大型薄壁耐压铝合金壳体特种铸造技术可行性报告

XX省科技成果转化计划项目可行性报告项目名称：大型薄壁耐压铝合金壳体特种铸造技术 申报单位(盖章)：XX经济技术开发区XX合金铸造有限公司推荐部门(盖章)：XX市科技局申报日期：2008年1月20日申报单位联系人：XX联系电话：XX电子邮箱：XXXXXXXXX省科学技术厅制二八年一月一、总论1、项目背景大型薄壁耐压铝合金壳体铸件是高压超高压输变电设备的主要部件之一。我国是电力需求大国，输变电设备关系到保护电力资源，减少能源消耗和浪费，是我国 “十一五”国家规划重点开发能源和保护资源的重要项目之一。近年来，国外发达国家看好了我国输变电设备的市场，纷纷在我国投资兴建输变电设备企业。为了产品高质量要求，这些合资企业都是从国外进口大型、薄壁、耐压铝合金壳体进行装机，为了逐步实现国产化，在我国国内选择优秀的铝合金铸造厂家，提供高强度优质铝合金壳体。在我国，由于技术上的相对落后，目前对于大型铝合金铸件一般采用重力浇注法生产，产品质量很难保证要求，利用低压铸造法一般只能生产300以下的高性能的铝合金壳体。XX经济技术开发区XX合金铸造有限公司根据国内外市场的需要，自主研制开发了大型薄壁耐压铝合金壳体特种铸造技术，能够生产出具有国际先进水平的优质铝合金壳体铸件，为电力设备制造企业配套，例如为高压、超高压GIS断路器壳体，为西门子产品468-27495电流互感器配套的壳体等。同时还为航天、军工等企业配套生产高质量高性能的铝合金部件。2、项目可行性、成熟性和创新性大型、薄壁、耐压铝合金壳体特种铸造技术，是在低压铸造技术基础上，通过自主创新，一是改造普通低压铸造机的外型结构，研发了适合铸造大型铸件的横向开合铸型机构，使之能容纳下大型铸件的箱体；二是改变了低压铸造机控压系统，增设一个补充压力控制阀，提高了成型后的铝合金铸件内部组织的致密度；三是利用自主研制的精炼剂、清渣剂，削除了铝合金铸件中的微小气孔和氧化夹渣物，降低了针孔度，提高了铸件的抗拉强度和气密性；四是对高精度机加工铸件，特别是用于火箭发射台用的铝合金铸件，在利用数控加工的基础上，采用特殊的加工工艺，确保了加工尺寸高精度的要求。该项技术通过了省科技厅组织的科技成果鉴定，结论是通过自主创新，将低压铸造技术成功地应用在大型薄壁耐压铝合金壳体铸造，技术达到国际同类产品的先进水平，处于国内领先地位。获得XX市2007年科技进步一等奖。本公司产品大量地替代了进口，成为外资企业的首选。3、市场预测、计划目标和投入产出目前我国生产大型高压断路器的企业有十几家，多为合资企业，平均年需求铝合金铸件20多万吨，其中大型薄壁耐压铝合金壳体占10%以上，需求量的70%依靠进口。近几年需求量呈快速增长态势，而且 “十一五”期间我国的电网投资规模将翻番，其必然支撑高压开关设备市场容量持续扩大，预计年平均增速将超过“十五”后期30%的增速。目前，我国GIS进口及合资占8090%市场份额，“十一五”规划要求国产化率达到70%，故国内GIS高压开关具有巨大发展空间。我国专业铝合金铸造企业较少，多数为铸造企业的分厂或车间，技术水平相对落后，产品质量相对较差。我公司多年来从事铝合金铸造专业研究，为铝合金专业铸造企业。与中国航天科技集团所属的“十二所”、“十三所”、“二OO厂”等单位及平高电气、平高东芝、山东鲁能AE帕瓦、上海西门子等高压开关企业建立了良好的业务关系，公司的产品作为国内重点企业包括中外合资企业的“合格供方”被大批量使用，替代了进口产品，深受广大用户的好评。日本、德国等重点电气设备制造企业已向我公司提出大量的供货要求。同时，本公司被中国航天科技集团选定为“合格分承制方”， 优质的铝合金部件产品先后为“神舟”16号宇宙飞船和运载火箭发射台配套。目前为“神舟七号”飞船及运载火箭所需的高精度机加工的铝合金配件已经交付，并检验合格。目前本公司已具有年产大型薄壁耐压铝合金壳体铸件1000吨的规模生产能力，仅占国内市场需求量（国内年需求量约2万吨，70%以上需要进口）的5%。由于本公司技术先进，产品质量好，目前市场供不应求。项目目标，在现有年产1000吨的生产能力基础上，项目完成后，计划年产电力设备配套大型铸件1600吨，航天军工配套铸件400吨，实现合计年产2000吨的规模生产能力，同类产品国内市场占有率达到10%。企业人员总数需要280人，新增人员200人。项目投入产出，本项目预计总投资5000万元，现已完成投入资金2700万元，计划在今后三年内新增投资2300万元，扩大厂房、增加生产设备和检测设备，该项目完成后，可实现年产值9600万元，年工业增加值3500万元，净利润1100万元，上缴税金1300万元，出口创汇100万美元。新增投资计划在3年内全部收回。二、企业情况1、基本情况企业名称：XX经济技术开发区XX合金铸造有限公司通讯地址：XX省XX市鲅鱼圈区绿色工业园B区邮 编：XXXXX注册时间：XXXXX年XX月XX日注册资金：XXXX万元企业登记类型：有限责任公司2、企业人员及开发能力（1）法定代表人 XX：男，XXXX年出生，高级工程师，毕业于XXXX学院机械制造系。曾任XXXX电工附件厂厂长，XXXX合金总厂铸造分厂厂长等职务。XXXX年退休后，成立了XX经济技术开发区XX合金铸造有限公司，任法人代表。任XX电工附件厂厂长期间，主要从事电力设施所需各种附件的研究开发与生产销售，多项产品得到有关部门的奖励；任XX合金总厂铸造分厂厂长期间，专门从事各种合金铸件的生产，合金铸造技术一直处于国内先进水平；1995年成立XX经济技术开发区XX合金铸造有限公司，多年来，一直从事输变电设备所需的铝合金铸件的研究与产品开发，特别是对优质高强度铝合金铸件的开发取得了重大突破，所研发的“大型薄壁耐压铝合金壳体特种铸造技术特种铸造技术”列入2006年市科技攻关计划，2007年获XX市科技进步一等奖。 （2）项目负责人XX：高级工程师。毕业于XX工学院铸造专业。 “七五”期间，与郑州机械研究所铸造组合作，引进法国MGSF6断路器试制项目，共同研制高强度铝合金铸件，生产出我国第一批高强度铝合金铸件，填补了国内不能生产高强度优质铝合金铸件的空白。XXXX年任XX合金总厂铸造分厂厂长，研发出为我国输变电设备所需的优质高强度铝合金铸件，为我国电力能源的发展做出了突出贡献。XXXX年，受聘XX经济技术开发区XX合金铸造有限公司，任副总经理兼总工程师，继续为输变电行业提供优质的高强度铝合金铸件。XXXX年与厂内技术人员一起，研制开发出用于“神舟一号”飞船的发射转台及运载火箭等航天产品及其它军工产品的零部件，为“神舟五号”“神舟六号”载人飞船的研制及成功发射做出了卓越贡献。2006年上半年“神舟七号”飞船的产品已经在中国航天科技集团交验合格。 近年来，在研究开发大型薄壁耐压铝合金壳体特种铸造技术方面取得了丰硕成果，在原低压铸造工艺只能铸出50kg铝合金铸件的基础上，对设备和工艺进行改造，能铸出500kg以上的大型、薄壁、耐压铝合金壳体。该项技术获XX市2007年科技进步一等奖。（3）企业人员基本情况企业现有员工XX人，其中大专以上毕业的XX人，中等专业毕业XX人；主要管理人员XX人，其中XX人大专以上毕业，XX人中专毕业。具有高级技术职称XX人，中级技术职称XX人。（4）新产品开发能力2007年销售收入近5000万元，企业在新产品开发上新增投资500万元，其中60%用于购买先进设备，40%用于新产品研究与开发，企业研发投入占企业年销售收入比例10。本公司围绕项目研发，与清华大学合作，由中科院院士曾大本教授作技术指导，并聘请了具有丰富经验的铝合金铸造专家、热处理专家和机械、电子、材料等学科领域的高级工程师，成立了企业科研中心，确保项目的顺利完成。 （5）公司不断加强科学管理，企业通过ISO9001质量管理体系认证，企业信用等级为AAA，被评为市“明星企业”、“质量信誉单位”。 本公司以“开启现代科技、铸就世界精品”作为研发中心的战略目标，不断提高产品质量，加强技术研究，进一步为我国汽车工业、电力设备、仪器仪表等行业，以及航天、航空、舰船等军工领域做出贡献。三、项目的技术可行性和成熟度分析1项目的技术可行性分析高强度铝合金与其它合金比较，具有比重小，塑性高，有良好的导电性和导热性，抗腐蚀性能力强的特点。因此被广泛应用在汽车工业、电力设备、仪器、仪表等行业，以及航天、航空、舰船等军事领域。目前国内铸造厂家比较多，大多是铸钢、铸铁厂，铝合金铸造只是这些厂中的一个分厂或一个车间，专业铝合金铸造厂家很少，能生产出高强度优质铝合金铸件的厂家更是少之又少，因为这些厂家生产的铝合金铸件，大都采用普通低压铸造和重力浇注的方法。普通低压铸造，由于充型压力较低（0.5-0.7MPa）和机身外型和的限制，不能生产较大的铝合金铸件，目前国内一般只能生产质量在200千克以下、高度小于300的铝合金壳体铸件。对于大型铝合金壳体一般采用重力铸造，由于铝液凝固成形过程中，只靠铝液在铸件型腔中的落差压，没有外力作用，因此，成型后的铝合金壳体内部组织不够致密，各项物理性能（如抗拉强度、伸长率及铸件的气密性）达不到要求。因此，对于输变电设备上的铝合金铸件的高强度（破坏性试压大于3.45106 Pa）、优质(无氧化夹渣物、无气旋、无缩松、高强度、低针孔度)的要求很难达到，一些大型薄壁铝合金壳体无法生产，只能从国外进口。本公司在低压铸造技术基础上，自主研发的大型薄壁耐压铝合金壳体特种铸造技术，从铸件的外型（如大小、壁厚等）、铸件的内部质量（如针孔度、密实度）及精加工等几个方面进行综合研究，并取得了重大的科研成果。本项目的技术创新点在于：一是对低压铸造机进行改造。首先改造低压铸造机的外型结构，使之能容纳下较大铸件的箱体；其次，由于大型或薄壁铝合金壳体，对充型压力有很高的要求，如果压力过大，充型速度太快，壳体铸件型腔内气体排除不及时，会在铸件上部造成涡气，形成气旋；压力过小，充型速度太慢，铝液尚没充满型腔，便凝固了，造成铸件浇不足的缺陷，于是我公司改变了低压铸造机一次给压的结构，增加了补充压力阀，并根据不同的铸件形状和特点，来控制加压的速度和压力，使同一铸件在整个凝固过程中，一直在同一压力下凝固成型，提高了成型后的铝合金铸件内部组织的致密度。二是对铝液的质量的控制。铝液的纯净度是铝合金铸件质量的关键。铝在空气环境中熔化，极易吸入空气中的潮气，使铝液中含气体，这些气体在铸件凝固时析出，在铸件中形成类似针孔大小的气孔；又由于铝是酸、碱两性元素，在与空气接触过程中，极易氧化，生成三氧化二铝，形成氧化皮，悬浮在铝液中，凝固在铝合金铸件中造成氧化夹渣。为了解决上述问题，我们精心研制的精炼剂，克服比重、浮力等因素，通过精炼剂的颗粒在铝液中上浮，将铝液中的气体携带上来，我们又研制了清渣剂，通过清渣剂对渣铝进行分离，清除铝液中的氧化夹渣物，这样，就削除了铝合金铸件中的氧化夹渣物，降低了针孔度，提高了铸件的抗拉强度和气密性。三是对铸件机加工精度的控制。由于“神舟号”飞船的发射系统及运载火箭对铝合金铸件的高精度要求，即使采用现在最先进的数控加工机床来加工，也无法保证其精度要求，为了解决这一难题，我公司在数控加工的基础上，在加工工序上做了创新的工艺措施，确保了加工尺寸高精度的要求。2、项目的成熟度分析本公司通过对低压铸造机的改造和铸造工艺的改进，已经解决了大型薄壁铝合金壳体铸件的成型问题；对铝液的净化及热处理，解决了内部质量问题；对机加工工艺的改进，满足了军工产品对铝合金铸件加工的高、精、尖要求。该项技术的工艺规程，技术指标、技术参数、操作程序等都已基本定型。本公司研发的“大型薄壁耐压铝合金壳体特种铸造技术”2006年列入XX市科技攻关计划，2007年通过省科技厅组织的科技成果鉴定，专家鉴定意见为，通过自主创新，将低压铸造技术成功地应用在大型薄壁耐压铝合金壳体铸造，技术国内领先，利用该技术生产的产品质量达到国际同类产品的先进水平。该项成果2007年获得XX市科技进步一等奖。本公司生产的大型薄壁耐压铝合金壳体铸件，被国内平高电气、平高东芝、山东鲁能AE帕瓦、上海西门子等知名企业作为“合格供方”，大批量使用，替代了进口产品，深受广大用户的好评。本公司还被中国航天科技集团指定为“合格分承制方”，由本公司为神州飞船及火箭发射装置配套高性能铝合金部件。日本、德国等重点电气设备制造企业已向我公司提出大量的供货要求。目前本公司已形成年产1000吨的规模生产能力，国内市场占有率近5%。由于本公司技术先进，产品质量好，目前市场供不应求。3、产品主要技术性能指标（1）铸件尺寸指标（按图纸要求）最大外廓尺寸16001600mm，最大高度1810mm，最大直径1600mm，最大单体重量500Kg。（2）铝合金铸件化学元素指标ZL101：主元素：Si6.5-7.5%、Mg0.25-0.45%、余量Al杂 质：Fe0.5%、Cu0.2%、Zn0.3%、Mn0.35%、Ti+Zr0.25%、Be0.1%、Sn0.01%、Ph0.05%、杂质总和1.1%ZL101A：主元素：Si6.5-7.5%、Mg0.25-0.45%、Ti0.08-0.20%、余量Al杂 质：Fe0.2%、Cu0.1%、Zn0.1%、Mn0.1%、Zr0.2%、Sn0.01%、Ph0.03%、杂质总和0.7%（3）铝合金铸件物理性能指标ZL101:T6处理，抗拉强度225MPa、伸长率1%、布氏硬度70ZL101A:T6处理，抗拉强度275MPa、伸长率2%、布氏硬度80（4）铝合金铸件气密性检验指标水压试验 1.44MPa (20表压)SF6气密测试 0.6MPa (20表压)破坏性试验 3.45MPa (20表压) 3、知识产权情况公司长期以来，与清华大学进行技术合作，保持良好的合作关系，在技术开发方面得到清华大学的支持。本项技术由本公司自主研发，已申报国家专利（专利名称低压铸造机开合铸型机构，专利申请号200820010562.4），具有自主知识产权。四、项目产品市场分析 1.本项目产品的主要用途高强度大型薄壁铝合金壳体主要用于输变电设备110千伏、220千伏、550千伏、750千伏超高压SF6断路器上，是该设备上的关键配件。要求该壳体耐高压、不渗漏，确保SF6断路器20年不大修、30年不渗漏的优质特点。由于电力工业在以每年30%以上的速度突飞猛进的发展，为电力设备配套的断路器等大型铝合金壳体铸件相应的增加，全国大型生产高压断路器的企业至少有十几个，平均每年需要铝合金铸件20多万吨，特别是大型薄壁铝合金壳体铸件，更是各企业急需的产品。近年来，随着航天、航空等军工企业和交通、化工等领域的快速发展，由于铝合金铸件具有比重轻，塑性高，有良好的导电性和导热性，抗腐蚀性能力强的特点，需求量在逐年增加，应用范围逐年扩大。2.目前主要使用领域的需求量、未来市场预测目前全国大型生产高压断路器的企业至少有十几个，平均每年需要铝合金铸件20多万吨，特别是大型薄壁铝合金壳体铸件，更是市场急需的产品，占铝合金铸件的10%左右。国内虽有很多铝合金铸造厂家在生产，多数采用砂型重力浇注成型的，产品质量相对较差，满足不了电力设备对高性能的大型铝合金壳体铸件的要求，而我厂采用改进的低压铸造特殊工艺技术，生产出的铸件抗拉强度高、延伸性好，防渗漏，深受广大用户的好评。目前进行输变电设备生产的外资企业急需大型薄壁铝合金壳体，除部分进口外，同时组织实施国产化，我公司生产的大型薄壁铝合金壳体的技术水平，已达到世界先进水平，成为外资企业的首选。山东鲁能AE帕瓦、平高东芝、上海西门子电气等外资企业利用我厂生产的铝合合金壳体已部分取代了进口件。因此，我厂生产的大型薄壁优质铝合金壳体，技术含量高，质量有保证，市场前景好。项目完成后，生产能力可扩大到年产2000吨规模，市场占有率可达到10%，不仅可以供给国内输变电设备企业，替代进口，还可以打入国际市场，出口创汇。目前已有日本、德国等企业要求我公司供货。五、项目计划及考核目标本项目计划三年内完成，计划在已完成投入资金2700万元基础上，计划新增投资2300万元。2008年，新增投资1000万元，年生产能力达到1400吨，2009年再新增投资1000万元，年生产能力达到1800吨，2010年再新增投资300万元，年生产能力达到2000吨，其中电力设备配套大型铸件占80%以上，航天、舰船等军工配套铸件占20%左右，国内同类产品市场占有率达到10%。企业人员总数由目前的80人增加到280人。项目完成后，可实现年产值9600万元，年工业增加值3400万元，净利润1100万元，税金1300万元，出口创汇100万美元。新增投资计划在3年内全部收回。六、项目实施方案1、项目技术方案对低压铸造机进行改造，首先改造低压铸造机的外型结构，使之能容纳下较大铸件的箱体；其次，改变了低压铸造机的气控系统、升液充型系统、压力控制系统，根据不同的铸件形状和特点，控制加压的速度和压力，保证成型后的铝合金壳体内部组织的致密度。对铝液的纯净度处理，利用自主研制的铝液精炼剂和清渣剂，清除铝合金壳体中的氧化夹渣物，降低了针孔度，提高了气密性。改进铝合金壳体热处理工艺，提高了铝合金壳体的各项机械性能。在机加工方面，利用数控加工，在加工工序上采用自主创新的工艺措施，确保加工尺寸高精度的要求。2、项目生产方案由技术部负责组织项目的研究开发方案，对进一步扩大规模的总体工程设计，根据市场需要，选择国内外不同的质量标准制定生产工艺，指导生产；生产部负责设备的改造，安装调试，依据设计的生产工艺、技术要求组织试验和生产；经营部负责项目需要的设备引进，原材料的采购供应；在扩大国内市场的同时，积极开发国际销售市场，并作好售后服务工作；质保部负责对引进设备的检验验收，对采购的原材料质量监测，对产品质量跟踪检测，保证出厂产品质量。3、项目营销方案由于我厂是铝合金铸件专业生产企业，有比较广泛的铝合金铸件应用用户，近年来对大型薄壁优质铝合金铸件的市场进行了大量调研，掌握了大量的需求用户，并将试制的产品应用到这些企业，由于技术水平的先进，产品质量的提升，已赢得了一些大客户的好评。在现有基础上，进一步加大市场开发力度，不仅立足于国内市场，替代进口产品，还要利用各种渠道，与国外用户联系，建立国内外销售网络，将产品打入国际市场。七、投资预算与资金筹措1、投资预算大型薄壁耐压铝合金壳体特种铸造技术项目，总共计划投资5000万元，现已完成投资2700万元。本项目在新的计划执行期内，预计新增投资2300万元，其中新增固定资产投资1740万元，新增流动资金560万元。详见固定资产投资估算表和流动资金估算表。新增固定资产投资估算表一、房屋及建筑物数量单位金额（万元）土地使用权21800平方米268厂房8000平方米600办公楼1540平方米138车库、职工休息室、门卫280平方米19.2前期工程费及配套费32.8水、电及配套费67厂区水暖绿化45小计1170二、设备、仪器低压铸造机设计改造4台30砂处理设备1套48大型热处理炉3台68大型抛丸机1台16800数控车床1台30数控铣床1台36数控镗床1台45130大型数显镗床1台85 精炼除气装置1套18 X射线时实成像检测设备1套68 氦气检漏装置1套64 其它仪器、设备等52小计570 合计1740 新增流动资产投资估算表 单位：（万元）项目名称金额备注人员工资72新增200人市场开发费28验收认证费40业务费24能源材料费385其它流动资金11新增流动资金合计5602、资金使用计划本项目新增资金主要用于扩大生产规模所用厂房建设，新进主要生产设备和检测设备，补充流动资金。详细资金使用计划见固定资产投资估算表和流动资金估算表。申请省科技成果转化经费100万元，使用计划如下表。成果转化经费使用计划表 单位：万元合计人员费用调研培训费用公务费用设备购置费用能源材料费用建安工程业务费用验收鉴定费用其它费用10055601051053、资金筹措项目计划新增投资2300万元，其中自筹资金2200万元，申请省科技成果转化经费100万元。八、经济、社会效益分析项目完成后，将实现大型薄壁耐压铝合金壳体铸件年生产能力2000吨，其中高压输变电断路器用铝合金部件1600吨，航天飞船、运载火箭、舰船等军工用铝合金部件400吨。1、经济效益分析生产成本与费用估算：原材料及燃料动力消耗、工资及附加费在公司目前实际水平基础上估算；固定资产折旧费采用年限平均法计算，残值率5%，综合折旧年限15年；固定资产修理费按折旧费的30%计算；本项目的生产成本与费用估算为7000万元销售收入估算：以目前产品市场价格，高压输变电断路器用铝合金部件，每吨平均售价4.5万元；航天飞船、运载火箭用铝合金部件，每吨平均售价6万元。年实现产品销售收入（不含税）估算为9600万元。增值税税率17%，年实现增值税估算为400万元。产品销售税金及附加包括城市维护建设税按增值税额的7%估算；教育费附加（含地方教育税）按增值税额的4%估算。年实现销售税金及附加估算为50万元。年实现利润总额估算为2300万元。所得税按利润总额的33%估算为800万元。估值结果：项目完成后，年销售收入为9600万元，工业增加值3400万元，年上缴增值税400万元，年上缴产品销售税金及附加50万元，年利润总额2300万元，年上缴所得税800万元，净利润1100万元，上缴税金1300万元。可实现出口创汇100万美元。新增投资3年内可以全部收回。2、社会效益分析（1）本项目新增就业岗位120个。对维护地区社会稳定，增加职工收入，提高居民生活水平，创建和谐社会都有着积极的作用。（2）总资产贡献率：利润总额2300万元，增值税400万元，销售税金及附加50万元，所得税800万元，平均资产总额13000万元。总资产贡献率27%。（3）社会贡献率：工资及附加费900万元，税金总额1300万元，净利润1100万元，平均资产总额13000万元。社会贡献率25%。（4）企业对国家的贡献率：税金总额1300万元，平均资产总额13000万元。企业对国家的贡献率10%。本项目对周边地区经济环境、社会环境、自然环境无不良影响。九、项目风险分析与控制本项目在技术方面，经过近5年的研究攻关，现以基本解决了低压铸造在大型薄壁耐压铝合金壳体生产的技术问题，技术国内领先，产品达到国际先进水平，得到用户的好评。完全可以达到国家标准，也可以按照国际标准实施。目前在国内电力设备企业，包括外资企业已大量使用，替代进口产品。同时本公司被航天科技集团指定为合格分承制方单位，产品用于神舟号飞船和火箭发射系统。技术可靠，具有自主知识产权。在市场方面，目前年产能力近1000吨，产品主要在国内重点知名的大型电力设备企业和外资企业应用，目前产品供不应求，日本的东芝电气、德国西门子电气等国外企业通过在中国的合资企业使用的良好效果，也前来要求为国外企业供货，国外的需求空间很大。我们要加强国内外市场的销售网络建设，进一步扩大市场的占有率，争取在三年内加大投入，扩大生产规模，产能翻一番，达到年产2000吨的生产能力。