1、钛及钛合金材料的产业化可行性研究报告钛及钛合金材料的产业化可行性研究报告第一章 总论1.1 项目名称与项目承办单位1.1.1项目名称钛及钛合金材料的产业化项目1.1.2承办单位公司名称： 沙洋特种金属有限公司项目建设地点：沙洋金谷工业园1.2 编制依据及研究工作范围1.2.1 编制依据（1）关于“钛及钛合金材料”的报告（2）钛及钛合金材料建设项目环境影响申请报告书及财务评价基础资料（3）经济分析参考建设项目经济评价方法与参数及工业企业技术改造项目经济评价方法（4）有色金属（钛）生产质量管理规范（5）产品生产工艺规程要点等资料1.2.2 研究工作范围本报告论述了钛合金材料生产项目建设的必要性和市
2、场需求预测，分析了落实项目建设的条件，提出工程技术方案提出工程设计初步方案，并进行项目投资估算，确定产品成本，对本项目进行初步经济效益测算。提出环保、节能、消防和劳动安全措施。本项目按一次总体布局规划，分期进行建设。第一期以钛及其合金锭和棒材为主；第二期以管材和板材为主；第三期进行其他后续建设。第一期建设为重点，规划设计熔炼车间、锻造车间、棒材轧制车间、机加工车间、研发中心、理化中心、水处理车间、进出货货柜平台、综合办公楼和生活区等。 1.2.3 编制原则（1）厂区总平面布置和生产车间按“一次规划分期实施”的原则进行，在满足一期项目生产规模的同时，为二期生产发展留有余地，为三期生产预先开发。（
3、2）严格按照国家工业管理单位的要求进行设计。车间内部工艺布置合理、生产设备先进、人流物流通道布局合理、厂房土建、水处理满足洁净要求。厂房外形整洁美观，体现现代高新技术生产企业的形象。（3）遵循现行消防、劳动、安全、卫生、环保等有关规范，重视劳动保护和三废治理。（4）选用先进、高效、符合国际要求的生产设备，关键主要设备由国外进口，使本项目建设、生产达到国际先进水平。1.3 企业概况本项目拟采用目前先进的布料混料技术、熔炼技术、开坯技术、精锻技术进行钛锭和钛棒的生产。该企业注册资金1380万美元，占地300亩，设计建筑面积145000平方米，主要包括以下各功能区域：熔炼区、生产区、研发中心、理化中
4、心、行政办公区、生活区等，是优良的先进钛及钛合金材料生产基地；另700亩，为第二至第三期的深加工发展预留地。项目整体布局紧紧围绕国际先进技术的核心思想及一流的技术人员的引进与培育的理念规划、管理、设计，使其成为国内最佳的生产基地。1.4 主要内容和结论（1）产品方案与生产规模拟定的生产规模是在广泛市场调研基础上确定的，本公司所采用的“真空电子束炉”具有能使任何形状物料，可连续铸造，金属成份易掌控，产能高、能耗低， 产品生产工艺成熟，实可以补国内钛工业之不足，原辅料易得，厂区设计公用系统及配套设施齐全。公司技术团队结合台湾、美国、德国、乌克兰、罗马尼亚、俄罗斯等多位钛金属技术菁英，可确保产品的质
5、量达到国际先进水平，量产后不只供应亚太地区更进而进军国际市场，市场前景十分广阔。因此确定计划生产进度。（2）本项目生产计划：一期年产钛棒9000吨。二期年产钛板6000吨。（3） 建设条件本项目拟征土地1000亩，在厂区内将完成了道路电力通讯水等基础设施建设。本项目所需大部份原辅材料、包装材料等已有洽定长期供货单位。厂址自然条件、地理位置、交通运输及当地施工协作条件对本项目都需有利。（4）环境评价本项目加强三废治理，注重防火、防爆、防尘、防噪音等措施，不会对厂区周围造成污染。结合厂址所在地的自然景观，将本项目建设成环境优美的现代化工业园区。（5）投资估算和经济效益本项目总投资24000万美元，
6、其中：建设投资19802万美元，流动资金3985万美元，建设期利息213万美元。项目达产后， 预计正常年营业收入53813万美元，年利润总额26767万美元，企业将获得较好的经济效益。主要财务指标详见下表：序号项目单位数值备注1项目投资财务内部收益率%73.46%所得税前%61.13%所得税后2项目资本金财务内部收益率%67.10%3项目投资财务净现值万美元91701所得税前万美元66633所得税后4资本金利润率%158.13%总平均5投资利润率%111.53%总平均6投资利税率%122.81%总平均7投资回收期年3.67所得税前年3.93所得税后8资产负债率%17%第3年9流动比率%1378
7、%第3年10速动比率%1239%第3年11盈亏平衡点%28%第3年（6）综合评价a. 产品方案合理，建设规模合适，产品市场前景广阔，并为国内空白产业。b. 三废治理、消防和劳动安全、卫生等措施落实，项目建设条件好。c. 通过与其它资方协商达成协议，所需资金用款计划基本落实。d. 企业将实现较好的经济效益和社会效益。第二章 项目背景及建设的必要性功能材料是以物理性能为主的工程材料，即在电、磁、声、光、热等方面具有的特殊性质， 或在其作用下表现出特殊功能的材料。对钛和钛合金的研究已发现其有三种特殊功能有应用前途：1. 记忆功能：钛镍合金在一定环境温度下具有单向、双向和全方位的记忆效应，被公认是最佳
8、记忆合金。在工程上做管接头用于战斗机的油压系统；石油联合企业的输油管路系统；直径0.5mm丝做成的直径500mm抛物网状天线用于宇航飞行器上；在医学工程上用于制作鼾症治疗；制成螺丝钉用于骨折愈合等。上述应用均获得了明显效果。2. 超导功能：铌钛合金在温度低于临界温度时，呈现出零电阻的超导功能。3. 储氢功能：钛铁合金具有吸氢的特性，把大量的氢安全的储存起来，在一定的环境中又把氢释放出来。这在氢气分离、氢气净化、氢气储存及运输、制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面应用很有前途。钛有其十大性能：1. 密度小、比强度高：金属钛的密度为4.51gcm3，高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度高于铝合金和高强合
9、金钢。2. 弹性模量低：钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa，为钢的57%。3. 导热系数小：金属钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。4. 抗拉强度与其屈服强度接近：钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成形时的回弹能力大。5. 无磁性、无毒性：钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相容性，所以被医疗界采用。6. 抗阻尼性能强：金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动组件和
10、高级音响扬声器的振动薄膜等。7. 耐热性能好：新型钛合金可在600或更高的温度下长期使用。8. 耐低温性能好：钛合金TA7 （Ti5AI2.5Sn），TC4 （Ti6AI4V）和Ti2.5Zr1.5Mo等为代表的低温钛合金，其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大。在196253低温下保持较好的延性及轫性，避免了金属的冷脆性，是低温容器，储箱等设备的理想材料。9. 吸气功能：钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。10. 耐腐蚀性能：钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介
11、质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315以下钛的氧化膜始终保持这一特性。为了钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术，对钛的氧化膜起到了增强保护性作用，获得了所希望的耐腐蚀效果。针对在硫酸、盐酸、甲氨溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出钛钼、钛钯、钛钼镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛32钼合金
12、，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛0.3钼0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛0.2钯合金，均获得很好的使用效果。综上所述，我国经济持续发展钛必然会有现实的、不断增加的市场需求。钛及其合金是国防、高新技术领域和许多重要民用部门不可缺少的关键材料。本项目拟定的生产规模是在广泛市场调研基础上确定的，本项目所采用“真空电子束炉”具有能使任何形状物料，可连续铸造，金属成份易掌控，产能高、低耗能，产品生产工艺成熟，原物料易得，厂区设计公用系统及配套设施齐全。本技术团队结合台湾、美国、德国、乌克兰、罗马尼亚、俄罗斯等多位钛金属技术菁英，可确保产品的质量达到国际先进水平，量产后不只供应亚太地区，更进而进军
13、国际市场，市场前景十分广阔。第三章 需求预测总体来说，钛材料的应用与社会发展状况密切相关，社会越发达，现代化程度越高，用钛量就越大。得益于我国经济的长期快速发展，钛加工材的生产量也呈现快速增长的状态。2001年，钛加工材的增长率为27%，2002年的增长率则为13.4%。我们预计，在近期的510年内，我国的钛加工材的年产量依旧将以两位数字增长。钛及其合金具有抗腐蚀（在海水中的腐蚀速率近于零），高比强度，低温强度好，无磁性，生物相容性好，还具备形状记忆和超导等优异性能而具有广泛的用途。一般地说，一个社会越发达，用钛量就越大。人们通常用钛与钢用量比来衡量这一点，如美国的钢比都在万分之二左右，而我国
14、的钛钢比仅万分之零点三左右。这说明，随着国家经济的发展，我国有一个很大的钛应用潜在市场。得益于国民经济持续快速成长，化工、冶金、电力、真空制盐、生物制药、航空航天、船舶、体育休闲（高尔夫、眼镜、手表、钢笔）等。化工是我国迅速发展的产业部门，也是用钛的第一大领域。钛在这个领域的用钛实例如：氯碱行业用钛做电极的离子膜电解槽，纯碱业中钛质外冷器和氨冷凝器，石化业中精对笨二甲酸（PTA）生产用的全钛冷凝器，醋酸回收塔等，焦化行业的脱酸塔，板式换热器等。随着化学工业的发展，对钛的需求将会持续增加。真空制盐是我国用钛最成功的领域之一，其新建及改造项目将保持对钛的强劲需求。目前，我国进入了新一轮电站建设高峰
15、期，海滨电厂的全钛冷凝机组将有近千吨年的用钛需求。随着人们生活水平的提高，体育休闲业的高尔夫球杆、钛眼镜架、钛手表、钛钢笔、钛自行车等产品将保持对钛的旺盛需求。以国家大剧院钛屋顶为标志，建筑业也开始用钛，汽车业也将逐步用钛。近期，我国将重点发展的海洋产业中，海洋石油天然气开发、海水养殖、海水淡化等产业都对钛有很大的需求。生物医学材料，形状记忆合金和超导等高技术领域对钛的需求也会不日而增。综上所述，我国经济持续发展对钛必然会有现实的、不断增加的市场需求。钛及其合金是国防，高新技术领域和许多重要民用部门不可缺少的关键材料。本项目所引进的技术团队及生产设备是目前国内绝无仅有的，也是东南亚地区屈指可数
16、的先进技术与设备；本项目的投产不仅能促进国内钛业的成长，更能带动国内钛业与国际的先进技术、高质量相接轨。第四章 产品方案与生产规模4.1 产品方案的确定本项目主要从事生产有关各种钛及其合金的高科技钛锭、棒、管、板、箔、线、环，及其相关之周边科技产品及相关配套包装与设备。以提高国内特殊金属冶炼的生产水平，使产品达到与世界接轨的标准。本项目生产所需的设备为世界钛业界及冶金专家共认最适合熔炼的真空电子束熔炼炉。先进的布料、混料生产线。配套、先进的10吨、3吨真空自耗电弧炉。先进的开坯快锻机。先进的精锻机。4.2 规划与规模1）第一期规划见下表材质别规格（单位m/m）月产量（单位Tons）年产量（单位
17、Tons）16AI-4V-Ti600L5004048026AI-4V-Ti400L10004048036AI-4V-Ti200L1200180216046AI-4V-Ti100L15006072056AI-4V-Ti1728L607206Cp-Ti800L500809607Cp-Ti400L1000809608Cp-Ti200L1200607209Cp-Ti100L15005060010Cp-Ti1732L1201001200合 计7509000本计划系以三班制，早班八小时，晚班八小时，大夜班八小时，每年共280天工作日生产计划。计划于厂区增设精密铸造设备，开发高科技产品，将制程合理化，以生产
18、高附加价值之产品，并迎合石化、化工产业成长。建立生产器材使用周期费 （Life Cycle Cost） 时代观念使用高耐蚀性钛材未必较使用其它材质成本高之正确观念。减少化学、石化工业的灾害、减少替换零组件，降低生产成本以提升产能。2）第二期规划，将进入管材、板材等产品的生产。第五章 工艺技术方案5.1 钛锭生产工艺流程钛锭生产的工艺技术见以下流程图棒材和锻件工艺过程的流程图5.2 钛棒生产的工艺流程钛棒生产的工艺技术见下流程图。第六章 建厂条件和厂址方案6.1 地理位置根据本案建厂要求，建厂环境应在大气含尘、含菌量低、无有害气体，自然环境良好的区域。应远离铁路、码头、机场、交通要道，周围环境无
19、散发大量粉尘和有害气体工厂、堆场等严重空气污染、水质污染、振动或噪音干扰，即建在无污染、无噪音区域。本项目通过采取治理措施，对周围环境无不良影响。第七章 环境保护7.1 主要污染主要污染为废水和噪音本项目生产过程中产生的废水主要来源于水处理系统车间及地面冲洗工序、综合楼及宿舍楼的生活用水，对环境产生污染的粉尘本项目并无此污染；噪音主要来自真空系统、空调主机、空压机。7.2 环保措施及工艺流程7.2.1 污水处理（1） 全厂污水排放量及水质污水排放量全厂排水量表序号排水部门排 水 量去 向小时最大（mh）日排量（md）清下水（md）至污水站（md）挥发及损失（md）1水处理系统22451542餐
20、厅及宿舍楼84028753办公楼2.52116224厂区绿化及其它135-45未预见水量4.54610306合 计18166595421全厂实际排水量166立方米天污水水质污水主要来源于生产前的水处理系统、地面冲洗水等；污水主要成份为可溶有机、无机物质等。水质特征：主要是有机污染物、悬浮物、可生化性好。本设计污水处理规模按400md计。进水水质：BOD700 mg/LCODcr1100 mg/LSS70 mg/LPH69（2） 污水处理方案根据进水水质，本项目采用工艺流程如下： 水泵提升 水泵提升 泵送来水格栏间_调节池_快氧反应池_加压接触氧化 污泥 （酸化） 沉淀池 中速过滤 排放本项目采
21、用接触氧化、无剩余污泥生化处理、加过滤工艺。该处理工艺将调节池与缺氧反应池（酸化）合建，污水经酸化段，在缺氧条件下繁殖大量产酸菌，可使难降解的大分子结构有机物，在结构、性质上发生变化，变成小分子可溶性物质，易被微生物降解、分解，使污水更适宜后续好氧处理。酸化后污水在曝气池充氧，进行生物氧化处理，使有机物进一步降解。在酸化段安装填料将剩余污泥回流至酸化段进行酸化分解，基本无剩余污泥排放。污水再经过滤，进一步去除水中悬浮物，使出水达到国家一级污水排放标准。（3） 污水处理工艺流程说明：生产、生活污水由厂区污水管自流经固液分离机去除杂质后进入集水池，由水泵提升至调节池及缺氧反应池，调节池容量为8小时
22、。在缺氧反应池内，污水中酸化难降解的大分子结构有机物先进行降解、分解，有利于后续好氧处理，污水经均质酸化后，由水泵提升至加压接触氧化塔，塔内设有填料，并有曝气装置，可进一步降低水中COD含量。生化后污水自流入沉淀池，去除生化降解过程中脱落下来的老化了的生物膜，出水经加压送入中速过滤器，进一步去除水中的悬浮物，使出水达到国家一级排放标准。7.2.2 噪音处理真空系统、空调主机、空压机等设备，首先在选型时选用低噪音型，同时采取消声、减震及隔音措施，减低噪音强度，达到工业企业厂界噪音标准要求。7.3 预期达到的效果本项目生产过程中产生的废水，噪音等经处理均能达到国家规定的有关标准，对周围的环境不会带
23、来危害，环境效益及社会效益比较好。7.4 绿化厂区建筑物外的空地上皆铺设常草坪，道路两侧及厂边四周皆种植冬青等无花树木，厂区空地不露表土，厂区绿化系数达到40%以上。第八章 消防8.1 设计依据建筑设计防火规范 （GBJ1687） 建筑抗震设计规范 （GBJ1189）建筑物防雷设计规范 （GB5005794） 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 （GB5005892） 建筑灭火器配置设计规范 （GBJ14090）8.2 项目概述本项目建设规划设计中，合理考虑了各建筑物之间的安全间距，厂区道路畅通，消防栓设置齐全，各主要建筑物周围设置了环状消防通道，以利于安全施救。厂区内设单独环状消防给水系统，
24、且具有水塘及蓄水池可储备水源，做消防备用水池，可保证消防用水量的要求。8.3 消防措施消防工程是为防止不正常事态的蔓延和减少事故灾害损失程度的重要措施和保障，按照“预防为主，消防结合”的消防工作指导方针，本项目设计依据有关消防法规与规定，采取必要的消防安全措施。8.3.1 土建土建设计中，各主要建筑物采用了钢结构或现浇钢筋砼匡架结构，使之符合建筑规范和抗震要求。在布置中考虑了合理的防爆防火区、疏散通道与楼梯、安全门、防爆墙、防爆门斗、不发火地面，并按建筑耐火等级一级和二级的设计要求，选择符合防火要求的各类耐火性能好与非燃烧的建筑材料。8.3.2 水消防由于厂区内有水塘和蓄水池，厂区消防供水由当
25、地政府给水管供水，供水压力为0.4Mpa以上，能满足厂区消防压力要求。厂区消防管网连成环状，室内消防各生产车间也连成环状，其它为枝状。室内消防水量最大按10L/S计，是外消防水量最大按25L/S计。厂区环状消防管网设室外消火栓，间距不超过120米。建筑物内明显易取处设置室内消火栓，并根据规范要求配置一定数量的灭火器。8.3.3 电气本项目大部分用电负荷级别为三级负荷，消防用电，应急照明部分为二级负荷，为保证二级负荷用电，在厂变电站的低压侧双回路引出，末端自动投切。自耗电弧炉和EB炉熔炼车间、水处理车间、研究室、物化室设为电气防爆I区，在防爆I区设有气体浓度检测报警器；在各车间内的消火栓箱内，设
26、有消防泵启动按钮与消防泵聨动。在防爆区选用隔爆型或本安型电气设备，灯具选用隔爆型工矿灯和隔爆型视孔灯。配线沿设于车间内的电缆桥架单根穿钢管，沿墙明敷至各用电设备，配线主要选用BV型铜蕊塑料线和聚氯乙烯绝缘电缆。本设计依二类工业防雷建筑物考虑。整体采用8镀锌圆钢管做避雷网。利用基础做接地体防直击雷和感应雷。TNS系统中专用接地保护线。车间内部配电屏、配电箱外壳及一切正常情况下，不带电之金属外壳均应与接地体牢固连接。接地体安装完毕后实测接地电阻，要求不大于10，变电系统接地电组实测不应大于4。8.3.4 通风在通风设计中，根据生产的特殊需要和危险特性，选择合适的设备。在防爆区内，选择防爆风机，保证
27、室内必要的换气次数，并设置事故风机，供事故发生时同时使用，保证换气次数8次/时，以降低室内易燃介质在空气中的浓度。第九章 劳动安全卫生9.1 设计依据建设项目工程劳动安全卫生监察规定 有色金属生产质量管理规范 建筑设计防火规范 建筑物防雷设计规范 生活饮用水卫生标准 工业企业厂界噪声标准 大气污燃物综合排放标准 环境空气质量标准 工业企业采暖通风和空气调节设计规范9.2 工程概述在整个工程与配套装置运行中可能对劳动保护、生产安全和卫生方面产生的危害主要是：用电和静电的危险，以及压力容器、高温、噪声、和机械伤害等等。就整个项目生产特征的使用与储运来看，不具备造成社会危害事故的危险源。9.3 建筑
28、及场地布置根据项目建设场地的自然条件，建筑设计已按最高地震影响烈度7度抗震设防。在总体布局设计中已充分考虑了建筑物之间的安全距离、消防通道、主导风向等因素，故周围环境对本项目的劳动安全、卫生不产生较大危害影响的区域。同时考虑了建筑物的通风、采光、日晒等条件，将相互间的干扰限制在最小范围内，界区内的通道还考虑了人货分流和安全运输措施。生产单位内分别设置了更衣室、卫生间、浴室等卫生设施，在车间布置中设计有事故状态下疏散的安全门及相应信道，在其信道和入口处标有显著的标志和应急灯，以便在紧急状态下使用。车间和必要岗位设急救箱，可作事故应急处理。9.4 生产过程中危险、危害因素的分析火灾易发部分：真空系
29、统车间、研究室、化验室。高温部分：真空熔炉主机车间。酸碱腐蚀部分：水处理车间、化验室。噪声和震动产生在各机械装置。主要在真空熔炉主机车间、锻造车间、大型水泵等。9.5 劳动安全卫生措施9.5.1 防火、防爆在总图设计中，考虑了各建筑物的安全间距及消防通道。车间设置防爆墙、安全门斗、泄压口、不发火地板、诱导灯、安全疏散楼梯、安全门、防火门、防爆电气设备、静电接地、避雷网、易燃气体浓度报警仪、火灾报警系统、防火阀、事故机械排风、排风罩、阻火器、室内外消防器材；并采取了控制易燃液体流速，加强设备与管道的密闭、建筑物必要的耐火等级、废气高出屋面2m以上排放等有效措施。9.5.2 防酸碱对使用酸碱岗位，土建采用防腐地坪；生产设备选用防腐材质防止物料的跑、冒、漏、滴；生产厂所内设置事故淋浴与冲眼器等应急抢救设施；操作人员必须穿戴劳防用品才能上岗。9.5.3 防噪声首先选用合理的生产设备，同时设计中充分考虑了防震、减震、消音等措施，并采取隔离操作，必要时穿带防噪声用品上岗操作。9.5.4 防机械伤害对机械转动部分设置安全防护罩，严禁在运转设备上放置杂务及工具。定期检修，以免因长期失修造成事故。货梯与提升机严禁超载，严禁载人。9.5.5 防高温对加热设备及管道采取保温措施，蒸气排放管引至室外。温度较高的生产岗位采取自然通风和机械排风方式排风，与减少高温气弥漫。
