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1、第一章 总论1.1 项目建设的意义1.2 厂址选择拟建厂址位于宣威市来宾镇东 10Km 的凤凰山脚，食欲高原中低山岩溶地貌。厂址南侧紧邻 326 国道，可以引铁路专用线进入厂区，厂址所在地交通运输条件较好。本工程建设规模为 600kt/a，总建筑面积 186058m2.宣威市位于云南省东北部，处在滇东高原向黔西高原过渡地带，坐标为东经 102 42 105 50 ，北纬 24 19 27 03 。曲靖市域东与贵州六盘水市、黔西南州和广西百色地区毗邻，南与云南文山、红河州接壤，西与昆明交界，北靠云南昭通地区和贵州毕节地区。地势东高、西北低。最高海拔 2864 米，最低海拔 920 米，总面积 6
2、069.88 平方公里。境内最高点为东山主峰滑石板，海拔 2868 米，最低点清水河与末冬河交汇处的腊龙岔河，海拔 920 米，相对高差 1948 米。起主要气象参数如下：年降雨量 980 毫米，年平均气温 13.3，年平均降水 997.7mm,无霜期 224 天，最冷月平均 5。极端最低温4。冬无严赛，夏无酷暑。宣威多偏南风，年均风速 3 米/秒。由于海拔较高，且山脉多为南北走向，故多大风。1.3 设计原则1)厂区总品面不知按年产石墨电极 20Kt 的规模进行统一规划。2)总图布置采用车间合并的方式以节约用地。3)厂区竖向设计应充分利用地形，减少土方工程量和支挡工程量。4)合理布局，保证工艺
3、流程顺畅，生产方便，物料运输线路便捷。5)外部货物主要采用铁路运输，辅以道路运输，充分考虑厂区外母运输条件使厂内外物料运输合理、短暂、便捷、降低交通运输成本。6)满足各种安全、卫生、防火、防爆、防震间距的要求。7)尽量考虑人、货分流，厂区出入口尽量朝不同的方向开启。1.4 设计主要内容及设计思路1.4.1 设计主要内容 1.4.2 设计思路第 2 章 生产工艺流程及主体设备选择2.1 原料选择 2.1.1 针状焦针状焦是一种从宏观形态到微观结构都具有显著各向异性的焦炭，因其破碎后颗粒呈细长针状，故称为针状焦。针状焦具有明显的针状结构和纤维文理，主要用作炼钢中的高功率和超高功率石墨电极。由于针状
4、焦在硫含量、灰分、挥发分和真魔都等方面都有严格质量指标要求，所以对针状焦的身材和原料都有特殊的要求。2.1.2 针状焦的生产 针状焦在 1950 年首先由美国大湖炭素公司用石油系原料研制成功。我国于1982 年以大庆热裂化渣油为原料，进行了工业试验。针状焦的制造关键是原料的调制，以出去影响中间相小球体成长的原生喹啉不溶物（QI） 。脱除 QI 的方法有（1)过滤分离法：采用加压加热过滤或真空过滤将 QI 除去(2)离心分离法：在离心力场中借离心力使煤焦油或沥青中 QI 除去(3)溶剂法：加入合适的溶剂，使 QI 颗粒凝聚成絮状，经静止后，用倾析法提取澄清液。(4)闪蒸分馏发：将原料通过真空闪蒸
5、，提取合适的馏分，再经聚合，得到精致沥青。2.1.3 针状焦的性质与质量指标针状焦热膨胀系数小，电阻率低，耐热震性能好，是生产超过功率石墨电极必需的原料。国际上根据针状焦品质高低分为：a(超级针状焦)；b(高级针状焦)：c(普通针状焦)；d(半针状焦)四个级别，其中超级和高级针状焦是生产朝贡功率石墨电极的理想原料，普通针状焦和部分半针状焦为生产高功率石墨电极的原料。高级针状焦质量指标：灰分 不大于 0.1%水分 不大于 1%馏分 不大于 0.2%真密度 不小于 2.12g/cm3钒含量 不大于 3*10-6热膨胀系数 不大于 1.0*10-6/C2.2 煅烧工艺及主体设备选择煅烧是生产炭素制品
6、的第一道工序，煅后料的质量直接影响炭素产品的质量。炭质原料中由于氢以碳氢化合物的形式存在，且与碳原子的价电子结合。碳原子失去自由电子，这就使石油焦原料在煅烧前有较高的电阻率。但煅后焦的性能与其内部结构有直接关系，石墨层排列有序，点(层)堆积缺陷少，石墨化程度高，则电导率就高，质量就好。一般认为煅烧机理是，在煅烧初期，原料中挥发分逸出，氢含量降低，体积收缩，真密度提高；随煅烧温度的提高，虽然挥发分排除量减少，但热解反应加快，碳氢键断裂，氢排除，碳原子由结合状态解放出来，使煅烧原料导电性提高，电阻率降低，体积进一步收缩。而煅烧料真密度的提高，主要是由于煅烧料在高温下不断逸出挥发分并同时发生分解、缩
7、聚反应，导致结构重排和体积收缩的结果。同样的生焦质量，煅烧温度越高，晶体缺陷越少，煅后焦挥发分越低，真密度越高。 经煅烧能够除去生料中的水分，挥发份及部分的硫，同时经煅烧后原料的体积收缩稳定，各种物化性能指标大幅度改善、提高，对提高最终产品的质量起着十分重要的作用，煅烧后原料的质量指标见表一。表2-1 燃烧料质量指标指标项目比电阻mm2/m比重g/m3 灰分%石油焦沥青焦无烟煤1000 微裂纹)图 2-2-3 石油焦和沥青焦煅烧时的收缩(4)煅烧前后焦炭导电性的变化：焦炭导电性的变化与其结构变化相关，它取决于共轭兀键的形成程度。煤和焦炭的导电性是碳原子网格中共轭丌键体系的离域电子的传导性的反映
8、，它随六角网格层面的增大而提高。图 2-2-4 表示焦炭的电阻率与热处理温度的关系，曲线可分为四个温度区：500700时，焦炭的电阻率最大；7001200的范围内，焦炭的电阻率呈直线下降，从107.cm 降到 10-2.cm；12002100范围内，电阻率变化甚少；2100以上，电阻率随热处理温度升高而进一步降低，这时与焦炭的石墨化有关。由此可见，在煅烧过程中，焦炭的电阻率随煅烧温度提高而直线下降，到 12001后转为平缓。图 2-2-4 石油焦的电阻率与热处理温度的关系2.2.5 煅烧温度于煅烧质量指标(1)煅烧温度对焦炭性能的影响：煅烧温度对煅后焦的性能有十分重要的作用。一般情况下，煅烧温
9、度应该高于焙烧温度。煅烧温度影响到压制半成品在焙烧和石墨化过程中的收缩率。如煅烧温度过低，炭素原料得不到充分收缩，其热解和缩聚反应深度不够，使生坯在焙烧和石墨化时收缩率增大，会造成半成品的变形或开裂，影响产品的工序成品率；煅烧温度过高(在电煅烧炉中是常见的)，则由此生产的生 67 如叫煅坯在焙烧和石墨化时收缩率减少，其收缩仅靠黏结剂提供，将使成品结构疏松，影响成品的体积密度和机械强度。但是为了使煅烧后石油焦收缩到较稳定的程度和晶体排列整齐，适当提高煅烧温度还是有重要意义的。(2)煅烧温度制度的确定：真密度可以直接反映原料的煅烧程度。真密度不合格者，需回炉重新煅烧。根据真密度可以确定煅烧温度。炭
10、素原料的煅烧温度一般为 12501350。但对于不同制品所用原料的煅烧温度是不同的。例如高功率和超高功率电极比普通石墨电极要求原料焦炭的真密度大，所以煅烧温度高，要达到 1400或更高一些。而对于炼铝用阳极来说，原料焦炭煅烧温度应尽量接近于焙烧温度 1150左右，以防止温度过高引起的选择性氧化。(3)各种原料煅烧的质量指标:原料的煅烧质量一般用粉末电阻率和真密度两项指标来控制。原料煅烧程度越高，煅后料的粉末电阻率越低，真密度越大。2.2.6 煅烧设备焦炭煅烧工艺视所用煅烧设备不同而异，煅烧设备的不同也影响到煅后焦的质量。煅烧设备的选型要按照工厂的产品品种、年产量、原料质量、能源供应等情况中和决
11、定。目前，国内外通用的煅烧炉有一下几种：罐式煅烧炉、回转窑、电煅烧炉。回转窑具有产能大，基建设投资小，维修费用低，产品质量容易控制，且容易实现自动化控制等特点。目前，国内炭素行业采用的回转窑有相对成熟的 2.245m、2.650m及今年研发的 360m 会抓药，若选用成熟的小规格窑型、需要多台，所需设备太熟多，占地面积大，造作人员多。若采用大型回转窑，又没过 metso 生产的回转窑其煅后焦生产能力大，可达 30t/h 以上，占地面积及操作管理人员少。根据我厂的年产量为 2 万吨，以及各种因素，我厂的煅烧设备为回转窑（图2-2-5 与 2-2-6 即为回转窑） 。目前世界上太约有 85%的煅后
12、焦是回转炉生产的，是应用最广泛的煅烧设备。它既能生产阳极糊用焦，也能生产高功率及超高功率电极用焦。回转窑的工艺操作制度包括：1、装料体积；2、物料在窑内移动速度，3、温度制度；4、负压制度。与罐式煅烧炉不同的是：罐式煅烧炉的煅烧物料是间接受热的，而回转窑中煅烧物料是受火焰直接加热的。苏联 E雷查赫提出窑筒内的装料体积决定于窑筒工作段的尺寸，其填充率大致波动在 615%范围内。窑筒直径愈大，填充率愈小，例如内径为 l 米或小于 l 米的窑内，允许的填充率为 15%，而直径为 2.5 一 3 米的仅 6%。但是美国很多大型回转窑，直径虽在 3 米以上，但其填充率仍能维护在 11%左右，生产效率高。
13、日本的日铁化学公司煅烧延迟沥青焦的回转窑，处理能力为 20 吨时，其填充宰 l25%。我国现有回转窑的填充率则普遍低 (表 112)，从各方面看来，美国回转窑的设计和生产技术至今仍居于世界领先的地位。图 2-2-5 回转窑图 2-2-6 回转窑的炉体结构 回转窑的结构：煅烧回转窑包括煅烧窑（大窑）和冷却窑（小窑） 。大窑有窑头、筒体和窑尾三部分组成，窑体的大小根据生产需要而定，较小的回转窑内径只有 1m 左右，长 20m 左右；较大的回转窑内径可达 2.5-3.5m，长 60-70m。为了使物料能在窑内移动，窑体要倾斜安装，其倾斜度一般为窑体总长的 2.5%-5%。窑体借助大齿轮带动而旋转，齿
14、轮由传动装置带动，由于窑转速需要改变，常用直流电机变速，直流电由交流电机、直流发电机组产生，近年，窑体调速广泛采用转差离合嚣控制装置，它主要是控制交流调速异步电动机(或称滑差离合嚣)的转速。通过操作主令电位器，实现宽范围无级调速，可以代替整流入电机和饱和电抗器的调速。也可代替部分直流电动机和无级齿转调速。这种装置调速范围从 0-1400 转/分。依型号不同，其技术特性不同，如工厂采用的 ZIK 型转差离合器控制装置，它的主要技术特性：(1)调速范围 0-l400 转分范围内调节，如考虑保证一定值的机械特性硬度，则调速范圈应为 l0：1，即 124 一 1240分。(2)转速变化率 (示机械特性
15、硬度= （1O%荷载时转速100%负载时转速)/l00%负载时转速l00%) ；负载转矩变化从 l00MH10%MH 时，不大于 l0；电源电压变化l0%时，转速偏差不大于5%；电网频率变化5%；电网频率变化5%转速偏差不大于5%。 (3)被控电机规范：离合器原动机功率 06 千瓦30 千瓦，电离合器最小工作电流不小于 20 毫安，最大工作电流不大于 2 安，永磁测速发电机输出线电压在 1500 转分时为 4050 伏之间；(4)控制装置输入电流交流 220 伏，输出直流 90 伏以上(5)使用工作条件对湿度不超过 90%2.2.6.1 回转窑的结构(1)筒体：筒体是一个纵长的，有厚钢板卷成圆
16、通并焊接或铆接而成，内衬耐火砖。筒体借助轮缘安防在托辊上。轮缘是安装在筒体外壳上的轴钢环。窑体转动时借助于轮缘在托辊上回转。为了防止筒体从托辊上华西，在每个轮缘的两侧还要安装挡辊。筒体的传动装置时由一组齿轮构成的。电动机经减速机带动齿轮，是筒体转动。直接装在筒体外壳上的大齿轮称为冕状齿轮。冕状齿轮室用蛋黄固定在筒体的外壳上，挡外壳受热时可以自由的碰撞。冕状齿轮应以整个齿面互相结合，两则之间的结合必须平稳而协调。大窑筒体的转速课用变速电动机的专属变化来调节，一般不超过 2.5r/min。图 2-2-7 为回转窑筒体参数图 2-2-7直接安装在圆筒外壳上的大齿轮(又叫冕状齿轮)，它的直径较大，六齿轮可拆开，大齿轮用弹簧(或键)固定于圆筒外壳上，这样，当简体受热时可以不受齿轮影响而自由地膨胀。大齿轮应以整
