与坯体成型难度密切相关。
原位凝固成型可获得其它成型方法不能制备的复杂异形制品，而且所制产品的性能一致性也大为提高，这将大大提高产品的竞争力。
此技术为本工程独家拥有。
●反应烧结碳化硅陶瓷制品的低温快烧技术电炉的投资大、产量低和烧结能耗高是非氧化物陶瓷生产成本高的主要原因。
课题组研制成功的低温快烧技术可降低烧结能耗和增加产量，满足宽体连续炉烧结的需要。
此项技术的运用，不仅可节能25%以上，还可大幅提高单位产量。
●宽体连续烧结炉制造技术本工程将开发的宽体连续烧结炉，能耗仅比管式炉增加50％，但产量可提高5倍。
宽体连续炉的成功开发与应用，将是RBSC陶瓷低成本制造技术的重要突破。
本技术实现了材料高性能和低成本化的统一，形成了比较完整的高性能SiC陶瓷技术创新体系，是具有国际市场竞争能力的原创性技术。
表9本技术制备的RBSC材料性能
项目单位指标备注
密度g/cm33.03～3.12视需要最高可达3.15
硬度HRA89.0～91.5
抗压强度MPa2000～2500
抗弯强度MPa250～460视用户要求最高可达600MPa
弹性模量GPa300～330
断裂韧性MPa·m1/2≥3.8
孔隙率％≤0.1
最高使用温度℃1380
摩擦系数0.20
导热系数W/m·k（20℃）50～150
热膨胀系数10－6/℃≤4.5
（三）企业实施步骤
为保证本企业从一开始就在高的起点上切入市场，拟建生产线将采用真空/气氛连续烧结炉，烧结炉的最高发热温度从1800℃提高到2500℃。
其目的有三个：
一是为了满足高性能RBSC产品生产的需要；二是探索真空/气氛连续烧结技术，以提高设备的生产能力（2～3倍）；三是为R-SiC陶瓷制品和高温硅碳棒的开发提供工业性实验条件，在中试目标实现后，生产线则可同时满足全部三种产品的生产。
根据以上计划，生产线的投资分两期进行。
首期设备投资150万元，流动资金50万元，建立RBSC陶瓷密封件生产线。
基础生产线采用干压成型，真空/气氛连续烧结。
生产线建设周期四个月。
第二期是在实现RBSC正常生产并积累（筹集）足够资金后，追加投资100万元，增添注浆成型制备脱硫喷嘴、挤塑成型制备高温硅碳棒等设备，形成RBSC、R-SiC陶瓷制品和硅碳棒系列产品生产能力，同时在武汉成立碳化硅材料研发基地，从事碳化硅工程应用的研究。
二期建设完成后，年产SiC系列产品达到150吨（硅碳棒的冷端外购配套）。
四、工程市场考察情况
浙江兰天机械密封材料有限公司
该公司生产反应烧结碳化硅密封件制品的加工流程（见表1）和使用设备。
表1基本工艺流程
配料→混料→干压成型→固化→车制→刷氮化硼→烧结→洗磨→平磨→内外磨→双面磨→粗磨→抛光→成品→包装
通过对兰天的考察，我们得知了反应烧结碳化硅密封件在中国还是及为普遍的，其性能和价格取代了氧化铝密封件等同类型的产品，密封件市场中使用反应烧结碳化硅的占到了70%以上，现在主要是针对大型水泵厂和发电厂脱硫装制上配套密封轴承设备，在参观他们公司的生产车间时我们看到了整个生产工艺和生产设备，主要设备有：
混料机，振动筛，衡温箱，液压机，冷却塔，车床，磨床，钻铣床，卧式真空电阻炉，真空泵，150千瓦电源。
从生产工艺上来看，他们的技术相对落后，只能达到国内部分生产厂家的要求，主要的问题是他们的配方、混料方式和烧结工艺上比较落后，原料损耗很大。
2004年浙江兰天投入70万建成了一条碳化硅密封件生产线，在短短的4年时间里，他们厂的生产线规模不断的扩大，现在总产值达到了1千多万，设备生产线也在不断地增加，产品的规格也越来越多。
五、工程生产所需条件
（一）供电、供水
供电：
400kw
供水：
正常生活水
（二）原材料来源及供应
表3原材料供应情况
名称
供应商
产地
供给情况
备注
金属硅
青海、浙江等
中国
正常
炭黑
北京、山东
中国
正常
或代理商进口
碳化硅
甘肃、青海、宁夏
中国
正常
石墨
山东、吉林、上海
中国
正常
辅料
浙江、山东、上海
中国
正常
N2、Ar气
各地中心城市
中国
正常
纯度：
99.9%
本产品所用主要原料为：
SiC粉、金属Si、工业炭素、高密度石墨和外加剂，其中高纯工业炭素为国内代理进口产品，其余原材料均是国产大宗工业产品，均可保证供应。
生产用保护气体为N2气和Ar气。
可根据厂区气体供应情况，采用瓶装气体或管道输送方式进厂。
条件成熟时采用液N2进厂，以降低成本。
（三）生产厂房及配套设备
1、生产厂房：
1500m2，主车间层高4.5m。
2、主要设备（见工程投资计划）
3、能源情况
本产品的能源为电力，电能消耗是产品加工成本的主要构成部分，因此。
电力供应条件及其价格是厂址选择的最重要的考虑因素之一。
4.交通情况
本工程产品具有品种多、批量（重量）小的特点。
此外，本产品还具有产品尺寸大、易损、易碎的特点，因此，应尽可能将厂址选择在用户集中的地点，尤其应避免多次倒运。
六、污染物及环境保护措施
生产线的设计和设备配置将严格贯彻国环境保护的有关规定执行。
合理设计厂区分布，尽可能进行配套绿化植树，美化环境。
力争将企业建设成为空气清新、环境优美的花园式工厂。
RBSC陶瓷密封件生产线的生产过程中产生的污染物主要有粉尘、烟尘、废水的排放和机械设备的噪音等，将对其分别采取相应的治理措施，使其符合国家排放标准，以利保护环境。
1.粉尘：
原料采用袋装进厂，室内存放，保证无扬尘；原料开包称量、坯体的车削和产品的喷砂处理过程全部采用先进的抽风除尘装置，袋式除尘效果可达99.5%以上，除尘料全部回收利用。
2.烟尘：
坯体在排胶过程中产生的烟尘直接送入高温焚烧炉通O2明火燃烧后，主要以CO2和H2O的形式排放大气。
3.废水：
生产用的冷却水循环使用，冲灰渣水循环使用，不外排。
冲洗（扫）设备及落地料产生的含固体微粒的废水，不含有害物质。
废水拟采用沉淀池处理，达到国家规定的标准后排放。
4.噪音：
主要采取以下措施。
（1）在产震设备的基础上安装橡胶减振器或减振垫，减小设备振动产生的噪声。
（2）选用低噪声设备。
（3）采取隔声措施（如生产厂房密闭）。
通过采取减噪措施，厂界噪声可符合国家规定的要求。
5.灰渣：
RBSC陶瓷密封件加工切裁废料排渣量很少，可直接用作填埋土，对环境无不良影响。
七、工程建设风险分析
高技术产业具有高效益和高风险的特点。
作为一种材料的高性能和低成本制造技术，本工程的产品定位和营销策略是以市场业已成熟的品种为切入点，不存在风险。
本工程今后将根据材料的特质开发RBSC陶瓷和R-SiC陶瓷的新应用，实施过程中将会面临一定的风险。
1政策风险
本工程属国家重点支持的企业节能减排技术改造领域，其中脱硫喷嘴为节能减排技术所用的关键材料，由于国家对新材料产业的高度支持，近期在此方面的产业政策作出负向调整的可能性不存在。
反之，国家近些年不断加大对节能减排技术和制造业相关领域发展的支持力度，出台了一系列优惠政策，鼓励和支持调整我国出口产品的科技含量，故该工程的政策风险很小。
2技术风险
本工程需要集成多种技术，这些技术已取得了突破，并得到了工业应用检验，因此，技术上的风险是很小的。
当然，产品性能的提高和产品品种的发展是无止境的，为此要不断跟踪国际先进技术和国内外市场需求的变化，求得不断发展与完善。
3市场风险
市场风险是本工程的主要风险。
包括市场环境的变化以及企业技术流失等知识产权问题。
这些风险可以通过健全和完善市场营销体系、加大市场推广力度和加强企业技术保密等措施来化解。
基于我国在人员技术素质、资金投入力度和产品开发技术水平等因素的限制，可能会造成自主产权产品的销售与推广应用受影响，对此可采取增大科技投入和开发力度来化解市场风险。
4投资风险
工程承担单位经济效益和财务状况良好，自有资金充足，完全能够满足本工程的需要。
因此，本工程投资风险很小。
5管理风险
工程承担单位长期从事高压容器的生产与经营，企业管理体系健全，管理规范，有一套严格而科学的工程管理和企业经营制度，为工程实施奠定了良好的制度基础。
企业在经营管理等方面都有很多成功的经验，有丰富的工程组织和管理经验。
因此，本工程的管理风险很小。
6经济环境及承担单位情况变化风险
国际国内经济环境的变化，对本工程会造成一定的影响。
在竞争多变的经济环境下，企业的经济条件变化、人员的流动等，会对工程进行和工程应用实施产生一定影响。
由于工程承担单位各方面均具有良好的基础，加上通过加强管理等措施，完全可以把这方面的风险降至最小。
总之，本工程经济效益良好，抗风险能力强。
工程合作双方具有扎实雄厚的产业基础和很强的科技力量，本工程完成后将建立一个产学研结合的运行机制。
工程具有扎实的产业化基础，产品经过严格测试和长时间的应用考核，相关技术已达到实用化程度。
所以本工程具有较高的投资价值和很高的抗风险能力。
八、工程投资计划
1、土建工程、室内外给排水工程、400KW供电及室内外照明等
厂房规划：
（井冈山自建或利用万安现有厂房）：
1500m2
（1）生产厂房面积：
800m2
（2）辅助建筑面积：
办公室：
120m2
研发中心及化验室：
100m2
食堂：
80m2
成品库及原材料库：
200m2
员工宿舍：
200m2
2、固定设备投资：
主要设备选型和设备清单
表1RBSC机械密封生产线主要设备和投资估算
序号
设备名称
规格型号
数量
单价（万）
价格（万）
备注
1
真空感应连续烧结炉
400×400×1800，2500℃
1
61.00
61.00
咸阳华光窑炉公司
2
真空泵
ZJP-2200
1
3.00
3.00
浙江真空设备有限公司
3
麦氏真空规
3
0.03
0.09
上海
4
高位水箱
20m3
1
0.30
0.30
自制
5
真空阀门
3
1.20
3.60
6
过滤器
1
0.35
0.35
自制
7
循环冷却水系统
25m3/h
1
4.00
4.00
自建
8
气瓶
N2
20
0.05
1.00
城镇中心99.9％
9
气瓶
Ar
20
0.05
1.00
城镇中心99.9％
10
真空/气氛焙烧炉
450×450×600，950℃
1
7.00
7.00
咸阳华光窑炉公司
11
喷砂线
1
1.50
1.50
按厂家要求配空压机
定购
12
烘箱
1.0Nm3，250℃，不锈钢内壁
1
1.70
1.70
自制
13
碱浴炉
500℃
1
2.00
2.00
冷却塔暂配1台
14
六角混料机
30kg、不锈钢
1
1.00
1.00
自制
15
陈腐料罐（带盖）
80～120kg，塑料
5
0.05
0.25
市售
16
磅秤
100kg
2
0.05
0.10
市售
17
电子台秤
5kg
4
0.05
0.20
市售
18
密度天平
1
0.35
0.35
市售
19
金相显微镜
1
1.20
1.20
上海蔡康
20
液压机
30t
1
2.00
2.00
市售
21
液压机
50t
1
4.00
4.00
市售
22
液压机
100t
1
7.00
7.00
市售
23
液压机
200t
1
9.00
9.00
市售
24
车床
各型
3
3.50
市售
25
钻铣床
1
0.70
0.70
市售
26
外圆磨床
1
6.00
6.00
市售
27
内圆磨床
1
6.00
6.00
市售
28
平面磨床
300×800
1
2.50
2.50
市售
29
平面磨床
250×500
1
2.00
2.00
市售
30
抛光机
2
1.00
2.00
自制
31
运坯车
承重500kg
1
0.30
0.30
自制
32
手动液压叉车
2t
1
0.30
0.30
湖北京山
33
交通工具
微型车
1
3.70
3.70
市售
合计
138.64万
3、不可预计性费用：
10万
4、流动资金：
预计流动资金50万元。
5、总投资：
198.64万元。
本投资主要产品有水泵上使用的密封圈、脱硫泵上使用的动静环密封件、防弹片和电厂使用的脱硫喷嘴（其中密封件总成需要的钢外套、弹簧、O性圈等全部外购）。
注：
真空感应炉制造及调试周期为5-6个月。
九.工程投资成本测算
1.原料成本计算：
表8RBSC原料成本计算（以100t/年计）
原料
理论含量t/t
挥发量％
成品率％
原料量t/t
实际需要量t/a
百分比％
单价万/t
吨原料万/t
成本万元/100t
炭黑
0.0559
5
70
0.0841
8.41
6.13
2.10
0.1766
17.66
SiC
0.5594
—
70
0.7992
79.92
52.69
1.90
1.5185
151.85
Si
0.3007
15
90
0.3931
39.31
24.55
1.80
0.7075
70.75
外加剂
0.08392
30
70
0.1713
17.13
16.64
2.8
0.4795
47.95
合计
1.00
—
—
—
100
—
—
288.21
2.电力成本计算：
烧结炉功率400KW，每炉工作10小时，平均耗电量280KW，每炉总耗电量2800KW。
其他机电设备合计100KW，每天工作8小时，平均耗电量70KW，每炉总耗电量560KW。
（注：
烧结炉每天晚上工作，总装机功率为400KW）
按每年生产100吨产品计算，每炉产出产品为0.5吨，每年烧200炉，每吨总耗电量为6720KW，每年总耗电量为1344000KW，电力消耗总成本为1344000×0.66=88.704万（万安建厂），1344000×0.35=47.04万，两地电力成本差价为41.664万。
3.工作制度及劳动力成本计算：
公司劳动定员如下表：
名称
生产班制
定员
小计
备注
原料成型工段
配料、混料
一
2
2
压制、车坯
一
7
7
含工长一人
烧成工段
烧结
三
2
6
喷砂及后加工
一
7
7
含工长一人
技术室
设备改造、维修
一
2
2
检验包装
一
2
2
工艺人员
一
1
1
含技术主管一人
其他
—
2
2
（替休等）
管理部门
厂长1人，财务2人，供销（含包装）4人，后勤（门卫、保洁、炊事等）3人
10
全厂合计
39
其中：
工资成本构成；35×1500×12=630000元，4×4000×12=160000元，劳动力总成本为790000元。
4.另外，土地成本，厂房建设成本，供水成本，销售成本，产品包装成本，交通运输成本和后续加工耗材成本（烧碱、研磨膏等）等不计算在内。
十、工程投资收益：
按年产100吨陶瓷密封件成品计算：
每吨售价不低于20万元，年度总销售收入：
20万元/吨×100吨=2000万元，按每吨产品800万元（估计）计算，年度纯利润为1200万元。
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