烧结钕铁硼磁体制粉工艺流程改进及布局优化

烧结钕铁硼永磁体是一种重要的稀土永磁金属功能 材料，也是发展高新技术和尖端国防军工不可或缺的关键 战略材料。稀土是中国的优势战略资源，在目前已探明的 储量中，中国以 5200 万吨的工业储量约占全球总储量的 一半，排名全球第一[1]。

正是得益于我国的稀土资源优势， 以及劳动力和成本优势，近年来国内烧结钕铁硼产量占全 球产量比例已达到 80%以上。行业内欧美企业迫于成本压 力已逐步与国内企业合资或者退出市场竞争，日本企业由 于技术优势仍在引领行业高端应用，但由于自身资源与成 本压力，产业规模发展受到限制。在规模高速扩大的背后， 是我国钕铁硼行业起步晚、起点低，企业技术、装备和管理 水平普遍比日本同行低的现状，相信随着国内钕铁硼行业 的技术和经验积累、以及相关产业链的逐步完善，未来我 国必将引领该行业的发展。 巨高磁铁成立2008 年，是 国内专业从事烧结钕铁硼磁体生产的单位之一，具 备年产 2000 吨烧结钕铁硼磁体能力，产品广泛应用于汽 车、工业电机、消费电子、节能、计算机、通讯及医疗等领 域，销售产品主要出口到欧美等发达国家和地区。

随着近年来稀土永磁材料应用领域不断拓展，特别是 新能源汽车高速的发展，将给稀土永磁行业带来巨大的应用前景。行业发展的同时，必然加剧同业企业的竞争，巨高磁铁在技术和产品质量方面国内领先，但精益管理的水平仍 具有较大的提升空间，为此 巨高磁铁正在持续推进精益管 理，以期获取部分竞争优势，抓住发展机遇。在此背景之 下，巨高磁铁推动了一系列工艺流程改进及工序布局优化的 活动。

1 制粉作业现状分析 烧结钕铁硼磁体毛坯生产包括冶炼、制粉、成型和烧 结四个主要工序，其中制粉工序又包括氢气破碎和气流磨 两个步骤。氢气破碎是利用稀土与氢气在一定压力和温度 下能发生聚合反应膨胀且钕铁硼金属延展性几乎为零的 特性，将其由 0.5mm 厚的鳞片合金破碎成 0.5mm 以下的 粗粉。气流磨是将氢气破碎后的粗粉进一步细化，它利用 喷射的高压气流带动粗粉，通过粉末之间互相碰撞产生破 碎，然后在进行粒度分选获得细粉。该工艺过程，包括鳞片合金氢破碎、加添加剂混料、气流磨破碎、加 添加剂混料及成品粉分装等过程。烧结钕铁硼的工艺复 杂、工序流程长，但是制粉工序是劳动强度大、隐患最多的 一道工序。如何将现有工艺流程及工序布局进行优化，减 少人员占用，提高生产效率，减轻人员劳动强度成为本文 的重点。

以下为 巨高磁铁厂制粉工序的主要配置情况： 人员配置：设工段长、副工段长、技术员各 1 人，班组 长 3 人，每班组员 4 人，共计 18 人。 设备配置及产能（无余量估算）： 氢破碎炉：共 4 台，其中 2 台 1200 型（装料量 1200kg， 16 小时生产一炉），1 台 1000 型 （装料量 1000kg，16 小时生产一炉），1 台 500 型（装料量 500kg，12 小时生产一炉）。 合计每天产量 Q1=6100[kg/天]； 混粉机：共 5 台，标准容器为 300kg 粉罐，每次作业 1 罐，两次混合时间分别为 1 小时和 1.5 小时。合计每天产 量 Q2=14400[kg/天]； 气流磨：共 6 台，每小时出粉量为 60kg。合计每天产 量 Q3=8640[kg/天]。 作业流程如下：氢破碎结束后从料罐架上取空罐将 粗粉装好，用地牛转运出氢破车间，再用天车吊至秤重 区秤重，之后用天车吊至未混粗粉区，根据秤重结果按 比例加添加剂，再用天车吊至右侧混粉机上混粉 1h。粗 粉混粉结束后用天车吊至已混粗粉区暂存，下一工作周 期再天车吊至气流磨上加工，加工结束天车吊至秤重区 秤重，再吊至未混成品粉区暂存，在此需加添加剂，之后 吊至左侧混粉机上混粉 1.5h，之后天车吊至已混成品粉 区暂存。由于细粉存在不安全因素，因此大量和长时间 存储时必须保存在不锈钢料罐中密封保存，只有在下游 工序派工需要时，在转序前被吊至分装区进行分装，最 终用地牛转运至压型车间上货架存放。制粉作业物流线 路。 可见：制粉辅助工序的布局不合理，物料秤量 和暂存导致搬运路线存在乱流和回流现象。

2 流程程序分析 流程程序分析是程序分析中最基本、最重要的分析技 术，它以产品或零件的制造全过程为研究对象，把加工工 艺划分为加工、检查、搬运、等待和储存五种状态加以记 录，并利用“ECRS 四大原则”加一表[2]进行作业的分析与 改善。制粉工序现状描述所示。  可见：制粉工序物流搬运频繁，等待时间多；作 业存在不平衡现象，如分装，占用三人，每人每罐 15min。 经过观测和现场访谈，发现制粉过程中存在如下问 题：①氢破炉出料分批时，工人凭经验估算每罐出料重量， 导致每批次四罐粗粉重量不均匀，极差可达 100kg；②所有粉料在流转过程中都需要秤重，共用秤量区导致物料搬 运距离长；③气流磨为连续出粉，在下罐时工人凭经验估 算每罐出料重量，导致每罐细粉重量不均匀，分装时需要 均料导致混批现象，同时还容易混料；④分装作业时，由于 分装机操作不便占用过多的操作人员。

3 改善过程 通过采用“5W1H”提问技术和“ECRS 四大原则”对现 有工艺流程进行分析和改善，确定如下改进方案：①氢破 出料时采用电子地牛秤实时监控，实现了每炉粉料均匀分 配并秤量，转序和添加剂用量以氢破秤量为准，减少一次 专门的秤量作业。②气流磨出料时采用电子地牛秤实时监 控，实现了气流磨连续作业，同时减少一次专门的秤量作 业。③粗粉与成品粉暂存区分离，按照就近原则、平衡作业 原则规划暂存区位置和混料机分类，减少物料搬运距离。 ④分装作业在人机作业分析的基础上，通过实现粉料自动 下料、套袋作业前移，实现一人操作。 改善后的物流线路及流程程序分别见图 4 和图 5。

4 改善效果 ①物流：物料实现了一个流的流转，解决了乱流和回 流问题。每罐物料搬运距离由改善前的 184.5 米减少到改 善后的 110 米，减少了 40.3%；尤其是天车搬运距离由改 善前 101.5 米减少到改善后的 50 米，减少了 50.7%。按照 每天 25 罐计算，每天可减少的总搬运距离为 25 [罐]× （184.5-110）[米/罐]=1862.5 米，减少天车的搬运距离为 L= 25[罐] ×（101.5-50）[米/罐]=1287.5 米。 ②人员效率：节约人员工时见表 1。按照每天 25 罐计 算，每天可节约的工时为 T1=1235[人秒/罐]÷3600[秒/时]× 25 罐=8.58 人时.③气流磨效率：在气流磨没有实现出料实时监控时， 为了保证不混料和每罐料重量均匀，气流磨在换罐之间要 预留 30 分钟吐料，改善后可以连续下料。按照每天生产 25 罐，6 台气流磨同时作业，每罐料气流磨用时 5 小时（净 作业时间）计算，每罐料的效率提升了（5.5-5）/5.5=9%；每 天每台设备平均换罐 4 次，其中有 3 次可以节约 0.5h，则 节约气流磨作业时间 T2=3[次/台]×6[台]×0.5[小时/罐]=9 [小时]。 ④减员：分装作业直接减员 2 人；另外，人效的提高使 作业工时降低 27%，在此基础上重新平衡人员分工后可减 员 1 人；两项合计共减员 3 人。 ⑤成本和效益：购买 6 台带秤地牛花费 9600 元，采购 半自动分装机花费 12000 元，合计总花费约 2.16 万元。效 益方面，按照每月 4000 元工资核算，每年可节约人工工资 Z1=3[人]×4000[元/人/月]×12[月/年]=14.4[万元/年]。按照每 天气流磨净作业时间减少 9 小时，平均功率 75kW，电费 1 元/kWh 计算，每年减少电费 Z2=75[kW]×9[小时/天]×300[天/年]=20.25[万元/年]。以上两项直接经济效益合计 34.65 万元/年。

5 结论 本文将工业工程的理论和方法应用到了烧结钕铁硼 工厂的制粉工序实际生产中。在对制粉工艺流程改进和布 局优化的过程中，系统的利用了流程程序分析、人-机作业 分析等方法，通过合并、消除部分工作，改进了制粉作业流 程，重新优化设计了制粉车间生产现场布局，调整了班组 人员配置，取得了减少人员数量、提升劳动效率、降低劳动 强度等效果，以较小的经济投入实现了可观的经济收益。 本文所述的方法，能有效降低生产成本，提高精益 生产的水平，对本行业具有普遍借鉴意义。