年产量5000吨奥贝球铁ADI产品项目可行性实施报告.docx
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年产量5000吨奥贝球铁ADI产品项目可行性实施报告
年产量5000吨奥贝球铁（ADI）产品项目
可行性研究报告
1．总论
1.1项目名称：
5000吨奥贝球铁（ADI）
1.2项目承担单位：
某机械有限公司
1.3项目负责人
1.4申请项目简述
1.4.1奥贝球铁的特性
奥贝球铁（简称ADI）是将普通球铁（石墨为球状，基体为铁素体+珠光体）通过适当的等温淬火而获得奥氏体（高韧性）与贝氏体（高强耐磨）组织的金属结构材料。
其性能大大优于普通球铁和钢，主要特性是：
（1）特高的强度与耐磨性，又具有中等韧性。
几种材料性能如表l—1。
表l—l几种材料性能情况
材质
抗拉强度σbMPa
屈服强度σ0.2MPa
伸长率δ%
硬度
HB
主要金属组织
性能特点
石墨
基体
强度
韧性
耐磨
普通铁铸（HT）
150-350
0
150-225
片状
珠光体
低
特高
低
铁素体球铁（QT）
400-500
250-3200
5—18
130-240
球状
铁素体
中
高
中
珠光体球铁（QT）
600-700
370-420
2—3
190-305
球状
珠光体
高
中
高
奥贝球铁（ADI）
800-1600
500-1300
1—10
260-550
球状
奥氏体+贝氏体
特高
中
特高
铸造碳钢（ZG）
400-640
200-340
10—25
奥氏体+珠光体+铁素体
中
特高
中
轧制碳钢
315-610
195-275
15—30
铁素体+珠光体+马氏体
中
特高
低
正火回火合金钢（9CrMo）
1121
780-821
9
321-331
奥氏体+马氏体+贝氏体
特高
中
高
（2）减震性好，使用时噪音比钢低1-5db。
（3）低温性能比钢好，适用于低温下使用。
（4）工作过程的不断自硬性。
工作面在使用过程中不断产生自硬性，不断提高强度和耐磨效果。
（5）制造成本比钢低，材料利用率高。
综上所述，ADI的优点是：
高（机械性能高）、长（使用寿命长）、易（成型容易）、省（节省原材料）、低（低噪音、低温性能好、低成本）。
而本项目采取的少、无合金奥贝球铁，方案除具有上述优点外，通过合理的配方和先进铁水净化技术减少合金加入量，不但进一步降低了生产成本，还提高了产品性能。
1.4.2奥贝球铁的用途
由于ADI具有高强度、耐磨、耐冲击、减震及加工硬化等特性，可代替高强度灰铁及球铁件、高强度碳钢与合金钢的铸件、锻件、焊接件及表面淬火件。
适用于以下几个方面：
（1）汽车工业：
汽车变速箱齿轮、螺旋伞齿轮、环齿轮等，汽车曲轴、连杆、差速器十字轴、弹簧座、弹簧支架、连接套筒、后拖钩支承座、衬套等。
美国福特汽车公司已设计生产百万辆车的ADI曲轴生产线；
（2）铁路工程：
火车轮、制动块、缓冲块、悬挂杆、支架等，在芬兰已批量投产，取代原铸钢件，其耐磨性提高数倍；
（3）通用机械：
空压机的曲轴、造纸机齿轮、磨片、链轮等；
（4）工程机械：
压路机压辊、挖掘机挖掘齿、履带扳、凿岩机缸体、机头、破碎机锤头、锷板等；
（5）冶金机械：
轧钢机的轧辊、滚道齿轮等，炼焦设备的筛焦板等；
（6）其它：
粮油机械中的耐磨件，如榨螺、衬圈等；水泥机械的磨球、衬板等。
l.4.3.项目前景及社会经济意义
由于ADI具有良好的综合性能，适用于要求高强度、高耐磨、高疲劳强度且兼有韧性的零件。
在汽车、火年、建材、化工、冶金、农机、粮油机械、工程机械等行业，取代原合金球铁件、铸钢（合金钢）件、锻钢件、焊接件等，且生产成本大大低于其他工艺制造的具有相同使用性能要求的同类产品，因而奥贝球铁应用的前景非常广阔。
目前英、美、德、芬兰等国家已大批量生产ADI汽车螺旋伞齿轮、发动机齿轮，芬兰国家铁道部已采用ADI火车轮等。
美国福特汽车公司生产技术发展中心通过试验试制得出ADI曲轴比原锻钢或珠光体曲轴，疲劳强度提高一倍，抗拉强度提高35％，延伸率提高40％，而成本大幅度降低，已建立了大批量生产的生产线。
我国如仍用原材质，落后的差距将愈来愈大。
急需开发应用新材料．促进产品的更新换代，以提高产品的性能，降低生产成本，节省能耗，增强产品的国际市场竞争力。
我国是铸件生产大国，也是国际市场指望的铸件产品出口的主要国家，但我国目前铸件产品技术含量低，限制了出口，对要求高强度、高耐磨并兼有韧性的产品主要依赖进口。
自产的高锰钢、合金钢等铸件，成本较高或使用寿命较短。
据统计2009年我国工程机械零件如挖掘齿、锤头等，进口额达5.2亿美元，而出口额仅为1.5亿美元，逆差3.7亿美元。
因此我国应大力推广生产ADI挖掘齿、履带板、锤头等易损件，取代进口，力争扩大出口创汇。
本项目在奥贝球铁生产应用方面处于国领先水平。
某机械有限公司拟利用成熟技术，开发奥贝球铁磨片、磨耗扳等产品，尤其是开发生产ADI材质风镐缸体铸件，该风镐的性能要求高于欧洲ADI标准1564、美国ASTM897以及日本JISG5503的同类牌号。
而该产品在国际市场上销售十分看好，同时也有较高的经济效益。
1.4.4风险
本项目在实施过程中，存在一定的技术风险和市场风险。
（1）技术风险
ADI产品是否能达到用户使用要求与产品性能.（机械性能、金相组织、化学成分）有关，产品的性能是否达到要求除了工艺因素以外，原材料、气温、空气湿度等也是影响产品性能的重要因素。
在大批量工业化生产的条件下，较难保证上述因素与小批量生产环境完全一致，而国尚没有生产、配套成熟的自动化ADI等温火热处理生产线。
因此，大批量生产ADI产品时，须创造一定的工艺设备条件。
同时，对重要的原辅材料的质量，必须严格按工艺要求捡验把关，以保证ADI产品的品质，把技术风险降低到最低程度。
（2）市场风险
ADI具有优良的综合性能，逐步在机械、冶金、矿山、轻工、汽车等行业被广泛采用，欧美等发达国家ADI产品的产量以每年15％的速度递增。
但是，我国目前还没有ADI的国家标准，供设计和生产部门来用。
另外，由于经济的原因与国外一些同类产品相比，我们的选材要求相对要低一些，因此市场是本项目产品的最大风险。
但随着经济的发展及我过综合国力的增强，此风险会越来越小。
我国是铸件出口大国，奥贝球铁铸钢件产品的出口规模也越来越大，关键是要大力投入资金，尽快批量、规模生产，抢占国外市场，才能抓住机遇，因势利导，化风险为利益。
1.5项目计划指标
本项目执行期间预计投资3000万元，项目完成时达到生产生产ADI产品5000吨的能力。
1.5.1.主要要经济目标
建设规模：
年产量5000吨
实现产值：
10530万元
利润：
3669万元
投资回收期：
3.1年
1.5.2主要技术性能指标
ADI产品达到的主要技术性指标：
抗拉强度σb=860MPa，伸长率δ≥10％，硬度HRC≥29；
抗拉强度σb=1000MPa，伸长率δ≥4％，硬度HRC≥30；
抗拉强度σb=l200MPa，伸长率δ≥2％，硬度HRC≥41。
针对不同的产品，其抗拉强度、硬度、伸长率可调整。
1.6可行性研究结论
ADI具有良好的综合性能，适应于制造要求高强度，高耐磨，高疲劳强度并兼有一定韧性的零件。
符合国家产业技术政策，符合我国国情，具有非常广阔的市场前景。
项目建成后，将会产生巨大的经济和社会效益。
项目具有很高的技术含量，提出的经济目标，技术和质量指标不仅达到和满足国家有关规定的要求，而且也是切实可行的。
该公司拥有一批生产、操作的技术骨干，并具有生产ADI产品的工艺及基本设备基础，能够生产ADI材质的风镐缸体、磨浆机磨片及铁路机轨用的磨耗板等产品，完全有能力完成项目的各项指标，实现建设目标。
2．产业关联度分析
2.1国外ADI发展概况
2.1.1国外ADI概况
ADI是一种新型的高性能、低成本工程材料。
1970年芬兰宣布研制成功ADI，并用于生产，在英、美、法、加等13个国家申请了专利，美国相继也宣布制成ADI。
上世纪80年代以来，ADI在国外迅速发展应用，已召开了六届ADI国际会议。
芬兰是ADI的创始国，目前该项技术仍处于国际领先地位，有成熟的科研、生产技术经验。
芬兰Compnenta公司是芬兰最大的铸造生产企业，其产品辐射英、法、等14个国家（城市）。
目前，芬兰、英国、美国、日本、瑞士、德国等6国已制订了ADI国家标准，1997年CEN（欧洲标准化委员会）又制订了统一的欧洲ADI标准ENl564。
国外ADI在汽车、铁路、冶金及通用机械等方面得到了广泛应用。
（1）齿轮
ADI的最早用途之一是生产齿轮,早期应用的有芬兰KymiKymmene公司生产的各种|产品，包括通用工程齿轮箱，轧钢厂的传动装置、水泥厂用的大型拼合环形齿轮、转窑及森林机械等；近期的应用有比利时VandeWiele公司生产的地毯和天鹅绒织机的齿轮和凸轮，CDC公司（康明斯发动机有限公司和JiCase公司的合资企业）生产柴油机用正时齿轮，目前康明斯发动机上的好几种齿轮都用ADI材料制造。
在ADI材料诸多应用中，最引人注目的是ADI材料取代18CrMnTi铸钢用来制造汽车后桥螺旋伞齿轮，而这一应用是由美国通用汽车公司率先开始的。
1976年12月美国通用汽车公司宣布他们已经成功地用ADI材料取代铸钢制造汽车后桥螺旋伞齿轮，紧接着1977年在部分Pontacs汽车上安装了这种齿轮。
从I978年起，通用汽年公司将这种齿轮作为标准零件安装在许多该公司生产的货车和客运小汽车上。
芬兰KymiKymmene冶金公司也在上世纪70年代成功开发制造了ADI汽车后桥螺旋伞齿轮，多年的使用结果令人满意。
ADI伞齿轮和其它齿轮成功地开发和应用，引起了许多国家和制造商的关注。
继通用汽车公司之后，许多国家积极开展这方面的研究。
研究开发的结果是：
瑞士、德国和美国的公司合作开发生产汽车后桥螺旋伞齿轮，在1986年已达到4500套/月的生产能力，据称成本降低30％。
1984年Fischer公司生产的ADI汽年后轿螺旋伞齿轮已有数千套装车，目前均已大批量生产。
ADI材料成功地取代锻钢用来大规模生产汽车后桥齿轮，它和锻钢伞齿轮相比，具有下面几方面的优势：
a.原材料成本下降；
b．有好的铸造性能和等温淬火前的机械加工性能，可延长工具寿命，提高加工速度，缩短热加工周期；
c．简化了热处理环节，减少了热处理变形；
d．ADI对切口的敏感性较低，表面上的凸凹不平点被迅速磨掉，可减少对精整工艺的需求，加工要求少，且最终加工表面质量提高；
e．由于高强度、中韧性及有一层石墨膜，ADI齿轮具有优良的抗咬合性、抗磨损和抗擦伤能力，特别是在无润滑状态下，ADI具有自润滑性能，石墨膜还可降低摩擦系数和运转温度，并可提高传动效率；
f.材料密度比锻钢小约10%，而形状大小与锻钢齿轮相同，其重量减轻；
g.具有良好的减震性，运行过程中噪音小。
（2）曲轴
ADI潜在的大市场之一是用于对材料强度要求特别高的曲轴和连杆等承受变动载荷的零件。
ADI曲轴已在1.6L的柴油机上应用。
美国一些公司如国际哈维斯特公司、福特汽车公司和克莱斯勒公司应用了ADI曲轴，声称获得了潜在的技术和经济效益。
美国的瓦格纳铸件公司和瑞士的苏尔寿兄弟公司用ADI材料生产了空调、冰箱、压缩机曲轴。
国外ADI凸轮轴也正被广泛采用（如V一6汽车机上使用的ADI凸轮轴）。
（3）传动装置
名美国通用汽车公司大量生产用于前驱动轮装置的Tripot外壳；芬兰KymiKymmene公司为OySisu—AutoAb公司生产差速器十字轴；瑞士GeorgFischer公司为四轮驱动轿车提供了有限滑动差速器铸件。
（4）汽车、牵引车悬挂件
美国先进铸造产品公司为载重牵引车悬挂装置提供了耐磨闸瓦减振器，为欧洲车辆制造商（如瑞典萨伯—斯堪尼亚公司等）生产了火车弹簧座和支架。
（5）工程及建筑设备
美国先进铸造产品公司生产以及卡特彼勒公司采用的产品有：
石块档板——用以保护履带式装载机最终传动装置外壳；车架驱轴外壳——用以保护推土机上车架组件支架驱轴的端部；履带护扳——用以保持推土机上底盘滚轮之间的履带的准直。
英国正在生产的零件包括挖掘机的挖掘齿、公路风动钻的铸件（这是目前英国生产量最大的ADI零件）。
（6）铁路工程
瑞典SKF公司为铁路年辆生产的轴箱；瑞士苏尔寿兄弟公司生产铁路轨道保养机械镐臂；芬兰国家铁路所用的货车的吊杆和中间杆；芬兰制造的火车车轮；美国先进铸造产品公司为美国货车所提供的轴承组件的顶盖。
（7）其它应用
日本潼田晴光等人为解决ADI机加工硬化问题，开发了特殊二级等温淬火工艺，试制了空调压缩机的马达驱动圆盘。
由于具有大量生产时较好的机加工性，已有全自动特殊二级等温淬火处理线开始大量生产。
日本已正式生产链轮，代替锻钢，降低了成本。
国外用ADI制造的高应力热轧辊，其直径超过1米，重量达50吨，它含Ni2.0～3.0％,Mo0.5～1.0％，经300~320℃等温淬火而获得。
1995年9月在北京召开的第61届世界铸造会议上发表了关于ADI的论文5篇，荷兰作者介绍了本国政府组织汽车商、铸造商、热处理厂共同开发卡车ADI零部件的情况，该项目技术依托Delft工业大学，研制出卡车后轴总成分中的稳定器支座、轴承座、弹簧座及防磨板等ADI零件，重量减少了10.35%—37.7%，并进行了实验室疲劳试验和道路试验。
俄国将“奥贝球铁及其在汽车部件中的应用”列为国家研究课题，研制出工程用和军用重型汽车上的曲轴和传送齿轮。
2.2国ADI概况
我国是世界上研究和应用ADI最早的几个国家之一，上世纪70年代中期ADI在卡车齿轮上已有试用。
1987年和1991年召开了两届全国ADI学术研讨会，发表的论文近百篇，但仅限于生产低性能的ADI产品，如：
磨球、衬板等，对中高性能的ADI产品的实际应用很少。
存在的主要问题是原材料、熔炼及热处理工艺控制不当，没有国家标准，以致设计和生产部门不敢改用等。
目前我国应用最多的是ADI耐磨零件，已有数千吨ADI磨球投入使用并取得了满意效果。
对ADI进行研制试制的科研单位、大专院校和企业单位在全国多达十几家，并在ADI的研究和制造方面取得可很大的进展。
上世纪九十年代以来，本项目的技术依托单位——省机电研究设计院，在有关单位的协助下，集中力量对ADI进行了系统的研制和工业化生产的开发。
1998年l0月省科委主持鉴定了“少、无合金奥贝球铁的研制及生产”项目，专家鉴定结论：
“奥贝球铁材质及生产工艺应用在机械零件批量生产上，具有国领先水平。
制定的“奥贝球铁件”企业标准具有国先进水平。
”1999年以后，省机电研究设计院又协助有关厂家生产出工程机械上的ADI的配件（履带板、挖掘齿、锷板、锤头等）、造纸机械中磨浆机上的多种磨片、轧钢机上的小型轧辊等产品，近期又开发了美国英格索兰公司（INGERSOLL—RAND）的ADI风镐缸体铸件，该产品性能要求αb≥895MPa、α0.2≥655MPa、δ≥9％、αK≥105J、HB269—321高于美国及欧洲ADI标准。
3.项目建设容、方案
3.1本项目规模按年产量5000吨奥贝球铁产品设计。
生产纲领见表3—1。
表3-1年生产纲领
序号
产品名称
生产纲领（件、套）
单件（套）重（kg）
总量（T）
1
风镐缸体
20000
40
800
2
磨浆机磨片
20000
34
680
3
曲轴
60000
30
1800
4
汽车发动机齿轮
200000
8
1600
5
磨耗板
60000
2
120
6
合计
5000
3.2某机械有限公司位于省XX市XXXX镇镇区，紧邻京广铁路、京珠高速，107国道，占地80亩，厂区地势平坦，且水、电、汽系统较为完备。
本项目需用厂房2500平方米，配电房360平方米，空压站房240平方米，仓库600平方米（包括原材料、仓库、毛坯库、成品库）。
3.3全年运输量见表3—2
表3—2年运输量表
序号
名称
年运输量（T/年）
1
运进
主要原材料（金属炉料）
辅助原材料（造型、筑炉材料）
5170
6777
合计
11947
2
运出
成品铸件
废砂、炉渣、废铁屑
5000
6175
合计
11175
4.工艺技术路线、设备选型及主要技术经济指标。
4.1运输设备投资50万元
4.2.1土建，根据工艺要求，生产性配套设施厂房防火笛级II级，自然采光，采光中等精确度III级，砖混结构。
土建工程费用估算251万元。
4.2.2生产给排水投资估算52.32万元。
4.2.3供电设备投资估算
设备（含运杂费、安装费）59.95万元
车间配电及照明41万元
厂区线路10万元
合计：
1l0.95万元
4.2.4空压站设备投资估算
设备（含运杂费、安装费）20.4万元
厂区及车间管道l0万元
合计：
30.4万元
4.3工艺技术路线，设备选型及主要技术经济指标。
生产工艺流程如下：
→
↑
→
→
4.4.1工作制度及年时基数
采用两班制生产
工人年时基数l810h
设备年时基数如下表：
设备类别
全年工作日（d）
每日工作小时数
年时基数（h）
电炉
254
8
3740
造型线
254
8
3740
清理
254
8
3740
热处理
254
8
3860
一般设备
254
8
3860
4.4.2熔化工部
奥贝球铁要求铸造的球铁毛坯化学成分和金相组织基本稳定一
致，并要求低磷、低硫及高温铁水，热处理后才能获得稳定的机械性能，冲天炉熔炼难以保证质量。
故选用目前国产先进的中频感应快速熔炼炉，比一般的中频或工频电炉熔炼速度快，电耗低。
选用型号：
GWJ1.5—1000—0.5／1。
主要参数为：
额定容量1.5t，额定功率1000KW，电耗600KWh／t
工作温度1600℃，熔化率1.66t／h
生产率：
年熔化量为1.66t／h×3740h/年=6208.4t／年
年产铸件：
按设备利用率80％，铁水成品率（除去废品、浇冒口）62％计年产铸件为6208.4t/年×80％×62％=3079.4t/年
选用2台套（四个炉体），年产铸件6158.8t／年，即满足生产纲领5000t／年的要求。
在熔炼工部新增1台（3t）行车及炉料日耗库、称量装置、铁水包等。
两台电炉共用冷却水池100m³，高位水箱20m³。
4.4.3造型工程
A水平连续铸造型材生产线
水平连续铸造球铁型材（棒、方形、矩形料）是当代国先进工艺、被国家列为高新技术项目。
用连续的球铁型材可加工成齿轮、轴、套、销、辊、模具等产品，
通过等温淬火处处理为奥贝球铁。
该新工艺的主要优点：
组织致密、石墨细小、机械性能高、疲劳强度比砂型铸造提高50％、机加工性能好、表面光洁、尺寸精度高、连铸球铁型材成品率98％以上，而且连续生产的劳动强度低、条件好、排污少。
水平连铸生产线流程为：
→→→→→
全生产线的硬件设施包括保温炉、系列结晶炉、二次冷却器、牵引装置、同步切割装置、压料装置、出线装置、主控室及测检仪表、液压控制、分机控制泵站及支撑辊、辅具等十个部分。
生产线的额定生产率为3000t／年
B．曲轴铁模复砂生产线
一般曲轴材质为QT700—2,富康轿车曲轴牌号为QT740-3.近年来美、英等国改用奥贝球铁，机械性能大幅度提高，比锻钢或珠光体球铁的抗拉强度提高30％以上，疲劳强度和延伸率提高到1倍以上，将抗拉强度提升到900-1000MPa，伸长率提高到4-9%。
为了赶超世界先进水平，本项目拟生产奥贝球铁曲轴。
省机电研究设计院指定的“奥贝球铁件”企业标准，抗拉强度1000MPa时，伸长率为4％，故完全可以生产致密曲轴。
传统的曲轴铸造工艺是砂型。
补缩冒口较大（约占铸件重的20%左右）且铸造废品较多。
近年发展的铁模复砂是一项先进的铸造工艺，金属模型表面复上一层6-8mm的复膜树脂砂，在原膜中直接
加热硬化，其优点是，取消补缩冒口，节省金属材料20%左右，提高铸件的尺寸精度及表面光洁度，减少机加工余量，不用砂处理设备，复膜砂用量仅为曲轴重量的6-10%（砂型铸造为500-800%）强化了铸件冷却速度，细化组织、提高机械性能。
选用ZEF25双工位铁模复砂造型机生产线。
全线包括主辅机等13台套和铁模等共6套工艺装置，工艺流程如下：
主机
ZEF25
→→
该线主要技术指标为：
全线占地面积：
50m×6m=300m²
生产量：
25—35型／h
总功率：
72KW
总耗气量：
600m³／h（压力5.5—6kg／cm²。
）
按25型/h、每型2根曲轴、设备利用率70％、工艺成品率80％计
年产铸件数：
25型／h×2件／型×3740h／年×70％×80％=104720件／年
年产铸件重量：
按每件重30kg/件计为104720件×0.03t／件=3141．6t/年
C.Z148造型机为生产奥贝球铁齿轮（带轮辐）、磨耗板等产品，选用顶箱微震压实造型机Z148J型。
该机主要技术参数为：
生产率：
40型／h
砂箱尺寸：
800×630×300mm，工作台面尺寸：
900×730mm
耗气量：
8m³/min
按每型4-8件，铁水量约50kg/型，铸件重34kg/型．设备利用率50％，工艺成品率72%计。
年产铸件40型/h×0.034t/型×3740h/年×50%×72%=1831.1t/年
选用一组（上、下型各一台）二台。
备用一组二台，共2组4台。
D.漏模造型机
造型机生产量约6型／h，每型铸件平均20kg/型。
按设备利用率50％，工艺成品率72％，共7台套。
年产铸件6型／h×0.02t／型×3740h/年×50％×72％×7台=1131t／年。
4.4.4砂处理工部
由于前述造型工部A、B不用型砂，仅Z148J造型及漏模造型用型砂，按生产纲领生产有关铸件仅1200t/年，按设备能力1831.1+1131=2962.1t/年。
用砂量按铸件重量的8倍计算，为2962.1t／年×8=23696.8t/年。
选用S1120D型混砂机。
生产率20t/h，设备利用率50％计。
年混砂量为20t/h×3860h/年×50％=38600t/年。
一台混砂机已满足生产要求，备用一台，共选2台套。
砂处理工部配用筛砂机、松砂破碎机、带式永磁分离机、斗式提升机、旧砂再生机及皮带运输机等，将型砂输送到Z148J造型机及漏模造型机上的砂斗中，供造型用。
4.4.5制芯工部
轧辊、曲轴、齿轮等产品需少量泥芯，采用树脂自硬砂芯，选用S204树脂自硬混砂机。
生产率
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