年产800吨高工作温度稀土永磁体生产线项目可行性研究报告

1 年产 800 吨高工作温度稀土永磁体 生产线 建设 项目 可 行 性 研 究 报 告 xx 县 xx 电子科技有限公司（筹） 二一一年八 月 2 xx县 xx电子科技有限公司（筹） 年产 800吨高工作温度稀土永磁体生产线建设项目 可行性研究报告 第一章 总 论 （一）项目名称及所属领域 （ 1）年产 800吨高工作温度稀土永磁体生产线 （ 2）该项目主要生产 N35EH、 N38UH、 N52 系列 计算机音圈电机（ VCM）及传感器专用高档钕铁硼片式磁体。并可在汽车、军工产品 、核磁共振成像（ MRI）等高新技术 领域 上运用。 （二）法定代表人 xx县 xx电子科技有限公司 （筹） 法定代表人： xx。 （三）项目概况 项目总投资为 7579.1万元，固定资产投资 5864.1万元 ，流动资金 1715万元。 土地：拟在 xxxx工业园区新征 40 亩土地。 项目实施完成后，可新增年销售收入 32200 万元，利润5729 万元，税金 1675 万元。本项目主要技术经济指标见表1-1。 表 1-1 主要技术经济指标汇总表 序号 项目名称 单 位 数 量 备 注 1 建设规模 1.1 高工作温度稀土永磁体生产线 吨 800 3 2 产品方案 2.1 N52 系列片式磁体 吨 330 2.2 N35EH、 N38UH 系列片式磁体 吨 470 3 主要原辅材料消耗 3.1 金属钕 吨 /年 58.38 外购 3.2 纯 铁 吨 /年 1010 外购 3.3 金属镝 吨 /年 5 外购 3.4 镨钕合金 吨 /年 25.38 外购 3.5 硼 铁 吨 /年 13.46 外购 3.6 金属铝 吨 /年 5.56 外购 3.7 氮 气 立方米 /年 1860 厂区气站 3.8 其他辅助材料 吨 /年 150 外购 4 公用动力消耗量 4.1 年耗水量 万吨 /年 3.52 4.2 年耗电量 万度 /年 1150 5 总定员 人 6 总图、土建 6.1 新建建（构）筑物面积 30396 7 新增项目总投资 万元 7579.1 7.1 新增固定资产投资总额 万元 5864.1 其中：固定资产投资 万元 5864.1 8 年销售收入 万元 32200 9 年总成本费用 万元 26227 10 税金 万元 1675 11 年利润总额 万元 5729 12 财务评价指标 12.1 投资利润率 % 36.94 12.2 投资利税率 % 51.69 4 12.3 投资回收期 (含建设期 1.5年 ) 年 4.65 12.4 财务内部收益率 % 28.88 12.5 财务净现值（ ic=12%） 万元 3886.52 5 第二章 项目的背景和必要性 （一） 项目背景及建设必要性 烧结钕铁硼（ NdFeB）磁体具有高的剩磁、矫顽力和最大磁能积，自问世以来，在国防、家用电器、电子信息和汽车工业等领域获得了广泛应用，特 别是计算机、电子通讯的普及和汽车用电机的高速发展，使其应用前景更加广阔。目前，烧结钕铁硼磁体主要应用于计算机硬盘驱动器音圈电机（ VCM）、传感器应用领域、电子和数据存贮领域，以及汽车电机、核磁共振成像仪、扬声器等领域。 在当今信息社会里，计算机产业将成为世界头号产业，其发展带动了相关配套元件的发展，硬、软磁盘、光盘驱动器和打印机驱动头是西方使用 NdFeB 磁体最多的一个方面，每年用于计算机驱动器的 NdFeB 磁体约占 NdFeB 磁体销售总量的 50%。因而 NdFeB磁体 VCM上应用，将是 NdFeB永磁后延应用发展的 重要方向。最近几年，随着计算机的微型化，磁盘存储密度的增高，要求 VCM 体积更小，反应速度更快捷，惯性更小。因此，随着驱动器整体性能的提高，现在对音圈电机磁体性能要求更高了，不仅磁体磁能积由原先的 35MGOe提高到 50MGOe，而且要求超高的尺寸稳定性和结构稳定性。计算机的进一步小型化、轻量化和高性能化要求磁体有更高的磁能积。 在计算机、信息通信设备、医疗器械和机电一体化设备中，信息输入部分，信息汇录部分、电源部分、控制部分，众多的磁性器件起着重要的作用，其中引人注目的磁性器件就是 6 磁传感器。传感器的发展日新月 异，特别是 80年代人类由高度工业化进入信息时代以来，传感器技术向更新更高的技术发展，第三代稀土永磁材料 钕铁硼磁体作为传感器中重要的部份之一，这种采用专用钕铁硼材料的传感器还能够应用在很大的温度范围中，有很大的工作寿命，抗灰尘、水和油污的能力强，其研制开发以及新产品的更新换代必将使我国传感器技术与外国差距缩短。 过去，日本、欧洲和美国的 NdFeB 厂家已能大批量生产（ BH） max 为 50MGOe 的磁体，在实验室制备出了磁能积高达57MGOe 的烧结钕铁硼永磁体。而中国厂家的最高品牌仍徘徊在 38 45MGOe之间 ，且其矫顽力也相对较低。因此开发出剩磁高、矫顽力高、磁能积高、力学性能强、温度稳定性强的新一代产品，就能摆脱目前国内低档廉价磁体的束缚，改变美国、日本在国际高性能磁性材料市场上的垄断地位。 为增加企业的高技术含量，提高 xx品牌，增强企业盈利能力和持续稳定发展的能力，以优质优价满足国内外市场的需求，我公司决定建设一条年产吨高工作温度生产线，从而提高企业经济效益，扩大出口创汇。 本项目 的实施，将会提高烧结钕铁硼产品的档次，进一步拓展烧结钕铁硼产品的应用领域，使之向国际主体市场迈进。 同时，通过我们的技术创新。如 ：铸带合金化防氧化技术，双相合金添加及多相合金添加技术如 Dy-Co 合金及Nd-Dy-Co合金添加及 Zr-Nb-Al合金添加技术，可较普通工艺 7 在节约 1-2%Dy的成本下，实现 Hcj 25-35KOe的目的，及多级回水时效技术，提高磁体的热耐温性。产品具有工作温度高、耐热磁性能稳定、不可逆损失小。 稀土钕铁硼永磁材料的出现必将带来机电产品的重大变革。稀土钕铁硼永磁体具有优异的磁性能，是铁氧体磁能积的 6-10 倍，是钐钴如 A1NiCO 的 1.5-2 倍，能提供更高的磁通密度，并能在改善其热稳定性的情况下 ,能使电机的功能 提高 50%以上。近年来 ,用稀土钕铁硼永磁体取代传统的铁氧体、钐钴、 A1NiCO 作励磁结构的比例大副增大，用途极为广泛。再者由于稀土永磁体在功能、价格、产品可靠性上即综合性价比上比其他磁体具有优势，它将逐步取代过去所有的A1NiCO 和铁氧体永磁在电机中的应用。在同一体积的情况下，NdFeB 的电机额定输出功率可提高 30 50%，因此随着 NdFeB成本的下降，今后铁氧体和 A1NiCO电机将有大部分可被 NdFeB的电机所取代。随着国际需要高工作温度系列 NdFeB 量的逐渐增长，前景非常乐观。 （二） 国内外产业的 现状和发展趋势 目前国内外稀土永磁电机的研究发展正进入新的发展阶段。 国内钕铁硼应用从 2000年起 步 ，逐步由单一电声行业转向多元化、多行业用户的格局，由于技术开发等多种原因，少量只进入了部分简单的电动车、电动摩托车电机设备工艺市场。由于其在产品性能、使用温度及热稳定性方面的严格要求，使各个企业望而却步。 8 国外企业如日本钕铁硼企业在市场销售比例的数据，2000年日本年产 6000T钕铁硼销售比例：音圈电机（ VCM） 43%，电机瓦 38%，核磁共振（ MRI） 16%，通讯 9%，电声 2%，其它2%。很明显，发达国家钕铁 硼磁体应用主要集中在 VCM、汽车、摩托车和核磁共振上，而非国内产家的电声行业上。 （三）对产业发展的作用和影响 随着电子信息产业的迅速发展，电子产品正在日益小型化、微功能化和安装高密集化。本项目产品是采用国际先进的速凝（ SC）和氢破（ HD）技术，具有晶粒细小含氧量明显降低等特点，具有工作温度高及优异的磁性能。同时，由于公司采用了 Z r-Nb-Al 添加技术和三相添加技术，生产成本大副下降，由其他工艺节约了稀土贵重金属 D y 约 1-2%。节约了稀土资源并降低了生产成本 10-20%。是电子信息产品中的重要基础材料之 一，有利于减少汽车电机的体积和重量。稀土永磁是一种高功能材料，它是许多新技术、高技术产业发展的基础。 稀土永磁具有优异的磁性能，能提供工作磁通密度，并能超过一般线圈的工作磁通密度。而且还具有高耐热作用，能使电机的功能提高 50%以上，稀土永磁体在功能、价格、产品可靠上比其他磁体具有优势，在同一体积的情况下， NdFeB的电机额定输出功率可提高 30 50%，随着 NdFeB成本的下降，今后铁氧体和 A1NiCO 电机将有大部分被 NdFeB 的电机所取代。 高工作温度生产线项目的实施将会带动国内磁性行业向 9 着正确的行业发展方 向发展，对我国钕铁硼行业在世界的地位得可以到充分的加强。其影响力度是不可估量的。 （四）国内外产业关联度和市场分析 现在烧结钕铁硼磁体的磁能积（ BH） max 已由最早的240kJ/m3(30MGOe)发展到了现在的 432kJ/m3(54MGOe)，达到了烧结钕铁硼材料理论磁能积的 90%。日本已能批量生产磁能积达 400kJ/m3(50MGOe)以上的高性能烧结钕铁硼磁体，而我国批量生产烧结 NdFeB的（ BH） max 大多为 304 336kJ/m3(3842MGOe)，仅有少量达到 360KJ/m3以上 (45MGOe)，均属于中低档产品，同国外相比还有相当大的差距。为发展我国的 NdFeB稀土产业，充分发挥我国资源的优势，满足各工业领域对高性能烧结 NdFeB 永磁的需要，必须对发展高性能烧结钕铁硼永磁的关键技术进行研究。 稀土永磁是一种高功能材料，它是许多新技术、高新技术产业发展的基础，在 VCM 及传感器等高科技领域应用它，可使产品高性能化、轻型化，从而导致产品的一次革命想变化，其应用前景十分广阔。 稀土永磁体潜在的主要用途是用在同步或无刷直流电动机。应用方法之一，是在感应电动机转于内部放入永磁体，制成一种高效 稀土永磁同步电机，电机效率可提高 5。功率因数可达 95以上。其次，采用微电子技术，制成转速、转距可调的无刷直流电动机，用途极为广泛。比如汽车发动机、计算机音圈驱动器里所用电机、各类电动车等 由于 NdFeB 永磁材料在功能、价格、产品可靠上比其它 10 磁体具有优势，它将逐步取代过去所有的 AlNiCo 和铁氧体永磁在电机中的部分应用，比如， NdFeB 单位体积输出功率高和铁氧体二者制成的电机，在相同体积的情况下，额定付出功率 NdFeB的电机可提高 30 50%，因此随着 NdFeB成本的下降，今后铁氧体和 AlNiCo 电机将有大 部分可被 NdFeB 电机所取代，前景非常乐观。全世界目前总产量在 15000 20000 吨左右， 在国际范围内，稀土永磁材料的科研、生产、应用都持续保持高速发展，这主要表现在：（ 1）永磁体性能发展快；（ 2）产量和产值发展快；（ 3）工艺设备更新换代速度快。 1975 年以来西方国家稀土永磁材料产量平均每年以 10% 20%的速度增长。 1985 年西方国家稀土永磁材料销售额已超过永磁材料总销售额的 1/3，达到近 3 亿美元。 1988 年日本稀土永磁产量已达 1200吨，产值已超过 360 亿日元（ 2 亿美元）。 时至今日，钕铁硼的发展仍 然引起人们的广泛关注，其主要原 因在于其具有综合优异磁性能、原材料资源丰富、不含战略金属 Co和 Ni、生产成本较低等优点，它已成为稀土永磁材料应用领域发展最快、产业化程度最高的高科技产业。自 1983年钕铁硼永磁材料问世以来，稀土永磁材料以更快的速度向前发展。钕铁硼的产量，全世界 1984 年仅为 32 吨，到 1994 年总产量达 4470 吨， 11年间增长 140 倍，平均年增长率高达 63。 1995 年以后，全世界仍以超过 23的平均年增长率迅速发展。 1998 年，全世界烧结钕铁硼年产量达到10090吨，我国生产 4100吨，占全世 界的 40。据预测，到 11 2012 年，全世界钕铁硼产量将达到 14.6 万吨，产值将达到83亿美元，市场极为广阔，发展意义重大。 （五） 产品市场预测 在当今信息社会里，计算机产业将成为世界头号产业。据报导， 1999 年国外个人计算机销售量就为 4000 万台， 2005年超过 8000万台。个人计算机的销售量在西方国家将维持 20%增长，而我国对电脑需求的增长远远超过 20%的增长率，计算机的发展带动了相关配套元件的发展，硬、软磁盘、光盘驱动器和打印机驱动头是西方使用 NdFeB 磁体最多的一个方面，每年用于计算机驱动器的 NdFeB 磁体约达 4000 吨，占 NdFeB磁体销售总量的 50%。因而 NdFeB磁体在电脑中硬盘驱动器及其在 VCM 上应用，将是 NdFeB永磁后延应用发展的重要方向。根据国内技术发展情况，预计 21世纪 “十 二 五”期间，计算机外围设备用音圈电机（ VCM）： 在国外占 NdFeB消耗量的 50%，为稀土永磁的最大用户。 汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器 ，而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。据报 道， 2005 年汽车传感器的市场为 61.7 亿美元（ 9.04 亿件产品），到 2012年将达到 84.5亿美元（ 12.68亿件），增长率为 6.5%（按美元计）和 7.0%（按产品件数计）。汽车传感器在汽车上主要用于发电机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。并且钕铁硼磁体也已经成功应用在点 12 火线圈、电动助转向、气囊传感器等汽车零部件中。随着汽车向低耗油和非汽油化发展，小型化和轻型化成为首要技术开发项目，其中采用新材料钕铁硼来提高功能和减少尺寸，将会加快钕铁硼磁体的发展。 13 第三章 项目负责人基本情况 （一） 项目负责人基本情况 xx， 自 1998年 进入东磁公司总经办工作， 1996年在东磁公司营销部工作， 1998 年 担任 东磁公司营销部经理；在东磁工作期间， 在他的努力下企业的销售收入逐渐上升，在他制定新销售方案对销售人员采取奖励制度，经过近两年的努力公司的销售收入日趋上升。销售客户已遍及全国各地乃至韩国、美国、日本等国家，为企业的发展做出了巨大的贡献。工作以来 至 2011 年 6月 在年产 800吨高工作温度稀土永磁体产业化项目中担当组长 (二 )项目推荐人 樊熊飞 ， 1964 年出生，经 济管理专业，清华大学工商管理硕士 ,高级经济师 ， xx 英洛华磁业有限公司总经理 。 教育、工作经历： 1981年参加工作，历任横店袜厂厂长，轻纺集团经营、开发部长。 1997年毕业于 xx工业大学经济管理系。 1995年 7 月调任横店集团稀土永磁材料总厂厂长。 2003.6 月 至今担任 xx英洛华磁业有限公司总经理。其间 2004.8 月参加清华大学高级职业经理学习，并取到结业证书。由他主持完成的 N52 高性能钕铁硼稀土永磁体列入金华市科技一等奖；高强韧与高稳定性稀土永磁材料的开发及产业化项目列入 xx 省重大科技项目；高 均一耐烧钕铁硼稀土永磁体项目列入 xx 省重点科研项目等；高性能烧结稀土永磁材料制备与性能研究项目被评为 xx省科技进步 14 一等奖。该同志已从事企业管理 30来年。在此年间，该同志曾多次被评为优秀厂长（经理）、优秀共产党员和东阳市工业企业守信用企业。 xx 英洛华磁业有限公司 2010 年产值591324308 元，税收 14754100 元，利润 6000 多万元。 2011年 1-7月产值 456255665元，税收 9432765元，利润 5000多万元。 （三）其他投资人情况 1、厉清平 ，男， 46 岁，大专， xx 东阳人，联系电话现居住在 xx 省东阳市横店丽景花园，东阳市亿力磁业有限公司总经理， 注册资本： 2000万 元 人民币 ，是重合同守信用单位，纳税超百万元企业，“成长型”企业，政府特别奖诚信企业，诚信民营企业，主要产品； 高尖端产品稀土永磁烧结钕铁硼系列产品 ， 2010 年产值 6500万元，税收204.2万元，利润 500 多万元。 2011年 1-7月产值 3810 万元，税收 138万元，利润 330多万元。 2、查建良 ，男 ， 39岁 ， 大专 ， 江苏省江阴市人，江阴苏鑫化纤有限公司总经理，江阴市祝塘镇工业开发区，主要产品：各种布料 ， 联 系电话： 2010年 企业实现销售 产值 8000 多万元，税收 200万元，利润 800 多万元。 2011年 1-7 月 实现销售 产值 6500 万元，税收 130 万元，利润 600多万元。 3、方国进 ， 男 ， 32岁 ， 大学 ， xx省东阳市南市街道槐堂寿塔头村人 南市街道团工委副书记，槐堂村团书记，村党支部委员，江北 xx碎布加工厂厂长，主要产品：塑料粒子加 15 工，联系电话 2010 年 企业实现 产值 6000 多万元，税收 15 万元（定税），利润 500多万元。 2011 年 1-7 月企业实现 产值 3600 万元，税收 10万元 （定 额 税 收 ） ，利润 300多万元。 （三）技术骨干 杜剑锋 ， 男， 1974年出生，毕业于南京大学机械设计专业，工程师 。 该同志是了省科技厅试制产品 N40SH、 N45、 N48、N38SH、 N38UH、 N52、 N40UH 稀土永磁体攻关项目课题负责人。参加了 N38UH高耐热钕铁硼磁体为国家重点新产品，纳米复合化学镀提高 NdFeB 抗腐蚀性研究项目为省重点科研项目已通过省科技厅的项目验收，高性能、高耐热电机用钕铁硼稀土永磁体为国家火炬项目，高强韧与高稳定性稀土永磁材料的开发及产业化项目为省重大科技专项项目，已通过 验收。N52高性能钕铁硼稀土永磁体被评为金华市科技进步一等奖； 第四章 项目的技术基础 （一） 技术特点，较现有技术的优势 高磁能积烧结 NdFeB 磁体的制备应以下面 三 条为原则 :(1)在保证有足够富 Nd 相的前提下 ,尽可能使磁体成分接近Nd2Fe14B正分成分 ,提高主相的比例。 (2)合金冶炼及随后的工艺过程中 ,应尽可能避免 -Fe、氧化物、碳化物等杂相的形成 ,确保富 Nd相的比例适宜 ,分布均匀。 (3)尽可能提高主相晶粒的取向度。为达到以上要求，我们对成分、工艺进行了大量 16 的改进。 实施本项目的 技术特点 如下： 1.成 分配方 制备高磁能积稀土永磁材料，应增大主相 Nd2Fe14B 的体积百分数，所以必须降低稀土含量， NdFeB三元合金的组成应接近 Nd2Fe14B 的化学计量组成。同时添加其它一些元素：取代元素 Dy 和掺杂元素 Cu、 Al、 Ga、 Nb、 Co 等，其总体原则就是少量多元的添加。取代元素主要提高主相的内禀特性，掺杂元素主要改进磁体的微结构。 2.速凝薄片铸造工艺（ SC） 若采用传统铸锭工艺，在铸锭中开始出现树枝状的 -Fe，总稀土含量越低，铸锭中的 -Fe 越多；且富 Nd 相在铸锭中分布很不均匀。因此本项目采用近年来发展的 速凝薄片铸造技术，来获得低 Nd含量的铸造组织。速凝薄片铸造工艺可得到成分均匀的速凝薄片和较好的微结构，且其微观结构远比通常铸造合金的结构小，其硬磁性相和富 Nd相弥散分布，这有利于合金氢爆后的细 麿 ，以改进磁体的烧结性，且没有偏析出 -Fe，如图 1 所示。 b a 17 图 1 速凝薄片光学照片 a)和扫描电镜自由面照片 b) 3氢爆（ HD）气流磨制粉工艺 HD制粉工艺是利用 Nd2Fe14B相和富 Nd相吸收 H2的膨胀程度不同，从而在 Nd2Fe14B 相和富 Nd 相交界处产生应力并形成裂纹，在接下来的气流磨过程中，很容易沿富 Nd相裂开，形成单晶颗粒。在气流磨制粉时严格控制磨室中的氧含量，以减少气流磨过程中磁粉的氧化。同时严格控制磁粉的平均粒度在 3.1 3.3um之间， 95%的磁粉粒度分布在 2 5um之间，如图 2、 3。在气流磨的同时加入一些添加剂，主要是助磨剂、防氧化剂、分散剂的混合物。其中分散剂的主要作用是减少气流磨中的超细粉；助磨剂起到提高气流磨的出粉速率的作用。这样降低了钕铁硼粉颗粒表面的缺陷和表面能，避免了合金粉的氧化、发热，有效地克服了传统制粉工艺的缺陷。 4压制成型工艺 通过向磁粉中加入润滑剂，降低压型时粉粒之间的 摩擦，并增大成型取向磁场到 2T，提高磁粉的取向度。而且本项目 18 中磁体的压制成型是在完全密封的手套箱中完成的，使磁粉隔离空气。一方面避免了因磁体氧化发热而着火的危险，另一方面又降低了最终磁体的氧含量。 图 2 甩带片氢爆后 SEM 照片 图 3 气流磨后磁粉 SEM 照片 5低温烧结工艺 烧结工艺对最终磁体的性能产生决定性的影响。本项目中采用较低的烧结温度 1040 1070之间烧结，采用低温烧结，最终磁体有更细的晶粒尺寸，矫顽力也更高。同时也避免了因高温烧结而导致晶粒的异常长大，使磁体的性能显著降低，如图 4 所示。 图 4 烧结磁体光学照片 a)N45 和 b)N52 20 m a 20 m b 19 6.提高磁体中主相的居里温度 通过添加 Co、 Nb、 Ga 来实现，同时可调节合金中 Co 含量使合金甩带更易于防氧化而使工业化生产成为可能。 对于永磁材料来说，其工作温度的变化趋势，是随居里温度的提高而提高，这是因为 居里温度 Tc 是该材料工作温度的理论极限 。提高居里温度是提高磁体工作温度的重要途径。我们实验中以 Nd1316Fe80.577.5B6.5母合金，用 030at%的 Co替代Fe。 当不添加 Co时， Tc 312，而在 Co含量为 0 10at范围 内， Tc随 Co含量的增加近似沿直线提高，每增加 1at%Co，Tc提高 10.9。 居里温度的提高，使磁体在较高温度下工作成为可能，而且可以降低温度系数。但同时发现，过量添加 Co 后，磁体的矫顽力降低，这是因为 元素 Co 除主要进入Nd2Fe14B 主相外还部分进入晶界，在晶界上形成了新相Nd(FeCo)2 和 Nd(FeCo)3 ，由于它们是软磁性相，在反向磁场下反磁化畴容易形核，降低磁体的矫顽力， 所以又需要综合添加提高矫顽力的合金元素，如 Dy、 Tb、 Cu、 Ga等。其中以CuCoNbGa联合添加为最优。 我们同时研究了 甩带合金中添加 Co 时防止氧化的作用Nd25Dy6Fe 余 CoxB1.03Al0.3Nb0.4Cu0.15,在 x=0 时，粉料在氧含量高的空气中暴露 3-10 分钟不氧化，在 X=2-2.5 时 ,可完全满足工业化大生产的批量作业 ,也基本符合文献报道的水平 ,在X=2.5-5、 Cu=0.25、 Ga=0.1-0.5时 ,可获得国外优异的热稳定性和磁性能 ,Br 13.0KGs,Hcj 25KOe,(BH)max 40MGOe,即40UH在 180时不可逆损失小于 3%。 20 7 增加磁体中主相的磁晶各向异性场 ,并添加 Zr-Nb-Al边界 相细化晶粒。 添加重稀土元素 Tb、 Dy，以部分替代 Nd，从而提高主相的 HA。这是因为 Tb2Fe14B和 Dy2Fe14B 的磁晶各向异性场远高于Nd2Fe14B。 Tb2Fe14B的磁晶各向异性是 Nd2Fe14B的 3 倍， Dy2Fe14B是 Nd2Fe14B 的 2倍。我们的研究表明，对于 (Nd1-xDyx)15Fe77.5B6.5合金，随 Dy含量的增加，磁体的矫顽力持续增大。 Dy含量从x 0增加到 0.2 时，矫顽力从 750 kA/m 提高到 1200 kA/m。随 Dy含量的进一步增加，矫顽力增大趋势变缓。相分析表明，当 x 0.10.2时，晶界存在 (NdDy)Fe2相，而 x 0.30.5时 , 磁体中存在 (NdDy)2Fe17相。 Dy含量少时， (NdDy)Fe2对矫顽力提高没有发现有害，这致使最初矫顽力上升很快。 Dy 含量高时，矫顽力提高较慢，是因为 (NdDy)2Fe17各向异性低，反磁化畴容易形核。 除此之外，发现 Dy可以细化晶粒，从而进一步提高磁体矫顽力。公司在细分晶粒方面，做了大量工作通过添加 Zr-Nb-Al 边界相使磁钢温度更高， Hcj 25-35KOe 更易实现，同时可节约 Dy-Tb的添加含量约 1-2%。 8 回火处理的 对磁体矫顽力影响及多级回火使磁钢热稳定性更好。 在保证烧结磁体主相颗粒细小均匀的基础上，经过回火处理可以显著提高磁体的矫顽力，这是因为回火处理回火过程中，原来存在于富 Nd 相中的 Fe原子向 Nd2Fe14B 主相扩散 , Nd2Fe14B 晶粒外延层的 Nd 向富 Nd 相扩散，结果是 Nd2Fe14B 主相晶粒外延层的成分和结构与 Nd2Fe14B 相的成分和结构趋向 21 一致 ,使 Nd2Fe14B 主相晶粒外延层发生磁硬化，提高主相其形核场。而且回火处理可以改善富 Nd相的成分，使其接近共晶富 Nd 相的成分，同时减少颗粒状富 Nd 相，增加沿晶界 分布薄层状富钕相的数量。同时可以改善晶间富钕相的分布，使富钕相更加均匀地分布在主相晶粒周围，发现回火温度在510时获得最佳磁性能。同时多级回火后，包括在 150-250间回火可增加磁体的热稳定性。 9、优化工艺 。 控制微结构，提高磁性能，采用双相合金和多相合金工艺。 10、针对国内外设备差异，我们提出了具体改进方案，如： 22 a. 在速凝甩带时，利用电磁搅拌使合金液成分均匀化，待合金液达到所要求的温度时，将合金液倒入中间包。中间包也与中频电源接通，以保证中间包内合金液维持恒定温度，同时要维持中间包内恒定的合金液 面，已一定速度和流量喷射到旋转的 Cu辊上，通过控制合金流量和铜辊速度，使厚带内不存在 -Fe相，不存在团块状富 Nd相，不存在细小的等轴晶区和非晶区，从而 使硬磁性相和富 Nd相弥散分布，薄带厚度和形状与国外接近。图 1扫描电镜组织形貌 a) 速凝薄片自由面 b) 气流磨后磁粉 图 1 扫描电镜组织形貌 b. 调整分级轮转速控制粉末的最大尺寸，而最小尺寸由可调的旋风分离器控制。 磁粉的平均粒度在 3.1 3.3um之间，95%的磁粉粒度分布在 2 5um 之间 , 如图 1b)所示。在气流b a b 23 磨的同时加入一些添加剂，如防氧化 剂，润滑剂等。防氧化剂的添加降低了最终磁体的氧含量，以提高磁体的剩磁和磁能积。润滑剂的作用是为了降低压型时粉粒之间的摩擦，有利于提高磁粉的取向度。 基于以上对成份和工艺对微结构及其磁性能的影响，我们通过 添加 Co 替代 Fe 来提高磁体的居里温度，添加 Dy、 Tb等重稀土元素提高主相的磁晶各向异性场，添加部分晶界元素 AlNbGa优化晶界、部分晶内元素细化晶粒，同时优化制造工艺获得细小均匀的显微组织，以提高反磁化畴的形核场。最终制备出牌号为 35EH、 38UH 的烧结 NdFeB 磁体，如图 2所示。 图 2 烧结 磁体光学照片 （二）项目创新点 1 低稀土含量，配方主元合金接近 Nd2Fe14B的化学计量，并通过少量多元的添加 Cu、 Al、 Ga、 Nb、 Co等元素润滑晶界，减少对剩磁的影响，并提高矫顽力。 a b 20 m 20 m 24 2、调整甩带铜轮转速，使甩带片内晶粒大小分布均匀一致。 3、严格控制各个工序的氧含量，在完全密封的条件下制备，防止磁粉氧化。 4、采用低温烧结，使最终磁体有更细的晶粒尺寸，避免晶粒的异常长大。 5、甩带中调节 Co 含量 ,使甩带合金化防止氧化 ,并使工业化大生产成为可能 ,通过 CoNbGa 的添加提高磁体中主相的居里温度。 可满足工业化大生产的批量生产粉料暴露 30分钟无明显影响。 6、添加 Zr-Nb-Al 边界相细化晶粒尺寸，提高 Hcj 和热稳定性，并减少 Dy、 Tb含量的比例为 1-2%。 7、采用多级回火工艺，包括 150-250间回火使磁体微观结构更稳定、热稳定性更佳。 8、采用双相合金工艺和多相合金工艺，实现高 Hcj和热稳定性。 主相：（ NdPrDy） 28.5wt%(FeCo) 余 B1.15wt% 液相合金 : （ 1）（ NdDy） 45 wt% (FeCo) 余 (M)2-4 wt% M=Cu、 Al、 Nb、 Ga （ 2） Co-Dy合金 （ 3） Co-Nd-Dy合金 25 第五章 建设方案 （一） 建设规模及产品方案 根据企业现状、发展目标及市场发展态势，本项目建设规模及产品方案为：建设年产吨高工作温度稀土永磁体 （ VCM及传感器等专用高档钕铁硼片式磁体） 生产线。具体产品方案 : 1、 N52系列磁钢年生产 330 吨 2、 N35EH、 N38UH 系列磁钢年生产 470 吨 （二） 项目建设内容 1、土建：新征 40 亩土地。新建厂房 3 幢约 24797 平方米 ，新建综合楼 3 层 约 5599.4 平方米。 2、设备：购置国内领先的真空熔炼炉、氢破设备、中碎机、双室烧结 炉、气流磨等生产设备及测试设备。 (三 )工艺技术及设备选型 （ 1） 工艺技术特点 本项目以高工作温度稀土永磁为主，采用国际先进的 SC工艺、 HD 工艺、一次成型工艺和连续烧结多级回火工艺、双合金及多合金添加 Zr-Nd-Al添加工艺等，使产品具有晶粒细小稀土含氧量明显降低等特点，注重磁体的微观结构控制和分析。具有工作温度高、优异的磁性能，是电子信息产品中的重要基础材料之一，有利于减小汽车电机的体积和重量，增加电机耐温性，提高电机使用效率。 （ 2） 工艺路线 生产过程分为 8 个工序： 26 熔炼工序； 制粉工序； 成型工序； 烧结工序； 切片 工序； 检验工序； （ 7）检分工序； （ 8）包装工序。 工艺流程示意图如下： 原 材 料 配 方 真 空 熔 炼 速 凝 甩 带 氢 破 二次气流磨制粉 包 装 入 库 检 分 切 片 磁性能检测 烧 结 取 向 成 型 27 （ 3）工艺流程概述： 采用 SC甩带技术、 HD氢破技术、一次成型技术、连续烧 结 在磁能积为 45MGOe 材料的成分基础上做进一步优化设计。降低稀土含量，在保持合适的富 Nd液相和足够的非磁性富 B 相的前题下，尽量提高主相 Nd2Fe14B所占体积百分数，进而提高材料的饱和 磁化强度和剩磁。 原材料进厂检验 主要检验各种原材料的纯度。 原材料中几种主要元素的含量应符合下列技术要求： C 0.05； O 0.03； S 0.03； P 0.03 原材料准备、配料 主要原材料金属钕（ Nd）、镝（ Dy）、镨（ Pr）、铝（ Al）、Zr、 Co、 Ga、纯铁等要求纯度大于 99，硼铁采用 17-20B%中硼铁。 配料前，原材料应妥善保管，防止氧化，并防止油、气和水等的污染。若已氧化 ,使用时要清除氧化物和杂质，配料计算和称料应准确。 熔炼工序 采用国产甩带 熔炼炉，解决 NdFeB 永磁材料生产中致命的 a Fe 析出问题，保证了高品位烧结材料的生产。由于稀土元素的化学性能活泼，容易氧化，因此熔炼需要在惰性气体保护状态下进行。当熔炼炉达到所要求的真空度后，开始送电，先用小功率预热，以便让原材料吸附的水份或其它气体排除。预热一定时间后，接着进行大功率熔化。 28 熔炼好的合金液采用自动旋转快速冷凝结晶器进行快速冷却，使合金液来不及偏析就冷却下来，这样可大大地抑制 a Fe 的析出 (树枝状），而且晶粒也不粗，是生产高耐热、高磁能积 NdFeB磁性材料的关键。 合金液经快速冷却浇铸后， 可得到成分准确、均匀、干净和柱状晶完全的板式合金锭，其厚度 0.3mm。 粗破碎、氢破碎、脱氢、气流磨 统称制粉工序。采用氮气全密封技术，氮气纯度99.995，加强工序检验，使氧含量降到 1000ppm 以下，为生产高性能 NdFeB 永磁材料提供了有力保障。 破碎前，要将合金锭表面的氧化皮清除掉。由于合金锭在破碎成小块或细小的粉末时，其热稳定性能要下降，因此在破碎时要采取氢破工艺，并同时使用添加防氧化剂和金属钴（ Co）适量添加技术，并在低氧密封生产线上进行，使微粉的保护更加有效，能生产出高品位的 NdFeB 材 料。 气流磨是在高速气流的推动下，使细破碎后的合金粒相互之间或与容器内壁发生滚动式撞击而进一步细化。气流磨制粉效率高，颗粒呈球状，表面光滑且缺陷少。气流磨制粉时所采用的高速气流是氮气，工作时要求氮气的纯度99.95%，通过调节进料速度、分选速度和分离器气流压力，达到减小颗粒粒径分布带的宽度的目的，且每一个颗粒都接近单晶体。这是磁材具有高矫顽力的关键。 磁场大脉冲取向与成型、等静压 采用目前先进的全密封自动成型压机，将制粉后符合要 29 求的 NdFeB 合金粉末在成型压机的模具上压制成一定形状的磁体压坯。采用大磁场 、大尺寸极柱的自动压机可保证产品的高取向度、一致性和均匀性。在工艺上，采用特殊取向模，使模腔磁场最大化。另添加磁粉润化剂，可使粉粒分散性、流动性进一步加强，从而达到提高取向度及产品性能的目的。 在低氧条件下，采用模压与等静压相结合的方式比单独模压取向效果好，自然产品的磁性能也好得多。 真空烧结 真空烧结是为了实现磁体的致密化。采用国产设备中最新开发的连续式真空烧结炉，确保炉腔内温度均匀，同一平面温度差别在 3内，极限真空 V 2 IO4Pa，压升率0.3Pa/m，本工序列磁体氧含量增加值 150ppm。 压坯是许多合金粉末颗粒的机械积体，它的相对密度仅有 60 70，其中内部的空隙很大，强度、磁性能也很低。经过烧结后，磁体的相对密度可增加到 94 98。烧结时，由于原子的扩散，使不同的粉末颗粒彼此熔合在一起而形成一个整体。采用先进的低温、细晶粒、长时间烧结的烧结工艺可为耐热磁体的生产奠定良好的基础。烧结后的磁体不仅致密度增加，它的机械强度、剩磁、矫顽力、磁能积等都大大地提高。 多级热处理 真空烧结后再进行热处理（回火），可有效提高磁体的磁性能，特别是矫顽力。在热处理过程中要控制热处理温度和冷却速度。多级处理可增强耐热磁体的热稳定性，大大减少 30 高温不可逆磁损失。 检测 选用国产的 CO 分析仪和粒度分布测试仪与光谱分析仪（ ICP）对 Nd、 Dy、 Fe、 B-Fe、 Nb-Fe、 Co等主要原材料进行分析后投料，选用中国计量院生产的永磁测试仪，进行耐温测试。并分工序进行工序检测和测试钢锭成分、粉料粒度分布、氧含量、粉料成份、碳含量等指标，使磁体生产有效可控。工艺要求安全可靠，确保高性能 NdFeB永磁材料的生 产。 切片 选用精密电磁切割机和高精度切片机及瓦型磨床，使企业能为市场终端用户提供了保证，并提高了产品附加值。 （ 10） 最终 检 验 、包装 产品最终检验，产品检验合格后按客户的要求进行包装 ，产品出库 。 （ 4） 设备选型及主要技术经济指标 设备选型原则 设备选型应能完全满足工艺的要求，对提高产品质量、减少废品率有较大的促进作用，以便更好地贯彻国家以上质量、上品种、上水平和提高经济效益为宗旨的“三上一提高”技改方针。 设备要求技术成熟、操作易学、维修方便，能适合批量生产的需求。特别是安全性能好，可有效防 护操作工人的人身安全和身心健康。 在保证产品质量的前提下，设备选型要尽量立足于国 31 内，并选用该行业先进的国产设备。设备要求技术含量高、性能优良。 优先选用国家有关部门推荐使用的节能、节材设备。 对保证产品质量上档次的关键设备、关键检测仪器从国外引进。 设备选型方案 熔炼设备 选用中北公司真空设备厂制造的真空甩带式熔炼炉，该炉的真空度、压升率等多项技术指标都位列国际同类设备中的前沿。它最大的优点是配备了国际最先进的自动旋转快速冷凝结晶器，使熔炼炉温度 1450，浇钢温度 1280，加快了合金液浇铸 后的冷却速度，有效地抑制了合金锭中 a Fe 的偏析，使合金中 Nd2Fe14B 的比例加大，且生产率高，成分均匀，晶粒细化，大大提高了产品的矫顽力，解决了 NdFeB磁性材料生产中重要的难题。 制粉设备 氢破工艺是目前国内先进的磁性材料破碎工艺，它是一种省工、省气的新工艺，可有效保护磁粉不被氧化，使磁粉中氧含量控制在 1000ppm 之下。选用武汉生产的低氧密封粗破制粉设备和北京新大科公司生产的气流磨设备。气流磨设备制粉后，可使 NdFeB 颗粒粒径集中分布在 3 5um 范围内，不存在大颗粒，使超细粉大大减少，从而得到高品 位的 NdFeB材料。 烧结设备 32 选用沈阳真空研究所生产的 300kg 真空烧结炉。该炉的优点是：采用了国内先进的两开门三段温控制方式，炉内温度均衡性能好，偏差为 1；采用二级真空系统控制真空度，抽气速度快，真空度和炉漏率都比较理想，真空度保证在 10-3Pa，可最大程度地减小氧化率，确保高性能磁体；密封性能好，炉漏率控制在 0.028pa/min，从而有效地控制烧结过程中氧的漏入，保证坯料不被氧化，生产效率高。 压型设备 为了提高产品的生产效率，同时也为了提高产品的合格率，减小中间损耗，本次项目选用 1 台 100t全 自动压机。利用该压机与 300mm等静压机配合使用，可大大提高磁体的取向效果。配置脉冲加直流充磁取向电磁铁，磁场大于等于30000De。 选用口径为 300mm 压力为 200MPa 的大等静压机，可生产 6 6 2的特大 NdFeB 磁块及极大尺寸的磁环、磁瓦等。 检测设备 为了提高产品质量，使各工序的产品能得到及时检测，本次改造是对日本日清公司产的粒度分布测试仪和美国 TJA公司生产的 ICP 光谱仪进行分析，在原有国产设备中进行技术改造。粒度测试仪主要测试气流磨制粉后粒度的分布情况，光谱仪主要进行磁体中各种化学 元素的分析。 机加工设备：使产品加工精度保持在 0.01mm，保证光洁度和平整度，为终端客户提供良好保障。 33 新增工艺设备一览表 序 号 设备名称 数量 (台 /套 ) 型号规格 设 备 制 造 商 1 真空熔炼炉 10 ZGS-0.03D 沈阳中北真空技术公司 2 氢破设备 2 XZHD-500 太原盛开源永磁设备公司 3 气流磨 6 QLMR-260T 新大科机电技术公司 4 双室烧结炉 15 VS-300RPA 沈阳中北真空技术公司 5 压 机 16 ZCY350LF-40 太原盛开源永磁设备 公司 6 无芯磨床 10 M1050A 无锡机床股份有限公司 7 等静压机 6 KJYS300 山西开源永磁有限公司 8 双端面磨床 5 M7620-A 金大地永磁设备公司 9 中碎机 6 CJMR-100X 型 北京新大科机电技术公司 10 甩带炉 3 VI-50R 沈阳中北真空技术公司 11 测试设备 2 AMT-4 锦州高新区双极电子有限公司 12 自动切片机 44 J5060C 宁波市江东启恒磁性机械厂 13 打磨机 6 300 吉林市新大科机电技术有限公司 14 充磁机 8 天津信盛机电设备有限公司 合 计 134 （ 5） 车间布置 本项目新建厂房二幢，即生产车间和包装、测试车间（含原材料及成品仓库）。其中： 生产车间一层布置生产设备，局部二层为车间办公； 包装、测试车间一层为原材料及成品仓库，二层局部为测试车间，其余二、三层为包装车间。 34 （三） 建设地点 本项目建设地点 拟在 xxxx 工业园区新征 40亩土地。 1 工程方案 本项目新建厂房二栋，即生产车间和包装、测试车间（含原材料及成品仓库）。 公司综合楼设有职能科室、生产调度室、研发中心、环保站和生活服务中心等。 （ 1） 新建厂房建筑设计说明 生产厂房的设计应满足生产工艺的要求，方便管理。建筑装立面、形体力求简洁、明快和大方，体现厂房的现代气势。 生产车间：为一栋长宽 84 40米，单层 (局部二层 )轻钢排架结构建筑，围护结构为砖墙，车间柱网 6 20 米，层高 8.5 米，车间生产的火灾危险性属丁类，建筑耐火等级为二级。车间设有安全出口多处，满足安全疏散要求。 包装、测试车间：为一栋长宽 84 24米（轴线尺寸，下同），三层钢筋砼框架结构建筑，底层层高 4.0米，其余层高 3.0米。设货运电梯二台。车间生产的火灾危险性属丁类 ，建筑耐火等级为二级。疏散楼梯均为封闭楼梯间，车间设有安全出口多处，满足安全疏散要求。 新增建筑物一览表 建（构）筑物 占地面积 建（构）筑面积 层数 幢数 备注 名称 （ m2） （ m2） 35 综合楼 1866.48 5599 3 1 钢筋混凝土框架 生产车间 13685 16685 1 1 轻钢排架 包装 、测试车间 3715.6 8112 3 1 钢筋混凝土框架 建筑物合计 19267.08 30396 （ 2）给排水 厂区给水采用生产、生活、消防合用制供水系统，管网以 DN200 在厂 区主干道 形成 环状铺设，各用水点 装设水表各自计量。本项目用水量为 50.7 吨 /天 ,全年 3.52 万吨。 厂区排水采用污水、雨水分流排水体制，雨水通过雨水管排入附近水系。生产过程中 不会产生工艺废水。 产生的废水主要是 冲洗水及生活污水 。通过厂区污水处理池处理，达到一级标准后排入城市污水管道。 每年产生废水量为 9500吨，处理达标后排放 8075 吨。 （ 3）供电 本项目装机容量为 3200KW，采用需要系数法进行负荷计算，配置变压器容量为 1600KVA。厂区最大负荷时