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1、沈阳理工大学学士学位论文1 引言1.1 项目名称、性质及各阶段设计人员项目名称：年产量20000吨高功率石墨电极生产项目的可行性方案研究项目性质：新建方案研究阶段设计人员：电子配料系统设计-曹春鹏 中碎车间除尘设计-刘家宇 粉体粒度的动态分析-王林浩 机加工工艺流程设计-陈诚 石墨化工艺流程设计-杨博 石墨化设备设计-高畅 焙烧工艺流程设计-马祥 煅烧余热在浸渍中的应用设计-张帅兵 浸渍工艺设计-蒋柏林1.2 设计情况总体简介1.2.1 项目提出背景 炭素材料具有优良的导电性能和导热性能、很高的化学稳定性和很强的力学性能，并且在电工电子、冶金、机械等方面广泛应用，甚至会应用于某些高尖端科学技术
2、领域中占有很重要的地位，越来越受到人们的重视。 炭材料又可以称为炭素材料，包括以炭材料和石墨为原材料进行生产和加工的产品。炭材料又可以分为传统炭材料和新型炭材料。今年来，我国新能源、新材料产业的发展得到高度的重视，国家鼓励发展石墨电极的生产，予以很多优惠政策来支持，目前新型炭材料产业已经被列为国家重点发展的新兴产业之一。 对于炭石墨材料的性能，一般来说，它有质量轻、多孔、导电、导热、耐腐蚀、高熔点、润滑、耐热、耐冲击、低热膨胀、低弹性、高纯度和可加工等特性。炭石墨材料虽然是非金属类材料，但是因为它有很好的导电性能，因而被认为是一种共价半导体和金属的中间物半金属。石墨具有比某些金属还要好的热传导
3、性和电传导性，有很高的熔点和化学稳定性，这使得它在工程上具有双重价值，可以再一些条件下被当做金属使用，而在另一些条件下当做陶瓷使用。炭石墨材料广泛应用于电工、冶金等方面作为导电电极和电气零件，例如半导体元件。炭素材料还具有良好的导热性，它的导热性与其优良的耐化学腐蚀性相结合，可以制造与酸碱介质接触的热交换器，以及其他的化工设备等。炭石墨材料在非氧化性介质中有很高的热稳定性，这在高温条件的工程中有很高的价值。在冶炼金属中可以作为炼铁高炉和电冶金炉的内衬、电极、坩埚等。而且炭石墨材料可以提炼至极高的纯度，其氧化物为气体，适合作为高纯度、高熔点物质的冶炼和铸型构件。 近几年来，新型炭材料发展的种类很
4、多，其中主要有炭纤维、等静压石墨、核石墨、锂电池负极材料、柔性石墨、炭纤维复合材料、热解石墨、石墨稀、高导热石墨、热解石墨、超高功率石墨电极等，而炭石墨新型材料这些显著的优良特性，引起了各行业的极大关注，研发的许多产品已经广泛应用于各行各业，因此新型炭材料对于我国科技发展的进步和国民经济的提高有重要意义。我国新型炭材料工业起步较晚，在技术水平和产量与发达国家相比都有较大差距，所以应给予大力度的发展该产业，拉动产业链的快速发展和进步。1.2.2 项目提出的目的 主要对于高功率石墨电极项目的可行性方案进行可行性研究和总结，在目前现阶段所了解的各工艺流程的基础之上，对于石墨电极生成产方案进行创新。在
5、节能、选址、自动化等方面进行介绍。本项目建设的20000吨/年新型炭材料项目会在很大程度上推动社会的进步，在新型材料的未来发展上积极带动产业的进步，同时也会带来一定的经济效益和社会效益。 在确定年产量为20000吨/年的前提下，各工艺如选料、煅烧、中碎、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化等流程当中，进行创新加工，尽量的减少能耗，保护环境，节省费用，实现自动化控制；在车间布置、生产设备、场地安排、人力资源分配、劳动力安排、地理位置分析、运输条件分析、环保建设等各方面进行研究。在现有工艺的基础之上创新，体现出技术优势，以最低的成本来获得最大的收益。1.2.3 项目提出的意义和必要性 根据产业结构调整指
6、导目录（2011年本）鼓励类的第八条第七款： 直径600毫米及以上超高功率电极、高炉用微孔和超微孔碳砖、特种石墨（高强、高密、高纯、高模量）、石墨（质）化阴极、内串石墨化炉开发与生产。 因此，国家鼓励发展石墨电极的生产，政府予以相应的政策支持和优惠，当前超高功率电极的市场发展前景很好，国家又予以鼓励，可知该石墨电极的项目研究方案很可行。此方案可以带动相关产业的发展和进步，并且可以尽量缩短我国在技术水平和产量上和发达国家的差距，不用过多的依赖进口石墨电极，对于国家的经济发展也十分重要。 在一定程度上来讲我国石墨电极企业自20世纪50年代投产后，经过50多年的发展和壮大，已经具备了一定的实力，可以
7、进行新型炭材料产业的建立，突出表现在以下几个方面：研发优势中国第一家石墨企业始建于1952年，1955年竣工投产，之后至1981年国内基本生产普通功率石墨电极。中国石墨电极企业虽然起步较晚，但发展很快，以中钢吉炭、方大炭素等为代表的一大批先进企业，产品质量已经达到或接近国际同类产品水平，生产技术和研究开发水平得到了很大提高。1981年成功研制出高功率石墨电极并开始批量的进行生产。1983年原冶金部钢铁司根据国家科委批准的合金钢科技公关课题，组织兰州炭素厂和吉林炭素厂开始UHP 石墨电极的研制任务，1984年9月试制品在长城钢厂电炉上进行初次试验，取得了初步的成功， 时任冶金部周传典副部长于19
8、84年11月20日作出批示，称该试验是一件重要事情，要求写出简报逐级上报并通报全国。20世纪90年代初开始掌握了代表国际先进水平大规格大直径UHP 石墨电极的生产技术，1996年我国第一根t，1997年突破20万t，2005年突破40万t，2010年突破60万t，2011年全行业石墨电极国内年总产量为68.24万t，生产能力得到很大提高。据统计，我国在1981到2011 年共生产石墨电极804.25万t。我国1955到1981 年生产的全部是RP 石墨电极，1981和1984年分别掌握HP 和UHP 石墨电极生产技术，20世纪90年代末期开始掌握代表着高技术含量的大规格的UHP 石墨电极制造技
9、术。UHP石墨电极在我国从无到有，取得了迅速的发展，内部的生产结构得到了优化，产品的质量和档次也得以大幅度的提高。装备优势主要得益于装备的引进和软件技术的消化吸收，中国石墨电极企业在近50年来的生产装备得到了明显提升，装备实力基本接近国际先进水平。方大炭素引进日本MN电极挤压机，开封炭素大部分关键设备和技术都是进口，中钢吉炭在上世纪90年代集中进口了德国艾立许混捏系统、德国塞斯隧道窑、日本不二越数控本体和接头加工机组、高压浸渍系统、美国英格索数控本体加工机组等。生产成本优势 生产原料进厂后，一般需要进行煅烧、中碎、磨粉等前期工序以及成型、焙烧、浸渍以及石墨化等多道工序，生产周期达到2到6个月，
10、期间需要耗费大量的人工，与地处欧洲、美国、日本的同行业相比，仍然具有非常明显的人力成本优势。经过50多年的发展，主要石墨电极生产厂家的石墨电极的原料单耗、综合能耗和综合电耗不断刷新，屡创新低，生产成本也得以大幅度降低。1.3 可行性方案编制依据及原则1.3.1 编制依据此可行性方案的研究属毕业设计研究范围，并不一定实际应用于项目实施，既不需要进行可行性研究报告的委托；现行相关设计标准、规定及规范化工投资项目可行性方案研究报告编制办法1.3.2 编制的原则严格执行国家基本建设的相关法律、法规和规范，毕业设计的方案研究应该符合实际，并且符合国家政策；符合环保的要求，节约能源；实现技术和设备的创新应
11、用，采用现代化的技术，应用现代化的管理水平，采用符合要求的工艺技术，要求平稳运作，以最少的成本做到最大的收益；充分的利用现阶段可利用的资源和条件，控制项目成本；保护环境，减少三废的排放，建设符合现代化的工厂；严格执行国家关于安全生产、劳动保护和消防的有关法律、法规，符合国家标准，实现放心安全的正规的生产；提高产品的质量水平和工厂的技术水平。所生产的产品应符合国家要求标准，以供国内所需；采用先进技术使产品达到国际标准，以拓宽国际市场，实现产品出口。按照“一体化、露天化”的原则进行生产车间的布置；并且按照“轻型化”的原则进行建筑结构的设计；按照“社会化”的原则，进行员工生活福利设施的健全。工厂的运
12、输尽量采用社会协作条件，减少不必要的成本投入；实事求是的进行编写，提出毕业设计的创新点，增强项目的竞争力。1.4 项目研究范围 本项目的研究内容主要为在确定年产量为20000t/年的前提下高功率石墨电极生产的各工艺流程，例如：粉碎、煅烧、焙烧、浸渍、石墨化等过程，车间布置、人员安排、库房设计、变压器设计等。在现阶段成熟的基础上进行创新加工，尽量的减少能耗，保护环境，节省费用，实现自动化；在车间布置、生产设备、场地安排、人力资源分配、劳动力安排、地理位置分析、环保建设等方面进行研究和总结。具体研究范围：项目投资方向研究基础配套设备研究工艺技术方案研究市场前景分析经济效益分析环境效益和社会效益分析
13、15 研究结论1.5.1 投资方向简要结论本项目的投资方向正确 综合分析可知，此项目生产20000吨/年的高功率石墨电极，此项目符合国家对于产业发展的支持，石墨电极的销售前景好，可以拉动产业的发展。随着产业发展领域的不断拓宽，可以占有强有力的市场，因此本项目的投资方向很正确。应具有很好的政府政策支持和完善的配套设施 市政府应积极推进该项目的投资建设，给予石墨电极生产项目更多的优惠政策和相应的奖励投资，选择建厂地点时应该具有完善的交通运输条件，在水、电等相应配套设施完善，为此能为项目提供相应的外部条件。工艺技术水平先进 本项目采用先进的工艺技术水平，在现阶段已有的技术上实现技术创新，降低能耗、降
14、低生产成本，在产品质量上处于领先状态，采用自动化控制，减少人力的投入，具有很好的经济效益。具有良好的市场前景 随着我国新能源，新型材料产业的快速发展，国家对新型炭材料产业的支持，该产业将有很好的发展前景，并能带动相关产业的迅速发展，带动市场对新型炭材料需求量的增加，为新型炭材料提供了广阔的市场销售空间。近几年，随着原材料价格的降低，使得收益成本更高，市场需求量增加。具有良好的经济效益、社会效益和环境效益 该项目的工艺技术先进，采用的工艺符合环保要求，综合分析，经济效益可观，拉动相关产业的进步具有很好的社会效益，符合国家对该产业的鼓励政策。 综上所述，该项目的建设符合要求，应组织人力迅速的进行实
15、施，更快的投入到产业的建设，生产满足市场需求的产品，创造更大的效益。2 市场分析与预测2.1 发展现状分析2.1.1 世界新型炭材料发展现状及趋势 世界石墨电极的产能的一般在中国，而石墨电极的需求大部分都在国外，因而中国的碳素企业有很多被迫走上了国际化的发展道路。世界石墨电极市场上，国际贸易量在25到30万吨，国际贸易主要在发展中的资源国与发达的工业国之间进行，主要出口国有：中国、韩国、墨西哥、奥地利、巴西、斯里兰卡、美国、德国等。主要进口有日本、美国、德国、意大利、法国、香港、西班牙、波兰等，目前，中国已与日本、美国、德国并称全球四大炭素生产国，中国产量和出口居世界首位，且质量优质，价格低廉，品种齐全，在国际上具有较强的竞争力并且享有很高的声誉。日、美等一些十分发达国家对于炭材料的研究十分重视。由于新型炭材料一些十分突出的特性，美国将该材料定为战略新兴材料之一，充分利用其巨大的费用，积极地进行研究与开发。日本最近几十年以来在国际上率先在低温气相
