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【关键词】钐钴磁性材料;套孔加工;磨削加工
钐钴磁性材料是一种很贵重的稀有粉末冶金产品,其物理特性硬而脆,它的维氏硬度为550-600HV/Mpa。因为脆性很大,加工难度也很大,它不能像其它金属材料那样,直接车削和钻孔,因此对磁性材料进行加工,可谓是如履薄冰。传统的加工方式是线切割,但是这种加工方法,效率低且精度不高,已不再适应当今社会发展的需要,经过我们不断探索,制定了一套最先进的磁材加工工艺,采用自动化机器设备,进行套孔和磨削加工,最有效地适应了当今科技和信息化社会的需求。
1、套孔机的发展与工作原理
由于钐钴磁性材料既硬又脆,故中孔加工很难。早在2008年,我们就想出了用套孔的方法来加工中孔,当时的套孔车就是利用仪表车改装而成的,用重物吊打的方式,利用单臂摇杆的方法来套孔加工;但是这种加工方法,加工效率低,同时又很难控制操作工的加工速度(因为重物可以加减,有的人为了追求速度,随意添加重物,故加工产品的质量不高)。为了解决这个问题,经过我们团队的不断努力,再加上技术部与公司领导的大力支持之下,设计并采购了全自动多工位套孔机来进行套孔加工,实现一次性装夹、同时完成三个零件的加工,加工效率提高到2倍以上。根据产品的外径大小及加工中孔之后的壁厚尺寸,设计好进刀速度并进行锁定,这样操作工就不能随意调节,大大提高了产品的加工质量。并且此套孔机采用卧式主轴结构,主轴支承采用精密角接触轴承,这样主轴运转精度高,钢性强,调节方便且使用寿命长;转动部件采用台湾精密滚珠丝杆,外套伸缩保护套,可以防尘防磁泥,确保丝杆精度而且耐用,刀座板受力均匀,且运行平稳;轴向进给采用步进电机,运行速度平稳。在加工时,采用三轴同步直线加工,一次完成三个零件加工,比普通机床加工效率提高了2倍以上,这样大大降低了加工费用,在相同条件下,也同时提高了厂房单位面积的利用率;整机采用PLC系统控制,性能稳定,加工参数数字化设定,操作简单,装夹材料后能够自动完成加工,加工完成后能够自动报警,这样既提高了生产效率又节约了生产成本,最适用于磁性材料的中孔加工。
2、圆柱形产品的套孔加工
圆柱形产品的套孔加工,就是利用专门订做的套孔棒,在全自动套孔机上,直接进行套孔加工;加工时,待加工产品与套孔棒作相对运动(转动方向相反),在套孔棒刚接触到产品的端面时,轴向进给力要小,进刀速度很慢,同时加上冷却水的作用,使产品慢慢地被磨削而不致于发热崩裂。大约套孔棒进入产品2mm左右时,轴向进给力慢慢加大,最后稳定下来,这样产品的内应力会被慢慢地释放;大约加工到产品中间位置时停下,把产品调一头再进行加工;这种两头加工模式,能避免一头加工引起的端面易裂现象。因此该套孔加工模式,最适用于钐钴磁性材料的中孔加工。
3、异形产品的中孔加工
异形产品主要有:瓦形、梯形、三角形、方块等。在加工中孔时,我们首先要制作一个异形产品的夹套,夹套的内侧形状同待加工的异形产品,外面则是一个圆柱形,这样就可以把异形产品当成圆柱形来加工中孔,使得加工更加便利,生产效率明显提高。
4、径向薄壁圆环产品的加工
径向产品在加工薄壁中孔时,产品很容易内裂,因此,这种产品在钐钴磁性材料中是最难加工的,通过我们团队的集体智慧,终于找到了一种最先进、最有效的加工方法。我们制作了一个圆环套,用这个套筒套住待加工产品,然后再放入夹具之中,用套孔加工方法来加工中孔,这样可以减少产品受损伤的机率。
5、圆弧面的加工
以前磁性材料圆弧面的加工,是通过线切割直接加工,这种加工方法,不仅成本高,加工效率低,而且生产精度不高。随着科技的发展,客户的要求精度越来越高,传统的加工方法已不能满足客户要求,通过我们不断探索及公司领导的大力帮助,对车间现有的设备进行改装、调试,利用半自动卧轴平面磨床直接磨削来替代线切割加工,利用专门制作的活动夹具及订做的成型砂轮,进行直接磨削,这样的加工效率提高到了2倍以上,且产品的对称度和精度都能满足客户的要求。我们的半自动卧轴平面磨床是我司自行改装的,利用手动卧轴平面磨床、采用伺服电机驱动,把手动横向进刀改为自动;这样,一方面避免了操作工为了追求速度而忽视了产品的质量;另一方面,则提高了生产效率。它的工作原理如下:当产品装夹好之后,伺服电机开始启动,开始进刀(进刀速度调节到慢而均匀);当产品全部磨削完之后,伺服电机会自动停止,待加工好的产品,全部被取出之后,伺服电机又重新启动,这时车子快速(空走),退回原点(开始磨削点)后,伺服电机又会自动停止,待加工产品再次装夹完后,又按照上面的步骤,开始自动磨削加工。所以这样自动磨削加工的方式,最能满足客户对产品的质量要求。
6、高精度产品及异形产品加工
[关键词]酸再生 铁红 Ruthner法 软磁铁氧体 除硅
中图分类号:TM277 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)48-0158-01
1 再生工艺及除硅工艺
1.1 本钢酸再生机组工艺流程
焙烧后的气体产品中含有大量水和酸洗液中的游离酸,还含有HCI气体和烧嘴燃烧废气(主要有H2O、CO2、N2和剩余的氧气)。焙烧炉气由底部进入到吸收塔中。水从吸收塔上部进入与炉气反向冲洗。此时HCI和H2O结合成盐酸(200g/L HCI)冷凝流向底部。然后再生酸被送回酸洗槽。
1.2 酸再生机组氧化铁量的计算
1.2.1 盐酸酸洗的化学反应机理
带钢表面氧化铁皮通常是三层构成的。热轧带钢轧出的带钢表面氧化铁皮总厚度一般为10微米,其内层是疏松多孔的结晶组织,且易破坏的氧化亚铁FeO,占氧化铁皮总厚度的50%;中间层好是致密而无裂纹的呈玻璃状断口的四氧化三铁Fe3O4占铁皮总厚度的40%左右;外层是呈桩状结晶结构的三氧化二铁,占铁皮总厚度约为10%,但是,由于热轧带钢各部分冷却速度不同,导致即使同一带钢表面上其各部位的氧化铁皮结构也不同,一般带钢尾部内终轧温度低,生成的氧化铁皮也薄,对酸洗有利,而带钢头部的铁皮则较厚。
盐酸溶液与氧化铁皮的化学反应式:
盐酸溶液能较快的溶蚀各种氧化铁皮,酸洗反应可以从外层往里进行,而且盐酸洗基本不腐蚀基体。基于以上原理我们可以粗略计算出废酸液中各铁离子所占比例:
1.2.2 再生酸中氧化铁含量的计算
废酸再生的工作原理可由下面的方程准确地表达出来:
通过上式可计算出氧化铁的小时产量为:970Kg
其中:酸再生机组每小时处理废酸量6400L:
废酸中所含铁离子浓度含量均值为120g/L :
酸再生机组每月计划作业时间为670h,设备计划作业率为90%,因此Fe2O3年产量大约在7018吨左右。例如按2003年CDCM生产线设备运行状态计算,全年最长作业时间为7000h。那么Fe2O3 产量为6790吨左右。
1.3 除硅工艺流程
废酸中的Si成分对氧化铁粉的质量有着致命的影响,如果Fe203纯度不能满足软磁铁氧体生产的需要(即含SiO2、P等杂质),而只能用于永磁铁氧体的生产,那么产品的价值和应用领域就会受到了极大的限制。所以酸再生机组可以先对废酸中的Si进行去除,然后对废酸进行再生。
从酸洗机组输送过来的废酸先储存在废酸罐中,再由废酸输送泵送人溶解槽底部,利用废酸中在酸洗过程中未完全反应的盐酸与废边继续反应(废边是经过圆盘剪和碎边剪处理过的带钢废边)。
化学反应方程式为:
Fe+2HCIFeCI2+H2
为了加快上述反应的速度,我们可将废酸预先用蒸气进行加热。充分反应过后的废酸经过冷却器溢流进人氨反应罐,在此罐中按废酸流入量加入一定比例的氨水,使pH值提高到4.2~4.5,同时少量FeCI2被氧化成为FeCI3,而后转化为Fe(OH)3。Fe(OH)3为絮状沉淀物可以吸附废酸中SiO2粒子。
主要化学方程式:
FeCI2+2NH3+2H20Fe(OH)2+2NH4CI
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
FeCI3+3NH3+3H203Fe(OH)3+3NH4CI
废酸酸液从氨反应罐流出后,进入沉淀槽,由于絮凝剂吸附SiO2颗粒形成絮团,从而增大了固体颗粒的沉降速度,在沉淀槽底部形成SiO2料层,由沉淀槽底部的泥浆泵送到压滤机进行过滤。最后压滤机的滤液和沉淀槽的溢流液一起被送入处理酸储罐内,SiO2 排入废料仓从而完成废酸酸液的除硅过程。
1.4 脱硅区域设备
(1)溶解槽
用于溶解酸轧机组产生的废边以减少废酸中的游离盐酸。槽的顶部有一个开放的锥形顶盖,顶盖上设有一个中心供料口,用于向溶解槽内填充废边,槽内还装有一个PVDF材质的支撑板。钢制壳体,内衬橡胶和耐酸砖,顶盖由FRP制成。
(2)氨反应槽
为提高反应酸的pH值,使酸中的的FeC12转化成FeC13并最终转化为Fe(OH)3,在氨反应槽中投加氨水并进行空气底部鼓吹。氨反应槽为立式结构,材质为FRP,带有低速和高速搅拌器。
(3)沉淀槽
用于沉淀Fe(OH)3吸附SiO2后的沉淀物。沉淀槽的形式为立式锥底结构,带浸没管、溢流堰及支撑装置等,附件由PP材料制成。
(4)压滤机
用于固液分离。形式为箱式,带有电动滤板移动装置和液压锁紧装置。脱水后的泥饼在从压滤机卸泥前,将进行冷凝水自动冲洗。
(5)泥浆泵
用于将沉淀槽底部的泥浆输送到压滤机。形式为活塞式隔膜泵,材质为铸铁,所有与介质接触的部件均衬胶或由耐腐蚀材料制成
(6)电磁吊
用于将废边从地面送到溶解槽内。磁铁安装在能水平移动的电动小车上,可使磁铁在指定位置装卸废切边。起重量5000 kg,最大起升高度25m。
用Ruthner法生产的Fe203产品性能国家标准(表2.2)。
结论
1)高品质的Fe2O3粉是生产高性能软磁铁氧体的根本保证。为了吸收和消化国外的先进技术,在酸再生改造期间,建议有关磁性材料专业方面的技术人员参与该项技改工作,相互配合,共同完成技改任务,确保酸再生生产的氧化铁粉,满足生产铁氧体磁性材料对原料的化学性能和物理性能的要求。
2)抓住酸再生技术改造之时间差,尽快组织有关专业技术人员,对高纯粉进行深加工的开发;对软磁铁氧体磁性材料项目进行前期调研工作并提出可行性研究报告。
3)充分利用本钢资源优势,开发高技术含量和高附加值软磁铁氧体产品,在高新技术领域方面占有一席之地,并发展成为非钢支柱产业。
参考文献
人们通常把材料、信息和能源 人们通常把材料、信息和能源并列为现代科学技术的三大支柱,并认为他们是现代社会赖以生存和发展的基本条件之一。在这三大支柱中,材料科学显得尤为重要,可以说材料科学是现代科学技术发展的重要支撑,这主要体现在材料是人类社会进步的里程碑,而先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导,也因为信息和能源技术的发展都与材料科学的进步和发展密切相关。材料一直是人类赖以生存和发展的物质基础,但材料科学的提出却是20世纪60年代初的事情,也是科学技术发展的必然结果。随着人们对材料的制备、微观结构与宏观性能之间关系等研究的逐步深入,各种材料体系,如金属材料、高分子材料、陶瓷材料等都已相继建立起来。对不同材料的研究可以相互借鉴,也使得不同材料之间的相互替代和补充成为可能,由此也出现了复合材料的概念并得到了广泛应用。随着人们对材料研究的深入,逐渐形成了材料科学与工程这门学科。这门学科除了研究材料的组成、结构与性质的关系等基础研究之外,还研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题。现在一般认为,材料科学与工程主要包括组成与结构、合成与制备、性质及使用效能等四个方面,它是关于材料成份、结构、工艺与它们的性能和用途之间的有关知识的开发和应用的科学。由此可以看出,材料科学与工程科学有多学科交叉、与实际应用密切相关等特点,并且也是一门正在发展中的科学。作为一级学科,材料科学与工程学科下设有材料物理与化学、材料学、材料加工工程三个二级学科。按照我国的专业规划,材料科学与工程学科以材料学、化学、物理学为基础,系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能,并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面。更进一步讲,材料科学与工程专业培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识,能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作的科学研究与工程技术人才。金属材料领域涉及的金属磁性材料和无机非金属材料领域涉及的陶瓷基铁氧体材料都已经得到了非常广泛的应用。高分子领域的有机磁体,目前正在成为国际上研究的热点,也是软物理研究的一个重要领域。由此可以看出,材料科学与工程领域涉及的各个方面,都可以看到磁性材料的影子。材料一般分成结构材料和功能材料两大类,磁性材料作为具有特定物理功能的材料,在功能材料中占有很大的比重。当前功能材料的研究和开发的热点集中在光电子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物医用材料、超导材料、功能高分子材料、先进复合材料、智能材料以及生态环境材料等领域,这几类材料几乎都与磁性材料有直接或间接的关系,各类材料的磁学性质无疑也是当今研究的热点问题。
随着社会的发展,特别是信息功能材料的发展和应用的日益广泛,作为功能材料基础的磁性材料得到了日益广泛的应用。与此相适应的,在材料科学与工程学科的教学体系中,特别是在一些主干课程中都出现了与磁性材料相关的内容也就成为历史的必然。因为磁性材料从材料微观结构上涉及到晶态材料、非晶态材料、纳米晶材料,也涉及到金属材料、陶瓷材料等无机材料,所以在《材料物理导论》中把“材料的传导性和磁性”作为一个章节,《新材料概论》中与磁性有关的有“磁性材料”和“超导材料”两个章节,《金属功能材料》涉及到磁性的章节更多,有“磁性材料”、“金属薄膜材料”、“非晶态金属材料”、“信息材料”、“超导材料”及“智能金属材料”等章节,在涉及到材料物理性能及测试的教材中,都会不可避免地涉及到磁学知识。在国外的教材中,情况也是如此,如《工程材料科学与设计》一书。在无机材料、陶瓷材料等课程中,也都会涉及到磁性材料,在材料物理性能的讲授中,也必然会涉及到电性及磁性的内容。考虑到磁学知识的广泛性及分散性,我校在教学实践中发现,有必要充分利用学校在这方面的优势,把磁学的相关知识单独作为一门学科进行讲授,这样既有利于学生对磁学知识有一个系统的理解,也可以适应社会发展的需要。磁性材料作为一种非常重要的基础功能材料,在社会中已经得到了广泛的应用,作为材料科学与工程专业的学生,非常有必要对磁学及磁性材料的知识有一个专门的了解,这样做会使学生受益终生。因为一方面有利于扩大他们的知识面和视野,也非常有利于他们就业;另一方面有的学生进入研究生阶段后,如果具备一些磁学相关知识,也非常有利于他们的学习和研究工作,《金属材料结构与性能》属于材料科学与工程学科领域的基础教材和国内外材料专业硕士的必修教材,也把“材料的磁性能”作为一个章节进行讲授。
作为重要的现代信息功能材料的磁性材料,其发展具有悠久的历史,在这方面已经有许多专门的文献资料进行了介绍,在此不再赘述。人类很早就开始了磁学的研究,但直到量子力学创立后,才对磁性的起源有了一个较为清晰的认识,也就是说,磁性本质上起源于物质的量子性质。这就说明要研究与磁性相关的现象,就必须具有《量子力学》的学习背景;要研究大量微观粒子聚集体的磁学性质,就必然要用到《热力学统计物理》的知识;要研究固体的磁学性质,也必然要对《固体物理》有深入的了解。所以,在学习《磁学》课程之前,必须要以这三门课程的学习为先导,而在材料科学与工程专业中作为专业基础课,都会专门开设这三门课程,这也就为磁学课程的开设创造了有利条件。我校的探索实践表明,在讲授中应以《磁性材料》课程为主线来进行讲授,并且适当增加一些必要的磁学知识和磁测量知识,以利于学生的理解,也有利于学生对其他相关课程的学习。我校几年来的实践教学都收到了良好的效果。人们对纳米结构体系与新的量子效应器件的研究已经取得了许多新的进展,有许多成果已经产业化,并由此带动了传统产业的技术升级和技术进步,从而掀起了纳米科技热潮。纳米结构由于具有纳米微粒的特性,如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等特点,又存在由纳米结构组合引起的新的效应,如量子耦合效应和协同效应等,这些都属于量子力学现象,现代纳米科技研究也多是以这些效应为出发点来进行的,这些内容也是材料科学与工程学科各门主干课程的重点内容。磁学主要研究物质的磁性及其起源,也就是研究与电子的自旋相关的性质及理论。磁学从创立之初就一直在从事与量子效应有关的知识研究。从量子力学创立至今,磁学从理论上对这些问题的探索已经有将近一个世纪的时间,积累了丰富的知识,对磁学相关知识的学习,必然会大大促进学生对材料科学与工程学科的学习和理解。
并列为现代科学技术的三大支柱,并认为他们是现代社会赖以生存和发展的基本条件之一。在这三大支柱中,材料科学显得尤为重要,可以说材料科学是现代科学技术发展的重要支撑,这主要体现在材料是人类社会进步的里程碑,而先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导,也因为信息和能源技术的发展都与材料科学的进步和发展密切相关。材料一直是人类赖以生存和发展的物质基础,但材料科学的提出却是20世纪60年代初的事情,也是科学技术发展的必然结果。随着人们对材料的制备、微观结构与宏观性能之间关系等研究的逐步深入,各种材料体系,如金属材料、高分子材料、陶瓷材料等都已相继建立起来。对不同材料的研究可以相互借鉴,也使得不同材料之间的相互替代和补充成为可能,由此也出现了复合材料的概念并得到了广泛应用。随着人们对材料研究的深入,逐渐形成了材料科学与工程这门学科。这门学科除了研究材料的组成、结构与性质的关系等基础研究之外,还研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题。现在一般认为,材料科学与工程主要包括组成与结构、合成与制备、性质及使用效能等四个方面,它是关于材料成份、结构、工艺与它们的性能和用途之间的有关知识的开发和应用的科学。由此可以看出,材料科学与工程科学有多学科交叉、与实际应用密切相关等特点,并且也是一门正在发展中的科学。作为一级学科,材料科学与工程学科下设有材料物理与化学、材料学、材料加工工程三个二级学科。按照我国的专业规划,材料科学与工程学科以材料学、化学、物理学为基础,系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能,并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面。更进一步讲,材料科学与工程专业培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识,能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作的科学研究与工程技术人才。金属材料领域涉及的金属磁性材料和无机非金属材料领域涉及的陶瓷基铁氧体材料都已经得到了非常广泛的应用。高分子领域的有机磁体,目前正在成为国际上研究的热点,也是软物理研究的一个重要领域。由此可以看出,材料科学与工程领域涉及的各个方面,都可以看到磁性材料的影子。材料一般分成结构材料和功能材料两大类,磁性材料作为具有特定物理功能的材料,在功能材料中占有很大的比重。当前功能材料的研究和开发的热点集中在光电子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物医用材料、超导材料、功能高分子材料、先进复合材料、智能材料以及生态环境材料等领域,这几类材料几乎都与磁性材料有直接或间接的关系,各类材料的磁学性质无疑也是当今研究的热点问题。
随着社会的发展,特别是信息功能材料的发展和应用的日益广泛,作为功能材料基础的磁性材料得到了日益广泛的应用。与此相适应的,在材料科学与工程学科的教学体系中,特别是在一些主干课程中都出现了与磁性材料相关的内容也就成为历史的必然。因为磁性材料从材料微观结构上涉及到晶态材料、非晶态材料、纳米晶材料,也涉及到金属材料、陶瓷材料等无机材料,所以在《材料物理导论》中把“材料的传导性和磁性”作为一个章节,《新材料概论》中与磁性有关的有“磁性材料”和“超导材料”两个章节,《金属功能材料》涉及到磁性的章节更多,有“磁性材料”、“金属薄膜材料”、“非晶态金属材料”、“信息材料”、“超导材料”及“智能金属材料”等章节,在涉及到材料物理性能及测试的教材中,都会不可避免地涉及到磁学知识。在国外的教材中,情况也是如此,如《工程材料科学与设计》一书。在无机材料、陶瓷材料等课程中,也都会涉及到磁性材料,在材料物理性能的讲授中,也必然会涉及到电性及磁性的内容。考虑到磁学知识的广泛性及分散性,我校在教学实践中发现,有必要充分利用学校在这方面的优势,把磁学的相关知识单独作为一门学科进行讲授,这样既有利于学生对磁学知识有一个系统的理解,也可以适应社会发展的需要。磁性材料作为一种非常重要的基础功能材料,在社会中已经得到了广泛的应用,作为材料科学与工程专业的学生,非常有必要对磁学及磁性材料的知识有一个专门的了解,这样做会使学生受益终生。因为一方面有利于扩大他们的知识面和视野,也非常有利于他们就业;另一方面有的学生进入研究生阶段后,如果具备一些磁学相关知识,也非常有利于他们的学习和研究工作,《金属材料结构与性能》属于材料科学与工程学科领域的基础教材和国内外材料专业硕士的必修教材,也把“材料的磁性能”作为一个章节进行讲授。
1空间电机对永磁材料的要求
空间电机的性能、应用环境和寿命有着特殊的要求,故对永磁材料的磁性能和机械性能也提出更高的要求。本文以一种主流的航天机电产品用电机的结构为例(如图1所示),该电机为分装式,分为转子组件和定子组件。其中,导磁轭一般由软磁材料组成。每块磁钢之间由不导磁材料(如铝条等)隔开。每个磁钢与导磁轭之间有一定厚度胶层,故整个磁钢组件由4种不同种类材料组成。工作时,定子组件安装在转子组件的内外磁回路之间,相当于有内、外2个工作气隙。这种结构的无刷直流电机具有双定转子气隙特点,其磁间隙在0.4mm左右。为保证磁间隙的精度和一致性,在电机工艺中要求导磁轭、铝条和磁钢按照工艺基准通过胶层固定好之后再加工精磨到位,而在此过程中极易发生脆性磁钢崩角或开裂,这也是使用钐钴磁钢时遇到的最大问题,且目前工业上使用的工艺方法均无法根本杜绝钐钴磁钢材料脆性引发的自身隐患。新一代钕铁硼永磁材料发展至今,其室温下剩余磁感应强度Br已达到1.47T,内禀矫顽力HcJ已达到2786kA/m,最大磁能积(BH)max高达421.8kJ/m3,磁性能和机械性能都明显优于钐钴磁钢。如果能将钕铁硼永磁材料应用到机电产品上,就能从根本上解决电机磁钢加工和使用过程中易脆、易崩角的问题。
2钕铁硼永磁材料的稳定性
钕铁硼磁性材料的磁性能随环境、磁场、温度、化学以及时间变化而变化[4],其温度系数大、居里点低,在应用时要注意工作温度对磁性能的影响。另外,钕铁硼磁性材料含有约30%的铁元素,极易氧化生锈,克服其化学不稳定性也是其应用中需要解决的重要问题。
2.1热稳定性钕铁硼永磁材料热稳定性,即其由于所处环境温度改变而产生的磁性能变化用材料的温度系数来表征。永磁材料的磁性能变化分为不可逆损失和可逆损失2部分:不可逆损失是指温度恢复到原来温度后永磁材料的磁性能不能恢复到原值,从而导致有的电机随着使用电气性能逐步下降[7],应尽量避免;而可逆损失是难以避免的,在电机设计之初就必须充分考虑在稳定温升运行时必须达到的性能。随着钕铁硼永磁材料的发展,温度系数很小的永磁材料已经问世,可小到万分之一[6]。结合实际使用的磁钢尺寸和性能要求,选择目前国内大部分磁钢厂家生产的几种具有代表性的型号,结合退磁曲线、内禀矫顽力曲线和磁能积曲线对永磁材料性能进行测试,表1是几种钕铁硼永磁材料性能。文献[8]中分别对几种材料进行模拟使用条件温度发生变化的时效处理研究,一般钕硼永磁材料在处理后,如果使用温度不超过时效处理温度则不再产生不可逆磁性能下降。对比这几种材料:1)40SH剩余磁感应强度最高、矫顽力高、最大磁能积高,但其价格贵、内禀矫顽力低、时效后磁性能下降最多、温度系数较大,适用于温度要求较低、体积要求小、不太重要的场合。2)38SH同40SH或35SH相比,剩余磁感应强度适中、矫顽力较高、内禀矫顽力和最大磁能积均处于较高水平、价格适中、温度系数中等、时效后磁性能下降最小,适用于温度低于150℃,要求体积小、重量轻的场合。3)38UH剩余磁感应强度适中、内禀矫顽力高、价格最贵、但其使用温度最高,适用于温度低于180℃、要求稳定性好、可靠性高的场合。结合我国航天机电产品的工作温度以及过程温度均低于130℃的实际情况,剩余磁感应强度适中、矫顽力较高、性价比较高的38SH钕铁硼永磁材料是最优之选,对该型号材料进行了一系列的环境试验后再进行磁性能测试,其温度系数α均小于万分之一。试验结果证明了该材料的热稳定性满足航天机电产品的应用要求。
2.2化学稳定性和防腐蚀试验根据对Fe-Cr-Ni相图的分析,某些成分范围内的Fe-Cr-Ni系合金在特定状态下有能获得α/Y相变型合金类似的组织结构,可望得到具有一定永磁特性的不锈钢永磁材料,但同时带来价格大幅度上涨、磁性能下降的缺点。随着永磁电机在航天机电产品上应用的迫切性,钕铁硼永磁材料的防腐蚀问题将成为重要课题。钕铁硼粉末合金中的稀土元素钕性质活泼,使得整个合金的耐蚀性能很差,在湿热的气候环境中极易生锈、腐蚀,缩短了磁体的寿命,降低了产品的稳定性和可靠性。目前基于成本和磁性能的考虑,国内外大都采用电镀、涂覆、化学镀、电泳、封闭等保护方法来达到钕铁硼永磁材料的防腐蚀要求。2.2.1防腐层方式选择由于钕铁硼永磁材料是一种多孔隙材料,经粉末冶金而成,而粉末合金的高活泼性和高孔隙度使其曝露于空气和水溶液中极易氧化和腐蚀,氧化法成膜厚度一般,防腐效果有限;电镀方法结合力不好,并且多孔隙,长期使用防腐能力也不强,尤其针对航天机电产品用电机是对钕铁硼永磁材料组合件进行整体镀,有多种材料同时参与,常规的电镀工艺很难保证产品的品质稳定,镀层起泡、变色时有发生。结合空间电机的磁钢组件表面处理需求,化学镀镍是最优选择。在本文的研究工作中,一般的化学镀镍方法针对图1电机结构中不同种类材料组合镀也存在如下问题:1)由于组件中包含几种活性金属材料和非金属材料,且材料中的活性元素排列相差较远,分布于氯离子前后,故在镀层工艺中应严格控制含氯离子的酸性溶液的使用量,对前处理镀液的酸碱度和浸泡时间要有严格要求;2)化学反应速率快,镀层较易脱落;3)钕铁硼永磁材料活性大,如果镀层脱落会导致镀液的分解加速,因此在含钕铁硼永磁材料的磁钢组件上进行化学镀必须解决镀液酸碱度控制和镀层防脱落的问题,这就需要严格的前处理控制,合适的化学镀液配比、反应时间和后处理措施。
2.2.2镀层选择在众多的镀层工艺中,适合钕铁硼合金并符合经济性原则的镀层工艺有镀锌、镀铜、镀镍和镀镍磷合金。其中,镀镍磷合金成本最高,对维护管理及设备要求较高。镀铜则易氧化变色,影响外观装饰性,只能作底层(一般不作面层)。镀锌成本低,操作控制简便,耐蚀性也较好,可以应用在钕铁硼永磁体上。镀镍虽然成本较镀锌高,可耐蚀性和装饰性都优于镀锌,属于理想的工艺选择。镀锌和镀镍的防护原理不同,锌相对于钕铁硼而言,是一个阳极性镀层,这使得腐蚀主要局限在镀锌层之中,这时锌的铬酸盐转化膜的耐蚀性将直接影响镀锌层的外观和耐蚀性能;而镍镀层对于钕铁硼基体,因钕的活泼性和腐蚀电偶中的阳极加速作用,腐蚀一旦发生则会很快加剧,减少镀层的孔隙,将有利于提高镀层的耐蚀性,可以采用多层的复合镀层来满足实际的使用要求。本文中的空间电机用钕铁硼永磁材料的工艺特殊性给钕铁硼的表面处理工作增加了更大的困难。如前所述,由于磁钢防锈是在加工形成磁钢组件后才进行的,所以对磁钢组件进行表面处理时实际是对钕铁硼永磁材料、铝条、胶层和软磁材料4种材料的结合体进行表面处理,要求在这4种不同类型材料上均能形成合格的镀层质量。针对镀锌层和镀镍层的腐蚀特点,结合我国目前的镀层工艺水平,试验选用了化学镀镍的镀层方法。通过试验研究发现,电镀时要做好前处理,包括去锈、去油、磷化处理;由于钕铁硼永磁材料对酸、碱都发生反应,结合其他3种材料的要求,镀液酸碱度应控制在中性为宜;钕铁硼永磁材料的酸洗和其后的清洗都非常重要,应采用酸洗+活化及多次用超声波清洗,并严格控制各工序的镀液配比和反应时间;同时钕铁硼永磁材料施镀过程中渗氢现象较为严重,必须进行除氢处理。
2.2.3试验验证结合以上分析,经过几轮试验摸索之后,确定了一种专用表面处理工艺,可以实现对目前航天机电产品用电机使用钕铁硼永磁材料的磁钢组件的高耐蚀性表面处理。使用该工艺得到8~12µm的镀镍层,镀层光亮平整、结合力优良,如图2(a)所示。将该磁钢组件经过3.5个-20~+130℃温度区间的热循环试验观察其镀层质量和磁性能的变化,试验后的组件照片如图2(b)所示,通过对镀层质量的检查发现其在热循环试验前后没有发生变化。同时通过试验前后的磁性能测试对比发现,表面处理工艺中的120℃高温过程对38SH型号钕铁硼永磁材料的磁性能基本没有影响。
3结论
秉承集团公司“一代人要有一代人的作为、一代人要有一代人的贡献”的二次创业理念,我们鄂庄煤矿发展的定位是:以资源深加工为基础,以价值提升为目标,拉长三条产业链,打造“四年十五亿”卓越和谐新鄂煤。从2002年至今,我们在安全生产持续稳定、煤炭主业持续提升的基础上,用36个月的时间,建成了9个非煤项目,平均每4个月就有一个新项目竣工运营,构筑起多元共享的产业格局.我们认为集团公司“二次创业”所阐释的正是一种创业无止境、发展无穷期的执著精神。一个成功的企业,必定要经历风雨和磨难,必定要不断地挑战自我、更新自我。通过思想的孕育,谋求企业的长青,带给未来一种信心与激情。我们感到:作为集团公司“二次创业”理念的具体实践者,我们发展速度之快应该这样定位和定义:
一、创业之路——构筑区域产业链条带
企业要做大做强必须有新项目的支撑,有项目才有新的增长点和生财点。我们认为在创业初始阶段,最现实、最经济、最有保障的发展,就是围绕企业现有资源的整合与延伸。
(一)以煤炭资源为基础的多元化扩张。
我们依托集团公司成熟的技术优势以及多年的运筹谋划,在非煤产业的整体运作中,首先启动了以“煤—煤矸石制砖、煤—煤层气、煤—电—粉煤灰—水泥建材” 为产业载体的第一波相关扩张战略。建设了年生产规模1亿标准砖的“阳光建材”,打造出“莱芜第一砖”。创建了“国家863计划试验基地”,实施了“煤炭地下气化”工程。在此基础上,重点以租赁经营原莱芜槲林电厂为切入点,总体推进循环经济的发展建设。在煤、电两大产业循环运营的基础之上,我们又利用电厂产生大量粉煤灰,与泰山水泥合作,新上了30万吨水泥建设项目。该项目于2004年4月开工建设,投产运营仅用了5个月时间,只用了30人就建成了年产30万吨水泥、年销售收入6000万元的水泥项目,形成了煤炭—电力—水泥两两受益、共同发展的格局。
(二)以铁矿石资源为载体的一体化经营。
我们利用企业拥有的资源融入资本运营思路,扩大企业规模:用莱新铁矿现有的资源优势,扩大资本金,吸纳香江集团投资1.2亿元;我们又恰巧用1.2亿元建成了阳光冶炼,使年产值2亿元的莱新铁矿规模扩大为两个厂,年产值达到10个亿。阳光冶炼350m3高炉仅用了11个月的时间就投产运营,年产生铁36万吨,年产值近9.6亿元。同时,还安置了原西港煤矿破产下岗人员,形成了从矿石—矿粉—生铁的产业链。同时,为进一步提升产业价值,我们还积极筹备建设铸件项目。顺沿着从“铁矿石-矿粉-冶金-铸件”的产业链条,每递增一个环节,每上一个项目, 终极产品价值也将从“矿石300元-矿粉900元-生铁2800元-铸件6000元”的递增价格上升。目前,就铸件项目所需的土地、厂房等前期工作,我们已经在莱芜开发区准备完毕。
(三)以煤层气资源为起点的集成化发展。
在企业比较稳定的产业配置基础之上,我们通过认真梳理分析,又以每年60万元的租金租赁经营原兆峰陶瓷6600万元的资产,“四两拨千金”激活“休克鱼”。并设计了“煤层气—陶瓷建筑—房产开发”这样一条产业链。以煤层气烧制波化砖,对内部的建筑队扩股改制,注册成立了“莱芜市泰山阳光建安公司”,具备了居民住宅楼和大型工业厂房的施工资质。我们以此作为产业链条延伸的载体,并依托我们的土地、水泥、矸石砖、地板砖等产品优势及企业大发展态势,整合了非煤发展的建筑市场,“阳光建安”2004年完成产值4800万元,是2000年的10倍;在建筑安装市场稳定发展的基础上,“阳光建安”还筹划实施了20万平方米的“阳光花园”房地产开发项目。目前该项目一期工程6栋楼房已完工,楼盘销售一空。二期工程6栋楼房正在建设中,楼盘已预定售出80%以上。
二、立业之道——管理与机制创新
好的思路、产业及项目不仅要有发展的基础,更要有管理的支撑和机制的保障,管理与创新永远是企业永恒的主题。我们结合集团公司管理经验以及鄂庄矿的管理实践,不断创新了项目建设运营程序及管理模式。
(一)项目如何建。
我们着眼于解决项目建设中“先天不足”和经营者“后天堕落”的现象,围绕在项目建设和发展中“有人决策、有人负责”的问题,创造了“四化”管理程序。
1、调研集权化。按照整体的项目设计,将某个独立项目划转到专业的项目部全权负责,赋予其项目建设运营的高度集权,规定所投资项目从市场调研到项目设计、施工、经营,全部由这个专业的项目负责人一人负责,负责到底。
2、产权多元化。我们认为经营者不投资就无法承担经营风险,责任主体仍难以到位。因此,对于项目经营管理层人员,要求必须现金入股。各非煤企业经营者,按照可研报告提供的不少于项目总投资额10%的比例,认购项目股份,经理层班子成员持股不得低于经营者80%。在经营者及经营层现金入股的筹集过程中,对于无法筹集到现金的,我们通过与银行等金融部门的沟通合作,把经营者与经营层本人及其亲戚朋友的身份证、房产作为抵押担保,让经营者直接承担经营风险。在此基础上,就目前的项目建设资金问题,我们共分了银行贷款、战略投资公司投资、社团法人投(融)资、项目经营层与员工持股五种投(融)资渠道,使股权结构相对分散,合理集中,形成以股份制为主体的混合所有制产权结构形式。
3、运作法治化。即对项目调研、项目建设合同洽谈、招投标管理、行政审批等事项全过程融入法律程序及全面审计审查,凡是给项目造成损失浪费的,将更换经营者,造成的损失由经营者承担,形成项目建设及对经营者的监督法制化。
4、结构规范化。就是对承载项目建设运营的母子公司分别按照市场经济的原则,按照公司法的原则规范组建。以成员单位入股资本金和经济总量大小组建董事会、监事会,由董事会规范运作。
(二)企业如何管。
我们按照产业整合的战略思路,对于每一个项目都是以“泰山阳光电力”作为母公司,按照母公司与子公司的投资控制体制同步推进,从调整相对集权和合理分权入手,界定管理职能,对各非煤企业实行“机关服务队伍集中、建筑安装队伍集中、财务管理队伍集中、治安保卫队伍集中、人力资源管理集中、培训人员队伍集中、运输队伍集中、销售队伍集中”的“八集中”管理。各非煤企业就是生产中心、成本中心、利润中心,整个项目管理职责明确、权责对等、有序运作,用类似“虚拟”的管理始终做到以最少的投入创造最大的利润。
(三)薪酬如何定。
我们着眼于让项目经营者用自己的钱办自己事,把公家的成自家事,真正从机制上为非煤企业基业长青提供保障,重点对经营者薪酬方案管理考核体系予以重新架构:
结构设计:我们参照MBO的改革思路,借鉴集团公司对经营者管理考核办法,对项目经营者薪酬实施模拟“ESO” (经理层股票期权)设计。通过让项目经营者融资、负债的方式,加大其本人对企业的投入量和持股量,让经营者承担更多的风险,使股东和企业的风险减少到最低限度;通过管理层股份激励方案来发挥企业经营者管理潜能,强化其经营目标和经营行为长期化,促进企业持续发展的一种管理考核模式。我们把经营薪酬考核标准分为经营者年基薪、政策性奖励及股权收益三部分。分别按照均衡的比例予以考核,即三个“4:6”其中:
①经营者年基薪每月按40%比例兑现现金,剩余60%部分到年终根据经营指标完成情况予以兑现或扣罚。
②政策性奖励即指标增盈部分,完成全部考核增盈指标,按40%比例兑现现金奖励;剩余60%部分奖励股权。
③经营者投资股本收益按项目收益率的40%比例兑现现金奖励;剩余60%部分奖励股权。
由于这种薪酬设计方案一般伴随着大规模的融资,一旦失败,经营者就要背上沉重的债务负担,甚至有可能赔进其所有的个人财产,并失去现有的职位。这种激励安排会使经营者尽力去改进公司的收益并不断增强企业竞争力,使经营者在市场经济大潮中摸爬滚打,经受优胜劣汰的考验,胜者发展壮大,败者另寻出路,无“大锅饭”可吃,也无“后路”可退。
三、兴业之源——谋划整合资源版图
资源是资源型企业生存和发展的客观物质基础,谁拥有资源,谁就拥有未来。在产业布局稳定发展的基础之上,我们又谋划了一系列的资源整合与并购,为项目大规划、产业大布局、企业大发展做好了充分的物质准备。
(一)增强核心。
煤炭是我们安身立命的基础,更是我们最熟悉、最具利润增长极的行业。截至到目前赵官煤矿累计完成投资2118万元,2005年计划资金15763万元。矿井初步设计已通过审查。本着加快工程施工进度,尽早实现投产的目标,2005年将优化工程设计,合理组织劳动。重点抓好立项工作与井筒施工前期的地面注浆、冻结施工、井架基础施工及安装平行作业的协调与组织,确保向集团公司建企50周年献礼。
在此基础上,按照集团公司的发展理念,我们重点对内蒙古通辽市境内的煤炭资源进行了调研。目前,我们已经与通辽市扎鲁特旗签订了勘察本旗境内煤田预测区的意向。同时,我们还通过多方面的工作,邀请通辽市市长一行来矿考察,返回后专门召开了市长办公会议,为下一步的资源勘察整合创造了条件。
(二)提升两翼。
企业要想更大的发展,就必须跳出煤炭在更大的空间、更广的领域占有和整合各类资源为己所用。基于此,我们通过多方面的调研探寻,对汶上县富全矿业有限公司进行投资并控股,并于2004年5月以挂牌的方式以4270万元竞得山东东平矿段李官集铁矿的采矿权。该铁矿储量5500万吨,矿石可溶铁平均品位25.4%,全铁品位29%。矿井建设规模为年产原矿石100万吨,经分选后可产含铁63%的精矿32万吨。达产后,年可实现销售收入3亿元。目前,省国土资源厅和省环保局分别对项目下发了批文,2005年1月取得山东省发改委正式立项批文。
同时,按照集团公司“开放式”办企业要求,我们与内蒙古源源集团合作,形成了合作开发“煤—电—硅”一体化产业链的意向,并以此为切入点,取得了通辽市扎鲁特旗境内硅石矿采矿权。这样,我们就初步构筑起以煤炭资源为核心,以铁矿石、硅矿石资源为两翼的资源整合格局。
(三)储备未来。
去年,国务院重点对管土地的人员、农业用地、项目供地及时间界定明确了四个控制,大项目、国家的重点项目国家负责供地;省重点项目省负责供地,地、县、区无权供地。这使土地成为制约企业发展的瓶颈。对此,我们不断加大了土地资源的整合力度与速度,其中莱芜地区已经办完的土地、拿到土地证的共300亩(莱芜开发区100亩、牛泉镇阳光冶炼工地200亩),在泰安开发区正在办理手续的土地600亩。通过对各类有效资源的抢占争夺,我们感到:“看天下有钱的人太多了,看社会争资源的人太激烈了,看地下有效资源太少了”。因此,为做好资源储备工作,增强企业发展后劲,实现企业做强做大的奋斗目标,我们还出台了寻找有效矿产资源奖励方案,对寻求资源有功人员给予重奖。
四、成业之感——谋势借势造势创势
回顾“二次创业”之路,我们快速发展靠的是集团公司的大力支持,必须要有煤炭主业的不断提速,必须要有安全生产的持续提升。四年来,我们改造主井提升系统、通风系统,改革生产工艺,原煤产量突破100万吨,完成了集团公司各项任务指标,为非煤发展提供了坚实的物质基础。四年来,我们以安全文化、安全制度、安全执行保安全、兴企业,创造出安全生产13周年的全国同类矿井最好水平,使我们能腾出主要精力跑资金、跑市场、跑项目,为企业的发展提供先决条件。同时在整个创业过程中,我们更深刻地感到,只有巧妙地利用各种条件来发展壮大自己,借外在的力量完成发展的扩张;“先谋于事”,借势造势,才能以最优的配置整合最多的资源,以最快的速度创造最佳的机遇,以最少的投入创造最大的利润。
1、借新矿集团大品牌优势,创造区域经济小品牌。
我们深知:站在巨人肩膀上向大家招手,效果会远远好于只站在巨人肩膀上。为此,我们充分利用新矿集团大品牌优势,打造区域经济小品牌。在当前我们国家经济资源以政府为主导运营的大前提下,如果没有集团公司这棵大树在背后支撑,有些政策单靠一个企业是要不来的,有些事是做不成的,有些门坎是迈不过去的。正是在新矿集团各级领导的大力支持帮助下,才有了我们区域经济泰山阳光品牌的诞生。
2、借资源整合优势,打造产业一体化循环链条。
集团公司领导曾在多次会议上提及过:“谁占有了资源、谁就拥有未来”。纵观我们近年来的发展之路,正是通过合资、兼并、控股、租赁、购买等形式来获得了对更大资源的支配权,有了资源在握的基础和保障,才不断的把“蛋糕做大”,才以较少的投入创造了较大的收益,才以较快的速度一个接一个的上项目求发展,构筑起比较均衡的产业发展新格局,为我们长久可持续的发展奠定了基础。
3、借利益共享关联优势,营造市场经济竞合体。
未来的市场竞争不是单个企业之间的竞争,而是企业之间联合中的竞争。近几年来,我们通过建立在价值链基础上的产业整合,通过战略联盟等形式获取技术,降低风险,增强竞争实力,获得了更大的资本增值。我们与泰山大水泥联合,产生了泰山阳光的小水泥;与莱芜电业部门合作,产生泰山阳光电力;与泰钢互动双赢,产生了泰山阳光冶炼;与莱芜外经贸局协作,产生泰山阳光陶瓷;与莱芜市建委共建,产生了阳光新型建材。从而在更大的发展优势上拓宽市场准入范围,提升了经济效能。
4、借人气升腾优势,谋划发展新信息。
近年来,随着企业的发展和集团公司各位领导的指导、介绍,我们明显的感到,洽谈的朋友多了,合作的伙伴多了,拥有的信息量大了。这些“熟人经济”中蕴藏着巨大的金矿,只要善于挖掘、巧于利用、长于合作,就会创造出双赢的良好局面,就能为企业带来巨大的收益。因此,我们认为市场经济下的企业必须是开放式的,企业有多少朋友伙伴,就会有多少信息储量,就会占有整合多少有效的社会资源为我所用。